基于EMD的洪涝灾害成灾面积波动的多时间尺度分析——以湖南省为例

应用经验模态分解(EMD)方法分析了湖南省1949~2002年洪涝灾害成灾面积波动情况。结果表明:湖南省洪涝灾害成灾面积存在着准3年、准8年和准22年左右特征时间尺度的周期性波动;分析各时间尺度周期性振荡的贡献率,其中以准3年时间尺度成灾面积振荡的贡献最大,即湖南省洪涝灾害成灾面积波动以准3年时间尺度为主;从各时间尺度的振荡看,自20世纪80年代中期以来,洪涝灾害成灾面积的波动频率增加,洪涝灾害成灾面积仍处在增加阶段,同时近年来洪涝灾害成灾面积振荡幅度增大,即某些年份可能会出现大灾,说明湖南省洪涝灾害强度加剧,频度增加。并进一步分析了洪涝灾害加剧的成因,提出相应减灾对策。     

基于集合经验模态分解的河南省夏玉米产量波动对大气环流的响应

[目的]探究河南省夏玉米产量波动对大气环流的响应,为区域粮食安全保障提供理论支撑。[方法]依托河南省17个市1988—2017年夏玉米产量数据及15种大尺度大气环流指数资料,评估研究区夏玉米产量的时空演变格局。[结果](1)基于主成分分析结果,河南省可以划分为4个呈现不同产量演变特征的子区域,分别为北部、东南部、西部、中部;(2)基于集合经验模态分解,研究区产量序列存在着准2.5～3.3,5～6,7.5～10 a的周期性振荡,且各分区2004年后产量的短期波动趋于缓和;(3)各分区产量的周期性振荡均与环流指数存在着显著的相关性;(4)基于前期环流指数与年份的线性模型对产量预报的平均相对误差为4.6%～9.3%;(5)河南省东南部和中部的产量波动对环流指数更为敏感,其中10,11月份较高的太平洋年代际振荡(PDO)是来年产量减少的关键前兆性信号。[结论]前期环流异常对研究区夏玉米产量波动有着重要的指示作用,它可以有效用于产量预报。     

基于EMD的平朔矿区生态足迹变化及动力学预测分析

生态足迹是一种度量人类对自然利用程度的综合指标,它受到人口、土地、科技、消费等众多社会、经济和自然因素的影响,在时间和空间上具有多尺度特征。在计算平朔矿区1989—2010年人均EF的基础上,采用EMD和动力学预测方法,研究矿区人均EF的长时间序列演化规律,结果表明,矿区人均生态足迹存在一个4.68 a左右的准周期波动;从人均EF波动的趋势量分布来看,1989年以来平朔矿区的人均生态足迹不断增长,且年平均增长率为1.787 4%,但2001年以后的10 a间,由于矿区加强了土地复垦和生态重建工作,人均EF的年平均增长率下降为0.046 7%;预测结果表明,虽然矿区人均EF依然呈上升趋势,但年均增长率减缓,模型预测2020年平朔矿区人均生态足迹为2.566 hm²/cap;研究结果有助于了解矿区未来资源的利用情况和区域生态压力面临的问题,为有关部门制定和实施相应的可持续发展战略措施提供理论参考。     

基于经验模态分解的中国粮食单产波动特征及影响因素

探索中国粮食单产的多尺度波动特征及其影响因素,进而有针对性地采取措施来稳定和提高粮食单产对保障中国粮食安全有重要意义。该文对1978-2012年中国粮食及其主要构成作物稻谷、小麦和玉米的单位面积产量,利用经验模态分解方法进行了多尺度波动分解,并分析了改革开放以来中国粮食单产波动的多尺度特征及其主要影响因素。结果表明:1)应用经验模态分解方法可以将1978年以来中国的粮食和三大作物的单产分解为1个趋势项和2个波动项,分别反应了科技、政策和气候对于中国粮食单产波动的影响。其中技术趋势为主导,2个尺度的波动都较小。2)粮食趋势单产年增长率从1997年前的2.28%下降到之后的0.69%,明显放缓。稻谷的趋势单产与粮食走势最为接近,但1997年以后几乎走平。玉米和小麦的趋势单产增速1997年后虽有所下降,但目前上升依然明显。3)中期波动项包括了3个完整的周期和1个进行中的周期,且与中国粮食政策的重大调整及其所产生的后效在时段上具有很好的一致性。总体看粮食生产领域政策的影响大于气候的影响,但不同作物对各种政策的响应也有所不同,土地、税收、补贴、奖励和保险政策的普惠性和同步性较价格政策更强。小麦的中期波动率明显大于其他作物,显示其对政策更加敏感。4)粮食单产的短期波动率为1.80%,其中玉米为3.38%,高于小麦(2.55%)和稻谷(1.06%),显示中国的粮食生产系统有较强的抵御气象灾害的能力,但玉米防灾能力不及稻谷和小麦。5)综合长期趋势和中短期波动来看,3大作物中稻谷最为稳产。稻谷的主要问题是1998年以后单产的趋势产量上升乏力,玉米的主要问题是短期波动较大,受气象灾害的影响大,而小麦的政策波动大于玉米和稻谷。当前中国的农业已经进入了新的发展阶段,农业政策的调整势在必行,该研究结果可为新阶段农业宏观调控政策的制定提供决策依据。