1981─2020年河北省基于SPEI的干旱变化特征分析

基于1981─2020年河北省138个气象站点的逐月降水和气温数据,计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),并利用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验及反距离权重插值等方法,分析了河北省近40年干旱的时空变化特征。结果表明:1981─2020年河北省月、季、年尺度的SPEI值均呈下降趋势,且随着时间尺度的加大,发生干旱的频率下降,持续时间延长。春季、夏季和年际的SPEI值均呈下降趋势,秋季和冬季的SPEI值均呈上升趋势。2016─2020、2011─2020年春季和冬季均处于变湿状态,夏季和秋季均处于变干状态。2011─2020年河北省大部分地区呈干旱状态。不同年代季尺度和年尺度的干旱频率整体上呈增加趋势。河北省发生的轻、中度干旱事件多于重度以上干旱事件。20世纪90年代、21世纪10年代SPEI值减少区域的占比大。20世纪80年代、21世纪00年代SPEI值增加区域的占比大。

基于深度学习和时空关联建模的降水数据地形订正方法

【目的】如何基于地形因素对降水数据进行误差订正(简称“地形订正”)是气象大数据研究的一个重要问题。但是,现有的降水数据地形订正方法存在两方面局限性:一是现有方法大多基于数据统计或传统机器学习而设计,未能拓展至特征学习能力更强的深度学习模型;二是现有方法亦未能结合气象数据的时间与空间关联信息以提升订正效果。【方法】提出一种基于深度学习与时空关联建模的降水数据地形订正方法。该方法首先对广东省降水数据和多源地形信息作预处理,结合经纬度进行对齐与编码,以构建相应的数据矩阵。进而结合各个格点的空间和时间邻域下的降水与地形数据进行多源时空信息建模,并结合降采样策略以缓解降水格点与非降水格点的数据不平衡性,最后构建深度神经网络进行回归订正。实验在广东省逾4000个气象观测站点、逾15万气象格点的真实气象数据上进行。【结果】实验结果验证了时空关联建模策略对提升降水订正效果的显著作用以及所提出方法相比于其他对比方法的性能优势。

基于VOSviewer的雪物理特性研究现状和前景分析

为清晰了解国内外在雪物理特性研究领域的研究现状,挖掘雪的研究热点,对与雪的物理特性相关的文献数据进行了分析研究。在Web of Science Coll Collection中检索、收集雪物理特性相关的文献,并得到了相关研究人员在该领域的发文量逐年增多的结论,Cryosphere和Remote Sensing两大期刊在近5 a已发展为该领域的最重要期刊。利用VOSviewer软件分析文献数据,绘制国家、机构、作者、关键词的关系视图。通过知识图谱可视化分析,得到了在雪物理特性研究领域,美国的成果积累更为丰富以及中国科学院是最近几年研究成果最多的科研机构等结论。学者们在雪物理特性领域的研究主要集中在气象学、遥感技术、降雪过程三个方面上。将改进观测技术与气象学、遥感技术、降雪过程三个研究方面结合具有很好的研究前景。

河南省小麦收获期连阴雨灾害影响及应对措施

河南省是我国最大的小麦生产省份,其小麦产业发展对于确保国家粮食安全和社会稳定具有十分重要的意义。连阴雨作为河南省主要的气象灾害之一,具有持续时间长、影响范围广等特点,小麦收获期遭遇连阴雨更是极大地制约了河南省的农业生产发展。为科学应对自然灾害,保障国家粮食安全,分析河南省小麦收获期遭遇连阴雨产生的不利影响,并从加强灾害性天气预测预报、加强对农户的继续教育等方面提出应对措施。

我国干旱区缺水对玉米生长发育及产量的影响

在全球气候变化和人类活动影响下,水资源短缺已成为制约农业生产,特别是干旱区玉米产业发展的主要因素之一。在探讨缺水对玉米生长发育、籽粒发育及产量影响的基础上,针对干旱区的缺水现状,提出了包括改进种植技术、创新水资源管理与灌溉技术、应用抗旱农业技术和完善生态环境与土地管理在内的多元化应对策略,旨在提高玉米的抗旱能力,为干旱区玉米产业的可持续发展提供科学依据与实践指南。

水稻暴雨洪涝灾害风险评估研究——以黑龙江省为例

从致灾危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性和防灾减灾能力4个维度构建了黑龙江省水稻暴雨洪涝灾害风险评估的指标体系(含12个3级指标),并对该省的水稻暴雨洪涝灾害风险进行了评估。结果表明:黑龙江省水稻暴雨洪涝灾害在西部地区危险性较高,在北部和东南部地区危险性较低;水稻暴雨灾害暴露性的高易损区和较高易损区主要集中在松嫩平原和三江平原等区域内的河流谷地地区,黑龙江省北部地区为低易损区;水稻主要种植区的北部为脆弱性的高敏感区和较高敏感区,在无水稻种植区域为低敏感区,在种植区域的南部基本上为较低敏感区和中敏感区;黑龙江省西南部的防灾减灾能力较强,东北部较弱;黑龙江省水稻暴雨灾害的高风险区和较高风险区主要分布在佳木斯的东部和西南部地区、黑龙江省中部和西部的河流谷地地区,低风险区和较低风险区分布在黑龙江省北部和东南部地区。

基于洛伦茨曲线的降雨时间分布均匀度变化

本文提出了基于洛伦茨曲线的降雨时间分布均匀度变化方法,为新疆农耕提供降雨分布数据。该方法以洛伦茨曲线原理为基础,依据降雨时间分布均匀度基尼系数和洛伦茨不对称系数指标,建立了降雨时间分布均匀度评价模型。以新疆作为研究对象,研究结果表明:新疆在2006年、2016年和2018年的降雨时间分布基尼系数较大,其降雨时间分布不够均匀。

鄱阳湖流域次降雨等级及其对降雨侵蚀力的贡献

【目的】降雨等级的划分有助于正确认识不同量级降雨对土壤侵蚀的影响,为水土流失防治决策提供科学依据。【方法】基于鄱阳湖流域16个气象站点1991—2020年的降雨数据,在日降雨等级划分标准的基础上,从土壤侵蚀动力角度出发,采用最小偏差法,分析次降雨与日降雨之间的对应关系,以确定次降雨等级。同时,利用时间序列分析方法(变差系数、倾向率、Mann-Kendall趋势检验)对各等级降雨进行年内、年际变化特征研究,分析该流域各等级次降雨对降雨侵蚀力的贡献。【结果】(1)次降雨中雨、大雨、暴雨的理论上限值分别为31.3 mm、64.6 mm、150.9 mm。(2)30年来鄱阳湖流域总降雨、非侵蚀性降雨和侵蚀性降雨的降雨场次均呈增加趋势,降雨总量和侵蚀性降雨量亦呈增长趋势,但非侵蚀性降雨量呈下降趋势。(3)各等级降雨在年内均呈现年初开始上升、至3—6月出现高值,随后呈总体下降趋势。(4)总降雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨等级次降雨侵蚀力密度随时间变化的倾向率分别为0.34、0.04、0.31、0.32和1.25 MJ/(hm^(2)·h·10a),均为正值。(5)中雨、大雨、暴雨、大暴雨对降雨侵蚀力的贡献率分别为17.17%、34.01%、34.89%、13.93%。【结论】(1)鄱阳湖流域次降雨的小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨划分的雨量值分别为0~14 mm、14~31 mm、31~65 mm、65~151 mm、≥151 mm。(2)流域总降雨场次和总降雨量均为增长趋势。其中,降雨场次的增加主要以非侵蚀性降雨(即小雨)的显著性增加为主,但非侵蚀性降雨量不增反减,总降雨量的增加均体现为侵蚀性降雨。(3)流域内各等级降雨具有明显的季节性分布特征,其中大暴雨具有异常的集中性。侵蚀性降雨主要发生在雨季(3—9月)。(4)流域的降雨侵蚀力主要取决于暴雨和大雨,各等级降雨对降雨侵蚀力的贡献率由大到小依次为暴雨、大雨、中雨、大暴雨。(5)各等级降雨侵蚀力密度均呈上升趋势,尤以大暴雨上升明显;7—9月为各等级降雨侵蚀力密度最高月份。

中国主产区芝麻生育期降水时空分布特征

选取中国芝麻主产区河南、湖北、安徽、江西四省63个气象站点1978—2019年间的逐日降水资料,运用时间序列分析方法,研究主产区及四省芝麻生育期内降水量的时空分布特征及变化趋势。结果表明:主产区芝麻全生育期平均降水量在224.3~1 194.3 mm之间,呈西北部和南部低、中东部高的分布趋势,且变异系数较大,在0.20~0.98之间。主产区中河南、湖北、安徽三省降水主要集中在现蕾-盛花期,江西主要集中在苗期。从气候倾向率看,主产区北部降水量以减少趋势为主,南部以增加趋势为主,但趋势大部分不显著;具体到各省情况,安徽终花-成熟期平均每10年显著增加14.2 mm,江西苗期和全生育期平均每10年分别显著增加22.1 mm和43.1 mm,其余省份和其它生育期变化趋势均不显著。1978—2019年主产区芝麻生育期内每个省都有50%以上的年份降水量在300~600 mm区间,而河南有81.0%的年份降水量在300~600 mm之间,四省中占比最高,且全生育期内降水量较其它三省偏少,与芝麻需水量契合度较高。本研究所得出的1978—2019年中国主产区四省芝麻生育期内降水量的时空分布特征与变化规律,可为今后中国芝麻种植布局和生产决策提供参考。

1967—2017年新疆降水分配时空特征研究

利用新疆全域50个站台1967—2017年逐日降水资料,通过对降水集中度与集中期的计算,分析新疆降水年内分配的不均匀性。结果表明,研究时段内北疆多年平均降水日数大于50 d,西部、北部山区可达90 d,南疆仅西部、北部沿天山地区达30~50 d,南疆其余区域及东疆均小于20 d;新疆降水量呈现增加趋势,降水日数及降水强度均有所增加;降水变异系数与多年平均降水量呈负相关,即降水越多的区域,年际差异越小,全疆降水变异系数在0.20~0.65,呈由北向南递增态势;全疆降水集中度在0.17~0.78,自北向南增大,降水分配趋于集中,且研究时段内降水集中度以0.011/10 a速度降低;全疆降水集中期在6月中旬至8月初,自西南向东北推迟,南疆最先进入集中降水期;在典型年中,南北疆的变化以降水强度为主,东疆以降水日数变化为主;新疆降水存在显著周期,现在阶段处于25~32年的降水偏少周期,且处于降水集中度由低向高转变的交替过程中。

1971~2021年辉县市降水时空演变特征分析

为了查明新乡市辉县市降水的时空演变特征,基于收集的辉县、要街、官山等17个气象站1971~2021年降水量数据,采用泰森多边形、Inverse distance weighted、Mann-Kendall趋势检验、R/S分析等方法,对辉县市面平均降水量的时空演变特征进行分析。结果表明:(1)辉县市降水的空间分布特征:西部和北部山区及丘陵区降水充沛,年降水量700.1~900.0mm,在官山站、平甸站及西寨山站附近形成了三个降水中心;东、南部平原区降水相对匮乏,年降水量489.0~700.0mm。(2)辉县市1971~2021年降水量整体呈不显著增加趋势(检验统计量Z>0,|Z|<1.65),增加率为9.818mm/10a。(3)辉县市多年降水量序列的Hurst接近于0.5,表明降水量序列具有一定的随机性。研究成果可为辉县市水资源规划、管理以及防旱抗涝等工作的开展提供理论依据,亦可供类似地区降水演变特征研究参考。

中国西北干旱区降水时空分布特征

利用中国西北干旱区122个气象站点1961—2011年月降水量资料,运用线性趋势、Mann-Kendall非参数趋势和突变检验法、Morlet小波分析等方法研究了西北干旱区降水量空间分布及多时间尺度下的变化规律和趋势。结果表明:近50年来西北干旱区降水量呈增加趋势,95.9%的站点有增湿特征,全区增湿趋势为9.31mm/10a(P<0.01),但增湿幅度存在区域差异性,其中祁连山亚区(38.67mm/10a)增湿最明显;从季节来看,冬季增湿具有全区普遍性,但夏季增湿的区域差异性特征明显。全区及各亚区降水量在20世纪80年代至90年代初有明显的突变特征,除内蒙西部亚区外均通过了0.01的显著性水平检验,降水量序列存在4、8、12a和22a振荡周期,其中22a尺度振荡周期最强,其次是12a尺度。全区32%的年份降水量属正常范围,偏干年份为24%,异常偏干年份为12%,异常偏湿和偏湿年份均为16%。20世纪70年代之前降水量略低于标准降水均值,80年代开始有区域性增湿趋势,90年代之后全区增湿均较明显,正距平年数比例由70年代的10%上升至21世纪初的80%,西北干旱区整体处于相对湿润时段,且增湿趋势明显。

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。

降水要素空间插值精度的比较——以东北地区为例

以1961年～2004年东北3省44年172个观测站的四季降水资料为数据源，采用反距离权重（IDW）（方法1）、趋势面模拟＋残差内插（方法2）、ANUSPLIN软件插值（方法3）、空间化气候值＋年际距平值（方法4）4种空间插值方法，以相同建模站不同检验站、相同检验站不同建模站以及不同检验站不同建模站3种形式分别对多年平均降水，单年丰水年和少水年的冬、夏、年降水数据进行空间插值精度比较，最终得出以下结论：无论是多年还是单年数据，方法3对降水数据空间插值相对误差都是最小的，是一种操作方便，易于批量运算的最优方法。对于每种插值方法，不同时间尺度夏季和年降水空间插值相对误差小于冬季，而夏季和年差异不大，不同季节降水空间插值相对误差丰水年明显小于少水年。在检验站相同情况下，建模站增加并不一定会使降水要素空间插值精度提高；由于空间分布的差异．在建模站相同情况下，检验站数目增加对空间插值的精度影响不大。

陕北、渭北苹果降水产量关系与补灌时期初步研究

分析陕北、渭北地区旱地苹果全年和不同月份气候干湿状况的地区分异 ,研究不同分区典型县区苹果的降水产量积分回归函数 ,探讨其降水对产量的影响规律 ,确定了不同分区苹果的最佳补充灌溉时期。

西北地区东部夏季降水日数的变化趋势及其气候特征

以西北地区东部(95°E～112°E,32°N～41°N)104个测站1960～2000历年夏季(6～8月)降水日数资料为基础,通过EOF和REOF等分析方法,研究夏季降水日数时空分布的异常特征。结果表明西北地区东部夏季多年平均降水日数的地区分布特点是西部多、东部少,沿祁连山山脉存在一个降水日数较多中心区域,并且降水量和降水日数均呈增多趋势。降水日数的空间异常主要表现为一致性异常和南北相反异常两种类型。根据REOF方法可将西北区东部分为5个不同降水日数气候区,即甘肃中东部及河套区、渭水流域区、河西走廊区、青海高原北部区、青海南部区和四川北部区。20世纪80年代以来,西北地区东部大部分地区降水日数呈现减少的趋势。冬季(或夏季)青藏高原地面加热场强度偏强,甘肃河西及祁连山地区、宁夏南部等地夏季降水偏多(或少),青海东南部-甘肃南部-渭水流域夏季降水日数偏少(或偏多)。

1960-2008年吉林省降水量的时空演变特征

利用吉林省及其附近区域38个气象站点的年降水资料,通过离差系数、气候倾向率、REOF分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法分析了吉林省降水量的时空演变特征。结果表明,1960-2008年吉林省的年降水量为300~950mm,具有自东南部向东北部、中西部地区逐渐减少的空间变化特征;吉林省有90%以上区域的降水量呈下降趋势,而降水量增加的区域主要分布在汪清、罗子河、靖宇、桦甸等站点附近,约占全省总面积的10%;经REOF分析可以将吉林省降水量的空间结构分为4个具有较高相关性的区域,它们分别是东南部地区、西部地区、东北部地区及中部地区。通化、通榆、罗子河、蛟河4个典型站点的降水量均存在明显的周期性振荡规律,第1主周期依次是9a、23a、25a、19a;Mann-Kendall突变检验结果表明,通化、通榆站分别在1975年、1998年发生了一次减少突变,而罗子河、蛟河站没有发生突变。

哈尔滨地区初、终霜冻日分布特点的研究

通过对哈尔滨地区近５０年各级强度初、终霜冻日分布的研究，得出终霜冻的年际间差异比初霜冻大，且有强度大的霜冻年际间差异大而弱霜冻的年际间差异小的趋势，同时文中给出了各级强度霜冻指标出现的保证率曲线及各级保证率出现的相应日期。

吉林省农作物生长季降水资源的时空分布特征

将5-9月作为吉林省农作物的生长季,利用吉林省47个气象站1961-2001年实测月降水数据,采用滑动平均、累计距平、EOF、REOF、Man-Kendall趋势分析和R/S分析等方法,研究生长季降水的时间序列、空间分布以及趋势性、持续性特征。结果表明:41a中,吉林省生长季降水表现为减少趋势(0.969mm/a);从空间上看,生长季降水存在4个相关性大的次区域;全省大部地区的变化趋势都与过去相同,即未来生长季降水变化趋势仍为减少趋势。

黑龙江省降水变化趋势及其对农业生产的影响研究

基于黑龙江省36个气象站的降水量数据和12个地级市及1个地区的农业相关数据,采用改进的MannKendall检验法,通过计算年降水量和季节降水量的趋势检验统计量Z值,揭示了研究区降水量的变化趋势,进而分析了农业旱涝灾害的空间分布。结果表明,黑龙江省大部分地区冬、春季节降水量呈现上升趋势,夏、秋季节降水量及年降水量均呈下降趋势。黑龙江省农业受涝灾影响大于旱灾,涝灾主要分布在黑龙江省东部的双鸭山市、鹤岗市和佳木斯市,其未来降水量的下降趋势可在一定程度上缓解涝灾产生的危害;旱灾主要分布在黑龙江省西部的齐齐哈尔地区,其未来降水量的增加趋势可在一定程度上缓解旱灾产生的危害。