基于游程理论和Copula函数的干旱特征分析及应用

干旱是一种复杂的自然灾害现象,理解和掌握干旱事件的发生发展状况对防治其危害具有重要意义。选用1960—2015年间陕北黄土高原9个地面气象观测站的月降水数据集,基于游程理论从标准化降水指数中提取出干旱事件的历时和强度,采用拟合优度最高的Copula函数对干旱特征变量进行拟合,分析干旱特征变量的联合累计概率和干旱事件的联合重现期,并基于30 a时间间隔的滑动窗口分析联合重现期变化曲线,最后将研究结果运用到陕北地区1995—2010年间干旱实际受灾面积中,进一步分析干旱事件联合重现期与农作物旱灾损失之间的联系。结果表明:1)1960—2015年间陕北黄土高原出现的最低干旱事件频次为94次,最高103次,榆林东部和延安的北部是主要的干旱灾害频发区,延安的东南部和铜川干旱事件发生频次相对较小;2)干旱历时和干旱强度具有较强的相关性,随着干旱历时和干旱强度的不断增大,二者的联合累计概率和联合重现期也不断增大;3)研究区内不同站点的相同历时不同强度和相同强度不同历时的联合重现期变化曲线变化趋势不尽相同;4)陕北地区农作物实际受旱灾面积与干旱历时和强度密切相关,不同类型干旱事件联合重现期的拟合能够反映该区域实际干旱受灾情况,根据游程理论提取出干旱事件的干旱特征与实际干旱特征较为接近的情况下,理论重现期与实际重现期的误差范围仅在0.1~0.3 a之间。研究可为旱作农业生态管理提供依据。

基于SPI的渭北黄土高原干旱时空特征

渭北黄土高原是陕西省重要的粮食生产基地,为了提高该地区应对干旱气候事件的能力,利用1986─2015年渭北黄土高原地区逐日降水资料详细分析该地区干旱变化的时空演变规律,通过计算标准化降水指数(SPI),定量表征该地区的干旱时空特征,结果表明:(1)近30年该地区SPI和降水量的变化趋势基本相近,都呈规律性波动变化,但有些月份差异比较大,这是由于SPI对不同时间尺度降水量的敏感性不同。(2)不同时间尺度的SPI可以较好地反映干旱洪涝的发展演变状况和趋势。SPI能够明确地反映渭北黄土高原的干旱变化状况,短时间尺度(1个月)能够反映逐月的干旱变化,3个月能够反映季节的干旱变化,而长时间尺度(12个月)则可以反映水分的滞后性作用。通过对多时间尺度SPI的时间序列分析可以发现,渭北黄土高原总体上有变湿的趋势,且随着时间尺度的增加,SPI的随机性在减弱,持续性在加强。与气候变化相对应,全区干旱频次有总体下降的趋势。(3)渭北黄土高原干旱主要出现在1993、1994、1997、1998和2001年。对不同季节的SPI分析结果表明,春季和夏季干旱发生频率较高,秋季和冬季干旱频率较低。同时,干季干旱频率较高,湿季干旱频率较低。(4)渭北黄土高原不同地区干旱具有相对一致的趋势。研究结果可为渭北黄土高原农业旱情管理与决策提供科学依据。

基于多元回归的黄土沟壑区小流域土壤水分空间模拟

以延河流域羊圈沟为研究对象,基于土壤水分空间自相关理论,在土壤水分环境影响因子多元回归基础上,建立了土壤水分空间化模型,并探讨了土壤水分空间分布特征。结果表明:研究区内土壤水分空间分布具有正相关性,且相关性显著,在空间上表现为聚集状态;表层土壤水分与植被覆盖度、高程、坡度、地表粗糙度、地形起伏度和地表切割程度等因素密切相关,且与地表切割程度呈正相关关系,而与植被覆盖度、高程、坡度、地表粗糙度以及地形起伏度因子呈负相关;与普通克里格(OK)、反距离加权(IDW)、径向基函数(RBF)和全局多项式(GPI)的土壤水分空间内插方法相比,多元回归+普通克里格方法(MROK)的拟合程度最高,是表层土壤水分空间化较好模型;土壤水分空间分布格局明显,主要表现为西部和东北部土壤水分含量低,东南部土壤水分含量高。该研究揭示了土壤水分环境因子相关性及空间分异规律,对区域生态文明建设具有一定的促进意义。