近30a陕西省气象干旱灾害时空分布特征

干旱灾害是陕西省主要的自然灾害之一,素有"十年九旱"之称,给人民生活和社会生产造成了不同程度的影响。因此,对干旱灾害进行科学分析及风险评估,为各级政府制定防灾减灾的措施具有重要意义。利用陕西省96个气象台站1981—2010年的降水量等气象资料,采用降水量距平百分率干旱指标,对陕西省干旱灾害的发生特征进行了详细分析。(1)陕西省的干旱灾害分布极不均匀,其总体特征是北多南少。(2)陕西省干旱灾害出现既有全省性的大范围干旱,也有区域性的局部干旱,陕北、关中发生区域性干旱频率高于陕南。(3)陕西省的干旱灾害发生季节在陕北、关中、陕南有显著差别,陕北干旱灾害季节性差异最大,关中次之,陕南最小。(4)持续性干旱灾害有的出现在同一季节,有的要跨2个季节。陕西省的干旱灾害总体上是春旱、秋旱、秋冬连旱或冬春连旱较多,陕南连续性干旱较少。     

基于传统干湿指数的省域长历时气象干旱变化特征及其对旱作粮食单产的影响

干旱是陕西省主要的气象灾害之一,干旱频发对农业生产、社会经济发展和生态环境等诸多方面均造成了严重影响。通过选取陕西省22个气象站点1960—2017年逐日地面气象数据,基于传统的潜在蒸散与降水量之比构成的干湿指数,由FAO56-PM潜在蒸散量对干旱指标进行重新界定,从长时序上分析了陕西省气象干旱的时空变化特征。结果表明:(1)由FAO56-PM公式重新界定的湿润、半湿润、半干旱、干旱、干燥气候分区界限值分别为0.58,1.17,1.77,2.36,4.74,全省大多数地区年干燥度呈增加趋势,主要集中在陕北南部与关中地区;(2)全省各站点多年平均年干燥度整体呈由北向南逐渐减小分布,干湿气候界线年代际波动较明显;(3)全省多年干旱发生频率整体呈增加趋势,分布情况为从陕北向关中先逐渐减小后又略微增大,再从关中向陕南又逐渐减小。春、秋、冬季干旱频率都为增加趋势,夏季为减少趋势;(4)省内北部干旱程度大于南部,不旱年数从陕南向陕北依次减少,微旱多发于陕南地区,中旱为关中地区,大旱为陕北地区,微旱和中旱多发于夏季,大旱主要发生于冬季与春季;(5)以旱作为主的陕北地区干燥度与降水量对单位面积粮食产量的影响较为显著。     

陕西省不同地区NDVI变化与气候因子的关系及响应研究

利用SPOT VEGETATION数据分别研究了陕西省近10 a植被空间分布和动态变化,比较了陕南、关中和陕北地区植被NDVI的年际变化和月变化.结果表明,陕西省植被覆盖总体较好,各地区植被总体轻微改善.这3个地区的植被NDVI年均值均逐年增加,并且增长速度表现为:陕南＞关中＞陕北,不同地区植被夏季生长最好.通过对不同地区植被NDVI与气温、降水、日照时数的年际和年内相关关系及其响应的研究得出,不同地区植被NDVI与气温、降水、日照时数的年际相关性不大,而年内相关性显著.研究了不同地区植被NDVI对气温、降水、日照时数的滞后效应得出,陕南地区植被NDVI对气温降水的响应不具有滞后性,对日照时数的响应具有滞后性.关中和陕北地区植被NDVI对气温、日照时数的响应具有滞后性,对降水的响应具有即时性.     

基于MODIS数据的陕西省植被净初级生产力与实际蒸散的变化关系分析

[目的]分析陕西省植被净初级生产力(NPP)及实际蒸散量(ET),为生态环境中碳循环、水循环特征提供理论支持。[方法]基于美国航天局(NASA)提供的净初级生产力产品(MOD17A3)及蒸散产品(MOD16)数据,利用GIS与数理统计等方法,对陕西省2000—2014年植被NPP与ET的时空分布特征及其关系进行分析。[结果]陕西省植被NPP与ET的分布特征均为南高北低;2000—2014年陕西省植被NPP在波动中呈现上升趋势,其中陕北地区增加最大,陕南地区增加最不显著;陕西省ET年际变化呈波动状态。植被NPP与ET空间相关性较显著,陕北地区相关系数极高,而陕南地区相关性并不显著。[结论]在较为干旱区域植被NPP与ET的关系更为密切。     

基于TVDI和气象数据的陕西省春季旱情时空分析

陕西省居于中国腹地,受干旱影响严重,开展遥感旱情监测工作,认识旱情的时空特征具有重要的现实意义。利用MODIS产品MOD11A2和MOD13A2构建NDVI-Ts特征空间,获取陕西地区温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),在利用土壤湿度和气象指数验证了TVDI反映旱情有效性的基础上,以TVDI为干旱指标分析了2000—2015年陕西省春季(2—5月)旱情的时空变化特征。结果表明:(1)土壤相对湿度和降水量与TVDI均呈负相关,TVDI对降水量存在一定的滞后性;(2)近16年来,陕西省年年有旱,但春季旱情总体呈逐年减轻的趋势,年内2—5月旱情会逐渐加重;(3)空间上,近16年来陕西省春旱较为严重的地区主要分布在陕北北部以及关中东北部,而陕北南部、关中西南部及陕南地区旱情较轻。     

RDI指数在辽西干旱时空分布特征评价中的应用

选用RDI指数对辽宁西部区域的干旱进行时间和空间分布特征的评价。研究结果表明:RDI干旱指数在辽宁西部地区干旱评价结果和实际干旱情况较为吻合,可用于辽西地区干旱评价。研究区域各气象站点年发生干旱的总频率为23.77%~35.80%,严重干旱均在夏季较易发生。区域干旱空间分布特征受降水分布影响,RDI干旱指数空间上呈现南小北大的趋势,即南部发生干旱的频率大于北部区域。研究成果对于区域干旱时空评价可提供参考。     

基于SPEI的贵州省近60年干旱时空特征分析

基于贵州省19个气象站点1960—2013年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过计算各站历年逐月的SPEI指数值,统计近60年各站点出现的干旱过程,分析了贵州省历年、历年各季尺度上的干旱年际变化趋势、四季变化趋势和干旱频率,揭示了贵州省干旱发生的时空演变特征。研究结果表明:近60年来尤其是1990年以来贵州省干旱化趋势较为明显;在空间尺度上,贵州省在年和春、夏、秋、冬尺度上均有干旱发生,干旱频率较高的区域主要集中在遵义市东部地区、铜仁大部分地区、黔东南北部和习水、赤水地区;在年代际变化方面,贵州省以2009—2013年干旱最为严重,发生干旱高频区向东北部和西部转移。干旱事件的发生呈现明显的季节性和区域性,总体分布呈现从西南向东北递增的特点。     

陕西省近50年来降水量时空变化特征分析

研究使用陕西省以及临近陕西省近50 a来的39个站点年降水数据,运用Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法和GIS插值,分析了近50 a陕西省的降水变化趋势和降水时空分布及变化特征。结果表明:1）近50 a来陕西省降水量存在明显的波动变化,呈现“增加—减少—增多—减少—增多”的波段形态。从总体趋势看,降水序列是呈现减少趋势,减少的速率是14.59 mm/10 a。2）在近50 a,陕西省降水量在1967年和1985年出现两次突变,出现了两个峰值。3）陕西省降水量分布及变化和降水等值线分布存在明显的纬向区域差异,降水总体出现北少南多的规律;陕北比较稀疏,而陕南以及关中比较密集。4）受到季风和地形的共同影响,陕西省的降水也存在经向差异,陕北降水量呈东多西少,关中和陕南呈现西多东少的分布格局。     

陕西省混合层高度变化规律研究

根据陕西省99个气象台站2006—2011年逐时气象观测资料,统计计算了各站四季及年平均混合层高度,并利用GIS系统绘制等值线分布图,分析了混合层高度的区域分布特征、四季和全年日变化特征。分析表明:（1）全年和四季平均混合层高度均以关中最高、陕北其次、陕南最低,其中陕北区域北部高、中部低,关中和陕南均为东北部高、西南部低;（2）各区域混合层高度均以春季最高,夏季其次,冬季最低,大致以冬季12月或1月最低,随后快速升高,4—5月达到最高,以后逐渐降低;（3）日变化均呈单峰型,日出后开始迅速升高,13:00前后达到最高,16:00开始迅速降低,日落后至次日日出前持续较低,春、夏季峰值持续时间较长,秋、冬季较短;（4）四季陕北和关中全天平均混合层高度差异不大,大部分时间关中略高于陕北;陕南春、夏季白天、秋季9:00—16:00、冬季10:00—15:00明显低于陕北和关中,而秋季18:00至次日7:00、冬季17:00至次日7:00大多高于陕北和关中。     

山西省春玉米生育期干旱特征分析

应用山西省15个气象站点1981-2011年春玉米生育期内逐日气温、降水量资料分别计算不同生育期的相对湿润度指数、降水与作物需水的耦合度,以相对湿润度指数（M）作为春玉米干旱等级评价指标,分析近31a山西省春玉米不同生育期干旱变化特征。结果表明：（1）近31a来,山西春玉米各生育期中,以出苗-拔节期干旱发生频率最高,达86.95%,干旱发生等级以中等以上为主,降水与作物需水的耦合度最小,仅0.41,该生育期缺水最严重;播种-出苗期干旱发生频率达82.47%,干旱发生等级以中等以上为主,北部和中部地区降水与作物需水耦合度分别为0.45和0.41,南部地区降水能满足玉米需水要求;拔节-抽雄期降水与作物需水耦合度为0.69,干旱发生频率为51.51%,干旱发生等级以轻旱为主;抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期干旱发生频率较低,为32.58%～43.33%,以轻旱为主,降水与作物需水耦合度在0.95以上,降水基本能满足春玉米的需水要求。(2)从北部至南部,山西春玉米各生育期干旱发生频率基本呈递减趋势,降水与春玉米需水耦合度呈递增趋势。全省播种-出苗期中等以上干旱占各级干旱发生频率的比重均为最高,北部、中部和南部地区分别达86.73%、79.43%和72.88%。     

南方农牧交错带降水变化及旱涝多时间尺度特征

[目的]分析南方农牧交错带降水变化及旱涝多时间尺度特征,为该区旱涝灾害防治决策、牧区生态重建及保护提供科学参考。[方法]基于南方农牧交错带1960—2017年20个气象站点逐月降水量资料,采用标准化降水指数(SPI)、反距离权重插值、M-K突变检验等方法对南方农牧交错带近58 a的降水特征及旱涝灾害时空格局进行研究。[结果]①近58 a以来南方农牧交错带年平均降水量以3.98 mm/10 a的速率在增加,降水主要集中在夏季,用M-K方法检测出该区域年平均降水量在1990年发生突变;②受气候、大气环流、地形、海拔高差、下垫面等因素的影响,降水量在空间分布上以维西—理塘—若尔盖为界,西北部降水量少,东南部降水量多,降水量呈现出由东南向西北递减的趋势;③研究区年降水量的增减变化以松潘—马尔康—新龙—理塘—稻城一线为界线,该线以东地区的年降水量均呈显著增长趋势发展,以西地区的年降水量呈显著减少趋势;[结论]研究区20世纪60—70年代旱灾发生的频率略高,80—90年代涝灾发生的频率较高,2000年以来旱涝灾害呈明显的减弱趋势发展。     

松辽流域1961-2017年极端降水变化特征

为了在气候变暖的背景下有的放矢地防御流域洪涝灾害,根据1961—2017年松辽流域逐日降水资料,采用百分位数、距平累积、Mann-Kendall、变差系数等方法分析了松辽流域极端降水变化特征。结果表明:松辽流域极端降水阈值呈西北小、南部大的分布;松辽流域极端降水量和降水频率都是由西北向东南升高,极端降水强度呈中南部大、其他地方小的分布,极端降水比率则由西北向东南降低;极端降水指数呈西南部低东北部高的趋势。极端降水主要发生在夏季;20世纪60年代初期开始极端降水指数存在由强转弱的突变,80年代中期以后开始增强,目前处于偏强阶段;1961—2017年及突变前极端降水量及频率呈上升的趋势,极端降水强度和比率则呈下降的趋势,气温突变后极端降水指数都呈下降的趋势,变差系数增大。目前松辽流域处于极端降水偏强阶段,极端降水量大,频率高,强度大,且变差系数增大,不稳定增强,极端降水发生的几率增加,因此应引起高度重视,加强相关研究,提高对极端降水灾害的防范和应对能力。     

1960-2011年西南地区干旱时空格局分析

基于西南地区130个气象站1960-2011年气象资料,计算了各站不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),并采用Mann-Kendall趋势分析法和反距离加权插值等方法,分析了该区近52a以来干旱发生的时空变化特征。结果表明:(1)各区域干旱存在明显的年际变化波动且线性变化趋势较为显著,近12a来干旱次数明显增多。大部分区域干旱指数在春夏秋季均呈减少趋势,秋季最为明显,冬季反之。(2)空间分布方面,横断山地、广西丘陵、四川盆地东部和贵州高原南部春旱频率较高。夏旱主要发生在横断山地北部,若尔盖高原,四川盆地的西部和南部,云南高原中部和广西丘陵。云南高原南部,横断山地西南部,贵州高原和广西丘陵的秋旱频率较高。冬季干旱频率高值区主要集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一带。     

山地农业小流域非点源氮磷输出特征及来源

[目的]分析非点源污染物输出特征及来源,为相似农业小流域水质研究以及非点源污染控制提供参照基础。[方法]通过ArcGIS软件对集水流域划分,监测2014年断面及降雨水质,结合平均浓度法及输出系数法,建立考虑降雨携带输出的流域非点源负荷输出系数法计算模型,并进一步采用最优化数学方法对流域内污染物的来源进行分析。[结果]核算得到耕地、林地、城镇村及工矿用地、农村生活和畜禽养殖的总氮输出系数分别为15.87,6.33,6.27kg/(hm~2·a),0.20kg/(人·a),0.83kg/(头·a),总磷输出系数分别为0.46,0.39,0.67kg/(hm~2·a),0.10kg/(人·a),0.16kg/(头·a)。该研究区域径流中NO_3~--N是氮流失的主要形式,降雨高峰期径流中颗粒态磷流失严重,NH_4~+-N及溶解态磷是该流域雨水中氮磷的主要存在形态。[结论]该流域非点源污染输出以降雨、林地、农村生活输出为主。     

基于标准化降水指数的浙江省旱涝特征分析

基于浙江省84个气象站1980~2009年的降水资料,选择标准化降水指数作为旱涝评价指标,分析了全省旱涝发生频率、旱涝站次比和旱涝强度的时空分布特征。结果表明:全省旱涝灾害频率高,年际上呈现旱涝急转特征。全省旱涝灾害影响范围广,多年平均旱站比28.6%,涝站比25.8%,平均干旱强度和洪涝强度分别为中旱和中涝。在空间分布上,旱涝灾害频率呈斑块状的区域性特征分布,表现为多个高频区;干旱高频区主要分布中旱站和重旱站,而洪涝高频区分布中涝站,这些区域可能是潜在的自然灾害区,应加强抗旱防洪措施建设。     

纸坊沟小流域水文特征与降水量关系初步分析

应用纸坊沟小流域1959-1997年降水、输沙及径流观测资料,分析了流域降水和输沙年际、月际变化特征以及年降水量与年径流量、年均土壤侵蚀模数之间的关系,时段治理程度与时段年均输沙量之间的关系。结果表明,降水量年内分配不均且凸显单一峰值,降水在年际上呈平水年-干旱年-平水年（较丰水年）周期性变化;多年平均输沙量月分布过程线峰型单一瘦削,土壤侵蚀及输沙量年际变幅大,稳定性极差;径流年变化幅度很大,地表径流的年际变化11年为一个周期,连续出现枯水年和丰水年的周期均为6年左右;年降水量与年径流量、年降水量与年土壤侵蚀模数、时段年均输沙量与时段治理程度呈线性相关关系,其相关程度均呈极显著（在0.01水平上）。     

近60年山西省极端降水时空变化特征

气候变化背景下,极端降水事件发生频率与强度的增加直接影响区域生态安全,分析极端降水时空变化特征对于区域风险评估具有重要意义。基于山西省1960—2019年22个气象站点的逐日降水数据,选取12个极端降水指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验与突变分析、Morlet小波分析和反距离权重插值等方法,对山西省近60年极端降水的时空变化特征进行研究。结果表明:(1)山西省整体呈干旱化趋势,降雨日数(R1MM)下降趋势显著;(2)部分极端降水指数在20世纪70年代前后发生突变,突变后呈显著下降趋势;(3)极端降水变化存在约17年的主要周期,部分极端降水指数还存在7～8,4～5年的周期变化;(4)山西省西南部整体呈干旱化趋势,西北部极端降水事件趋于增加。研究结果将为山西省极端降水事件的响应对策实施提供依据。     

陕西黄土区土壤的农业水文特性研究

在研究陕西黄土区土壤水特性分布特点及其相关因素的基础上，根据土壤的物理粘粒含量，１００ｃｍ土层的绝对含水量，和年降水蒸发差为主导指标，用模糊数学等价关系聚类，把陕西黄土区划分为７个区，对其土壤的农业水特性值进行了分析评述，并提出相应的改良措施的办法。     

华北平原典型干旱年土壤水分及灌溉特征遥感分析

华北平原作为我国的粮食主产区,土壤水分是制约作物生长的主要限制因子.本文首次运用土壤水分指数数据,对华北平原土壤水分以及灌溉特征进行空间分析,旨在为区域尺度农田旱情以及农作物产量的实时监测与预报提供相关参考.研究基于1993-2002年华北平原逐旬降雨数据和主动微波遥感反演的土壤水分指数数据,应用地统计分析方法,分析典型干旱年(1999年)该区表层土壤水分时空变异特征,并提取和分析小麦生长期内的灌溉信息;通过对逐句的降水和土壤水分数据的空间叠置分析,提取区域内的灌溉信息.结果表明:1999年降水量比多年(1993-2002年)平均量少约140mm;1999年土壤水分变化与降水变化整体保持一致,低于多年平均水平,春季和夏季,土壤水分减少尤为明显,土壤干旱非常普遍;小麦生长期内,大部分地区均存在不同程度的灌溉,其中中部地区灌溉次数最少,占研究区面积的65％左右的南部和北部地区灌溉次数多为2～3旬次.采用降水量和遥感水分监测数据,可以分析土壤水分变化的原因,提取灌溉的范围和时间特征,并可为旱情遥感监测提供科学参考.     

1960-2010年延河水沙特征及其对退耕工程的潜在响应

河流水沙特征与流域降水量和下垫面变化密切相关.为揭示流域降雨以及退耕还林对延河流域水沙特征的影响,本文以延河甘谷驿站控制区1960-2010年流域降水量、河流径流量和输沙量实测数据为基础,统计分析了延河水沙变化特征及其对流域降水量的响应,并对比分析了退耕前、后(以2002年为界)延河水沙变化.结果表明:在1960-2010年间,延河甘谷驿站控制区年及汛期(6-9月)降水量、径流量和输沙量呈波动递减趋势,汛期降水量、径流量和输沙量值约占年值的64.8％、71.7％和98.1％;年及汛期输沙量与径流量呈极显著正相关关系,径流量变化可分别解释年及汛期87.6％和92.2％的输沙量变化,降水量变化可分别解释年及汛期22.7％和23.6％的输沙量变化;退耕后流域年及汛期平均输沙量、径流量和径流系数显著低于退耕前,剔除退耕前后降水量差异影响,退耕工程对年及汛期累计输沙量变化分别贡献87.5％和86.9％,对年及汛期累计径流量变化分别贡献77.4％和75.4％.研究阐明退耕可显著降低年及汛期平均径流量、径流系数和输沙量.