辽宁省旱涝急转特征与趋势研究

【目的】旱涝急转事件有较高的突发性和致灾性,明确辽宁省旱涝急转的特征与趋势,为辽宁省旱涝灾害预警与水资源应急管理提供依据。【方法】旱涝急转指标是进行旱涝急转研究的基础,利用辽宁省19个气象站点1970—2020年的降水数据,分别采用长、短周期旱涝急转指数(LDFAI、SDFAI)进行时空特征分析,并指明旱涝急转指数的异同,实现对辽宁省旱涝急转事件的量化识别。【结果】结果表明:(1)1970—2020年辽宁省LDFAI与SDFAI总体呈上升趋势,未来辽宁省干旱转洪涝风险正逐步提升;(2)辽宁省旱涝急转事件的发生概率空间差异性显著并且与辽宁省的降水分配不均密切相关;(3)SDFAI重心变化幅度明显大于LDFAI,LDFAI与SDFAI迁移中心主要集中在辽宁省中部盘锦、鞍山、营口等地。【结论】总体来看,辽宁省旱涝急转现象频发,且具有周期性,强度逐年增大。研究结果可为辽宁省科学应对旱涝灾害和提高水资源应急管理能力提供参考。

长江源区旱涝急转事件演变特征

根据长江源区直门达水文站1957—2021年径流资料,使用长、短期径流旱涝急转指数(LRDFAI和SRDFAI),分析长江源区旱涝急转事件发生变化情况,采用希尔伯特-黄变换方法,分析长江源区旱涝急转强度周期变化。结果表明:长江源区直门达水文站短期径流旱涝急转事件主要发生在3—9月份,“旱转涝”和“涝转旱”事件发生频次相当。发生频次在不同年代波动较大,总体上呈现“多-少-多-中-多-多”的趋势。短期旱涝急转事件中“旱转涝”事件强度呈现微弱的增长趋势,而“涝转旱”事件强度呈现微弱的递减趋势,分别存在7.1 a和12.3 a的主周期。共发生长期径流旱涝急转事件20次,“旱转涝”和“涝转旱”事件发生频次分别为8次和12次,存在8.3 a和14.2 a的周期。

中国南北过渡带短周期旱涝急转及潜在驱动因素分析

本文根据中国南北过渡带32个气象站1960-2018年逐月降水资料,计算短周期旱涝急转指数(short-cycle drought and flood sudden alteration index,SDFAI),采用M-K趋势分析法、R/S分析法、M-K突变检验、滑动T检验研究了该区域5~9月内短周期旱涝急转时空演变特征;分析了典型旱转涝与涝转旱时期大尺度大气环流特征;采用交叉小波变换对SDFAI潜在驱动因素进行了探讨。结果表明:(1)5~6月、6~7月、7~8月、8~9月内旱涝急转均以涝转旱为主,且5~6月和6~7月为旱转涝和涝转旱多发时期;另外各时段年代际旱转涝与涝转旱事件趋势在1990 s出现明显转折,整体呈现“V型”和“倒V型”变化特征。(2)旱涝急转事件在岷江一带、陕南周边地区较为多发;各时段内区域Hurst指数均值分别为0.62、0.62、0.61、0.68,表明过渡带内SDFAI的变化趋势仍会持续至未来一段时期。(3)在典型旱涝急转时期,西太平洋副热带高压与南亚高压涝期“西伸东进,相向而行”,旱期“东退西进,相背而离”,水汽输送条件整体呈现出相反的变化特征。(4)在北极涛动指数(AO)、NINO 3.4区域海温指数(NINO 3.4)、太阳黑子指数(TSNI)、太平洋年代际涛动指数(PDO)4项指数中,TSNI对SDFAI变化的影响最强,主要表现为TSNI超前1/4周期;NINO 3.4和PDO次之,对SDFAI以正向驱动为主;AO对SDFAI变化的影响最小。

基于LDFAL及SDFAL周期指数的锦州地区旱涝急转特征变化分析

结合LDFAL(长周期)和SDFAL(短周期)指数对锦州地区旱涝急转变化特征进行分析。结果表明:锦州地区长周期发生旱涝急转的概率较小,7—8月出现“旱转涝”短周期的概率较高。锦州地区1956—2018年旱涝急转长周期指数呈现递减变化,但变化趋势不显著,而旱涝急转短周期指数呈现递增变化,具有较为显著的变化趋势。

近40年长江流域秋季长周期旱涝急转的变化特征分析

本文利用长江流域225个地面站点1979年到2017年近40年内的日降水资料,通过定义长周期的旱涝急转指数,来研究秋季长江流域的旱涝急转的变化特征(分别为旱转涝和涝转旱这两种形式)。通过对旱涝急转频次以及环流背景的特征的分析,讨论了长江流域的显著旱涝急转的现象,结果表明:1) 从近40年长江流域秋季降水的空间分布情况上来看,长江流域中金沙江流域上游地区降水量较少,而嘉陵江流域的下游地区、鄱阳湖东部地区和岷江流域降水量较多;2) 近40年长江流域站点秋季旱涝急转的发生频次较多,长周期旱涝急转以涝转旱事件为主;3) 近40年高强度旱转涝事件多发生在川渝地区,高强度涝转旱事件多生在湖南地区,即洞庭湖流域,其次存在于下游地区。

贵州省烟草生长期内旱涝急转时空关联性分析

根据贵州省18个气象站点1958—2012年5—8月的逐日降水数据,利用长、短周期旱涝急转指数、关联规则等方法,分析了贵州省烟草生长期内旱涝急转的时空演变特征。结果表明:生长期内长周期旱涝急转以旱转涝为主,且由西部向东部逐渐减少,LDFAI强度年际变化曲线以0.109/(10a)的速率下降,极端旱涝急转事件有减少的趋势;短周期旱涝急转事件转换频繁,其中,5—6月旱转涝、涝转旱发生次数均等,6—7月以涝转旱为主,7—8月以旱转涝为主,较强旱转涝的次数大于较强涝转旱的次数,但强度均有所降低。除东部地区外,其他区域各地市间旱转涝、涝转旱联动性均较强,尤其是置信度为100%的各地市间会同时发生旱涝急转事件,应及早采取相同的防范措施。这一分析结果为烟农防汛抗旱提供了有利的帮助。

1951-2016年长江荆南三口地区旱涝演变与急转特征分析

根据荆南三口地区22个气象站点1951—2016年月降水资料,采用标准化降水指数(SPI)及夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI),辅以EOF分析、小波分析、M-K检验等相关分析方法,分析荆南三口地区66年旱涝的变化特征。结果表明:(1)旱涝年际变化较大,20世纪50年代前涝后旱、60—70年代整体干旱、80年代旱涝交替、90年代洪涝、21世纪前涝后旱,且四季均可发生旱涝事件。(2)空间尺度可分为3个区域类型,东南部(湿润区)、中部(降水均匀区)、西北部(偏干区),且季节空间分布上存在较大差异,西北部的五峰、宜昌、荆州等地四季干旱较多,中部的安乡、南县、华容等地四季洪涝较多。(3)年与四季多以5年、10年周期为主,并具有30~35年的长周期。(4)旱涝急转指数在1981年和2015年发生显著变化,而旱涝强度在1972年和2014年发生显著突变。(5)宜昌、石门、澧县等夏季多为旱转涝;五峰、宁乡、安乡、华容、常德等地夏季多为涝转旱。

基于LDFAL及SDFAL指数的鞍山地区旱涝急转时空特征分析

采用长(LDFAL)、短(SDFAL)两种旱涝急转指数,对鞍山地区旱涝急转时空特征进行分析。结果表明:长周期旱涝急转概率较低,短周期存在6-7月及8-9月由"旱转涝"向"涝转旱"急转变化;区域近55年长周期旱涝急转指数呈现下降趋势,短周期指数6-7月及8-9月呈现上升趋势;短周期由"旱转涝"向"涝转旱"急转变化高指数分布岫岩一带。

近50年鄱阳湖流域入湖总水量变化与旱涝急转规律分析

近年来,鄱阳湖区低水位提前且持续时间延长,河湖水位不断突破历史最低值,对鄱阳湖湿地生态系统健康造成不利影响.鄱阳湖入湖总水量与鄱阳湖水位及旱涝变化密切相关,分析其趋势及周期规律对鄱阳湖生态系统保护具有重要意义.利用1959—2009年鄱阳湖逐日入湖总水量实测资料,采用线性回归分析、Mann-Kendall秩次相关检验、滑动平均法和小波分析方法分析了鄱阳湖年入湖总水量的变化趋势,最后,采用旱涝急转指数分析了鄱阳湖4—7月的旱涝急转规律.研究表明,鄱阳湖年入湖总水量序列无明显趋势变化;小波分析和小波方差分析表明鄱阳湖年入湖总水量存在19年的主周期,且1—3月、4—6月、7—9月和10—12月不同季节的入湖总水量则分别存在31、19、17、14年的主周期,而四个季节入湖总水量的主周期共同决定着年入湖总水量的主周期;基于鄱阳湖入湖总水量的变化分析,应用长周期旱涝急转指数研究旱涝急转规律.结果表明,在4—5月与6—7月之间,鄱阳湖在长时期内存在旱转涝和涝转旱的交替循环过程,且进入21世纪以来旱转涝和涝转旱的间隔年份不断缩短,表明鄱阳湖流域"旱涝"和"涝旱"转换越来越频繁.

皖北地区旱涝演变及急转特征

根据皖北及其周边的16个气象站点1961～2013年每日降水数据,利用SSPI指数和夏季长周期旱涝急转指数,分析了皖北年降水量时空变化、旱涝发生频率的空间分布特征及旱涝急转规律。结果表明,皖北的年降水量呈微弱的减少趋势,呈现出从西北向东南递增的趋势;皖北干旱与洪涝在不同时间尺度下分布较为均匀,呈现出反复交替出现的情况。从时间尺度看,秋季为旱涝高发时期;从空间尺度看,淮北、宿州、蚌埠为秋季干旱高发区,阜阳、宿州为春季洪涝高发区;旱涝急转事件均为旱转涝事件,在2000年之后旱涝急转事件具有更高的发生频率,占53年中旱涝急转次数的40%。

黄土高原北部地区榆林市旱涝急转特征及其对作物产量的影响

黄土高原北部的榆林地区是我国北方典型的农业生态环境脆弱区。基于榆林市1981—2018年作物生育期(5—8月)的逐日降水资料,采用长周期旱涝急转指数(LDFAI)对旱涝急转进行趋势分析,采用M-K进行突变检验验证,比较不同类型旱涝急转事件下作物产量的变化特征。结果表明:①在时间尺度上,1981—2018年间榆林市作物生育期旱涝急转事件的发生频率为34.37%,旱涝急转强度从1990年代逐年代降低。②在空间尺度上,榆林市1981—2018年多年平均旱涝急转指数及强度在空间上分布一致,均呈现为“东高西低”的特征,多年平均高值区分布在东部地区,多年平均低值区分布在西部山区。③涝转旱事件对作物产量影响显著,发生涝转旱事件,粮食单产、大豆单产、薯类单产分别显著减少17.85%(P<0.05)、16.63%(P<0.05)、19.46%(P<0.01)。根据榆林市农业生产特点提出旱涝急转农业综合应对措施建议,包括加强作物灌溉管理、作物品种优化和丰富农业气象灾害保险体系。

朝阳地区旱涝急转特征变化分析

结合长(LDFAL)、短(SDFAL)两种旱涝急转指数,对朝阳地区旱涝急转特征进行分析。分析结果表明:朝阳地区发生长周期旱涝急转概率较低,而发生7~8月短周期由“旱转涝”的概率较大。朝阳地区从1956—2017年长周期旱涝急转指数呈现下降趋势,但趋势性较弱,而短周期旱涝急转指数呈现明显递增变化,且通过置信度为95%的显著性检验。

粤东北汛期旱涝急转时空变化特征分析

基于粤东北12个国家气象站1965—2019年的月降雨量资料,通过定义汛期长周期旱涝急转指数(LDFAI)及强度,辅以线性趋势分析、Mann-Kendall检验和EOF分析等统计分析方法,分析了粤东北近55 a汛期旱涝急转时空分布特点及典型年份旱涝异常特征。结果表明:近55 a粤东北汛期长周期旱涝急转特征以涝转旱为主,通过筛选分析典型年份汛期旱涝异常事件得出相关认识;旱涝急转指数和强度的区域平均序列变化趋势不明显,指数的年际变化差异大、强度的年际变化较稳定并伴有阶段性的突变;旱涝急转指数以20世纪90年代以前差异最显著,20世纪90年代以后差异趋于减小;旱涝急转指数强度在1973年、1989年和2005年出现显著增大;粤东北汛期LDFAI年均值空间分布差异较大且均为负值(连平-5.25~丰顺-0.27),汛期旱涝急转指数EOF展开的第一特征向量空间分布呈自西北向东南减小的特点,河源地区旱涝急转强度较梅州地区更明显。

大尺度大气环流异常与长江中下游夏季长周期旱涝急转

利用国家气象信息中心提供的1957—2003年中国720站夏季（5～8月）逐日降水资料，对长江中下游地区夏季长周期旱涝急转现象（分旱转涝和涝转旱两种类型）进行研究，定义了一个长周期旱涝急转指数（LDFAI），再结合ERA-40再分析资料及1957～2003年南半球和北半球环状模（SAM和NAM）指数时间序列，分析了异常年的同期和前期的大尺度大气环流异常特征，结果表明：旱转涝年旱期西太平洋副高主体偏南，长江流域低层负涡度中心发展伴随着辐散、下沉的加强和水汽输送减弱，同时南亚高压和高空西风急流位置偏南，长江中下游地区干旱少雨；涝期西太平洋副高北抬，该地区低层有正涡度发展并伴随辐合、上升运动和水汽输送较强，南亚高压和高空西风急流北抬，导致该地区降水增多．涝转旱年涝期北方冷空气活跃，冷暖空气交汇于长江中下游地区，低层正涡度发展同时辐合、上升运动和水汽输送较强，南亚高压位于高原南侧上空，长江中下游地区偏涝；旱期低层有负涡度中心发展伴随着辐散、下沉的加强和水汽输送减弱，副高异常显著的北跳，南亚高压向东向北扩展至华北地区，长江中下游转为东风急流所控制，干旱少雨．另外，长江中下游夏季LDFAI与其前期2月份的SAM和NAM存在显著的负相关，这为长江中下游夏季长周期旱涝急转现象的预测提供了有参考意义的前兆信号．

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。

王英水库灌区水旱交替特征分析

基于咸宁、阳新、王英3站多日降水资料,采用长周期旱涝急转指数(简称LDFAI指数)和短周期旱涝急转指数(简称SDFAI指数)作为研究方法,分析王英灌区水旱交替发生规律及变化过程,并探讨了旱涝急转对农业生产造成的影响。研究结果表明:咸宁站和王英站旱涝急转变化的规律较为一致,旱涝急转事件发生的频率分别为4.17 a/次和4.44 a/次,随时间的增加,两站旱涝急转发生频率增加;咸宁站由涝转旱为主导逐渐转向以旱转涝作为主导,而王英站高LDFAI年和低LDFAI年交替出现,无明显主导;阳新站旱涝急转现象主要集中在1996年之前,1997年后LDFAI指数变化趋于平缓;严重的水灾和旱灾年的旱涝急转指数均较高,LDFAI指数绝对值越高的年份,其农业受灾面积越广。