基于CMIP6的甘肃省不同气候分区未来干旱演变预估

为了更好地预测甘肃省的干旱时空变化特征,按照甘肃省气候类型和地理特征将其划分为4个气候分区,计算未来76 a(2024—2099年)的季、年尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI-3、SPEI-12),并结合Mann-Kendall突变检验、空间插值等方法预估CMIP6气候模式中4种情景下甘肃省未来76 a的气温、降水量以及干旱演变状况。结果表明:CMIP6模式中各情景下甘肃省不同分区2024—2099年气温和降水量都随着时间推移呈现上升趋势,不同情景下气温和降水量的气候倾向率由小到大依次为SSP126、SSP245、SSP370、SSP585;CMIP6模式中各情景下甘肃省2024—2099年在春、夏、秋季表现为干旱化的发展趋势,由湿润转变为干旱的突变年份都集中在2040—2060年,冬季表现为湿润化的发展趋势,SSP126情景下由干旱转变为湿润的突变年份在2033年,其余情景下都在2040—2060年;轻旱和特旱在SSP370情景下发生频率最高,中旱在SSP245情景下发生频率最高,重旱在SSP585情景下发生频率最高;甘肃省各气候情景下不同气候分区的不同等级干旱发生频率由大到小依次为轻旱、中旱、重旱、特旱。

甘肃地区造林抗旱技术研究

植树造林技术是一项体系化的抗旱造林技术,旨在抵御自然旱灾,改善农业自然条件,构建绿色生态发展圈。该文以甘肃省植树造林中的抗旱技术为研究对象,详细探讨植树造林技术,分析在甘肃地区影响正常种植树木的成因,为促进苗木生产稳定、土壤墒情提升提供参考。

考虑气候分区的甘肃省干旱时空分布特征分析

甘肃省地处生态脆弱区,气候条件复杂,干旱发生概率高、范围广。为了更好地研究甘肃省干旱时空变化特征,综合考虑甘肃省气候类型和地理特征将其划分为4个气候分区(Ⅰ区,河西大陆性气候区;Ⅱ区,陇中北部季风气候区;Ⅲ区,陇南-陇中南部季风气候区;Ⅳ区,甘南高寒气候区),并采用甘肃省26个国家气象站点的气象资料,计算其近60年(1960—2019年)的月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI-1、SPEI-3、SPEI-12),结合气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、空间插值等方法探讨甘肃省近60年的干旱时空演变特征。结果表明:从时间变化角度看,不同时间尺度的SPEI均呈减小变化趋势,且随时间尺度的增大,SPEI波动幅度越小;在四季变化上,春、夏、秋季SPEI在甘肃省各气候分区都呈现在波动中下降的趋势,且下降趋势明显,表明干旱趋势显著,冬季SPEI在各气候分区呈现在波动中上升的趋势,表明有湿润化的趋势。从空间变化角度看,甘肃省Ⅰ区呈干旱减缓趋势,Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区呈干旱加剧趋势,且春季各气候分区干旱加剧趋势明显,夏、秋季次之,而冬季基本上都呈现干旱减缓趋势;甘肃省不同气候分区不同等级干旱发生频率分布差异大且不均衡,干旱频率由小到大依次为:特旱、中旱、重旱、轻旱。

近50 a甘肃省气象干旱时空变化分析

气象干旱是影响人类社会最严重的气象灾害之一,且对中纬度干旱半干旱地区的危害更为显著。为探究气候变化背景下我国甘肃地区干旱事件的时空分布,首先根据甘肃1969—2018年月值气象资料计算标准化降水蒸散指数(SPEI),通过游程理论提取干旱事件。随后采用REOF旋转正交分解将研究区划分成5个气候子区,并以每个子区为单位,基于B-G分割算法细致对比各子区不同时间尺度干旱事件的变化特征和演变趋势。最后,采用相关性分析探究各子区干旱事件的驱动因素。主要结论有:(1)研究区干旱累积历时呈微弱增加趋势(0.475 d·(10a)^(−1))并存在19 a的主周期,干旱强度呈先缓和再加剧趋势,尤其是2000年后干旱加剧显著,并呈现出西北部干旱减轻、东南部干旱加剧的空间变化趋势。(2)REOF分解的前五个模态累积贡献率为53.06%,主要的空间分布模态为:全区一致型模态和南北反向分异模态。将研究区分为5个干旱子区:河西地区、河东中部地区、河东东部地区、乌鞘岭地区和河东西部地区。(3)河西地区自1988年以来气象干旱显著缓和(P<0.01);河东东、中、西部地区存在不同程度的干旱加剧趋势(0.120·(10a)^(−1)、0.129·(10a)^(−1)、0.072·(10a)^(−1),P>0.05);乌鞘岭地区在1975年以后气象干旱显著缓和(P<0.01),形成了干旱缓和与加剧变化的分水岭区域。(4)季节上,河西地区仅夏季呈缓和趋势;河东东部地区春季呈显著干旱化趋势,而秋季相反;河东西部地区春夏两季气候干旱化趋势明显而秋冬两季相反;河东中部地区和乌鞘岭地区季节变化呈明显一致性,前者四季均呈干旱化趋势,且春季干旱化最剧烈,后者四季均呈缓和趋势,且冬季最明显。(5)研究区气象干旱受当地气候因子和环流因子因素的共同影响,河西地区和河东西部地区对气温的响应明显而河东中、东部地区则对降水量的响应明显;乌鞘岭地区对日照时数的响应明显;NAO指数对研究区夏季气象干旱存在重要影响而ENSO事件(厄尔尼诺-南方涛动)对研究区春秋两季(尤其是春季)气象干旱存在重要影响。

基于多源遥感数据的甘肃省农业干旱研究

干旱是农作物生长发育的主要环境胁迫因子,也是制约农业丰产丰收的关键自然要素。农业干旱监测通常基于气象站点观测数据,这在一定程度上难以反映区域尺度的农业干旱状况。以甘肃省为研究区,基于MODIS、TRMM、ESA CCI等遥感数据产品和气象站点数据,利用随机森林回归模型构建综合气象干旱指数(CMDI),并对甘肃省2011—2019年农作物生长季(4—9月)旱情时空格局及变化规律进行分析。结果表明:(1)CMDI与实测值的决定系数(R^(2))在各月均高于0.634,且与标准化降水蒸散发指数(SPEI)在空间上具有一定的相关性,表明该指数可反映农业干旱的发生发展过程。(2)甘肃省农业干旱呈现明显的地域分异规律,干旱程度由东南向西北逐渐加重,其中河西地区多为特旱区和重旱区,陇中地区为重(中)旱区,陇南、陇东、甘南地区为干旱-无旱波动变化区。(3)2011—2019年甘肃省农业干旱在年、月尺度上均呈现较大的波动趋势,其中2012年干旱程度最轻,2017年则最为严重;甘肃省大部分地区在4月和6月,陇东、陇南地区分别在5月和9月以及甘南地区4—9月农业旱情有所减轻外,其余地区在农作物生长季的旱情呈加重趋势。

甘肃省干旱灾害风险区划特征研究

以甘肃省县级行政区划为单元,分别计算1956—2020年农业、因旱人饮风险程度;依据最不利原则,综合分析确定甘肃省干旱灾害综合风险区划。结果表明:农业干旱灾害高、中高风险区主要分布在陇中、陇东地区;因旱人饮困难高、中高风险区主要在陇东地区;城镇干旱灾害无高风险区,中高风险区分布较分散;综合干旱高、中高风险区主要分布在武威市、白银市、天水市、平凉市、庆阳市的部分县区;综合干旱中低、低风险区则主要分布在酒泉市、陇南市的部分县区。区划成果可为甘肃省科学抗旱、因地制宜制定干旱防御和减灾措施提供科学依据和技术支撑。

干旱气候变化对甘肃省干旱灾害的影响及防旱减灾技术的研究

西北地区干旱气候变化的主要特征,表现在20世纪90年代夏季降水量有明显减少趋势,干旱化趋势主要发生在西北地区东部,干旱连年发生,尤其是甘肃省河东地区。干旱气候的产生带来了严重的干旱灾害,甘肃省90年代的干旱发生最为频繁,干旱灾情最为严重,1995年是干旱最严重的一年,成灾率达45%,其次是2000年,成灾率为35%,伏秋旱连春末初夏旱是造成夏粮严重减产的旱灾类型。干旱气候变化引发干旱化趋势非常明显,应采取综合的技术措施减轻干旱危害,要加强干旱气候与干旱灾害的监测预测和改善生态环境、优化农业结构、提高水资源利用率以及大力开发空中水资源等防御对策。

甘肃黄土高原春旱的气候特征及预测方法

利用甘肃黄土高原55个气象站在1968\＿2000年间的春季降水、气温资料,计算了春季干湿指数,划分了春旱标准,用REOF方法进行了气候分区,分析了其时空分布特征和变化规律,计算了其与欧亚500hPa高度场、赤道北太平洋海温和高原加热场的相关关系,建立了甘肃黄土高原春旱的均生函数预测模型。结果表明,干旱有三个高发区,频率为36%～57%,约2～3年一遇,且有增加的趋势。春旱与当年高原500hPa高度场、赤道北太平洋海温及上年盛夏高原加热场呈正相关,与前期冬季高原加热场呈负相关,所建立的预报模型有一定的预报能力。

甘肃黄土高原地区春旱指标研究

利用甘肃省甘肃黄土高原地区12个代表站1958—2003年春季3～5月逐候降水、蒸发资料，建立了该地区早春旱和晚春旱指数序列，确定了春旱等级标准，进一步分析了春旱的时空分布特征及其年际（年代际）变化规律。结果表明：（1）干旱指数能够连续动态地监测干旱过程，因而具有较好的代表性；（2）甘肃黄土高原地区早春旱和晚春旱北部高于南部，干旱中心在陇中；（3）重晚（早）春旱的发生频率增加（减少），站数增多（减少）；（4）区域性早春旱随年代呈下降趋势，区域性晚春早略有上升的趋势，但不明显。

1928年甘肃旱灾的时空差异及气候背景

整理了1928年甘肃救灾档案资料《甘肃省民国十七年各县灾情一览表》,通过提取该档案中的被灾地域、灾民人口、灾情状况等数据,建立以县为基本单位的灾情指数的方法,复原了我国近代历史时期一次重大旱灾——1928年甘肃旱灾的受灾地区和受灾情况。复原结果表明,甘肃省此次旱灾灾情最严重地区为该省的中东部,而该省西部和北部地区受灾相对较轻。在成灾时间上,春季该省中东部地区就形成旱灾的中心,并且该中心在夏季和秋季一直存在,形成了罕见的春、夏、秋三季连旱连灾的特点。

甘肃东部春播期干旱指数的变化特征及预测

利用甘肃东部1968-2002年55站的春播期降水、气温资料,计算了春播期干旱指数,划分了春播期干旱标准,用自然正交分解(EOR)和旋转自然正交分解(REOF)方法进行了气候分区,分析了其时空分布特征和变化规律,经拟合与试报证明有一定的预报能力。结果表明,干旱有三个高发区,频率为36％～57％,20世纪90年代是干旱最严重的时段,进入新的世纪,干旱有减轻的趋势。最后建立了甘肃东部春播期干旱指数的均生函数预测模型。

甘肃省2001年干旱特征和成因分析

利用甘肃省 6 3个气象台站建站至 2 0 0 1年的月和旬降水资料 ,对 2 0 0 1年前春旱和春末至夏季连旱的持续时间、范围、强度与历史同期进行对比分析 ,同时对干旱的成因也进行了诊断分析 ,并对农业生产的危害和人民生活的影响进行了评估。对比分析结果表明 ,2 0 0 1年河东干旱与 1 971年基本相似 ,河西与 1 96 5年基本相似。干旱持续时间之长、范围之广、程度之重为近 70a所少见。

基于MCI指标的甘肃省近50年干旱特征分析

基于甘肃省16个气象站1961—2010年改进气象干旱指标(MCI)对甘肃省近50年不同季节的干旱特征进行了统计分析。结果表明:春旱和夏旱发生频率最高,为55.4%和55.0%;秋旱发生频率最低,为41.1%;冬季干旱发生频率为46.3%。全省夏秋季易出现大范围干旱,冬季较少。近50年来,干旱发生范围在全年各季节都有不同程度增加。春季各等级干旱发生天数均较高,且更容易发展成为重旱甚至特旱;夏季和冬季易发生大范围的轻旱和中旱,而严重干旱发生较少;秋季干旱发生日数最少,且干旱强度也最轻。总的来说,甘南地区干旱发生最少,而河西东部、陇中北部和陇南南部发生干旱较多。近50年,研究区干旱平均持续日数、发生干旱站次比以及干旱强度虽有不同程度增加或减少趋势,但变化并不显著。春季干旱强度最强,秋季最弱。干旱强度与无雨日数有显著负相关关系。

K干旱指数在甘肃省干旱监测业务中的应用

利用K干旱指数及其干旱监测预测业务系统,着重介绍了K干旱指数在甘肃省干旱监测业务中的应用。从K干旱指数的定义、等级、标准、应用及其监测结果与实际干旱状况的比较方面进行了分析。结果表明,与实际的旱情比较,K干旱指数在甘肃省2008年春季、5月、6月、伏期(7～8月)以及秋季前期9月的干旱监测中有较好的监测效果。

甘肃省春玉米干旱灾损评估指标研究

利用甘肃省春玉米主要种植区5个典型代表站,1985-2007年4-9月逐日降水量、CI指数、玉米单产和发育阶段的需水量等资料,尝试构建以CI和水分适宜度(降水量/需水量比值)为参数的定量评估指标即DI指数,利用其与相对气象产量的关系划分干旱指标等级,得到甘肃省春玉米干旱灾损评估的新方法。实证分析结果表明,从代表站的春玉米生长季(4月11日-9月30日)DI指数的逐年变化看,靖远、永昌变化最小且数值最低,榆中次之,西峰和武都变化最大且数值最高;从拔节-吐丝期DI指数的逐年变化看,西峰和武都波动最明显且数值最大,靖远和榆中波动最小且数值最低,所得评估结果与研究区实况较一致。而且DI指数与以往笼统的干旱指标相比,数据资料相对易获取,计算简单,既具有气象学意义,又具有生物学意义,可用于研究不同地区具体作物的干旱灾损评估。

甘肃省近58a春末夏初旱变化特征及其对夏粮的影响

利用甘肃省80个气象观测站1951～2008年的5～6月历年降水量分析了春末夏初干旱的变化特征,结果表明:河西走廊西部和陇东北部是春末夏初旱的高发区,河西走廊中东部、陇东大部、陇南东部是次高发区,陇中、甘南和陇南西部为低发区。全省春末夏初旱出现频率和干旱范围在上世纪60年代至80年代呈减少趋势,90年代至2008年为增加趋势。干旱站数占总站数的百分比与夏粮产量为显著负相关,与夏粮受旱灾面积、粮食减产量为显著正相关。春末夏初降水量与夏粮产量为显著正相关。

基于风险价值方法的甘肃省农业旱灾风险评估

利用甘肃省农作物旱灾受灾面积、成灾面积、绝收面积、播种面积及单位面积产量数据,计算农业旱灾损失率,根据优度检验结果拟合旱灾损失率最优概率分布模型,并借鉴经济学风险价值(VaR)方法,强调在统计意义下不同等级旱灾的风险水平,实现对甘肃省农业旱灾风险的有效度量。结果表明:1950-2011年旱灾对甘肃省农业生产的影响相对有限,农业旱灾损失率均在30%以下,平均10%左右,损失率的年际变化呈增长趋势,1995年因旱致灾损失率最大,达26.8%;近62a甘肃省农业旱灾损失率的最优概率分布模型为广义极值(Gen.Extreme Value,GEV)分布模型;全省面临10a一遇的旱灾时农业损失率为18.8%,遭遇50a一遇的旱灾时农业损失率为25.7%,遭遇100a一遇的极端旱灾时农业损失率高达28.3%,即全省农业产量或粮食产量将面临减少近30%的风险,这将给甘肃省粮食生产带来严峻考验。

甘肃黄土高原帕尔默旱度模式的修订

干旱是甘肃黄土高原雨养农业区最主要的气象灾害,干旱的发生包含许多复杂过程和条件,因而研究一个考虑因子较为全面的干旱指标较为困难。本文在美国帕尔默旱度模式和中国修正的帕尔默旱度模式的基础上,根据本区特点,从建模资料站点、可能蒸散计算、土壤田间持水量和径流计算等几个方面进行了修正,并利用甘肃黄土高原12个站点的资料,建立了适用于本区的旱度模式,以期为本区的干旱研究提供一种有效的工具。

清至民国甘肃省旱灾时空规律研究

以甘肃省灾害史料为依据,对清至民国期间旱灾的发生规律进行了研究,结果表明:旱灾发生比较频繁并呈现波浪式递增的趋势,有些旱灾持续时间比较长;受气候变化及农作物生长期的影响,旱灾在夏季出现的频率最高,其次是春季,秋季和冬季则相对较少,并表现出多季连旱的特征;从旱灾发生的周期来看,160年为甘肃省旱灾变化的主周期,75年为次周期;在地域空间分布上,陇中旱灾频次最高,其次是陇东,陇南和河西地区旱灾发生的频次相对较少,而甘南最少;旱灾以中灾和重灾次数最多,并常与水涝(或暴雨)、冰雹等多种灾害相继发生或交替发生,在某种程度上也加剧了受灾程度。旱灾的发生与甘肃省气候变化及地理环境有一定的关系。

甘肃省近58年春旱的气候特征及其对农业的影响

利用甘肃省80个气象观测站1951-2008年的春季（3-4月）历年降水量距平百分率确定干旱标准,统计分析历年春旱发生的频率和范围。结果表明：甘肃省春旱发生频率比较高,其频率范围为30%-50%,河西走廊为40%-50%,陇中北部和陇东为40%左右,陇中南部、陇南和甘南高原为30%左右。全省春旱频率呈增加趋势,河西、陇东和陇南呈增加趋势,陇中趋势平稳,2000-2008年全省及各地春旱次数都在迅速增加。在近58年中,全省春旱范围的历年变化呈逐渐扩大趋势,陇东和陇南与全省相同,河西和陇中呈逐渐缩小趋势。