基于主成分分析的干旱综合指标构建及其应用

探讨了干旱综合指标的构建,提出采用主成分分析法将降雨、径流及土壤含水量等水文气象要素融合为一个干旱综合指标,并将该指标应用于干旱过程识别和干旱频率分析,且以南盘江上游西桥水文站以上区域为例,将基于干旱综合指标计算的干旱重现期同基于降雨、径流和土壤含水量等单指标计算的干旱重现期进行对比分析。结果表明:采用主成分分析法构建的干旱综合指标是合理可行的。     

双峰、界岭幅岩溶地下水开发利用与区划研究

双峰、界岭幅位于湖南省中部邵阳凹陷盆地,地处西南岩溶丘陵区,总面积913 km^2,所涉行政区有:邵阳的新邵县、邵东县和娄底的双峰县、涟源市,特殊的地貌地质形态造就了湖南省著名的"衡邵干旱走廊"。根据调查统计,区内干旱面积64. 71 km^2,总缺水人口38 500人,占区内人口总数的11. 46%。本文意在探索区内的合理、高效、科学的地下水开发利用方式,提出了5种地下水开发利用区划方案,为区内解决干旱缺水困难问题提供理论依据。     

干旱型分支河流体系沉积特征与演化过程

在干旱气候背景下,盆地边缘可形成一种发育于盆地边缘并顺源延伸至湖盆边缘终止的大型沉积体系,即分支河流体系,其主体往往被称为冲积扇。分支河流体系规模较大,沉积过程复杂,其沉积物可形成大规模的油气、水储层。为了明确干旱型分支河流体系沉积演化过程及其不同时期沉积特征的差异,通过水槽沉积实验模拟再现其沉积过程,并采用三维激光扫描、延时拍摄等技术手段精确监测。研究结果表明:1）分支河流体系的半径、边缘糙度与模拟期次（沉积物供给）呈对数相关关系,同时其增生规律呈现明显的阶段性差异,据此可将沉积演化过程划分为早期、中期及后期三个阶段。2）各阶段沉积特征存在较大差异,初期阶段以片流为主,片流单元在分支河流体系表面呈连片状多期次迁移叠置,中期阶段非限制性河道的侧向迁移及与其远端相连的限制性河道的形成与废弃共同主导了沉积过程,后期阶段非限制性河道发育程度大大降低而限制性河道发育程度大大增加并主导沉积过程。3）分支河流体系的三阶段演化导致其本身由三个沉积特征差异较大、空间结构迥异的沉积层构成,包括底层片流朵体复合体、中层非限制性河道与限制性河道切割叠覆体、顶层限制性河道切叠沉积体。     

人类活动对水文干旱形成与发展的影响研究进展

在高强度人类活动对地球系统产生全方位深刻影响下,干旱灾害已经不再是严格意义上的自然灾害,而成为自然-人为复合灾害。人类活动通过改变大气成分(主要通过温室气体排放)引起全球或区域性水循环过程的变化,导致气象干旱时空特性变化,从而间接影响到水文干旱的形成发展;通过改变河流蓄存状态与水力联系(主要通过蓄、引、提、调水工程)以及用水特性变化,改变河流与地下水系统调蓄功能与产汇流过程,从而直接影响到气象干旱向水文干旱的传递过程以及水文干旱的发展过程。考虑自然和社会水循环之间复杂的相互作用过程,揭示人类活动对干旱形成与发展的影响是干旱研究的重要发展方向。     

1961—2016年中国昼夜降水变化的时空格局

全球气候变暖背景下中国降水量变化的区域差异显著。基于1961—2016年期间,全国763个观测台站白昼和夜间的降水观测数据,分别从昼夜降水量、降水日数、降水强度以及对总降水量的贡献率等四个方面,解读中国九大流域昼夜降水变化的时空格局。结果表明：① 昼夜降水量变化的流域差异显著,可归纳为四种类型：昼夜同增型、昼夜同减型、昼增夜减型和昼减夜增型。② 流域总降水量变化与昼夜降水量密切相关。淮河流域降水量减少是由白昼降水量（-0.72 mm/a）减少所致,而黄河流域降水量减少则是由夜间降水量（-0.21 mm/a）减少所致。③ 干旱区、半干旱区及半湿润区的流域,昼夜大雨的雨量要高于昼夜暴雨;湿润区的流域,则表现为昼夜暴雨的雨量要高于昼夜大雨,尤其是珠江流域和东南诸河流域。④ 从全国尺度来看,白昼大雨、夜间大雨和暴雨对总降水量的贡献率超过10%,而白昼暴雨的贡献率约10%。湿润区流域昼夜暴雨对总降水量的贡献率高于昼夜大雨对总降水量的贡献率,而干旱区-半干旱区流域则相反。研究结果有助于深化认识全球变暖对区域日降水循环的影响。     

1957~2016年中国农业界限温度时空变化研究

利用中国830个气象站点1957~2016年地面气象观测资料,采用五日滑动平均法和GIS方法确定了近60 a农业界限温度（0℃、5℃、10℃）的初终日期和持续日数,并比较分析1957~1986年和1987~2016年2个时段的≥0℃、≥5℃和≥10℃农业界限温度的初终日期和持续日数的变化情况。结果表明：与1957~1986年相比,1987~2016年中国农业界限温度（0℃、5℃、10℃）的总体变化规律基本一致,即初日提前、终日推迟、持续日数增加,各地区变化幅度不同,东北、华北和青藏高原地区变化幅度最大。中国各界限温度的终日变化幅度均较小,初日和持续日数变化较大。≥0℃初日在东北北部和青藏高原地区分别提前3~9 d和3~15 d,持续日数在东北和华北部分地区分别增加3~15 d和2~18 d,青藏高原部分地区增加4~16 d;≥5℃初日在东北和华中地区分别提前4~9 d和6~13 d,持续日数在东北、华北部分地区分别增加4~13 d和2~14 d,青藏高原地区增加2~23 d;≥10℃初日在东北和青藏高原地区分别提前2~9 d和2~13 d,持续日数在东北和青藏高原地区变化最为显著,分别增加3~15 d和5~25 d。农业界限温度的初终日期和持续日数变化,使作物生育期延长和种植界线北移。     

关中地区元代干旱灾害与气候变化

通过对元代关中地区历史资料的搜集、整理和分析,对该时期关中地区的干旱灾害等级、干旱灾害事件在时间上的变化及其成因进行了研究。结果表明:关中地区从元代早期(公元1266年)至元代晚期(公元1359年)的94年中,共发生干旱灾害33次,平均每2.85年发生一次;元代关中地区的干旱灾害主要以轻度旱灾为主,占旱灾总数的42.4%,其次是中度旱灾,占旱灾总数的24.2%,特大旱灾的发生频率也较高,占旱灾总数的21.2%,大旱灾发生频率最低,占旱灾总数的12.1%。关中地区干旱灾害在元代早、中、晚期分布不均匀,从早期到中期再到晚期,干旱灾害呈现出由少变多又变少的趋势;降水量的年内分布不均匀是该区在元代发生轻度和中度干旱灾害的主要原因,而气候的异常明显变干是该区在元代中期干旱灾害加剧和大旱灾频繁发生的主要原因。该地区自身的地理位置,所处的气候背景以及人类活动导致植被破坏也加剧了干旱灾害的发生。元代关中地区发生了1次干旱气候事件,时间在1326—1332年。初步确定元代关中大旱灾发生年份主要灾区的年均降水量为400 mm左右,特大旱灾发生年份主要灾区的年均降水量为350 mm左右。     

土壤渍水胁迫对华北冬小麦籽粒灌浆及干物质分配的影响

利用少雨旱区华北冬麦主产区河北固城站的电动防雨棚,遮去自然降水,通过人工控制灌水形成土壤渍水、高湿、干旱和对照,冬小麦花后通过测定籽粒灌浆进程和地上生物量以及产量构成要素,解析不受阴雨和低温胁迫影响下土壤渍水对冬小麦籽粒灌浆速率及产量形成的胁迫效应。结果表明,随土壤水分的减少,冬小麦灌浆速率降低,灌浆持续日数缩短;灌浆期土壤高湿有增产效应,理论产量增产5.87%,土壤渍水出现减产,理论产量减产1.50%;高湿和渍水的收获指数比对照略有提高,并均高于0.5000;〖JP2〗干旱胁迫下,收获指数比对照低0.1130～0.1633。〖JP〗北方旱区灌溉解除了气候干旱对作物需水胁迫,晴好天气光照充足,日较差大,作物产量提高,土壤水分是影响北方冬小麦挖掘光温生产潜力和提高单产的关键限制因素。研究结果为应对气候变化引起极端降水事件对农业生产的影响,尤其是科学评估旱、涝灾害对北方旱区农作物的影响有一定参考意义。     

62kaBP以来湖光岩玛珥湖沉积物有机碳同位素记录及古气候环境意义

湖光岩玛珥湖HUG-B孔岩心记录了62kaBP以来的古气候、古环境变化信息。全岩有机碳同位素组成(δ^13CTOC)分析表明，62kaBP以来δ^3CTOC值变化比较明显，其变化范围为-28．5‰～-15．5％0。结合孢粉和有机地球化学指标进行综合分析，湖光岩玛珥湖δ^13CTOC变化曲线可划分为6个演化阶段：62～58和48～40．5kaBP两个时段的δ^13CTOC值偏负，沉积物中有机质主要来源于热带-亚热带地区的陆生C13森林植被，反映了温暖潮湿的气候环境；58～48和40．5～17．2kaBP期间δ^13CTOC值明显偏正，沉积物中有机质主要源自C4草本植物，反映了湖光岩地区有效降水量减少、干旱程度增加导致湖光岩玛珥湖湖面下降，大量C4草本植物生长在暴露的湖滨岸；17．2～4kaBP时段内δ^13CTOC值尽管存在更加频繁的波动，但总体呈现逐渐偏负的趋势，反映了暖湿和冷干气候多次交替但总体上逐渐变暖、变湿的气候环境；4kaBP以来δ^13CTOC值存在逐渐偏正的趋势，虽然不排除人类活动的影响，但很可能反映了干旱程度的再次增加。综合分析表明，有效降水量(降水量-蒸发量)是控制湖光岩玛珥湖地区C3／C4植物相对生物量变化的主导因素。湖光岩玛珥湖有机碳同位素的研究结果支持区域气候环境而不是大气CO2浓度变化是末期冰期以来热带低纬度地区C3／C4植被相对生物量变化的主要原因。     

河南省冬小麦干旱规律分析

根据河南省104个气象站19572000年降水量资料,以冬小麦全生育期降水负距平(%)为干旱指标,提取不同等级干旱的资料矩阵进行经验正交函数分解,并取主要模态特征向量值和时间系数进行分析,结果表明:河南省冬小麦干旱以轻旱和中旱为主要特征,40余年轻旱、中旱发生频率达59.71%和32.24%;各等级干旱的空间分布均表现为豫北、豫东以及豫西北的部分地区是干旱频发区,而豫西南和豫南地区则是干旱低发区;干旱的时间变化呈波峰波谷交替的振动形式,大规模轻旱2～3 a一遇,中旱3～4 a一遇,重旱约10 a一遇.降水负距平(%)平均值的分布特征可从总体上体现干旱的时空变化规律.