A Typical Mode of Seasonal Circulation Transition: A Climatic View of the Abrupt Transition from Drought to Flood over the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River Valley in the Late Spring and Early Summer of 2011

In this study, the seasonal transition of precipitation over the middle and lower reaches of the Yang-tze River Valley (YRV) from late spring to early summer is investigated. The results show that the seasonal transition of precipitation exhibits multi-modes. One of these modes is characterized by an abrupt transition from drought to flood (ATDF) over the middle and lower reaches of the YRV in the seasonal transition of precipitation. It is shown that the ATDF event from May to June 2011 is simply one prominent case of the ATDF mode. The ATDF mode exhibits an obvious decadal variability. The mode has occurred more frequently since 1979, and its amplitude has apparently strengthened since 1994. From the climatic view, the ATDF mode configures a typical seasonal circulation transition from winter to summer, for which the winter circulations are prolonged, and the summer circulations with the rainy season are built up early over the YRV.

干旱区与湿润区旱涝急转演变特征对比研究

以长江、黄河和淮河流域为研究对象,基于标准化旱涝急转指数,利用趋势分析、变点检验、小波分析、随机森林等方法探究典型干旱区与湿润区旱涝急转演变特征及其驱动因子。结果表明:湿润和半湿润区是极端旱涝急转事件的高频发生区,干旱区是极端旱转涝事件的高频发生区;干旱区的突变发生在1998年,湿润区的突变在1978年,未来干旱区更易发生旱转涝事件,湿润区则相反;气象因子在湿润区对旱涝急转的贡献度更大,大气环流对干旱区的影响突出,旱涝急转与不同驱动因子间存在非线性关系。

旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响

为研究旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响,以春玉米“宜丹629”为供试材料,2021年在测坑条件下,设置拔节期旱(drought,D)、涝(waterlogging,W)、旱急转轻涝(drought-light waterlogging,D-LW)、旱急转中涝(drought-moderate waterlogging,D-MW)、旱急转重涝(drought-heave waterlogging,D-HW)、和正常供水(control,CK)6个处理。测定不同处理组合下玉米大喇叭口期、抽雄期和灌浆期叶片叶绿素仪(soil and plant analyzer development,SPAD)值、过氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、可溶性蛋白含量和净光合速率(net photosynthetic rate,P_(n)),成熟期籽粒产量及其构成。结果表明,与CK相比,D-LW处理抽雄期和灌浆期玉米叶片的SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量、P_(n)和成熟期穗数、穗粒数和千粒质量差异不显著,其籽粒产量维持在较高水平(7 810.3kg/hm~2),说明旱急转轻涝不会加速玉米叶片的衰老,从而稳定籽粒产量。而其他水分胁迫处理显著降低各监测时期玉米叶片SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量和P_(n),明显提高MDA含量,使穗数、穗粒数和千粒质量减少,最终显著降低产量(较CK下降13.3%~72.7%)。整体上,D-MW和D-HW处理明显加速玉米叶片衰老,严重抑制籽粒产量。综上,拔节期旱后急转轻涝对玉米叶片SPAD值、抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量和P_(n)有补偿作用,从而获得较高的籽粒产量。研究结果为玉米应对旱涝急转灾害和灌排管理提供理论依据。

长江流域旱涝急转演变特征及其社会经济暴露度

旱涝急转是指干旱和洪水之间的快速转变,对农业生产和人类安全造成巨大威胁。本研究基于月尺度的旱涝急转量级指数,分析了长江流域历史和未来四种旱涝急转事件,并通过滑窗法构建了旱涝急转量级的时变函数,揭示了未来旱涝急转风险变化。同时,结合共享社会经济路径量化了人口和经济受旱涝急转风险变化影响的程度。结果显示,历史时期长江流域中下游旱涝急转事件频发,旱–涝和涝–旱事件每10年发生10~12次,而旱–涝–旱和涝–旱–涝事件每10年发生3~4次。未来旱–涝–旱和涝–旱–涝事件预计大幅增加,其中长江上游部分地区增长了约7倍。对于历史基准期50年一遇的旱涝急转事件,未来发生概率将增加5~10倍,给长江流域的人口和经济带来重大影响。

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。

嘉陵江流域旱涝急转演变规律及其对径流影响研究

针对气象旱涝转换对流域径流影响的问题,基于嘉陵江流域逐日降水量和流量数据,采用长、短周期旱涝急转指数方法,揭示了旱涝急转时空分布特征与演变规律,定量评估了径流变化对不同旱涝急转类型的响应程度。结果表明:1977~2022年,嘉陵江流域共发生了8次汛期旱涝急转事件,其中6次发生在2004年及之后;空间上,南部、中部以及西北部地区发生旱涝急转的频率较大,在17%以上;在月尺度上,6~7月发生旱涝急转的频率最大,超过了20%。当汛期发生涝转旱时,北碚、罗渡溪、武胜以及小河坝等站的前半汛期流量相比常年平均增长了57.52%,38.74%,85.50%和99.73%,后半汛期流量相对常年平均偏低了20.82%,49.83%,22.64%和14.53%;而在旱转涝影响下,上述站点前半汛期流量较常年平均减少了31.17%,45.77%,28.83%和26.16%,后半汛期流量较常年分别增长了31.45%,47.17%,24.31%和3.27%;月尺度上也表现出相似规律,表明旱涝急转对嘉陵江径流有着显著影响。研究成果可为梯级水库科学调度、流域水安全保障提供参考。

中国旱涝急转事件时空变化特征

【目的】旱涝急转事件造成的社会经济和生态环境影响严重,是我国发生频繁且广泛的一种复合型事件。明确我国旱涝急转事件发生的时空变化特征,可为地区制定防灾减灾措施提供科学依据。【方法】基于1961—2021年气象观测数据,使用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散发,然后计算逐日的标准化降水蒸散指数(daily-SPEI),分流域对中国旱涝急转事件的频次、影响范围和趋势的变化特征进行分析。【结果】结果显示:(1)时间趋势上,1961—2021年中国受旱涝急转事件影响的范围以0.6%/10a的趋势增加,且平均每年有19.8%的范围发生旱涝急转事件。(2)空间分布上,旱涝急转事件主要分布在淮河流域、黄河流域、长江流域和松花江流域,事件发生频次在30次以上地区分别占流域总面积的63.1%、20.7%、15.0%、14.6%,事件频次最高达到53次。(3)中国旱涝急转事件存在明显的季节差异,主要发生在夏季事件发生频次在5次以上的空间范围占中国总面积的一半以上;其次是春季和秋季,事件发生频次在5次以上的空间范围占比均不足15%;冬季发生最少,事件发生频次在5次以下。【结论】结果表明:中国旱涝急转事件的影响范围整体呈增加趋势,中国中东部和东北部是旱涝急转事件发生频繁地区。研究结果可为旱涝急转事件的监测与应对提供科学基础。

水稻品质及产量对灌浆期旱涝急转的响应

为探究灌浆期旱涝急转对水稻品质及产量的影响,以湘早籼6号为研究对象,基于桶栽试验,采用四因素三水平正交试验设计,设置干旱水平(田间持水量的65%±5%,50%±5%,35%±5%)、干旱历时(5,7,9 d)、淹涝水平(淹没株高的50%,75%,100%)、淹涝历时(5,7,9 d),共计9个旱涝急转处理,以及对照处理(CK),探究灌浆期旱涝急转下各水稻品质指标及产量的响应规律,并在主成分分析基础上,通过理想点法技术(TOPSIS)对产量及品质的综合质量进行评价.结果表明:灌浆期旱涝急转会导致米粒偏短、偏窄,透明度与黄粒米率显著提高,垩白度与垩白粒率分别较CK提高了13.42%~69.16%和6.14%~48.72%;直链淀粉质量分数在灌浆期旱涝急转下较CK提高12.39%~34.46%,而胶稠度的降低幅度为25.26%~36.84%;除碱消值外,灌浆期旱涝急转下的水稻品质受干旱和淹涝的共同影响,淹涝水平是大部分品质指标的主要影响因素;与对照相比,灌浆期旱涝急转导致水稻减产67.32%~98.71%,大部分品质指标与产量呈负相关,长宽比与产量的负相关性最强(r为-0.78***),胶稠度与产量呈正相关(r为0.68***);灌浆期旱涝急转下水稻产量及品质的综合质量最优的处理为轻旱轻涝急转,综合质量最差的处理为重旱重涝急转.研究结果可为应对旱涝急转的水稻品质改良以及减灾策略的制定提供理论依据.

基于日尺度旱涝急转指数的重庆市旱涝急转事件演变特征分析

为准确地反映旱涝急转事件的“突发性”与“交替性”特征,对重庆市34个气象站采用日尺度旱涝急转指数DWAAI提取1960—2018年旱涝急转事件,根据重庆市的实际情况划分不同强度旱涝急转事件对应的DWAAI数值范围,探究不同强度旱涝急转事件发生频次的时空演变特征。结果表明:重庆市旱涝急转事件以旱急转涝为主,旱急转涝事件占旱涝急转事件累计次数的85%,主要发生在4—9月,多年平均次数为22.64站次,其中,中度、重度事件占所有旱急转涝事件的11.7%、2.9%;旱急转涝事件频发于重庆市西部、中部及东北部区域,发生频次的变化趋势不显著;涝急转旱事件主要发生在7—9月,多年平均次数为5.60站次,轻度、中度事件占所有涝急转旱事件的92.9%、7.1%;涝急转旱事件在重庆市东南部、中部以及东北部区域的西部地区(如开县)频发,频发地区的发生频次总体呈增加的趋势。研究成果可为保障重庆市及相关地区水安全、加强防旱抗涝减灾工作提供理论基础。

旱涝急转工况下土石坝上游粘土防渗体水力劈裂研究

近年来作为极端小概率事件的旱涝急转工况频繁出现,极易造成防渗体缺陷扩展,诱发工程失事。通过在模型试验与数值计算分析的基础上探讨了旱涝急转工况下土石坝粘土防渗体中的水力劈裂问题。结果表明,旱涝急转工况中的干旱过程促使土体基质渗透性降低,同时导致防渗体产生裂缝,具备了发生水力劈裂的必要条件。理论分析推导了沿裂缝所在平面产生水力劈裂破坏的渗透压力理论值,离心试验模型测得铺盖层孔压骤降的同时砂层孔压骤增,表明裂缝受高水压作用产生劈裂贯穿了防渗体,裂缝处测量孔隙水压力值与理论推导结果基本一致。旱涝急转过程中裂缝处土体内的压应力先是逐渐增大,随后不断减小最终转变为拉应力,从而导致水力劈裂。研究结果对旱涝急转工况下的土石坝安全运行具有指导作用。

川渝高温热浪与暴雨旱涝演变特征及适应策略研究

为加深对川渝地区多灾种综合影响的理解,提升灾害综合风险防范能力,基于长时序观测数据,利用线性拟合、Pettitt检验、小波时频分解等方法,分析了1961~2022年川渝热浪与暴雨的时空演变特征,并针对耦合影响区提出适应性策略。结果表明:(1)近60 a来川渝总体高温热浪趋强趋长趋频,且不同时长高温热浪的区域差异性特征显著。川南经济区、川东北经济区至重庆市9 d及以上高温热浪的发生频次显著增多,成都平原经济区西部3~8 d高温热浪频次显著增多,自1990年代初期以来,盆西变化尤为明显。(2)川渝暴雨灾害变化也存在显著的区域差异。成都平原经济区西部、川南经济区暴雨日数显著减少、强度降低,川东北经济区至重庆市的暴雨日数增加、强度增强。(3)对高温干旱复合与旱涝急转事件的分析表明,盆东至重庆市旱涝急转自1980年代中期以来显著增加,盆南高温干旱复合事件自2000年代初以来显著增加。(4)成都平原经济区应着重关注高温热浪频发对超大城市脆弱人群及能源供给的冲击;川南经济区需关注持续性高温热浪叠加干旱给工业、农业带来的不利影响;川东北经济区在充分考虑高温热浪和暴雨灾害单独影响的同时,也应进一步综合考虑区域内旱涝急转给农业及重点项目带来的不利影响。

旱涝急转条件下水稻水分利用效率变化研究

为探究水稻在旱涝急转条件下光合效率及水分利用变化规律,从而为研究水稻经历旱涝急转灾害后产量变化及灌溉方式提供科学依据,以Ⅱ优898水稻为研究对象,采用四因素三水平正交实验,研究了旱涝急转条件下,水稻叶片水分利用效率WUE_(leaf)及气孔导度gs、蒸腾速率E、光合速率A等参数的变化。结果表明干旱程度和淹水深度对光合作用的累积作用最明显;A/gs与叶气温差呈线性相关,但旱涝急转导致响应积极性降低;分蘖期末~拔节孕穗期初WUE_(leaf)~g_(s)均可用上凸抛物线描述,此阶段干旱引起绝对光合速率的降低是影响生育期生物量积累的控制因素。拔节孕穗中后期WUE_(leaf)~g_(s)均可用下凸抛物线描述,经历旱涝急转导致叶片提前衰老,绝对蒸腾速率下降,WUE_(leaf)的增加并不能促使产量的补偿,可提前控制土壤含水量,减少非必要的水资源消耗。

1976—2020年弥河流域旱涝急转特征分析

基于弥河流域13个雨量站1976—2020年的逐日降水数据,使用长周期旱涝急转指数(LDFAL)、短周期旱涝急转指数(SDFAL),通过Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验、重标极差分析法(R/S分析法)、小波分析法、反距离插值法对弥河流域旱涝急转的时空分布特征进行分析。结果表明:在45 a内,弥河流域长周期6—9月共发生18次旱涝急转现象,LDFAL呈现下降趋势,表明未来“旱转涝”现象将占据主导。SDFAL在6—7月和8—9月呈现上升趋势,表明未来“涝转旱”现象将占据主导;7—8月呈现下降趋势,表明未来“旱转涝”现象将占据主导。LDFAL与旱涝急转强度均未发生突变,SDFAL只在2007年6—7月发生突变,短周期旱涝急转强度在2007年的6—7月和2005年的7—8月发生突变。长周期旱涝急转现象变化存在11 a主周期,短周期6—7月、7—8月、8—9月的变化主周期分别为34、64、43 a。

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.

基于径流分析的淮河流域汛期旱涝急转研究

本文基于淮河流域吴家渡水文监测站1950-2007年月径流量资料,通过定义长、短周期径流旱涝急转指数,分析了淮河流域汛期径流旱涝急转现象(分旱转涝和涝转旱两种类型),研究结果表明:1)长周期径流旱涝急转在1986年以前发生次数较多,而1986年以后发生次数相对较少;2)各相邻月间的短周期旱涝急转的年际振荡以6-7月最多,且其长期变化规律与长周期旱涝急转年际振荡变化相似;3)长、短周期旱涝急转频次呈现不断减少的趋势,但全旱和全涝频次则有增加的趋势;4)2000s汛期长周期旱转涝、短周期6-7月旱转涝有逐渐增加的趋势,分析认为这种旱涝急转变化是导致淮河流域汛期径流量增加的主要原因之一.

陕西及我国东部区域气候变化研究

利用我国50 0多年旱涝资料,分析陕西及其东部区域历史上发生的旱涝周期及气候突变,发现陕西旱涝存在2 2年、1 6 9年左右的变化周期,陕西1 6 45年左右发生过气候突变,分别比华北地区早6～7年,比华东地区早4 0～50年。同时分析近50年气候资料发现,陕西及东部地区降水均存在着一定的周期变化,且变化有所差异。定义了陕北区域旱涝指数,在未来十年,陕北地区旱涝变化趋势是正常偏旱。

淮河流域主汛期降水气候特征及“旱涝急转”现象

淮河流域地处南北气候的过渡地带,主汛期降水变率大,旱涝灾害频繁。利用淮河流域126个地面气象站降水资料,采用EOF分解、线性变化趋势、Mann-Kendall突变检验等方法,对主汛期降水的时空分布特征、典型旱涝年降水特征以及"旱涝急转"气候特征进行了分析。结果表明:淮河流域主汛期的降水量空间分布呈现南部多于北部、山区多于平原、近海多于内陆的特征,并且旱、涝均主要是以南部为主发生;降水量有明显的年际变化特点,尤其是最近10a的年际变率在增大,集中强降水主要出现在7月上旬;淮河流域"旱涝急转"现象频繁发生,尤其是2000年以来频次显著增多,对农业生产造成严重不利影响。

湖北省旱涝灾害致灾规律的初步研究

利用1960—2005年湖北省76个地区气象灾害的灾情普查数据和逐日降水量观测资料,对湖北省旱涝灾害的时空分布特征及其致灾规律进行分析。结果表明:干旱灾害的频发区呈东西走向的带状分布,而洪涝灾害的发生频次和频发区面积均明显少于干旱;干旱和洪涝灾害年平均发生站次在1996年以后出现相反的变化趋势,干旱发生站次增加,而洪涝发生站次减少,且两种灾害均主要集中发生在夏季;1996—2001年湖北省部分地区连续出现严重干旱灾害,干旱的累积增强效应导致农业经济损失出现跳跃性增长并在2001年达到最大值;洪涝的致灾强度呈准周期的起伏振荡,农作物受洪涝影响面积最大、损失最多的年份集中在20世纪90年代,农作物受害面积与农业经济损失的决定系数为0.8;受害人口与直接经济损失具有较好的相关特征,且直接经济损失随受害人口增多而增加的速度加快,但近年来人口对洪涝灾害的抵御能力也显著提高;急转干旱和急转洪涝主要发生在鄂西北和鄂东南的夏季,农作物的脆弱度增加,农业经济损失随受害面积增大而增加的速度加快,但所造成的农业经济损失远小于仅发生干旱和洪涝时的数值。

淮河流域旱涝急转气候特征研究

利用标准化旱涝指数和灾情资料挑选出了1960～2009年淮河流域各水资源二级分区的旱涝急转事件,在此基础上分析了旱涝急转事件的时空分布、水位特征和大气环流特征,结果表明,淮河流域在这50年中共有13年出现了旱涝急转,约4年一遇,其频次和降水强度的大值区都位于流域上游和南部;与长江中下游地区相比,淮河流域的旱涝急转事件更频繁、平均强度更大。旱涝急转具有先减少后增加的年代际演变特征,就年内分布来看,主要集中在6月下旬～7月上旬;干流各水文控制站的水位对旱涝急转的响应具有一定差异,其中王家坝站水位涨幅最大,对强降水的响应时间最短。从环流成因来看,三种典型的大气环流形势可以引发旱涝急转。

淮北平原旱涝急转条件下水稻减产规律分析

为探究水稻旱涝急转下先期旱胁迫与后期涝胁迫交互作用对产量造成的影响,于2016年在淮委水科院新马桥试验站开展了不同旱涝水平(受旱程度(50%~70%田持),受旱时间(5~15 d),受涝程度(50%~100%株高),受涝时间(5~9 d))的旱涝急转组,单旱组,单涝组,正常组平行对比形式的测桶试验。分析了不同旱涝组合形式下先旱与后涝互作效应的减产规律,进一步探究了旱涝互作对产量构成因素的影响。结果表明:通过旱涝急转组与正常组对比,重旱重涝组合减产30.3%,对产量最为不利,长时间重旱使总粒数削减30%左右,千粒质量与结实率均接近或高于正常组;旱涝急转组与单旱组对比,旱涝急转组(重涝)比单旱组产量削减程度增加30%以上,总粒数损失增加33.9%~35.2%,旱涝急转组(短期轻涝)比单旱组(长期重旱)千粒质量和结实率分别补偿33.6%和37.6%;旱涝急转组与单涝组对比,旱涝急转组(长期轻旱)比单涝组(长期重涝)产量补偿113.0%,旱涝急转组(重旱)比单涝组(重涝或长期轻涝)总粒数削减31.9%~33.7%,旱涝急转组(长期旱)比单涝组千粒质量和结实率分别补偿79.7%和118.4%。研究成果可为探究旱涝急转致灾机理及减灾措施提供参考。