Effects of Extreme Rainfall on the Export of Nutrients from Agricultural Land

通过流量和水质的同步监测,在径流小区和流域尺度上研究了极端降水事件对氮、磷农田土壤养分流失的影响。研究结果表明:在极端降水事件频发的6￣8月期间,坡地农田随地表径流流失的养分占全年总量的50%以上。水稻田的养分流失占全年的60%左右。而在极端降水量较大的年份,养分流失量也显著高于多年平均值。一年中3次最大降雨事件中输出的氮占全年总量的35.7%￣52.4%,输出的磷占全年总量的46.8%￣66.4%。强降雨过程中小流域出口处的氮、磷浓度随水文过程线的上升而增加,在退水过程虽逐渐下降,但长时间平稳地保持在一个较高的水平。伴随着大流量出现的养分浓度升高导致大量的氮、磷在极短的时间内流失,4次极端降水事件中氮、磷从小流域的输出分别为全年总量的29.2%和44.5%。根据气象预报优化农事活动管理措施,尽量减少在极端降水事件频发期进行翻耕、施肥等农事活动,是减少农田生态系统养分输出和降低农业非点源污染的有效途径。     

农田氮流失与农业非点源污染

随着氮肥的过量施用,农田氮流失容易造成农业非点源污染.农业非点源污染是农业环境富营养化的主要原因之一,改变了农业环境的生态结构与功能,造成很大危害.农田氮流失主要通过地表径流、农田排水和淋溶途径进入水体形成农业非点源污染,降雨状况、土壤特性、施肥状况、农业土地利用/土地覆盖和田间管理方式等因素与农田氮流失有密切关系.通过农田管理制度或立法、农田氮流失的源头控制和农田氮流失的扩散途径,可以实现对农业非点源污染的调控,降低施用化肥的环境风险.     

博州不同级别降水及极端降水事件的时空变化

根据1961—2005年新疆博州（博尔塔拉蒙古自治州的简称,下同）4站逐日降水资料,用阈值检测方法计算出博州地区极端降雨（雪）的阈值,并用气候趋势系数、Kendall-τ秩次相关以及滑动t检验等分析了博州地区不同量级降水日数以及极端降水日数的变化特征。研究表明,博州地区极端降水阈值与年平均降水量的空间分布基本一致：山区大,盆地小,地区间差异极大。3—10月一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数大范围减少;年降水量增加的方式在不同子区域是不同的：①对于年平均降水量仅有100 mm左右的艾比湖一带而言,主要体现在中雨、小雪次数的增加上,其他量级的雨雪日数及强度增加趋势不显著,这种增量对干旱区而言很小,无法改变干旱区的本质。②博河上游地区夏半年主要体现在小雨、大雨次数的增加以及中雨强度的增加上,冬半年主要体现在小雪、大雪或极端降雪日数的增加以及大雪、暴雪强度的增加上。虽然博河上游地区大雨次数显著增加,但强度显著降低。这种增加方式导致博河上游地区冬季牧区易出现雪灾,夏季易出现洪灾。③博河中游地区主要体现在小雪、中雪、大雪（或极端降雪）、中雨频次以及小雨强度的增加上,而且一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数的减少趋势大于其他量级降雨总次数的增加趋势。降水日的这种变化方式在该区域气候显著偏暖的气候背景中,极易造成春夏阶段性极端干旱事件频发。     

清代中后期江苏四季降水变化与极端降水异常事件

根据清代雨雪档案记载,重建了1736～1908年江苏6个府的逐季降水等级序列。分析发现:（1）1750s、1790s、1830s、1840s及1880s等5个年代江苏全省春、夏多雨,1770s、1780s、1810s及1870s等年代则春、夏少雨;秋季降水1750s、1840s、1850s及1860s等4个年代通省偏多,1770s、1810s及1890s等则偏少;冬季降水1830s、1840s及1890s等3个年代通省偏多;1820s、1850s及1870s等3个年代降水偏少。（2）1755年、1823年、1840年、1849年、1883年、1885年和1906年等7年江苏出现极端大涝;1768年、1778年、1785年、1814年、1856年、1873年、1876年和1891年等8年则极端亢旱。（3）江苏气候在1830年前后可能发生过一次转折。其中1830年以前降水变化相对和缓,多雨期和少雨期持续时间较长;而1830年以后,旱、涝时段频繁交替,且多发极端旱、涝事件。这一特点与El Nino事件在1830年以后相对多发相对应。     

四川省极端降水事件时空演变特征

极端降水作为极端天气的表征要素,极易引发灾害。为探明极端降水变化特征,本文选择受极端降水事件影响极大的四川省为研究区,基于1964—2016年逐日降水数据,通过构建区域极端降水指标体系,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,分析了极端降水事件的时空演变及影响因素。结果表明:四川省极端降水事件发生频率呈减少趋势,强度逐渐增加;空间上总体呈现出由东南向西北减少,成都平原与川西山区的交错区域作为传统极端降水高发区域,极端降水频率显著下降,而川西山区极端降水频率与强度均呈现出增强的趋势;研究区地形地貌特征决定了极端降水事件的分布特征,四川盆地盆周区域海拔的突变为极端降水特征差异显著的重要原因;极端降水的周期变化呈现25～32 a长周期、13～17 a中周期以及5～8 a短周期的特征,振荡强度由强到弱;极端降水量自1993年下降突变显著,强度自1984年增强突变显著。本研究可为极端降水事件研究提供方法参考,为四川省防灾减灾提供理论与数据支撑。     

中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125个台站汛期（5—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

陕北黄土高原地区极端降水事件时空分布特征

以陕西省北部6个气象站点1959-2011年逐日降水数据为基础,采用百分比方法确定各站点极端降水阈值,选取极端降水量、极端降水频率、极端降水强度、暴雨量、暴雨日数、大雨量和大雨日数,分析陕北黄土高原地区极端降水事件时空变化特征,结果表明:(1)极端降水经历近30年的持续减少后,近10多年增加较快,各极端降水指数空间上均呈自东南向西北的递减趋势.(2)极端降水量2000～ 2011年最大,极端降水阈值和极端降水量自东南向西北递减分布.(3)极端降水频率以2000～ 2011年最大,极端降水强度变化趋势不明显.空间分布上极端降水频率以绥德最高,榆林最低;极端降水强度以洛川最高,横山最低.(4)暴雨量和暴雨日数均以2000～2011年最高,空间分布呈自东而西递减,分别形成以绥德和延安、横山和吴起为中心的高值和低值区域.大雨量和大雨日数以1959 ～1969年最高.空间分布上呈自南而北的递减趋势,均形成以洛川和横山为中心的高值和低值区域.     

1961-2008年新疆极端降水事件的变化趋势

利用新疆1961-2008年逐日降水、最高气温和最低气温资料,采用ETCDDMI定义的极端降水事件的阈值,然后统计出极端降水事件的每年湿期降水总量、简单降水强度指数、月最大1d降水量、月最大5d降水量、重湿日数和连续干日,并对其空间分布和时间趋势进行分析.结果表明,新疆极端降水事件阈值的空间分布存在明显的地域差异,北部地区在48 a极端指数变化比其他地区显著;每年湿期降水总量、简单降水强度指数、月最大1d降水量、月最大5d降水量、重湿日数和连续干日的空间特征基本相似,除连续干日,总体呈自东南向西北递增的态势,且高值中心均分布于山区一带.48年来,除连续干日,极端降水事件的其他5个指标呈上升趋势,并于1980年左右发生了突变现象.48年来,极端降水事件的6个指标均存在明显的年代际特征,而且还存在准3a和7a的震荡周期.     

1961-2016年渭河流域极端降水事件研究

基于1961-2016年渭河流域26个气象站点的逐日降水数据,选取与极端降水事件密切相关的9个指数,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变点检验和方差分析等方法,揭示渭河流域极端降水事件的变化趋势、突变情况以及渭河流域上、中、下游降水情况的差异特征,对研究区未来极端降水事件提供科学预测和理论参考。结果表明:①渭河流域上、中、下游地区及整个流域的年总降水量分别以16.588 mm/10a、8.319 mm/10a、6.703 mm/10a和9.544 mm/10a的速率下降,表明渭河流域56 a来降水总量存在逐年减少的趋势,整个渭河流域地区呈现变干的趋势。②降水强度(SDII)、强降水总量(R95PTOT)和极端降水总量(R99PTOT)在整体上均呈现上升趋势,极端降水总量的上升趋势高于强降水总量,上游地区的上升趋势高于中下游地区,表明渭河流域极端降水强度有所增强,极端降水事件发生频率有所增大。③渭河流域出现极端降水事件的年份集中在20世纪90年代和21世纪初期,且降水情况的年际差异较大,中游地区的变化更为明显。④相关分析显示中下游地区对整个流域极端降水事件的发生情况起到较大的贡献...     

贵州主汛期极端降水事件及其环流特征分析

利用贵州地区52个测站1961-2006年历年主汛期(6-8月)逐日降水资料,定义了不同台站的极端降水阈值,统计了贵州近46年主汛期极端降水事件发生的频次,并分析了极端降水的时空分布特征、周期振荡特征以及极端降水事件典型多年、少年的环流特征.结果表明:贵州主汛期极端降水自北向南逐渐增大,极端降水事件存在着明显的年际、年代际变化特征,并存在2.9 a、20 a的周期振荡特征,在贵州主汛期极端降水事件偏多和偏少时期,其环流特征存在着显著的差异.     

增暖背景下中国东北地区极端降水事件的演变特征

利用中国东北地区93站1959~2002年逐日降水资料,研究该区极端降水事件时空演变特征,结果表明:东北地区极端降水事件阈值由东南沿海向西北内陆逐渐减小,6~9月是极端降水事件集中出现月份;1985~2002年是极端降水事件偏多,且为一突变现象;东北地区短时间内连续发生极端降水事件概率较大,其中1~5天时间间隔极端降水事件占23.7%;80年代中期后东北地区增暖背景下,极端降水事件和有1~5天时间间隔的极端降水事件明显增加,特别是松花江下游和牡丹江流域及西辽河上游地区,频次和强度存在增加或增强趋势。     

极端降水对水稻产量的影响研究综述

极端降水在全球范围内呈现广泛增强的趋势,对农业生态系统的影响不容忽视。水稻作为重要的粮食作物,其产量的年际波动受到极端降水的影响,然而其响应机理和时空敏感性尚未厘清。论文总结了极端降水在水稻主产区的时空格局及对产量的影响程度,梳理了极端降水对水稻产量的生理、化学和物理过程的影响机制,对比分析了多个主流方法(统计模型和作物过程模型)的输入数据和应用上的优缺点。结果表明,极端降水增加1%导致水稻减产0.02%~0.5%,主要通过增加养分流失和造成淹水胁迫等途径。然而当前研究仍难以明确水稻产量如何响应于极端降水的不同特征值(强度、频次、持续时间等)及其敏感性的时空差异,尚未完善极端降水对水稻各产量组成的影响机理,同时缺乏作物模型与统计模型等相结合的研究方法,造成水稻产量预测的不确定性。建议未来相关研究应加强田间观测、控制性实验与模型改进,定量解析极端降水对产量的影响机理,促进模型—数据融合,提高数据精度以更好地模拟极端降水事件下的水稻产量,为优化当前稻作系统和建立气候智能型农业奠定理论基础。     

极端降水事件对科尔沁沙地一年生植被的影响

在科尔沁沙地奈曼旗,大于10 mm的降雨属极端降雨。根据当地多年平均降雨量,设置雨量×降雨次数的双因素模拟试验(T₁,共288 mm、分18次;T₂,共288 mm、分9次;T₃,共576 mm、分36次;T₄共576 mm、分18次;CK,接收当年的自然降雨),考察极端降雨对科尔沁沙地一年生植被的密度、多样性指数、生物量及根冠比的影响。结果表明:(1)在萌发期,植株密度在各处理下均维持在2 000株·m^-2;而在生长发育后期,T₃、T₄维持在400株·m^-2,而T_I、T₂维持在1 600株·m^-2,CK下为1 200株·m^-2,说明降雨总量决定了能完成生活史的沙地一年生植被的数量。(2)T₁、T₂、T₃3种极端降雨模式均显著提高沙地一年生植被的生物多样性指数,说明科尔沁沙地一年生植被的生物多样性不是由年降雨量单一因素决定的,而是由每次降雨量与降雨次数的分布共同决定的。(3)T₃、T₄显著降低了沙地一年生植被的水分利用效率。     

中国极端降水事件时空特征及其对夏季温度响应

基于中国1951-2014年728个气象站点日降水数据,利用POT抽样、变异点分析、趋势分析、分段回归等方法全面分析中国极端降水事件（量级、频率与发生时间）非平稳性特征及其对夏季温度响应。研究结果发现中国极端降水量级有明显变异特征,但无显著趋势变化,中国极端降水频率则相反。并且中国极端降水次数在全国大部分区域有显著增加趋势。另外,研究还表明变异点对中国极端降水量级和频率趋势特征有明显的改变,对极端降水发生时间趋势特征改变较弱;中国极端降水发生时间在中南部呈显著上升趋势,其他区域趋势性不显著。中国大部分区域夏季温度呈上升或显著上升趋势,且变异特征显著。在转折点前,中国大部分区域如西部干旱区东南部、东部干旱区西南部、华北区、华中区和西南区北部夏季温度呈下降或显著下降趋势;在转折点后,上述区域夏季温度转为上升或显著上升趋势。     

1961—2009年新疆极端降水事件时空差异特征

选用1961—2009年新疆61个测站的逐日降水资料,根据百分位值方法定义不同台站的极端降水阈值,用一元线性回归、M-K突变检验及EOF分析等方法分析各区域50年来极端降水的时空分布特征及变化趋势。结果表明：（1） 过去50年新疆极端降水事件总体表现出了波动上升的趋势,但各区域的极端降水量相差悬殊,极端降水量受地形因素影响大;（2） 阿尔泰山区、准噶尔盆地和天山山区的极端降水量分别在1986年、1983年和1989年发生显著的上升突变;（3） 极端降水阈值、年均降水量、年均极端降水量、年均极端降水频率和极端降水强度呈现山区高、盆地低的特点;年降水量越少的区域,极端降水对年降水量的贡献越大。     

近50年四川盆地汛期极端降水事件的时空演变

利用四川盆地1961-2006年145个台站汛期的逐日降水资料,分析了该地区汛期极端降水事件的时空演变特征,结果表明:该地区汛期极端降水事件的发生频次分布与降水量分布差异较大,由西向东呈阶梯状递减趋势;川西高原与四川盆地之间以及盆地东西部之间的反位相变化是川渝地区汛期极端降水事件发生频次最主要的两个空间异常模态:该地区汛期极端降水事件发生频次的空间分布可以分为8个区;分别是四川盆地中部区、东部区、南部区、西部区、川西高原西部区、中部区、川西南山地区和重庆东部区;从长期变化趋势来看,汛期极端降水事件发生频次除在四川盆地西部区和重庆东部区分别呈较弱的减少和增长趋势以外,在其余各区的线性趋势都较为明显,其中四川盆地东部区、川西南山地区、川西高原西部和中部区表现为增长,四川盆地中部和南部区表现为减少;从气候因子分析看,汛期西太平洋副高位置的南北变化、东亚以及南亚季风的强弱变化分别对四川盆地东部区、中部区以及西部区的极端降水事件存在显著影响.     

中国西北极端降水事件年内非均匀性特征分析

 基于中国西北五省（区）1960—2004年112个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数——极端降水事件集中度和集中期,对中国西北极端降水事件的年内非均匀性特征进行了分析,结果表明：西北年极端降水事件集中度及集中期的平均和异常空间分布都存在很大的区域差异,并且其异常空间分布均可分为6个关键区;而从时间演变来看,各个关键区年极端降水事件的集中度与集中期均表现出了显著的年代际振荡特征,但各分区年代际变化特征并不一致;另外西北东、西部年极端降水事件集中度与集中期表现出反向的变化趋势。     

1961～2008年山东省极端降水事件的变化趋势分析

利用山东省1961～2008年逐日降水资料,采用百分位值法定义了极端降水事件的阈值,然后统计出极端降水事件的频次、降水量、强度和年最大日降水量,并对其空间分布和时间趋势进行分析。结果表明,山东省极端降水事件阈值的空间分布存在明显的地域差异,总体上以泰山为中心向周边逐渐减小;频次的空间差异较小,基本在18 d/a左右;极...     

新疆极端降水的气候变化

采用1961～2000年55个气象台站的逐日降水观测资料,分析近40年来新疆极端降水的气候变化、发展趋势和空间分布差异。用Mann-Kendall法对年极端降水量进行突变检验。研究表明：(1) 只有天山北麓经济带和天山南麓国家级棉花基地阿克苏地区极端降水量和频次有显著增多,尤以80年代以后明显,年极端降水量于1980年发生了气候突变,这种气候变化是由夏半年极端降雨量和频次增多导致的。(2) 新疆极端降水强度无显著变化,极端降水频次的显著增多导致极端降水量的显著增多。(3) 极端降水对年总降水量的贡献天山山区占年降水量的41.9%,北疆北部与和田区域极端降水的贡献为17.2%和21.9%,其它区域在25%~31.3%。年极端降水量距平与年降水量距平有好的相关关系 (除阿克苏地区和焉耆盆地外),说明极端降水量的变化导致年降水量的变化。     

面向事件过程的秦岭南北极端降水时空变化特征

基于72个气象站点1970—2017年逐日降水和气温数据,面向极端降水过程,对秦岭南北4种极端降水类型（偏前型、偏后型、均衡型和单日型）时空变化特征进行分析,进而探讨不同分区、不同类型极端降水与区域增温的响应关系。结果表明：① 从长期气候角度分析,秦岭南北降水格局稳定,3个分区降水变化空间响应具有一致性,共同表现出“降水以波动为主,降水量近期增加,降水日数下降,整体呈现极端化”的特征;② 在极端降水主导类型上,以累计降水量为判断标准,秦岭以北为均衡型主导,兼有偏后型;秦岭南坡类型组合关系较弱,为单一均衡型,汉江谷地西侧为“均衡型+偏后型”,东侧为“均衡型+偏前型”组合;以累积降水频次为判断标准,秦岭南北主导类型为偏前型,其次是偏后型,汉江谷地“偏前型+偏后型”组合形态更突出;③ 秦岭南北极端降水与区域变暖关系密切。当气温升高时,持续性极端降水呈下降趋势,单日型极端降水呈增加趋势。其中,秦岭以北偏前型和均衡型极端降水在下降,秦岭南坡响应密切的为偏后型,汉江谷地为均衡型和偏后型;④ 面向极端降水事件过程,将极端降水事件细化,可有效验证极端降水对气候变暖响应的结论,对未来研究方法完善和研究思路设计具有启示性。