基于SPEI指数的辽宁省多尺度旱涝特征分析

近年来辽宁省深受旱涝灾害的影响,明确其时空演变特征对进一步制定防灾减灾策略具有重要意义。利用1989—2018年辽宁省23个气象站点逐日气象数据,基于不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI指数),运用Mann-Kendall突变检验、线性倾向率等数理统计方法,对辽宁省近30年来旱涝演变及持续性特征进行分析,并结合通径分析方法探究其影响因素。结果表明:(1)近30年来辽宁省经历涝-旱-涝的演化过程,辽西干旱化显著,变涝趋势最显著的是辽中和辽北,其次是降水量最丰富的辽东;(2)从中度及以上旱涝灾害频率看,1999—2008年为典型的干旱时段,而2009—2018年则为偏涝时段,旱涝事件发生频率春季冬季秋季夏季;(3)持续性干旱事件强度变小,主要发生在春季。持续性洪涝事件呈增加趋势,主要发生在春、夏两季;(4)降水量是影响旱涝变化的主要因素,蒸散量次之,气温是通过影响降水量和蒸散量进而影响旱涝变化的。     

1951—2017年通辽地区气温、降水和蒸发演变规律研究

科学分析气温、降水和蒸发的演变规律,可为地区合理利用气候资源和发展农业生产提供参考依据。以 1951—2017 年通辽气象站的气候资料日值数据集为基础,运用年份突变检验、年际趋势分析和周期震荡分析等方法研究多时间尺度下年平均气温、年降水量和年潜在蒸发量的变化特征。运用 Mann-Kendall 检验、有序聚类检验和滑动 t 检验分析气候要素的突变特征,运用线性趋势和滑动平均分析气候要素的年际趋势,运用 Morlet 小波分析气候要素的周期震荡。结果表明: 年平均气温和年潜在蒸发量呈显著上升趋势,其变化率分别为 0. 38 ℃ /( 10 a) 、41. 40 mm /( 10 a) ; 年降水量呈微弱下降趋势,其变化率为－5. 26 mm /( 10 a) 。气温、降水和蒸发的突变年份分别为 1987 年、1963 年和1995 年。上述气候要素突变年份前后 10 a 均值的变幅分别为+14. 60%、－22. 74%、+8. 43%。56 a、15 a 为气温的第一、第二主周期; 41 a、18 a 为降水的第一、第二主周期; 55 a、30 a 为蒸发的第一、第二主周期。年潜在蒸发量具有 55 a 的显著变化周期。     

黄河源区近60a气候变化特征及暖湿化分析

为揭示黄河源区气候变化特征与趋势,利用1953—2012年玛多地区年平均气温和年降水量,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波变换等方法,对玛多地区的气候变化特征进行了分析。结果表明:玛多地区年平均气温呈显著升高趋势,倾向率为0.289℃/10 a,1997年发生了由低温向高温的突变;年降水量呈增加趋势,倾向率为10.21 mm/10 a,降水量由少到多的突变发生在2003年;玛多地区年平均气温的第一主周期为15 a,此外还有6 a、29 a的变换周期;年降水量的第一主周期为27 a,此外还有12 a、5 a的变换周期。     

ENSO影响下安徽省旱涝灾害及农业生产损失时空变化特征

基于1961—2014年25个气象站资料,采用线性趋势法、标准化降水蒸散指数(SPEI)、M-K趋势检验以及皮尔逊相关分析法,分析了ENSO影响下安徽省1961—2014年近54年旱涝时空特征及对农业生产影响。研究表明:(1)与ENSO事件有关的中度以上干旱(洪涝)发生次数占中度以上干旱(洪涝)总次数的68%(83%),且干旱事件受厄尔尼诺次年及拉尼娜年影响大,洪涝受厄尔尼诺当年影响更大;(2)春、秋季SPEI波动幅度大于夏季和冬季,洪旱灾害风险增大。春季呈干旱化趋势,冬季在20世纪90年代湿润化达到最大,随后趋向于干旱化。与皖北地区相比较,皖南地区各月份趋势变化大;(3)安徽各地区的旱涝指数与SSTA的相关性在ENSO冷暖事件中不同,ENSO暖事件对皖南地区相关系数最大达0.32,超过99%置信度检验,影响更为显著,而ENSO冷事件对皖北地区相关系数最大达0.28,超过99%置信度检验,影响更为显著。随着滞后性月份的增加,安徽各区域的旱涝指数与SSTA的相关系数逐渐增大,皖南地区与SSTA相关性大于皖北地区,SSTA对未来3个月皖南旱涝有明显的影响;(4)近20年皖北、皖南地区稻、麦减产主要发生在ENSO事件年或者前一年,且减产率高。皖北地区和江淮地区的小麦减产发生次数较少,小麦减产率较大,而皖南地区小麦减产发生年份较多,小麦减产率较小。ENSO对农业生产的影响与旱涝分布状况有关,江淮地区良好的灌溉条件会降低ENSO年农业旱涝受灾风险。     

变化环境下ENSO对合肥市旱涝灾害影响研究

由1961—2000年合肥市每月的气温和降水数据得到干旱指数SPEI,从年、季尺度分析SPEI指数与ENSO事件的关系,揭示ENSO对合肥市旱涝灾害的影响。结果表明:(1)在40 a的研究期间共发生ENSO事件19次,暖事件的频次大于冷事件;(2)合肥市的旱灾和涝灾主要发生在ENSO事件年的当年、次年或前一年,其中在6个干旱年中,3 a发生在El Nino强事件年,5个涝年中,有3 a发生在La Nina强事件年;(3)ENSO事件强度与合肥市年SPEI指数呈显著负相关关系,滞后2个月最为显著,El Nino事件年合肥市发生旱灾的概率较大,而La Nina事件年发生涝灾的概率较大;(4)合肥市旱涝灾害以春夏季节居多,灾害强度以中度旱涝灾害为主,且旱灾强度比涝灾强度大,秋、冬季节恰好相反。     

新余市干旱特征及气象因子分析

基于新余市1960—2019年气象数据,计算标准化降水蒸散发指数SPEI,分析该地区气象因子及干旱特征。结果表明,新余市降水量、气温和水汽压呈上升趋势,日照时长、风速和相对湿度呈减小趋势;干旱情势趋向减弱,年干旱指数在1988年发生突变,呈显著增加趋势;干旱具有多个周期,第一主周期为17 a,SPEI指数的增加主要由于降水量的增多、日照时长和风速的减小。     

内蒙古半湿润与半干旱过渡区气候干湿变化差异研究——以赤峰市与呼伦贝尔市对比为例

利用1978-2018年赤峰市与呼伦贝尔市共12个气象站点的气象观测数据,运用线性回归、滑动平均等方法分析两市降水及气温的变化特征,并结合M-K检验法以及Morlet小波分析法,对比分析两市气候干湿变化所带来的影响。结果表明：在气温方面,1978-2018年赤峰市与呼伦贝尔市年平均气温均呈波动上升趋势,上升增率分别为0.11、0.25℃/10a,两市年均气温均在1982年发生突变,年均气温变化主周期分别为14和10 a;在降水方面上,赤峰市年降水量增率为2.43 mm/10a,呼伦贝尔市为-9.76 mm/10a;夏季降水倾向率最为明显,两市分别为6.71、-11.09 mm/10a,两市年降水量均发生了多次突变,年降水量变化主周期分别为12和8 a;1978-2018年赤峰市气候向暖湿化发展,呼伦贝尔市气候则趋向暖干化,这对于处于农牧分界地带的两市农业生产有较大的影响,适时制定科学合理的农牧业规划十分必要。     

北回归线纵向岭谷区干湿日时空变化特征

在全球变暖背景下,极端气候事件频发,从多角度了解降水量的变化对水资源的利用具有重要意义。利用纵向岭谷区北回归线沿线1961—2019年24个站日降水量计算14个干湿日指数,基于修订的Mann-Kendall检验、Pettitt、小波相干等方法揭示了干湿日指数时空变化特征及与大尺度环流指数相关性。结果表明：(1)北回归线纵向岭谷区湿日事件呈显著减少趋势,干日事件呈增多趋势,尤其是北回归线以南元江以西,大多数站点干湿日指数突变年主要集中在2002年;(2)短历时湿日事件发生频率及对年降水量贡献率呈现上升趋势,中长历时湿日事件呈现减少趋势;短历时干日事件呈现减少趋势,中长历时干日事件呈增多趋势,整个地区呈现干旱化;(3)极端干日指数与ENSO密切相关,其存在约6年负相关共现周期;极端湿日指数与南海夏季风密切相关,其存在约8年正相关共现周期。通过以上分析表明北回归线纵向岭谷区干湿日指数整体上表现为干旱化趋势,这意味着干旱风险呈增加趋势,其时空变化特征及局部差异可能与大尺度环流指数、季风和岭谷区“通道-阻隔”作用共同影响密切相关。     

1956-2015年高邮市气温和降水量变化特征研究

综合小波分析等多种统计方法,从趋势、突变、周期多方面解析高邮市1956-2015年气温、降水量时间序列近60年的变化特征。结果表明:近60年高邮市整体呈增温趋势,线性递增率约为0.30℃/10a,年平均气温自20世纪80年代中期开始波动上升,而年降水量波动平稳,略有上升,线性递增率约为2.2 mm/10a;滑动T检验结合MannKendall检验得出气温在1998年左右出现增暖突变,未检测到降水量变异点;Morlet小波变换说明年平均气温在55a时间尺度下周期性最为显著,年降水量周期变化存在56、43、20~30、9a这4类较明显的时间尺度,其中56a周期震荡最强烈,20~30a周期性最弱;气温主周期与降水量第一主周期(56a)相关。     

近50 a玛纳斯河流域上游气候变化的分析

根据玛纳斯河流域上游肯斯瓦特水文站1959—2008年气温、降水量及1984—2000年蒸发量观测资料,运用线性回归、Pearson相关系数、5 a滑动平均、Mann-Kendall检验以及Morlet小波分析方法对流域上游气候变化特征进行分析。结果表明①近50 a玛纳斯河流域上游气候总体趋向于暖湿,其中年均气温显著升高,且年内气温变化存在明显的季节差异,夏、秋两季增温趋势显著,降水量总体也呈增加趋势,但不够显著,且年内分配不均匀,降水量主要集中在春、夏两季;②近20 a流域年蒸发量围绕均值1 651.2 mm上下波动,总体呈微小增加趋势;③气温和降水量在20世纪90年代期间发生由低向高的突变,并且存在明显的年际周期变化。     

本溪地区旱涝特征分析

该研究旨在分析本溪地区旱涝灾害各因素的发生发展规律、特点,对今后一段时间旱涝灾害发生的可能性进行预测。并根据本溪地区降水量年际变化较大、会发生旱涝灾害的实际情况,将深入分析旱涝特征,为本溪地区旱涝预测提出科学合理的理论依据。     

辽宁省近54年旱涝特征分析及其对大气环流响应研究

在全球气候变暖背景下,探讨区域旱涝时空演变及成因对实现抗旱减灾和社会可持续发展至关重要。本文以辽宁省为研究基点,以标准化降水蒸散指数（SPEI）为旱涝量化指标,运用滑动平均、小波变换、经验正交分解等方法对辽宁省近54年旱涝时空演变特征进行分析,并结合太阳黑子和遥相关指数,运用交叉小波方法探讨旱涝特征对各因子的响应。结果表明：（1）时间尺度上,辽宁省SPEI指数存在29a的主周期和5a、9a次周期,且近54年以0.143/10a的速率向湿润化发展;（2）空间模态上,受大尺度气候系统的影响,第一模态表现为全区一致的湿润化趋势,东西反向差异为第二模态,反映了地理位置、海陆分布对SPEI指数的影响;（3）成因上,受太阳活动影响在太阳黑子数极值年份易发生旱涝灾害,两序列在时频上存在8~12a周期,表现为显著的反相位共振关系;SPEI与ENSO、NAO指数呈负相关,与PDO和AO指数呈正相关,且存在不同时间尺度的共振周期。     

澜沧江流域旱涝特征变化及其与季风之间的关联性研究

探讨澜沧江流域旱涝特征变化与季风之间的关联性,对于区域旱涝灾害的成因、机理和预测等重大科学问题的理解具有重要的意义。区域研究多侧重于揭示流域旱涝时空演变规律,而关于澜沧江流域的旱涝与季风的相互关系研究还较少。基于标准化降水指数(SPI12)、季风指数和水汽通量对澜沧江流域1957—2015年旱涝时空变化特征进行分析,探究澜沧江流域旱涝变化与季风指数的相互关系,并从水汽通量输送角度出发,进一步揭示季风对澜沧江流域旱涝变化影响的潜在驱动机制。研究结果表明:①流域旱涝特征具有明显的区域差异,下游区域是旱涝多发区;②流域干旱多于雨涝,且干旱频次在年和季节时间尺度上都呈现增加变化趋势;③澜沧江流域干旱和雨涝的频次主要存在3~5,8~15,20~25 a的3种周期性变化特征;④干旱和雨涝发生时段,南亚季风和高原季风指数与流域的SPI12指数相关性较强,受南亚季风和高原季风的输送距离影响,2种季风指数与SPI12指数的相互关系呈现区域差异性。研究结果有助于了解澜沧江流域旱涝时空变化特征,能够为防御旱涝灾害提供科学决策依据。     

基于SAPEI的河北省玉米生育期旱涝演变特征

为探究河北省玉米生育期旱涝演变特征,通过构建标准化前期降水蒸散指数(standardized antecedent precipitation evapotranspiration index,SAPEI)和利用气象站点逐日气象数据,对河北省1980—2020年玉米生育期内旱涝特征演变进行时空分析。结果显示：1980—2020年河北省SAPEI在玉米初始生长期、快速发育期、发育中期和成熟期4个生育阶段内波动变化区间为-1.0～1.5,且初始生长期波动呈上升趋势;SAPEI空间变化总体特征表现为初始生长期和快速发育期玉米生长气候湿润化趋势表现明显,生育中期和成熟期东部及南部气象站点表现为变旱趋势;玉米生育期内多年平均旱积指数Q_dl总体呈东南高西北低的格局分布,即西北部大于东南部;多年平均渍积指数Q_wl在21.07～37.85内变化,年均旱积与渍积指数的分布格局与河北省降水分布格局相呼应。研究结果可为河北省农业气象灾害风险评估和防灾减灾管理决策提供理论依据。     

清朝时期渭南地区洪涝灾害特征研究

研究历史时期洪涝灾害变化规律能为该地区开展防涝减灾工作提供指导意义。搜集洪涝灾害史料,利用滑动平均、小波分析、最小二乘等方法,对清朝时期渭南地区洪涝灾害特征及其气候变化响应进行研究。研究表明:清朝时期渭南地区共发生87次洪涝灾害,平均每3 a发生1次,其中轻度涝灾、中度涝灾、重度涝灾、特大涝灾分别发生了35、28、18、6次;洪涝灾害季节差异显著,单季洪涝灾害中以夏、秋季居多,两季洪涝灾害中以夏秋季连涝为主;洪涝灾害依据其不同时期发生的频次可划分5个阶段,第3阶段(1732-1821年)和第5阶段(1882-1911年)为频发期,第1阶段(1644-1681年)为次频发期,第2阶段(1682-1731年)和第4阶段(1822-1881年)为少发期。洪涝灾害存在11、30 a显著变化周期;清朝时期渭南地区洪涝灾害是对气候变化的响应,洪涝灾害少发期,气候干燥,降水较少,洪涝灾害频发期,气候暖湿,降水增多。对洪涝灾害进行六次多项式拟合,拟合发现不同时期洪涝灾害分布不均,整体呈波动变化。     

广东省汛期及非汛期最大日降雨量时空特征分析

针对近年来广东地区降水变率加大,极端天气事件频发以及气象灾害造成的经济损失增大的现状,基于省内26个气象站1958~2010年的连续降雨数据,利用ARCGIS平台中的反距离加权插值法和普通克里克插值法综合研究了汛期、后汛期和非汛期月最大日降雨量的时空特征,并结合气候、地形等分析其影响因素。采用Mann-Kendall（M-K）非参数统计法分析月最大日降雨序列的突变特征。结果表明,广东省前后汛期月最大日降雨量平均值呈不显著增长趋势,而粤西的前汛期月最大日降雨量平均值和粤北的后汛期月最大日降雨量平均值呈显著增长趋势。     

RECONSTRUCTION OF PRECIPITATION SERIES AND ANALYSIS OF CLIMATE CHANGE OVER PAST 500 YEARS IN NORTHERN CHINA

It is important and necessary to get a much longer precipitation series in order to research features of drought/flood and climate change. Based on dryness and wetness grades series of 18 stations in Northern China of 533 years from 1470 to 2002, the Moving Cumulative Frequency Method （MCFM） was developed, moving average precipitation series from 1499 to 2002 were reconstructed by testing three kinds of average precipitation, and the features of ell mate change and dry and wet periods were researched by using reconstructed precipitation series in the present paper. The results showed that there were good relationship between the reconstructed precipitation series and the observation precipiration series sincc 1954 and their relative root mean-square error were below 1.89%, that the relation between reconstructed series and the dryness and wetness grades series were nonlinear and this nonlinear relation implied that reconstructed series were reliable and could became foundation data for researching evolution of the drought and flood. Analysis of climate change upon reconstructed precipitation series revealed that although drought intensity of recent dry period from mid- dle 1970s of 20th century until early 21st century was not the strongest in historical climate of Northern China, intensity and duration of wet period was a great deal decreasing and shortening respectively, climate evolve to aridification situa- tion in Northern China.     

宝鸡地区降水特征分析及降水量预测

基于宝鸡气象站1961年-2015年降水实测数据,利用线性拟合、模比系数积差曲线、Mann-Kendall检验法、云模型和滑动平均-马尔可夫模型对该地区降水变化特征和降水量预测进行了全面分析。结果表明:宝鸡地区年降水量、丰水期和枯水期降水量的线性变化率分别为-11.9mm/(10a)、2.6mm/(10a)和-14.5mm/(10a),且枯水期降水量的减少趋势显著。宝鸡地区年际与年内降水量分配极不均匀,不均匀性为全年丰水期枯水期;降水量不均匀性的稳定程度为丰水期全年枯水期。丰、枯期滑动平均降水量预测值的总和较年尺度的预测值更为准确,且2016年-2020年的年降水量预测值分别为613.1mm、727.0mm、632.0mm、457.2mm和876.7mm。研究结果可为该地区旱涝灾害的防治提供科学依据。