基于农业旱涝指标的湖北省棉花生育期内旱涝急转特征分析

【目的】揭示湖北省棉花不同生育期内旱涝急转事件的时空演变规律,为减灾保产提供依据。【方法】基于日尺度标准化前期降水蒸散指数SAPEI(Standardized Antecedent Precipitation Evapotranspiration Index)对农业旱涝急转事件进行日尺度判定,并利用湖北省26个气象站的逐日气象资料对湖北省1961―2019年内棉花不同生育期的旱涝急转事件进行时空规律分析。【结果】SAPEI适用于反映湖北省棉田的水分状况并可用于研究旱涝急转规律。在棉花全生育期内,旱转涝累计强度约为涝转旱累计强度的5倍。花铃期内棉花遭受旱涝急转的次数最多且单次平均强度最大;蕾期旱涝急转次数少但每次强度较大;吐絮期旱涝急转强度低但次数偏多。湖北棉花旱涝急转灾害主要集中在鄂西北和洪湖地区,旱转涝和涝转旱均频发。此外,湖北省内棉田旱涝急转事件在不同年代的差异较大,其中20世纪70年代旱涝急转强度最大,但自20世纪90年代以来,旱涝急转有发生范围变广、强度增加的趋势。【结论】湖北省内棉花旱涝急转灾害以旱转涝形式为主,主要发生在花铃期,具有频率高、强度大的特征,因此有必要重点关注花铃期内棉田发生旱转涝的风险,尤其是鄂西北和洪湖地区等地区。     

利用累积湿润指数评估湖北棉花生育期内旱涝灾害特征

【目的】揭示湖北省棉花生育期内旱涝灾害特征,为棉田旱涝灾害防控工作提供依据。【方法】基于湖北省1961―2019年26个典型气象站点逐日气象资料计算了棉花生育期内旬累积湿润指数,以此分析棉花各生育期内旱涝变化特征,并揭示各生育期内旱涝强度与棉花气象产量的关联性。【结果】湖北省平均涝渍强度除棉花蕾期外,苗期、花铃期和吐絮期均呈下降趋势,平均干旱强度在除吐絮期外的其余生育期均呈下降趋势。平均涝渍强度在1965年苗期发生显著(p0.05)增强,在1965年和1985年吐絮期分别发生显著增强和减弱;平均干旱强度在1975年吐絮期发生1次显著的降低。湖北棉花旱涝灾害以涝为主,干旱次数较少且强度较低。棉花易在苗期和蕾期受涝,湖北省平均涝渍频率分别为58.42%和48.98%;易在花铃期和吐絮期受旱,湖北省平均干旱频率分别为10.59%和11.00%。涝渍频率整体呈西南部最高的特征,干旱频率整体呈现中北部高、西南部低的特征。棉花在花铃期最易因涝减产,且仅在该时期内气象产量与涝渍强度极显著(p0.01)相关;此外,涝害的减产作用大于干旱。荆门市、孝感市和黄石市蕾期为因涝减产的高风险地区/时段;黄冈市花铃期为因旱减产的高风险地区/时段。【结论】湖北省棉田旱涝防治工作以除涝为主,尤其需注意在蕾期和花铃期内及时灌溉和排水;各地区的旱涝防治工作因旱涝形式和发生时期而异。     

湖北省降雨和洪涝特征时空变化规律分析

为揭示降水变化波动与区域旱涝灾害特性间的关系,采用降水集中指数(PCI)、降水异常指数(RAI)、标准化降水指数(SPI)、降水集中度(PCD)、降水集中期(PCP)和夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI)等表征降水特性和旱涝急转特征的多个指标对湖北省区域内旱涝急转特性和降水时空变化特征进行了研究,并对其旱涝发生规律和年代际变化进行了系统探讨.研究结果表明:区域降水具有季节性,主要表现为PCI值一般介于11~19,个别年份大于20,RAI值高低值分别发生在7月份和12月份左右;受气候变化等因素影响,省内和不同分区内近年SPI呈现波动和上升趋势,旱涝灾害发生具有持续性;全省及各区PCI,PCD值偏大,PCP值越大即雨季出现越早,则越容易发生洪涝灾害,指示洪涝灾害风险不断增加,尤其鄂西南最为突出;全省年代际变化特征明显,全省按旱涝急转频率及强度各年代际结果依次为1960s,2010s,1970s,2000s,1990s,1980s, 同时与夏季降水百分率结果表现一致.文中所得的研究成果对了解区域旱涝灾害变化特性和防治自然灾害具有重要的理论借鉴和实践参考意义.     

太子河流域降水及旱涝时空演变特征分析

为研究太子河流域降水及旱涝演变特征,依据太子河流域19个雨量站1956-2006年逐日降雨资料,采用数理统计结合GIS空间分析技术,引入了降水距平百分率Pa、标准化降水指数SPI、长周期旱涝急转指数LDFAI等指标进行分析。结果表明,太子河流域降水量呈现非显著下降趋势,线性倾向率为-12.96 mm/(10 a),并且具有明显的空间差异性;太子河流域旱涝演变过程大致经历了4个阶段,20世纪90年代以来为干旱期,干旱发生的频率较高,多尺度SPI的综合应用能够较好地反映太子河流域旱涝演替过程;太子河流域旱涝急转现象频繁,典型年份旱涝急转强度具有明显的空间差异性。总体来说,涝转旱事件发生频率大于旱转涝事件发生频率,而旱涝急转事件主要发生在太子河流域下游区域,需重点关注旱转涝事件带来的影响。     

武汉市水资源旱涝变化及其急转情况历史演变分析研究

本研究通过历史实测气象数据,结合水文统计方法、逐日干旱计算方法以及游程理论,对武汉市干旱洪涝事件进行提取,并重点分析武汉市历史气候演变以及旱涝急转变化情况.结果表明武汉市历史降水呈现整体上升、蒸发呈现下降趋势,枯水期存在蒸发大于降水的情况,湖泊水位在枯水期具有下降可能.且夏季的旱涝急转以及秋冬季节的涝旱急转均存在导致湖...     

降水时空分布及变化特征分析——以安徽省为例

【目的】探究安徽省降水时空分布及其变化规律。【方法】基于1960—2019年安徽省24个气象站点的降水日值数据,采用趋势分析、突变检验等方法分析安徽省降水时空分布特征和变化趋势。【结果】降水量自北向南递增,夏季降水量约占全年降水量的40%;降水日呈“南频北稀”、“山区多,平原少”的空间分布格局,降水量和降水日的高值中心出现在皖南和大别山区域,低值中心位于淮北平原。年降水量呈上升趋势,增加的站点共22个。总降水日呈减少趋势,中、小降水日显著减少,大雨和暴雨的降水日呈增加趋势。安徽省共12个站点存在降水突变年,仅江淮平原和皖南山区的降水量存在潜在突变年。【结论】安徽省降水较为集中,极端降水和洪涝风险存在增长趋势,本研究可为安徽省水资源规划利用及旱涝灾害防控提供借鉴。     

韶关市近50年干旱与烟草需水量变化特征研究

基于1971-2020年韶关市8个气象观测站逐日气象数据,计算不同时间尺度标准化降水蒸散发指数(SPEI),并采用MMK趋势检验和作物系数法等方法,研究了近50年韶关地区干旱与烟草需水量变化特征.结果表明:①2000s后,韶关的干旱程度有增强的趋势,且年干旱影响范围在不断扩大;②从空间分布来看,年干旱发生频率总体呈"北多南少"的分布规律,韶关曲江是季节尺度干旱事件易发生地;③韶关地区的干旱化主要由气温和降水共同作用,其中降水占主导因素;④韶关南雄烟草生长期需水量以5.98 mm/10a的速率显著递增,与SPEI指数呈负相关.总的来看,韶关市干旱渐趋严重,且呈四季干旱多发,中部受灾严重以及春冬季易旱涝急转的特征.其中韶关南雄由于干旱化有加剧趋势,需特别在烟草生长期内做好水资源配置和规划管理工作.     

不同滴灌灌溉制度对绿洲棉田土壤水热分布及产量的影响

【目的】探究不同滴灌灌溉制度对绿洲棉田土壤水热分布状况及对产量的影响。【方法】于2017年在策勒地区开展田间试验,设置了2种灌水模式:基于计算机模型的预报灌溉与基于土壤墒情的灌溉,每种灌水模式设置2种灌溉梯度:充分灌溉(100%)和非充分灌溉(75%的充分灌溉)。【结果】预报灌溉的土壤含水率和贮水量在花蕾与花铃期显著高于墒情灌溉;不同灌溉制度各剖面的土壤温度变化趋势一致,整个生育期的表层土壤平均温度表现为墒情亏缺最高,预报充分最低。作物产量在一定范围内随灌溉量的增加而增加,预报充分的产量较预报亏缺,墒情充分,墒情亏缺分别提高13.7%、12.1%、47.6%。水分利用效率表现为预报亏缺最高,且产量与预报充分的产量无显著差异。【结论】在策勒绿洲地区,预报亏缺灌溉可达到节水增产的目的。     

太行山前平原井灌农田点尺度土壤水分动态随机模拟

基于中国科学院栾城农业生态系统试验站2002—2008年夏玉米生长期内的土壤水分观测数据及2000—2008年的降水(灌溉)、气象、生物数据,结合Laio土壤水分动态随机模型研究了太行山山前平原典型农田点尺度土壤水分动态的随机性。结果表明:研究区2000—2008年夏玉米生长期内日平均降水量为10.71 mm,降水频率0.290 9,其中小雨、暴雨的发生频率表现出明显上升趋势,中雨的发生频率呈显著下降趋势,大雨发生频率表现出微弱下降倾向;玉米生长期的土壤含水率6月份处于增长期,7月份达到生长期最高值并稳定在32.2%的水平,8月份以后下降并在9月份趋于稳定;Laio模型模拟得到土壤相对湿度的概率密度函数在曲线形状(峰值、峰值出现的位置、90%置信区间)与数字特征(中位数、均值、方差)方面与观测结果一致(α=0.05),模型在井灌区具有很好的适用性,且可以将灌溉作为一次降雨事件来处理;应用Laio模型得到在多年平均降雨条件下,32.1 mm的田间净灌溉量可以在50%水平上使夏玉米生长期内的土壤含水率保持在田间持水量的80%以上。     

江淮不同亚区冬小麦涝渍害气候风险时空演变

【目的】揭示江淮亚区冬小麦全生育期涝渍害气候风险时空演变特征,为不同区域涝渍害精准防控提供依据。【方法】基于江淮地区苏皖二省境内143个地面气象观测站数据,通过对冬小麦全生育期月降水量、潜在蒸散量序列进行主成分降维与K-Means聚类分析,将研究区划分为5个气候亚区;应用基于标准化前期降水蒸散指数的日尺度冬小麦涝渍害的历史序列数据,分析了冬小麦全生育期各气候亚区的涝渍害的时空演变特征。【结果】出苗—越冬期（11月—次年2月）涝渍害年均发生天数和次数的高值区位于江淮之间、沿江东部,而返青—成熟期（3—5月）的涝渍害则呈北少南多的纬向分布特征。5个气候亚区生育期内逐旬涝渍害天数在沿江西部和高山区域呈明显的前期少、后期多的分布型,生殖生长阶段的涝渍害气候风险高;在江淮之间和沿江东部为平缓型,全生育期均有较为明显的涝渍害;淮北地区则是在播种出苗期的涝渍害发生频次最高。从年际间变化趋势来看,5个气候亚区各旬涝渍害发生天数的变异系数普遍较高,11月下旬—次年2月中旬涝渍害天数大多呈显著增加趋势。【结论】苏皖二省冬小麦全生育期涝渍害风险总体偏高,5个气候亚区的涝渍害气候风险时空特征差异明显,未来应更...     

河套灌区渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响

【目的】探究渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响及其变化规律。【方法】以河套灌区典型斗渠规模的渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响为对象,采用水位下降静水法入渗试验,分析了渠道水深对累积入渗量、入渗率、渗漏强度的影响。【结果】(1)在同一渠道水深条件下,土壤累积入渗量随着渗漏用时的延长而增加;土壤入渗率和渠道渗漏强度均随渗漏用时逐渐减小并最终趋于稳定。(2)不同渠道水深条件下土壤累积入渗量、土壤入渗率和渠道渗漏强度均呈现出随水深的增加而增大的趋势。(3)在渠道水深作用下渠床土壤含水率动态分布受基质势梯度、土壤导水率及湿周的影响较大。【结论】渠道水深对渠床土壤入渗特性中的累积入渗量、入渗率、渗漏强度及渠床土壤含水率动态分布均有较大影响,且前三者均随水深的增加而呈现指数规律增大,并且在不同渠道水深的相近入渗特性下最优水深为70 cm。     

不同灌溉模式寒地稻田CH_4和N_2O排放特征及增温潜势分析

【目的】寻求黑龙江省寒地稻田的适宜灌溉方式。【方法】采用静态箱-气相色谱田间观测的方法,设置控制灌溉、间歇灌溉和淹水灌溉3种灌溉方式,展开了对寒地水稻生长季CH_4和N_2O排放特征及其增温潜势方面的研究。【结果】(1)稻田CH_4排放主要集中在分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期。与淹水灌溉相比,控制灌溉、间歇灌溉能显著减少CH_4排放量(P<0.01),其中控制灌溉减少56.29%,间歇灌溉减少26.59%。(2)土壤干湿交替的晒田期和施加穗肥7 d后是稻田N_2O排放的主要时期,返青期有明显的负排放现象发生。施加穗肥后,控制灌溉稻田N_2O排放首先达到排放高峰,比间歇灌溉和淹水灌溉提前了6 d。控制灌溉和间歇灌溉N_2O排放量与淹水灌溉相比分别增加了55.6%和56.0%。(3)淹水灌溉稻田CH_4排放量与5 cm土壤温度显著正相关(P<0.01),控制灌溉稻田N_2O排放量与15 cm土壤温度显著正相关(P<0.01)。不同深度土壤温度、气温对间歇灌溉稻田CH_4和N_2O排放均有显著影响。淹水灌溉CH_4和N_2O排放受土壤温度影响显著,其影响大小与不同灌溉方式有关。【结论】不同灌溉模式影响了寒地稻田CH_4和N_2O排放特征,控制灌溉既降低了增温潜势又增加了籽粒产量,是一种较优的灌溉模式。     

黄河河龙区间洪水泥沙关系分析

【目的】深入了解近年来黄河泥沙变化规律,保障引黄工程的安全运行。【方法】对2006—2015年黄河吴堡、龙门水文站洪水特征资料进行了分析研究,【结果】月最大含沙量大于10 kg/m~3时段集中在3月桃花汛和汛期(6—9月),汛期泥沙量远大于3月水平,同期龙门站最大含沙量水平高于吴堡站;洪水过程径流总量与含沙量相关性并不显著;河龙区间上下游泥沙输移过程存在一定相关性,但龙门站较吴堡站更多呈现自然河道属性。【结论】黄河突发增沙原因不只局限于洪水激增,黄河调水调沙等人类活动对水流携沙突增影响不容忽视。不同水文站局部性暴雨所形成的短历时增沙现象的水文系列过程呈现随机性。     

东北寒区水稻需水对地下水埋深的响应及灌溉模拟

【目的】揭示不同降水年型下东北寒区水稻需水对地下水埋深变动与灌溉的响应规律,进一步优化寒区水稻灌溉制度。【方法】以黑龙江庆安和平灌区灌溉试验站多年水稻灌溉试验及2017年地下水动态观测数据为依据,分析不同灌水模式下水稻耗水及地下水变化动态,验证AquaCrop模型在东北寒区水稻生长模拟中的适用性,并用于模拟分析25%、50%、75%降水年型下水稻需水与不同地下水埋深的相互关系及灌水量的响应规律,提出适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及其生育期净灌水量。【结果】①水稻生育期内,地下水埋深先浅后深,其中,分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期耗水量大,灌溉和降雨较多,地下水埋深较浅;②构建了3种降水年型下ET与GD、I的多元回归方程,综合考虑了水稻需水量与地下水埋深、生育期灌水量之间的相关关系,可用于稻田高效耗用水管理和地下水资源持续利用;③为实现东北寒区水稻高产和地下水埋深基本稳定的双重目标,地下水埋深应控制在2.0～2.5 m之间,水稻生育期净灌水量为:枯水年不宜低于现状灌水量,即300 mm;丰水年和平水年净灌水量可适当减少至现状灌水量的0.8倍,即240 mm。【结论】提出了适宜该地区水稻高产的地下水埋深范围及生育期净灌水量,为促进我国东北地区节水增粮,保护湿地生态环境,提高农业用水效率提供了理论依据。     

滴灌方式对南疆沙区成龄红枣土壤水分的影响

【目的】确定南疆沙区红枣适宜的滴灌制度和滴灌方式。【方法】以7 a生矮化密植骏枣树为材料,设置枣树根部1个滴头灌水和多点滴灌灌水2种滴灌方式,每种方式设置3个灌水量(900、1 050、1 200 mm),进行了田间小区试验。【结果】多点滴灌方式下,不同灌水量土壤剖面水分分布有显著规律,表现为50 cm以上土层同层水平距离20 cm土壤含水率小于水平距离40 cm,50 cm以下土层则相反。110 cm土层以下单点滴灌土壤水分显著高于多点滴灌,110 cm以上土层单点滴灌土壤水分显著低于多点滴灌。受灌水量和滴灌方式的影响,同一处理不同土层土壤水分随时间推移其变化规律并不一致。【结论】单点滴灌与多点滴灌土壤水分分布规律差异显著,但耗水量无显著差异。     

基于混合象元分解的Landsat8与MODIS数据融合反演土壤墒情方法研究

【目的】及时准确地获取灌区土壤墒情信息。【方法】以河南省焦作市广利灌区为研究对象,利用Landsat8及MODIS遥感数据分别以表观热惯量及植被供水指数法反演土壤墒情,以混合象元分解的植被和土壤的丰度作为权重因子,对2种方法反演的土壤墒情进行了融合计算。【结果】利用植被供水指数法和表观热惯量反演的土壤含水率与实测含水率相关系数分别为0.47和0.51,同时将2种方法相结合得到的反演结果精度更高,实测含水率与计算的土壤含水率相关系数达到0.73。【结论】融合方法可以更好地计算灌区非均匀覆盖区的土壤墒情。     

基于SRI与Copula函数的黑河流域水文干旱等级划分及特征分析

【目的】基于SRI对黑河流域水文干旱进行等级划分及特征分析。【方法】利用2种不同的径流丰枯等级分类方法,对黑河流域莺落峡水文站的径流资料进行概率统计分析,提出基于SRI的水文干旱等级划分标准(标准1),分别采用标准1和基于标准化降水指数(SPI)的干旱等级划分标准(标准2),识别水文干旱历时、烈度、烈度峰值3个干旱特征变量,利用Copula函数进行水文干旱多变量联合分布研究,选取RMSE、AIC、BIC准则作为联合分布拟合优度检验的判别依据优选Copula函数类型,计算了不同干旱事件的重现期。【结果】基于标准1的水文干旱等级划分结果比标准2更符合实际干旱情况;单变量重现期介于联合重现期与同现重现期之间,可以进行干旱事件重现期估计;黑河流域发生持续2.68个月的重旱事件的重现期为3 a。【结论】基于SRI的干旱等级划分在多变量水文干旱研究中使联合分布函数拟合更优,分析得到的干旱特征更接近实际情况。     

基于温度植被干旱指数的土壤水分空间变异性分析

【目的】深入探讨区域土壤水分空间变异及其尺度效应,优化灌区尺度土壤水分采样精度,并提供合理采样方案。【方法】以人民胜利渠灌区为研究区,利用Landsat 8遥感影像,构建了温度植被干旱指数,根据其与土壤水分的相关关系获得研究区土壤水分分布。利用经典统计学和地统计学分析方法对2种尺度下土壤水分分布进行了空间变异性分析。【结果】不同尺度土壤水分服从正态分布,随着研究尺度和分辨率的增大,土壤水分的空间变异系数逐步增大;地统计学分析表明小尺度的块金基台比(C0/(C0+C))小于0.25,具有较强的空间相关性,而灌区尺度的块金基台比大于0.25小于0.75,具有中等强度的空间相关性。灌区尺度所选不同分辨率下土壤水分的变异系数、变程以及块金基台比变化很小。【结论】人民胜利渠灌区尺度土壤水分的获取不适宜用插值法,比较适宜用遥感法。     

湖南省资水流域极端降水量时空变异特征及重现期极端降水量的推算

【目的】为了解湖南省资水流域各国家气象站1960—2016年年最大日降水量、年最大过程降水量的时空变异特征。【方法】利用经验正交函数(EOF)分解、空间自相关分析、线性倾向估计法、Mann-Kendall检验、复Morlet小波变换等方法,并基于数理统计方法推算了一定重现期各站点极端降水量值。【结果】①资水流域极端降水量空间上存在"北多南少、西多东少"的特征,地处迎风坡的站点极端降水量值较大,盆地、背风坡处的站点极端降水量较小,极端降水量EOF分解特征向量主要存在3种典型模态,南—北型、西北—东南型和全局型;20世纪80年代后年最大日降水量空间上存在一定的集聚倾向,尤其是2000年后集聚趋势十分显著,表现为明显的两极分化特征,年最大过程降水量则表现出一定的空间负相关性;②流域平均极端降水量呈增加趋势,年最大日降水量气候增长率为2.8 mm/10 a,20世纪80年代后期—20世纪90年代初期是极端降水量突变阶段,空间自相关性和变化趋势均存在显著变化;上游地区极端降水量存在准周期变化规律,准周期为10 a左右;③50 a以上重现期极端降水量分布与极端降水量EOF分解特征向量分布形态高度一致;极端降水量大的站点,其极端降水量随重现期显著增加,极端降水量小的站点,其极端降水量随重现期增加变化不明显。【结论】近年来频发的厄尔尼诺现象与资水流域极端降水量时空变异特征关系密切,其中的具体关联有待进一步研究。