基于SPI和SPEI陕北黄土区土壤水分对气候特征的响应

通过计算标准化降水指数和标准化降水蒸散指数且借助Mann-Kendall检验分析陕北吴起县1957—2014年的降水和气温,并与研究区土壤含水率进行回归分析,旨在明确陕北吴起县气候特征及其与土壤含水率的关系。结果表明:1 1957—2014年吴起县降水年际差异明显且季节变化趋势不同,平均以11.17 mm/(10 a)的幅度减少;四季气温均显著或极显著升高,年均气温以0.01℃/(10 a)的幅度升高。降水和气温的变化均具突变现象,突变开始年份分别为1972年前后及1991年。2两指数均能较准确反映陕北吴起县气候特征,1957—2014年间吴起县干湿年交替出现,主要湿润期出现在20世纪60年代。干旱年和湿润年的年份相当,均远少于正常年份,但吴起县仍处于变干旱的趋势中,且干旱程度加重。3研究区6—10月份各坡向坡面0~1 m深度土壤含水率与月尺度的两指数均有很高的相关性,存在二次函数关系。     

近60年叶尔羌河流域干旱演变特征分析

旱涝灾害是制约叶尔羌河流域经济发展的重要因素,为预测研究区旱涝灾害变化趋势,本文选取1951—2015年叶尔羌河流域4个气象站的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和小波分析方法,分析近60年来研究区旱涝演变特征.结果表明:该区旱涝事件发生频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.6%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.2%;其次是2001—2015年,频率为22.7%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为31%;研究区旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4年、10年、25年和31年,预测未来几年降水仍然偏多.     

基于集对分析的华北地区气温、降水组合空间分布规律研究

区域气温、降水的空间组合分布特征对农业生产和资源利用具有重要影响。基于1960-2019年华北地区40个气象站逐日降水量和平均气温数据,采用标准化降水量指数(SPI)确定不同降水年型(涝年、正常、旱年),采用积温距平确定不同温度年型(高温、平温、低温),利用集对分析法分析华北地区60年间的气温、降水组合空间分布规律。结果显示:研究区高温年较多的站点低温年发生频次也较高,总体而言在中部地区高温年发生频次较低;涝年发生频次在研究区北部和东部地区较高,不同站点之间差异较高温年和低温年小,但同样空间分布无明显规律;温度和降水的联系度在空间上具有明显的由西南部地区向北部和沿海地区降低的趋势,产生的主要原因是北部和沿海地区高温干旱和低温洪涝这两种对立特征年型发生频率较高。研究结果对于了解研究区水热分布状况,指导防灾减灾、农业规划布局等具有一定的意义。     

基于1961—2100年SPI和SPEI的云南省干旱特征评估

干旱是一个缓慢发展持续时间长的极端气候事件,而气候变化对干旱的影响尤为显著,评估气候变化对云南省干旱特征的影响尤为重要。使用多时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准降水蒸散指数（SPEI）分析了云南省的干旱状况,运用非超越概率和游程理论分别分析了SPI和SPEI的季节性变化和研究区域内的干旱特征。结果表明：1961—1995年冬季SPEI(1)小于等于-1.0的非超越概率为5.2%,但在2066—2100年增加到18.4%;SPEI(6)小于等于-1.0的非超越概率从4.4%增加到21.4%,SPEI(24)从7.0%增加到25.7%。表明由于气候变化,未来有可能发生严重干旱,且中长期干旱比短期干旱更严重。气候变化在1961—1995年和2066—2100年的冬季和夏季造成严重干旱,且中长期干旱严重程度在整个冬季和夏季尤为明显。将SPI和SPEI的时间序列应用于游程理论,发现1961—1995年SPEI(1)的干旱烈度为28.3,到2066—2100年达到60.9,表明气候变化使未来干旱加剧。本研究结果对云南省干旱预测、评估及其风险管理和应用决策具有指导性和实用性,同时可为未来旱作农业生态管理提供一定的依据。     

基于波文比和降水的综合干旱指数的构建及应用

针对地表植被覆盖差异对遥感监测区域干旱精度的影响问题,通过GLDAS获取1978-2017年吉林省44个区县的降水、潜热通量和显热通量数据,以此构建了标准化波文比指数(SBI),在此基础上结合标准化降水指数(SPI),通过Copula函数构建出反映土壤水分和降水的综合干旱指数(MSBP),并用其分析吉林省的干旱时空特征,通过比较SBI、SPI和MSBP在历史干旱严重年份上的表现,以及分析3种指数与粮食产量之间的相关性,以此评估不同干旱监测指数的应用效果。结果表明:①MSBP在描述干旱特征和干旱对粮食产量影响上更加全面和准确。②MSBP能较为准确地刻画出干旱过程的持续时间以及不同时间下的干旱强度。③在历史干旱严重的年份上,MSBP所刻画的干旱特征和实际发生的干旱过程较为一致。④MSBP能较好地反映出干旱对粮食产量所引起的波动变化。以上研究结果为区域干旱监测提供参考。     

基于多源数据的武陵山区干旱监测研究

由于地表复杂性和气候环境等因素影响,针对采用遥感指标进行旱情监测具有一定局限性,利用EOS/MODIS数据建立遥感旱情监测指标———温度植被干旱指数(TVDI),结合地面气象因子的降水量距平指数(PPAI),构建线性加权形式的综合干旱监测指数(IMDI),应用该指数和TVDI指数在2010年4月中旬和2011年4月下旬对武陵山区进行了干旱监测试验研究,通过与10 cm深度土壤水分拟合及标准化降水指数(SPI)关系对比分析,认为IMDI和TVDI能够进行该区域的干旱监测,IMDI较TVDI更具稳定性,而SPI在干旱发生时易加重旱情判定结果。     

基于信息扩散理论的干旱灾害风险评估

基于信息扩散理论评估模型,选用降水距平百分率和标准化降水指数作为干旱灾害评估指数,对云南省楚雄市长期和近5年的干旱风险率进行评估。评估结果是:从长期来看,楚雄市发生干旱灾害的风险率约为30%,干旱灾害频率较高而强度不大,但近5年发生干旱灾害的风险率为77%,重旱以上风险率达到20%,干旱灾害频率很高且强度较大,与实际情况比较吻合,表明信息扩散理论评估模型能有效揭示极端旱灾情况下的风险率变化规律,可应用于变化环境下干旱灾害风险评估。     

黄土高原不同水平年旱涝时空分布特征分析

全球气候变暖大背景下,黄土高原总体呈现暖干化趋势,未来干旱还可能会加剧。为了全面了解黄土高原旱涝时空变化特征,为黄土高原应对旱涝灾害提供决策依据,根据黄土高原及周边263个气象站的降水数据划分降水水平年,以标准化降水指数（SPI）为指标,分析了黄土高原地区不同水平年年际及年内旱涝特征。结果显示,黄土高原在丰、平、枯水年均有不同程度的干旱发生。丰水年黄土高原干旱面积占5.7%,雨涝面积占40.9%;平水年干旱面积占12.7%,雨涝面积占19.3%;枯水年干旱面积占44.4%,雨涝面积占17.9%。不同水平年的干旱区域存在差异。不同水平年内春旱较重,丰水年和平水年雨季开始后干旱逐渐缓解,枯水年雨季不能有效缓解春季以来的干旱,且秋涝明显,各水平年年内干旱的时空分布存在显著差异。不同水平年年际和年内旱涝差异大且变化频繁,为了确保黄土高原农业生产旱涝保收,应合理布设小型水利工程与田间灌溉设施。      

多时间尺度干旱对青海省东部农业区小麦的影响

利用青海省东部农业区1967—2006年逐月降水、温度资料计算多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了干旱对小麦的影响。结果表明,SPEI对表征青海省东部农业区干旱具有良好的适用性,多时间尺度SPEI具有季节至年际振荡特征;整个农业区未来干旱有加重趋势,其中东南干旱加重趋势较快,西北干旱加重趋势较慢;在小麦生育期内,气候产量与SPEI6-5的相关性最高,当SPEI=-0.5时,可增产最大达200kg/hm2,SPEI在-0.1~0之间时,小麦气候产量为正值,当SPEI-0.1或SPEI0时,小麦气候产量变为负值;在小麦生育期内,东部农业区发生轻微干旱的概率为32.3%,中等干旱的概率为11.92%,严重干旱和极端干旱发生的概率分别为4.47%和1.31%,所以未来有必要加强对干旱事件的预防与监测。     

陕北黄土区微地形土壤水分对降水特征的响应

利用标准化降水指数分析了吴起县1957—2012年的全年、生长季的降水特征,以及缓坡和陡坡不同微地形土壤水分在2008—2012年生长季的动态变化特征,结果表明:吴起县1957—1986年的降水波动较大,出现极端、严重干旱和湿润年份,但1987年以来则表现为轻微干旱、湿润或正常;生长季标准化降水指数与各点土壤水层厚度变化值呈正相关关系,与塌陷、缓坡的相关程度(R2)低于0.8,与切沟、缓台及浅沟的相关程度介于0.8~0.9之间,与其他各点的相关程度大于0.9;生长季各点土壤水层厚度变化值存在显著差异,且缓坡、塌陷和缓台的值显著高于其他各点。     

基于降水随机模拟的旱作区农业旱情等级划分方法

针对早作区农业旱情等级的划分依据问题,以黑龙江省甘南县为例,建立了能够模拟时段降水量的随机模型,验证了该模型的有效性并模拟了1 000年的降水序列,提出考虑降水量和作物需水量的缺水率指标,应用模拟的降水序列,采取降水量距平百分比和缺水率两种指标分析了甘南县遭受不同等级干旱的概率,并应用提出的缺水率指标划分了甘南县的农业旱情等级.结果表明,将降水的随机模拟与缺水率指标结合起来划分甘南县农业旱情等级的方法是可行的,与甘南县的实际干旱情况吻合良好.     

基子水分敏感指数的作物水分生态适应性评价

作物与水分的关系受到越来越多的关注.对作物水分生态适应性的科学评价有利于为制定合理的节水灌溉制度、确定适宜的灌水定额、作物布局以及种植结构调整提供依据.评价作物水分生态适应性应体现水分与作物产量的关系,基于这样的考虑.引入作物水分敏感指数(λi)的概念,并将其与作物各生育时期需水量、有效降水量合理地联系起来,计算出作物水分生态适应性度(WEAJ),以此为依据评价了北京地区冬小麦、夏玉米的水分生态适应性.结果表明:冬小麦、夏玉米的水分生态适应度分别为0.374和0.594,夏玉米的水分生态适应性强于冬小麦.评价体系综合反应了作物需水耗水特征、作物生育期内降需水平衡特征及水分与作物产量的关系,方法科学合理,适用于其他地区和作物.     

基于TRMM遥感数据的旱涝时空特征分析

基于光学遥感数据反演的植被指数和地表温度进行旱涝灾害监测在时间上具有滞后性,降水数据可以更加及时直观地反映地表干湿状态的变化,目前旱涝灾害监测应用地面点上降水观测站点的数据较多,热带降雨测量卫星(TRMM)被动微波遥感为大面积进行旱涝灾害监测提供了可能。利用江苏省1998年1月—2014年3月的TRMM 3B43月降水资料,采用尺度为12的标准化降水指数(SPI12),分析江苏省旱涝时空特征变化规律。分析结果表明:江苏省16年来发生旱涝灾害的几率为34.08%,其中发生旱灾的几率(16.74%)与发生涝灾的几率(17.34%)相接近;江苏省一年四季都易受到旱涝灾害的影响且旱灾与涝灾具有交替出现的特点;1999—2014年间多次出现较严重的旱涝灾害,且江苏中部地区更易受到旱涝灾害的影响。     

覆膜和降雨强度对玉米耗水过程及土壤水分入渗的影响

【目的】研究农田作物生长过程中,覆膜和降雨特征等因素对玉米耗水过程和土壤入渗产生影响。【方法】根据北京地区典型年降雨量设计和模拟春玉米生育期降雨过程,利用群集式测坑和挡雨棚及附设人工降雨装置,开展了不同地表覆盖条件下降雨强度对玉米耗水及水分利用效率的影响研究。降雨强度包括小雨强0.5 mm/min和大雨强1.5 mm/min,覆盖和种植条件包括膜下滴灌(MDI)、地面滴灌(SDI)和对照无作物种植(NP)。【结果】①MDI处理水分利用效率较SDI处理高13.5%。与SDI处理相比,MDI处理作物耗水量减小了40.6 mm,覆膜主要提高20～60 cm土层储水量。②大雨强条件下土壤深层渗漏量增多了3.4%～15.6%;降雨和灌溉对土壤水分影响深度主要为0～150 cm土层,相对于SDI处理,MDI和NP处理土壤储水量大大增加。③小雨强时表层0～20cm土壤入渗NP处理最快,大雨强时MDI处理入渗最快。作物根区40 cm深度处,小雨强时MDI处理的土壤水分最快达到峰值,而大雨强时NP处理最快达到峰值。60 cm深度处不同覆盖条件下在2种雨强时土壤水分变化速率一致,达到峰值速率表现为NP处理>MDI处理>SDI处理。【结论】覆膜具有较好的节水增产效应;降雨强度越大,土壤水分下渗越快;相同降雨量时小雨强降雨更有利于土壤水存储。不同的降雨强度对土壤水分入渗和再分布影响不同。研究结果可为雨水资源的合理利用从而提高农田水分利用效率提供理论依据。     

淮北平原区基于大沟蓄水技术的农田水资源调控模式

通过在安徽淮北平原的大田原型试验,分析了利用农田排水大沟进行控制蓄水的可行性及其对地表径流、地下水和土壤水的调控效果,提出了平原区依托大沟控制蓄水的农田水资源调控系统成套技术参数和模式。结果表明,单位长度大沟年调蓄水量为1.9×104m3/km左右,其影响范围内的农田地下水位较无控制大沟平均抬高约0.3~0.5 m,每年可增加作物对地下水的直接利用量50~80 mm,区域年农田水资源调控总量110 mm左右,约占当地年均降雨量的13%;只要控制合理、管理得当,不会因此而影响排水系统对农田涝渍的有效控制或降低原有排水工程的除涝降渍标准。以大沟控制蓄水进行农田水资源调控这一技术模式,是适合淮北平原区特点的解决水资源短缺和改善农田生态环境、调控区域水资源时空合理分布的有效途径。     

引黄灌区潜水蒸发规律与计算方法研究

潜水蒸发是浅层地下水向土壤水和大气水转化的重要途径,也是地下水的主要消耗项。根据惠北试验站2003-2008年实测的逐日潜水蒸发资料,分析了气象因素、作物因素、土壤因素、地下水埋深以及降雨量对潜水蒸发强度的影响规律。利用叶水庭指数模型建立了不同时段的潜水蒸发计算模型,并进行了验证,分析了日指数模型计算结果偏大的原因。基...     

Effects of rising atmospheric CO2 on crop evapotranspiration in a Mediterranean area

In the assessment of plant response to the climate changes, the effects of CO₂ increase in the atmosphere and the subsequent rise of temperatures must be taken into account for their effects on crop physiology. In Mediterranean areas, a decrease of water availability and a more frequent occurrence of drought periods are expected. The objective of this study was to assess the impact of elevated CO₂ concentration and high temperature on reference evapotranspiration (ETo) and crop evapotranspiration (ETc) in the Mediterranean areas. The Penman-Monteith equation was used to simulate the future changes of reference evapotranspiration (ETo) by the recalibration of the canopy resistance parameter. Besides, crop coefficients (Kc) were adjusted according to the future climate trend. Then the modified empirical model (ETc = ETo × Kc) was applied providing an effective quantification of the climate change impact on water use of irrigated crops grown in Mediterranean areas. In the studied area, water use assessment was carried out for the period from 1961 to 2006 (measured data) and for a period from 2071 until 2100 (simulated data), showing a future climatic scenario. Water and irrigation use of crops will change as a function of climate changes, thermal needs of single crops and time of the year when they grow. Climate simulation model foresees the tendency for a significant increase of temperatures and a decrease of total year rainfall with a change of their distribution. The temperature increase and the concomitant expected rainfall decrease lead to a rise of year potential water deficit. About the autumn-spring crops, as wheat, a further increase of water deficit, is not expected. On the contrary, for spring-summer crops as tomato, a significant increase of water deficit and thus of irrigation need, is foreseen. Actually, for crops growing in that period of the year, the substantial rise of evapotranspiration demand cannot be compensated by crop cycle reduction and partial stomatal closure.     

对近50a云南降水量的时空变化特征分析

利用云南省124个国家气象站1961-2010年的月降水量资料,运用倾向率分析和EOF分析方法,研究了云南最近50a来降水量变化的基本特征。通过倾向率变化分析表明:云南冬季降水量倾向率呈东部和北部为正,西南部为负的分布趋势,变化幅度在4个季节中最小;春季大部地区降水量呈增加的趋势,增加的幅度西部地区大于中东部地区;夏季全省大部倾向率均为负;但倾向率数值各地差异较大;秋季云南西北部降水量有增加而东南部降水量减少的趋势。EOF分析表明:第1主分量序列可表征云南年降水量变化趋势,1999和2001年是近50a云南降水量最多年份,2009年是最少的年份。近50a来第1主分量波动下降,表明云南年降水量呈减少趋势;第2特征向量在云南西北部为负,东南部为正,对应的第2主分量也呈波动下降的趋势变化,表明近50a来云南西北部降水增加、东南部降水量减少,这与云南秋季降水量的变化特征相符。     

次降雨有效降雨量的影响因素及其估算模型

利用沧州市南皮生态农业试验站点2011—2013年不同土层深度的含水率及降雨量和降雨时间,结合由植株叶面积指数得到的不同生育期植株的截留容量,分析了最大容水量S和最大降雨强度二者与降雨有效性的相关关系,并在此基础上建立了次降雨有效降雨的估算模型。结果表明,土壤初始含水率与降雨有效性线性相关,且在不发生溢流情况下,可以用土壤最大容水量S作为是否考虑土壤初始含水率折减作用的分界点;另外,对于降雨强度I≥0.7 mm/min的降雨,降雨强度与降雨有效性相关性显著,并且随最大降雨强度的增大,降雨有效性逐渐减小;最后将运用传统模型和新估算模型计算的有效降雨量值与实测有效降雨量值验证对比,新模型比传统模型更加贴近实测有效降雨,并且降雨量较大时差别更加明显。     

降雨对河流水质的不确定性影响研究

基于降雨对河流有机污染物稀释和降解的确定性数学模型,运用未确知数学中盲数等工具,对降雨期间的河流水质情况进行了研究。结果表明,由于降雨的影响,河流在丰水年丰水期的水质较枯水年枯水期得到明显的改善,自净能力得到很大的提高。同时,利用盲数运算方法得到了洋河3个断面对应不同可信度的COD浓度区间,其中对应最大可信度的COD浓度区间,可以为制定雨水对河道的清污作用方案提供理论依据。。