滨海滩涂地区降水变化的多尺度周期特征分析与趋势预测

利用1953-2011年共59a的长序列降水资料,采用Morlet小波和Mexican Hat小波变换,分析滨海滩涂地区东台市年降水量及各季节降水量的多尺度周期振荡特征和演变趋势。两种小波分析的综合比较表明,Morlet小波在揭示滨海降水序列周期细节特征和提升主周期特征的显著性水平方面更具优势。研究结果表明,滨海滩涂地区降水量变化以年代际尺度为主周期,其中夏季降水与年降水周期均具24a、16a和9a的第一、二、三主周期,春、秋和冬季降水主周期则分别为16a、23a和17a;研究区降水量在年代际尺度上的周期特征与江淮地区降水量的整体特征一致,但是滨海地区地理位置的特殊性使其降水量在年际尺度上的周期振荡显著水平较低;根据研究区降水量在年代际尺度主周期上的振荡特征,预测研究区未来8~12a的年降水和夏季降水,未来8a的春、冬季降水,未来11~12a的秋季降水均可能呈整体偏少趋势。研究结果可拓展小波分析的适用机制理论研究领域,对滩涂围垦和气候变化背景下的滨海地区气候变化研究以及农业稳定发展提供理论依据。     

辽宁西部地区光热水资源变化对农业生产的影响

利用辽西地区1960-2009年的气象资料,应用常规数理统计方法,重点分析了近50a来在全球变暖背景下辽宁西部地区光热水资源的变化趋势,以及对当地农业生产的影响。结果表明:近50a来,辽宁西部光照资源下降幅度较大,年日照时数趋势减少406h;年平均气温和年≥0℃积温呈现明显的升高趋势,年平均气温趋势升高1.7℃,年≥0℃活动积温增加307℃.d;降水呈现出减少趋势,年降水量趋势减少62mm,在年代际尺度上波动显著。对于光照资源丰富的辽西地区来说,日照时数减少还未表现出不利影响;而气温升高、降水减少使该地区气候呈现暖干化趋势,这将对辽西农业的发展产生巨大影响。本文通过对光温水资源变化趋势的研究,旨在提高气候变暖对农业生产影响的认识,增强应对气候变化的能力,为农业结构调整提供依据。     

基于降水距平百分率的陕西省干旱时空分布特征

随着气候变化,气象干旱威胁农业经济发展。利用陕西省16个地市19个气象台站降水资料,选择降水距平百分率为干旱指标,计算陕西省近50a各年的干旱指数,在此基础上分析了干旱年际变化特征,并利用GIS 10.1绘制干旱强度的空间分布图。研究结果表明,陕西省夏季降水多、冬季少,多年平均降水量表现为陕南关中陕北;1960—2013年陕南地区、陕北地区、关中地区分别出现干旱次数为15,17,13,研究区域内16个地市发生干旱的平均频率为28%,轻度、中度、严重、特大干旱发生的平均频率分别为19%,6%,1%,2%,其中绥德发生频率最高(39%)。研究结果为陕西省干旱的监测、评估、预警和抗旱减灾工作提供科学依据。     

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI（standard precipitation index）值（标准降水指数）研究了该地区1952－2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水（1999－2008年）的响应。1952－2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数（SPI）将1952－2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a（1999－2008）大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份（2003年,SPI值=1.5）能够显著增加土壤含水量（639.70 mm）,而在极端干旱的年份（2004年,SPI=-2.6）土壤含水量达到了最低值（512.21 mm）。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。     

西藏地区干旱指标的时空演变

为明确西藏自治区干旱情况的时空变化特征,了解该地区气候变化规律,为该地区水资源的优化配置特别是农业水资源的高效利用提供依据。以西藏自治区为研究对象,根据37个气象站点从1981—2012年的逐日气象观测资料,对西藏32 a的UNEP干旱指数、降水、降水集中指数PCI进行了时空变化规律研究。结果表明:干旱程度随时间推移递减,UNEP干旱指数从西到东逐渐增大,整个区域从西到东依次由特干旱气候区向湿润半湿润及湿润气候区过渡。降水量从西部地区到东南部地区逐渐增大,年均降水量从68.8 mm增大到700 mm。西藏地区年内降水量的季度集中性从东南到西北地区越来越高。研究为西藏自治区大范围的水资源管理和农业灌溉提供实践依据。     

西峰黄土高原土壤含水量干旱指数

某时段的干旱不但与同期降水有关,还与前期降水有密切的关系,土壤水分是表达干旱的重要因子,可以综合反映干旱的变化,为此,利用1989～2004年西峰农业气象试验站的土壤水分、降水资料,分析了降水量随时间的变化,0～100cm土壤水分的垂直分布特征和时间变化规律,对春季、伏期、秋季、初春、春末初夏旱土壤含水量与降水量进行了对比分析,并制定了这几个时段的针对土壤含水量的土壤干旱指标。     

阿拉善荒漠地区近50年气候变化的多时间尺度分析

利用阿拉善地区1961—2005年的气温、降水实测资料,分析了不同时间尺度下年平均气温、年降水量序列变化的周期和突变点,揭示了阿拉善地区近50a气候变化的多时间尺度特征,并根据主周期对未来气温和降水变化进行预测。结果表明：阿拉善地区的气温在20世纪80年代开始大幅度上升,突变点在1986年。80-90年代降水量很少,为干旱期,年降水量的突变点为1980年。根据气温和降水小波变换的主周期预测：未来阿拉善地区的气温可能升高,降水可能减少,即气候有暖干化的趋势。     

基于Morlet小波的呼伦湖流域降水多时间尺度分析

利用Morlet小波分析方法对呼伦湖流域,海拉尔市、满洲里市、克鲁伦河水文站与乌尔逊河水文站的1961—2014年降水序列进行小波特征分析,根据降水序列多时间尺度分析结果,揭示呼伦湖流域多年降水变化特征。结果表明:（1）研究区年降水量的周期变化特征主要为,海拉尔市年平均降水存在6 a,11 a与27 a的主周期;满洲里市存在10 a,16 a与27 a的主周期;克鲁伦河存在7 a,13 a与28 a的主周期;乌尔逊河存在5 a,13 a,20 a与29 a的主周期。（2）通过对各序列枯水期的计算,预测海拉尔市与满洲里市将于2017年进入枯水期,克鲁伦河与乌尔逊河将于2019年进入枯水期;（3）预测显示呼伦湖流域在2018—2026年,呼伦湖流域降水减少,进入枯水期;在2027—2035年,呼伦湖流域的降水量充沛,进入丰水期。     

西北地区夏季降水的气候特征分析

利用西北地区119站1961-2000年夏季（6-8月）降水资料，统计分析了各站历年夏季降水的平均场、方差场和各年代际平均值分布特征与整体总量逐年平均值的年际和周期变化特点，结果表明：西北地区夏季降水可划分为3个基本气候分区，即北疆区、中西部盆地沙漠区和东部季风影响区。中西部盆地沙漠区降水量和降水量方差均最小，处于稳定的干旱状态；东部季风影响区降水量的方差变化较大，降水的不稳定性增加，干旱频率增大；北疆区降水量较大，变差处于另外两区之间，表明旱涝影响微弱。各区的降水量在不同年代际间也具有不同的特点，降水量的变化会直接影响到当地主要旱地作物的产量。     

基于小波分析的西安降水时间序列的变化特征

应用墨西哥帽小波函数进行小波变换,对西安市45a（1961-2005年）来的降水量数据进行分析,计算小波方差,从而研究西安市降水变化的时间及其周期变化特征。通过对西安市的降水时间序列的小波分析,揭示其在不同层次上的降水结构和异常变化规律以及突变特征,预测了西安市四季降水量以及年降水量的变化趋势。特别是通过小波分析的预测结果在2009和2010年出现的关中地区大面积的春旱以及2005年以后出现的秋涝中得到验证,这对认识西安市降水特征以及对西安地区的农业生产和渭河防迅工作具有重要的参考价值和指导意义。45a来,除西安市春季降水量呈显著下降趋势外（P〈0.05）,其它季节和年降水量的线性变化趋势均不显著。但季节降水量和年降水量都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现为不同的循环交替,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。总体上表现为由小尺度的震荡剧烈、没有明显规律到大尺度出现明显规律后继续增强或先升后降。     

辽西北地区气温和降水变化对气候生产潜力的影响

利用辽西北地区23个气象站1961-2010年逐日平均气温和降水量数据,基于Thornthwaite Memorial模型计算其农业气候生产潜力,通过线性趋势分析、MannKendall突变检验等方法对该区域多年平均气温、降水量和气候生产潜力的时间变化趋势及空间分布特征进行分析,研究农业气候生产潜力对气候变化的响应。结果表明：（1）50a来辽西北地区年平均气温气候倾向率为0.28℃·10a-1（P<0.01）,增温极显著,1987年气温发生突变;（2）50a来辽西北地区年降水量呈波动变化,线性变化趋势不显著,空间分布差异大,降水量呈减少趋势的地区占82.6%;（3）辽西北地区气候生产潜力的时空变化特征与降水量变化相似,其时间变化趋势不显著,气候生产潜力下降的区域占全区的43.5%;（4）气温和降水对农业气候生产潜力的影响作用明显,并以降水的影响为主。气温和降水的组合变化,可以解释气候生产潜力变化的95%以上,暖湿型气候对作物生长最有利,冷干型气候对作物生长最不利;（5）50a来,粮食产量与气候生产潜力的相关性不明显,但两者的波动特点相似,其气候利用率逐年代增加,研究区未来仍存在作物可能增产空间。     

辽西北玉米干旱脆弱性评价模型构建与区划研究

本文基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告中对气候变化背景下脆弱性的定义,从暴露程度、敏感性、自身恢复能力和环境适应能力4个方面建立了干旱灾害脆弱性评价模型。以辽西北地区的玉米干旱灾害作为研究对象,根据干旱灾害脆弱评价模型选取了气象因子、玉米生理因子以及经济社会因子等17项指标,运用熵权法、加权综合评价法计算得到了辽西北地区玉米干旱脆弱性指数。为了验证和检验模型的适用性,选取了辽西北1999年、2000年、2001年和2006年4个典型干旱年份,将玉米干旱脆弱性指数划分为5个等级,借助GIS技术绘制了玉米干旱脆弱性区划图。结果表明:辽西北玉米干旱脆弱性强的区域主要集中在西部地区的阜新、朝阳、葫芦岛一带。重度以上脆弱性区域范围比例表现为2006年>1999年>2001年>2000年的规律;其中,2006年脆弱性最强,影响面积最广,造成的损失也最严重,与实际灾情变化规律一致。分析2006年的玉米干旱脆弱性,多数区域是由玉米生长季的降水异常引起的。通过对4个典型干旱年份的玉米干旱脆弱性指数与玉米减产率进行回归分析,发现二者之间基本吻合,通过了α=0.05的显著性F检验,说明利用该模型对玉米干旱脆弱性的评价与区划是合理的,可以用来评价和预测玉米干旱脆弱性、干旱灾害风险以及因干旱造成的玉米产量损失。研究结果可为当地农业干旱灾害风险评估和预警提供依据。     

我国北方干旱半干旱地区水资源演变规律及其供需状况评价

利用 1 994～ 2 0 0 0年的水文资料和第一次全国水资源评价成果 ,运用统计学方法 ,分析了我国北方干旱半干旱地区水资源分布情况及其近 5 0年来的演变规律 ,定量说明了干旱半干旱地区大气降水与水资源分布的一致性关系。评价了干旱半干旱地区水资源开发利用现状和供需平衡状况 ,为该地区优化配置水资源、调整和优化农业结构以及合理开采利用地下水资源提供参考依据     

1959-2007年安徽省降水时空变化特征分析

利用安徽省1959-2007年的逐日降水资料,采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法和Morlet小波分析方法,分析了近49a降水变化趋势及变化特征。结果表明,安徽地区夏季和冬季降水有显著的增加趋势(P<0.05),春、秋季和年降水量的变化趋势不显著。全区年降雨日总数有极显著的减小趋势(P<0.01),但暴雨日数却有所增加。雨日总数自南向北递减,但暴雨日数的气候倾向率却有自南向北增加的趋势。全省年降水量和四季降水量大致存在两个主周期的变化,2～4a周期震荡趋势逐渐明显。安徽地区雨日减少,强降水增加,降水有集中化趋势。20世纪90年代中期以后,降水宽幅震荡趋势凸显,不确定性增加,导致旱涝灾害发生可能性增加,会对当地农业生产带来不利影响。     

基于SLM模型的降水径流非线性扰动响应研究

利用SLM模型对辽西4个典型干旱半干旱区域的降水径流非线性扰动响应进行模拟分析。分析结果表明:受人类活动影响,1980年代后辽西4个典型干旱半干旱区域降水径流非线性显著,降水变化率为-3.3%~14.2%,径流变化率为-15.1%~-65.8%,径流的非线性变化逐年增强。线性模型下各典型区域ηNSE和R2的评估值均低于0.6,传统线性模型已不能满足辽西干旱半干旱区域降水径流的非线性模拟。     

中国西北及中亚干旱区绿洲降水年内分配特点与现代节水农业

通过比较分析研究区域多年月平均降水量数据,得出中国西北与中亚干旱区绿洲的降水特点差异较大,中亚地区年均降水量313.2mm,6—9月降水24.3mm,降水系数平均8.07%,水热配合强不同期,冬春季相反;河西走廊等年均降水量110.6mm,6—9月降水79.8mm,降水系数平均72.14%,水热配合强同期,冬春季相反;新疆处于之间。另外,研究区域"山地-绿洲-荒漠系统"各子系统降水量差异很大,但同一季节的降水系数却很近似。上述特点深刻影响着各地的水资源利用决策及农业生产。对于新疆南疆地区而言,更需要根据当地水资源特点选用现代科学技术、加大投入,兴建绿洲农业现代节水型水利工程,结合农业节水技术体系,从"内涵"节水入手提高水资源利用率,增加灌溉面积,提高人均耕地,发展农业生产,实现大范围的科技扶贫,将有利于社会发展、稳定。     

同朔地区年降水量丰枯周期变化规律

雁门关外的大同、朔州两市,简称同朔地区,年降水量较少,十年九旱,对农业生产影响很大。选择气候条件基本一致且具有长系列降水资料的大同、浑源、朔县、阳高4个雨量站,对年均降水量进行了研究分析,以揭示该地区的天然降雨规律。其结论是:年降水量随时序变化具有较为明显的周期性,5年的周期较为明显,11年的周期也比较明显;丰水、枯水多以单独1年出现,偏丰水、偏枯水以单独1年或连续2-3年出现;不同长度系列,丰水和偏丰水年份出现频率呈持续下降趋势,平水和偏枯水年份出现频率呈持续上升趋势,但枯水年份出现频率呈相对稳定状态。研究结论对农业生产布局及避免自然灾害具有重要的指导作用。     

湖北省1957-2009年降水时空变化特征分析

利用湖北省21个气象站1957-2009年的逐日降水资料,采用EOF、REOF和小波分析对湖北省年降水的空间分布和周期特征进行初步研究.研究结果表明:EOF分析得到的前3个典型场可以很好的反映湖北降水空间分布的特征,即具有整体一致、南北相反及中部和周嗣地区相反.REOF分析得到的前6个空间模态可以较好地代表湖北年降水的6个异常敏感区,分别为鄂西北区、鄂北区、鄂东北区、鄂东南区、鄂中南区、鄂西南区.利用复Morlet小波函数对湖北年降水的周期性进行研究,表明湖北年降水存在着明显的3 a、7 a、14 a的特征时间尺度和周期性振荡;从大的周期转变来看,今后一段时间内,湖北省的年降水量会逐年减少,之后可能进入一个相对干旱时期.     

基于小波变换的太原盆地降水演变特征分析

基于小波变化研究太原盆地降水演变特征。主要结论如下：（1）1～3月份降水量演变周期为43 a;(2)4～6月降水为5 a尺度周期;（3）7～9月降水为40 a尺度周期;（4）10～12月降水为6 a尺度周期;（5）全年降水量为5 a尺度周期。     

华山地区降水特征分析与年降水量预测

该文依据华山地区1953—2013年降水资料,利用Mann-Kendall检验方法、有序聚类法、云模型等方法,结合滑动马尔可夫预测模型分析并预测了华山地区的降水特征。结果表明:华山地区月降水分布极度不均,主要集中在7月、8月、9月。冬春季降水量少,分布均匀,稳定性高;夏秋季节降水量多,分布不均匀,稳定性低;夏秋两季降水量的变化直接导致年降水量的分布不均。年降水量与3 a滑动平均年降水量均呈递减趋势,通过了99%显著性检验。滑动马尔可夫预测模型预测未来10年降水量呈增加趋势,2014—2023年预测降水量均值767.32 mm,增加幅度为29.3 mm/10 a,2019年预测值最小,为634.3 mm;2023年预测值最大,为883.31 mm。该研究可为华山地区水土流失、滑坡等自然灾害防治提供指导性建议。