顾西辉
, 张强, 张生
Gu Xihui, Zhang Qiang, Zhang Sheng
中图分类号: P954
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2016)03-0439-09
通讯作者:
张强,教授。E-mail:
收稿日期: 2014-11-5
修回日期: 2015-02-11
网络出版日期: 2016-03-20
版权声明: 2016 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
基金资助:
作者简介:
顾西辉（1990-）,男,河南信阳人,博士研究生,主要从事气象水文学及非线性水文学研究。E-mail：guxihui421@163.com
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摘要
搜集并分析了全国29个省份（不包括港、澳、台地区）1961~2010年农业洪旱灾害数据,深入探讨了中国洪旱灾害时空变异规律及其对粮食产量的影响。研究结果表明：中国大部分省份农业洪涝、干旱灾害具有明显的突变和趋势特征。中国中部、中西部及西北部洪涝灾害呈显著上升趋势;西北、东北地区及云南等地区干旱灾害呈显著上升趋势。除华北和东北地区外,洪涝灾害对农业的威胁日益严峻,而干旱灾害则无显著变化。这对中国粮食安全形成了重大挑战,尤其是西部以及北部地区粮食灾损率和灾损量显著上升。降水时空分布发生变化以及人类活动共同影响了中国农业洪涝、干旱时空变化特征。
关键词：
Abstract
Data collection was done on flood/drought-induced loss of agricultural products and also crop fields from 29 provinces(municipality) in period of 1961-2010. Change properties were analyzed using trend test method such as Mann-Kendall trend test in this study to investigate spatio-temporal distribution of flood/ drought hazards and related impacts on agricultural productivity over China. The results indicated that: 1) Flood hazards are significant increasing trends in middle, mid-west and northwest parts of China. Evident increase of drought hazards, however, is observed in northwest, northeast parts of China and also in the Yunnan Province. In China except north China and northeast China, flood hazards have enhancing impacts and no evident negative impacts from drought hazards can be identified; 2) Abrupt changes of flood-affected and flood-damaged crop areas in the northeast, north and middle China are found mainly during 1980s and during 1990s in the south and southwest China. The abrupt changes of drought-affected crop areas however are detected mainly in 1984 and those of drought-damaged crop areas in south and north China are mainly in 1977 and 1984 in the middle and east China; 3) Spatio-temporal alterations of flood/drought hazards result in evident increase of hazard-induced loss and loss rate. Conspicuous impacts of flood/drought hazard on agricultural productivity can be detected in west and north China; 4) Increased seasonal precipitation amount and also the intensifying precipitation extremes give rise to increasing intensity and frequency of flood/drought hazards in northwest, southwest and middle China. Decrease of seasonal precipitation amount results in higher frequency of droughts in northeast and north China. This study is of great significance in planning and management of agricultural activities under the influences of climate change across China.
Keywords：
由全球变暖引起的水循环在区域乃至全球尺度上的变异以及由此引发的极端降水时空分布特征与洪旱灾害量级、频率以及时间等的变化已引起人们广泛关注[1~4]。王志福和钱永甫等认为中国极端降水事件多发生于35°N以南,特别是长江中下游、江南以及高原东南部等区域[5]。张强等基于Copula函数认为新疆地区北疆比南疆湿润,北疆发生极端强降水的概率大,南疆发生极端弱降水的概率较大[6]。全国或区域性极端降水的变化导致极端气象水文事件频发、强度增大,如1998年长江流域全流域性洪水及2010年云南大旱,2012年7月21日北京出现日均降水量190.3 mm的特大暴雨,导致北京严重内涝[7],这些极端气象事件导致巨大经济与生命损失[8,9]。而有研究表明,极端强降水的时空变异是气温上升的结果[2]。
全国或者区域性极端降水的变化正在改变相应区域洪涝、干旱灾害的发生规律。而农业灾害是中国主要自然灾害,尤以洪旱灾害为主[10,11]。进入20世纪80年代,农业受灾面积平均达2 500万hm2,成灾面积达1 400万hm2[12],严重影响了中国粮食安全问题。而在气候变化与人类活动综合影响下,洪旱灾害时间格局将进一步发生变化,影响农业生产的布局与规划。基于此,分析中国农业洪旱灾害时空特征、可能原因及其对粮食产量的影响,对科学认识中国洪旱灾害演变规律及防洪抗旱,具有重要的现实意义。
本文系统收集了全国29省（直辖市）（不包括海南、重庆及港、澳、台地区,全文同）（图1）1961~2010年农业洪、旱受灾、成灾和绝收面积数据,缺1967、1968和1969年3 a数据;全国29省（直辖市）1961~2010年农作物、粮食、水稻、小麦、玉米和大豆等产量、种植面积及总产量数据,以上数据均来源于中国农业部种植业司;全国29省（直辖市）1978~2010年有效灌溉面积数据,数据来源于国家统计局。以上数据均不包含海南省和重庆市以及香港、澳门、台湾地区。本文还收集了全国554个站点1961~2010年日降水数据（图1）,降水数据来源于中国国家气象局国家气候中心;全国488座大一型水库（水库库容大于1亿m3）经纬度、库容、建成时间等信息（图1）。
图1 中国29省（直辖市）、降水站点以及水库位置（不包含海南省和重庆市以及香港、澳门、台湾地区,全文同）
Fig. 1 Locations of the 29 provinces(municipality), precipitation stations and water reservoirs in China
本文趋势分析的方法为Mann-Kendall（简称MK）,此方法具有无正态性假设、适用范围广、人为干扰少以及定量化程度高等特点,被广泛用于水文气象趋势分析中。由于该方法运用较多,详细计算过程不再在此描述。时间序列自相关性对MK趋势检测结果有显著影响,本文采用修正的Mann-Kendall（MMK）[13]进行趋势检测,排除时间序列自相关性的影响。MMK统计Z值被用来判断农业洪涝和干旱受灾和成灾面积序列时间趋势,当Z值大于0时,呈上升趋势,否则呈下降趋势;当Z值绝对值超过1.96时（对应的显著性水平为0.05）,趋势达到显著性水平。
雷红富等用统计实验的方法对常用的10种水文变异诊断方法进行研究,认为：秩和检验效果最优,Brown-Forsythe、Bayesian、里海哈林、有序聚类、滑动T次之,Mann-Kendall、滑动F再次之,信息二分割法、R/S检验法最差[14]。不同的变异点检测方法其检测结果可能有所差别[15],因此本文综合运用滑动秩和、滑动游程、滑动F、滑动T、李-哈梅林、有序聚类和累积距平等7种方法检测时间序列变异点,取多数方法检测结果一致的变异点作为最佳变异点（当变异点发生在序列两端时,则忽略[16]）。综合运用7种突变点检测方法检测农业洪涝和干旱受灾和成灾面积序列突变特征,突变的显著性水平均采用0.05。
本文收集的农业洪涝、干旱灾害数据是针对所有农作物,粮食包含在农作物之中。因此通过比重法来确定粮食灾损量[17]：
式中,
农业灾害发生的时空分布决定中国农业损失时空变化。从图2可以看出,为各省农业洪旱受灾和成灾面积时间趋势,图可以看出,中国洪旱受灾和成灾面积均呈上升趋势。东部大部分地区农业洪旱灾害无显著变化。东北地区旱灾成灾面积呈显著上升趋势,表明干旱灾害对东北地区农业生产影响较大。西北、西南及中部地区洪涝灾害的受灾与成灾面积均呈显著增加趋势,而部分省份洪涝与干旱灾害均呈显著上升趋势,如内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、云南等省份。由此可以得出,中国大部分省份农业显著受洪涝灾害影响,但干旱灾害的影响也不容忽视,如中国西北、华北干旱灾害就是主要灾种。另外,陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆等省份也受洪涝灾害影响,同时,这些地区降水量较少,也是旱灾的主要发生地区。近些年来在干旱灾害并未减轻的情况下,又出现了日益严重的洪涝灾害,使这些区域农业生产受到干旱与洪涝的双重影响,应引起足够重视。
图2 中国29省（直辖市）洪涝、干旱灾害受灾和成灾面积整体序列时间变化趋势
Fig. 2 Temporal variation trend of flood, drought-affected and disaster area in 29 provinces (municipality) of China
综合运用7种变异点检测方法,对中国29省洪旱灾害受灾、成灾面积时间序列进行变异点检测（图3）。中国洪涝受灾和成灾面积突变时间一致,主要在1982年发生变异;东北、华北和中部地区变异点集中在20世纪80年代左右,而南部及西南地区均集中在90年代发生突变。干旱受灾和成灾面积与洪涝受灾和成灾面积突变时间差异较大,且突变时间也不一致（图3a、b）。从全国来看干旱受灾面积在1970年发生突变（图3c）,而成灾面积则在1977年发生突变（图3d）。干旱受灾面积突变时间较分散,其中华东地区集中在2000年代,其他地区较集中在1984年左右,如陕、鄂、黔、滇等省（图3c）。全国干旱成灾面积在1977年发生突变,华南地区以及华北地区与此一致;中部和东部地区突变时间位于1984年左右（图3d）。洪旱灾害受灾和成灾面积突变时间相异,表明导致其突变时间变化的驱动机制具有差异性,且形成机制也不同,同时不同区域防洪抗旱的条件与能力以及农作物对洪旱灾害的抵抗力等,均是导致突变点有差异的重要原因。
图3 中国29省（直辖市）农业洪涝、干旱灾害受灾和成灾面积突变时间分布
Fig. 3 Change-point analysis of drought-affected and drought-damaged agricultural field area in 29 provinces (municipality) of China
洪旱灾害对农业生产具有重要影响,通过洪旱灾害对中国粮食的灾损率和灾损量（图4）进行具体分析。从图4看出,除北京、天津、河北、山东等省份,中国大部分地区洪旱灾损率和灾损量均呈显著上升趋势,其中中国西部地区洪旱灾损率和灾损量上升趋势最显著,而中国北部干旱灾损率和灾损量上升趋势最显著（图4a~d）。中国洪涝灾损率在变异前多在4%以内,变异后均在增加,多集中在4%~10%,其中以东北地区增加幅度最大（图4e、f）。相比洪涝灾损率,干旱灾损率要明显大的多,干旱灾损率变异前在华北地区最大,其中内蒙古、山西等省份达到了10%~14%（图4g）;变异后,干旱灾损率在华东、华南地区无明显变化,但是从华北地区到东北和西北地区,干旱灾损率较大,且干旱影响程度在增加,干旱灾损率处于14%~18%（图4h）。从洪涝灾损量上看,变异后华东、华南和东北地区灾损量在增加,由变异前位于0~50万t,上升到变异后的50~150万t（图4i、j）。相比洪涝灾损量,干旱灾损量变异后东北、山西、湖北、贵州等省份相比变异前有明显增加,多位于200~450万t（图4k、l）。无论是洪涝还是干旱,其灾损量都是不容忽视的,河南一省洪涝灾害每年粮食损失相当于北京市年均粮食总产量（145万t）,山西一省干旱灾损量相当于3个北京市年均粮食总产量。
图4 中国29省（直辖市）洪涝、干旱灾害灾损率和灾损量全国分布
Fig. 4 Distribution of flood and drought-induced loss rate and amount in 29 provinces (municipality) of China
农业成灾过程有上、中、下游3个过程：上游——大气系统作用;中游——陆面系统作用;下游——环境胁迫与农业生产系统的作用[18]。本文从上述3个过程中包含的降水和人类活动两个方面来阐述中国农业灾害变化的成因。
从区域上看,东北三省水稻种植面积均呈显著上升趋势（图5f）,夏季是水稻生长期并且在这一时期水稻需水量达到峰值[19]。而东北地区夏季降水呈下降或者显著下降趋势、夏季最长有雨天数呈显著下降趋势、最长无雨天数呈显著上升趋势（图6c、h、o）,降水空间变化导致东北三省农业干旱灾害呈上升或显著上升趋势。尽管东北三省有效灌溉面积呈显著增加趋势（图5a）,但是从有效灌溉面积占农作物种植比例来看,还处于全国较低水平,分别为31%,33%和37%（图5c）;水库总库容同样处于全国中下水平157、320、359亿m3（图5d）。水稻种植面积显著增加、水稻生长期（夏季）降水减小以及有效灌溉面积、水库总库容不足导致几十年来东北三省农业干旱灾害呈上升或者显著上升趋势（图2）。
华北地区（河北、山西以及内蒙古部分地区）除春季外,冬季、夏季和秋季降水均在减小（图6a、c、d）并且四季最大有雨天数均在减小、最大无雨天数在增加（图6i~p）。降水减小导致华北地区干旱成灾面积呈显著上升趋势（内蒙古、山西、北京、天津,图2）;而干旱受灾面积并没有明显变化（图2）,相反河北省干旱受灾面积却呈显著下降趋势（图2）。人类活动对缓解华北地区干旱灾害造成的损失起到了至关重要的作用：旱作物种植面积比例显著增加,增强了农作物整体抗旱能力（图5g）;有效灌溉面积呈显著增加趋势（图5a）,并且在数量上处于全国领先水平,例如河北省为454.8万hm2,占农作物总种植面积的52.2%（图5b、c）;水库总库容位于全国中等水平,例如河北省为161亿m3（图5d）。
图5 影响农业灾害的人类活动统计特征
Fig.5 Changes in human activities of affecting agricultural disasters
西北地区（陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆）由于近几十年来有由暖干向暖湿的转变趋势[20],在降水上表现为全年四季降水量增加（图6a~d）、极端降水也在增加（图6e~h）、四季最大连续降水天数增加（图6i~l）以及最大连续无雨天数减少（图6m~p）。降水增加导致近几十年来整个西北地区洪涝灾害呈显著增加趋势（图2）。由于西北地区传统的主要农业灾害为干旱,并没有建立完备的防范洪涝灾害的人工措施,例如除涝面积处于全国最低水平,青海、宁夏、甘肃和新疆分别为0、1.1、1.3和4.4万hm2（图5e）,加剧了气候变化下的洪涝灾害损失程度。尽管气候变化导致洪涝灾害显著增加,但是西北地区传统的干旱灾害增加趋势也同样显著（图2）。黄河流域夏季和秋季降水减少（图6c、d）、春、夏和秋季最大有雨天数减少、最大无雨天数增加（图6j~l、图6n~p）,导致陕西、甘肃和宁夏干旱灾害呈显著增加趋势。近几十年来,陕西、甘肃、青海和宁夏等省份水稻种植面积呈增加趋势、旱作物种植面积呈减少趋势（图5f、g）,农作物种植结构变化不利于抗旱需求;并且有效灌溉面积从数量上和占农作物比例上均处于较低水平,陕西、甘肃、青海和宁夏有效灌溉面积分别为128.5、127.8、25.2、46.2万hm2,分别占农作物种植面积30%,31%,46%和37%（图5b~c）;水库总库容上,陕西、甘肃、青海和宁夏分别仅有71、103、342和27亿m3（图5d）。
西南地区极端降水的增加（图6e~h）导致其洪涝受灾面积（云南、贵州、四川、西藏）均呈显著上升趋势（图2）。另外西南地区除涝面积还处于较低水平,云南、贵州、四川、西藏等省分别仅有25.4、5.4、9.4和2.2万hm2（图5e）。不可忽视的是夏和秋季降水减少（图6c、d）、四季最长有雨天数降低（图6i~l）、最长无雨天数增加（图6m~p）,尤其是云南地区秋、冬两季最长降水天数显著降低和最长无雨天数显著增加（图6c、d、图6i~p）,导致西南地区云南、贵州和四川等省干旱灾害呈显著增加趋势（图2）。西南地区除西藏外,其他省份有效灌溉面积占农作物种植面积比例处于全国最低水平,云南、贵州和四川分别只有24%,23%和27%（图5c）;云南、四川等地区水库总库容也不能满足抗旱需求,分别仅为132、215亿m3（图5d）。
图6 降水指标时间变化趋势空间分布
Fig.6 The temporal trend distribution of selected precipitation indices
华中地区（河南、湖北和湖南）及江西省极端降水增加（图6e~h）,导致了洪涝灾害呈显著增加趋势（图2）。然而春、秋两季降水减少（图6b、d）,四季连续无雨天数在增加（图6m~p）、湖北、湖南以及江西省春、秋季连续降水天数在显著减少（图6j、l）,相比洪涝灾害,降水变化并未引起干旱灾害显著增加。尽管降水在减少,但是湖北、湖南和江西等省份位于长江流域。长江流域水量比较充沛,年径流量呈增加趋势[21],便于储水和引水灌溉。华中地区和江西省有效灌溉面积和水库总库容均较大（图5b、d）,河南、湖北、湖南和江西等省份有效灌溉面积分别为5 081、2 380、2 739、1 852×103hm2,水库总库容分别为402、992、402、294亿m3。
本文调查了全国29个省最近50 a农业洪涝、干旱灾害时空分布特征和变化成因及其对粮食产量的影响,得出以下有意义的结论：
1） 中国大部分省份洪涝灾害呈显著上升趋势,集中在中部、中西部以及西北部。相比洪涝灾害,干旱灾害呈显著上升趋势的范围较小,集中在西北地区、东北地区以及云南省。相比中部、西部以及西北部地区,华东地区以及广东省洪涝、干旱灾害较少有显著变化。除华北以及东北地区外,洪涝灾害对农业的威胁在范围和程度上均在日益增加,甚至在传统的旱灾易发地区也面临着严峻的洪涝灾害威胁,例如西北地区。
2） 中国洪涝受灾和成灾面积突变时间较吻合一致,东北、华北和中部地区均集中在20世纪80年代发生突变,而南部以及西南地区均集中在90年代发生突变。干旱受灾面积突变时间较分散,其中华东地区集中在2000年代,其他地区较集中在1984年左右。华南地区以及华北地区干旱成灾面积在1977年发生突变,中部和东部地区突变时间位于1984年左右。
3） 中国大部分地区洪涝、干旱灾损率和灾损量均呈显著上升趋势。洪涝、干旱灾损率和灾损量上升趋势最显著的省份分别集中在中国西部和北部。相对于变异前,变异后洪涝、干旱灾损率和灾损量均有明显增加。无论灾损率还是灾损量,干旱灾害均明显高于洪涝灾害。
4） 季节性降水以及极端降水的增加导致中国西北、西南以及华中地区洪涝灾害显著升高;季节性降水的减少导致中国东北、华北地区干旱灾害呈多发趋势。人类活动对于区域洪涝、干旱灾害也有重要影响：西北地区除涝面积不足影响农业抵抗洪涝灾害的能力;西北、西南地区有效灌溉面积数量较少以及水库储水量的短缺造成农业抗旱能力较低。
The authors have declared that no competing interests exist.
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JustinS,Edwin P M et al.Detection of intensification in global-and continental-scale hydrological cycles:temporal scale of evaluation [J]. |
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Singh V P et al.Spatio-temporal relations between temperature and precipitation regimes: Implications for temperature-induced changes in the hydrological cycle [J]. |
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气候变暖背景下塔里木盆地水资源可持续利用 [J].Magsci 摘要
根据塔里木盆地水循环的特点,从系统的观点出发定义塔里木盆地水资源可持续利用的定量化概念,建立了水文循环的系统动力学模型。从模型可以看出,径流量主要由降水量、冰雪贮水量决定,而降水量又由内、外循环系数及系统贮水量决定。仿真模拟结果显示:在温度升高的背景下,系统贮水量减少,水资源系统恶化;水资源系统对内、外循环转化率变化非常敏感。因塔里木盆地降水转化率与全国相比很低,具有改善的潜力,考虑盆地独特地形条件及气候系统特征,从概念上分析人工影响塔里木盆地水文循环的可能及途径。
Sustainable utilization analysisof water resourcesundertheBackground of climate warming in Tarim Basin .Magsci 摘要
根据塔里木盆地水循环的特点,从系统的观点出发定义塔里木盆地水资源可持续利用的定量化概念,建立了水文循环的系统动力学模型。从模型可以看出,径流量主要由降水量、冰雪贮水量决定,而降水量又由内、外循环系数及系统贮水量决定。仿真模拟结果显示:在温度升高的背景下,系统贮水量减少,水资源系统恶化;水资源系统对内、外循环转化率变化非常敏感。因塔里木盆地降水转化率与全国相比很低,具有改善的潜力,考虑盆地独特地形条件及气候系统特征,从概念上分析人工影响塔里木盆地水文循环的可能及途径。
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1960~2010年西北干旱区极端降水特征研究 [J].
<p>基于中国西北干旱区1960~2010 年70个台站逐日降水资料，采用欧盟组织(STARDEX)定义的降水极值指数，分析结果表明: ① 研究区近51 a 来强降水发生频次、湿期平均长度表现出增多和增长趋势，干日数和干期平均长度表现出减少和变短趋势；② 单次强水的强度在增加，表现为：湿日数减少，而降水的总量却显著增加。③ 湿日数减少主要是0~6 mm强度的降水日数减少，12~24 mm强度的降水日数显著增加，后者对降水总量的增加贡献较大。④ 绝大部分站点强降水（>12 mm）的雨日（量）都以上升趋势为主，表现为下降趋势的站点极少。</p>
Extreme precipitation features of arid regions in Northwest of China .
<p>基于中国西北干旱区1960~2010 年70个台站逐日降水资料，采用欧盟组织(STARDEX)定义的降水极值指数，分析结果表明: ① 研究区近51 a 来强降水发生频次、湿期平均长度表现出增多和增长趋势，干日数和干期平均长度表现出减少和变短趋势；② 单次强水的强度在增加，表现为：湿日数减少，而降水的总量却显著增加。③ 湿日数减少主要是0~6 mm强度的降水日数减少，12~24 mm强度的降水日数显著增加，后者对降水总量的增加贡献较大。④ 绝大部分站点强降水（>12 mm）的雨日（量）都以上升趋势为主，表现为下降趋势的站点极少。</p>
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中国极端降水事件的频数和强度特征 [J].
使用1951-2004年中国738个测站逐日降水资料,采用百分位的方法定义极端降水事件的阈值,分析了不同持续时间的极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。结果表明,极端降水事件多发于35°N以南,特别是在长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。在中国东部地区,持续时间越长的极端降水其强度往往越强。趋势分析表明,全国持续1d极端事件的相对频数具有上升趋势而平均强度具有下降趋势,其空间上均表现为全国大部分上升、华北和西南等地下降的趋势。持续2d以上极端事件在长江中下游流域、江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的趋势,而在华北和西南地区有减少和减弱趋势,但全国平均的趋势不显著。
Frequency and intensity of extreme precipitation events in China .
使用1951-2004年中国738个测站逐日降水资料,采用百分位的方法定义极端降水事件的阈值,分析了不同持续时间的极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。结果表明,极端降水事件多发于35°N以南,特别是在长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。在中国东部地区,持续时间越长的极端降水其强度往往越强。趋势分析表明,全国持续1d极端事件的相对频数具有上升趋势而平均强度具有下降趋势,其空间上均表现为全国大部分上升、华北和西南等地下降的趋势。持续2d以上极端事件在长江中下游流域、江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的趋势,而在华北和西南地区有减少和减弱趋势,但全国平均的趋势不显著。
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基于Copula函数的新疆极端降水概率时空变化特征 [J].
依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料，根据研究需要，定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数，确定十年一遇极端降水量值；在此基础上，采用Copula 非参数估计方法，通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数，系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征，研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润，北疆发生极端强降水的概率大，而南疆发生极端弱降水的概率较大，另外，相比较而言，山区要比平原降水多；(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂，从降水天数来看，一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大；从极端降水总量来看，同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大；从极端降水强度来看，同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大；(3) 洪旱发生概率与地形有关，天山是洪旱发生的分界线，山区发生洪旱灾害的概率比平原小。
Chen Xiaohong et al.Spatial variability of probability distribution of extreme precipitation in Xinjiang .
依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料，根据研究需要，定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数，确定十年一遇极端降水量值；在此基础上，采用Copula 非参数估计方法，通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数，系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征，研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润，北疆发生极端强降水的概率大，而南疆发生极端弱降水的概率较大，另外，相比较而言，山区要比平原降水多；(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂，从降水天数来看，一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大；从极端降水总量来看，同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大；从极端降水强度来看，同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大；(3) 洪旱发生概率与地形有关，天山是洪旱发生的分界线，山区发生洪旱灾害的概率比平原小。
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北京721特大暴雨极端性分析及思考 [J].Xu Jun et al.Analysis and thinking on the extremes of the 21 July 2012 torrential rain in Beijing . |
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Liu H Q et al.Analysis of the relationship between drought-flood disasters and Land-Use changes in West Jilin,China [J]. |
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亚洲典型区域暴雨洪灾风险评价研究 [J].
基于洪灾风险基本原理,从暴雨致灾因子危险性、孕灾环境稳定性、承灾体易损性出发,以亚洲东南沿海区域为示范研究区,综合考虑降水、地形、土地利用、植被、河网密度、人口、经济等主要指标,利用定性及定量综合分析方法,对亚洲洪灾进行风险综合评价研究。首先利用地理信息系统的数据处理功能,对相关指标进行归一化数据处理,得到标准化的多源栅格数据;然后基于层次分析法确定各相关指标影响因子权重,构建洪灾综合风险评估模型,最后利用GIS的地图代数功能,得出亚洲典型地区洪灾综合风险等级评价图。结果表明,暴雨洪灾等级高值区主要分布在中国东南部、中国东北部分地区及沿海一带,紧邻孟加拉的印度东部,孟加拉东部及缅甸的东北部地区;中等、较高风险区域主要分布在日本、韩国以及印度北部及西南大部分地区,菲律宾的吕宋岛地区;而在中国西北部大部分地区为中低风险区。
LiJing,Liang Yuhua et al.Storm flood risk assessment in the typical regions of Asia .
基于洪灾风险基本原理,从暴雨致灾因子危险性、孕灾环境稳定性、承灾体易损性出发,以亚洲东南沿海区域为示范研究区,综合考虑降水、地形、土地利用、植被、河网密度、人口、经济等主要指标,利用定性及定量综合分析方法,对亚洲洪灾进行风险综合评价研究。首先利用地理信息系统的数据处理功能,对相关指标进行归一化数据处理,得到标准化的多源栅格数据;然后基于层次分析法确定各相关指标影响因子权重,构建洪灾综合风险评估模型,最后利用GIS的地图代数功能,得出亚洲典型地区洪灾综合风险等级评价图。结果表明,暴雨洪灾等级高值区主要分布在中国东南部、中国东北部分地区及沿海一带,紧邻孟加拉的印度东部,孟加拉东部及缅甸的东北部地区;中等、较高风险区域主要分布在日本、韩国以及印度北部及西南大部分地区,菲律宾的吕宋岛地区;而在中国西北部大部分地区为中低风险区。
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近600年来巢湖流域旱涝灾害研究 [J].
基于历史文献中的水旱灾害记录,重建巢湖流域1370～1988年旱涝灾害等级序列,并进行连续功率谱分析。结果表明近600多a来,巢湖流域涝灾和旱灾发生的频率几乎相当,平均为2.28～2.40a一遇;但特大涝灾和大涝灾的频率远高于特大旱灾和大旱灾。巢湖流域水旱灾害存在准周期的变化,主要为2～3、7～10a,这与长江中下游的洪涝灾害变化步调基本一致。自然气候因素和人类活动对环境演变的影响是今后进一步研究的主要方向。
Zheng Xinyou et al.The flood and drought disasters of the ChaohuLake Basin in the past 600 years .
基于历史文献中的水旱灾害记录,重建巢湖流域1370～1988年旱涝灾害等级序列,并进行连续功率谱分析。结果表明近600多a来,巢湖流域涝灾和旱灾发生的频率几乎相当,平均为2.28～2.40a一遇;但特大涝灾和大涝灾的频率远高于特大旱灾和大旱灾。巢湖流域水旱灾害存在准周期的变化,主要为2～3、7～10a,这与长江中下游的洪涝灾害变化步调基本一致。自然气候因素和人类活动对环境演变的影响是今后进一步研究的主要方向。
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最近15年来中国气候变化、农业自然灾害与粮食生产的初步研究 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.1997.03.001 Magsci [本文引用: 1] 摘要
本文分析了最近１５ａ来中国气候变化在最近５０ａ来的比较特征,并着重分析与讨论了这一期间气候变化、农业自然灾害与粮食生产的关系。结果表明：降水变化是影响中国粮食生产变化的主要原因,温度变化对粮食生产的影响主要表现在高纬度地区和高海拔地区；因气候变化影响粮食产量的变化幅度一般为３％～５％,个别年份可达１０％左右；因农业自然灾害造成的粮食减产幅度一般在５％～１０％,个别可达１０％左右。
Xie Yun et al.A preliminary study of the climatic change,natural disasters of agriculture and grain yield in China during the 15 years .https://doi.org/10.11849/zrzyxb.1997.03.001 Magsci [本文引用: 1] 摘要
本文分析了最近１５ａ来中国气候变化在最近５０ａ来的比较特征,并着重分析与讨论了这一期间气候变化、农业自然灾害与粮食生产的关系。结果表明：降水变化是影响中国粮食生产变化的主要原因,温度变化对粮食生产的影响主要表现在高纬度地区和高海拔地区；因气候变化影响粮食产量的变化幅度一般为３％～５％,个别年份可达１０％左右；因农业自然灾害造成的粮食减产幅度一般在５％～１０％,个别可达１０％左右。
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204(1-4):182- |
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水文序列变化点检验方法的性能比较分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7709.2007.04.010 URL [本文引用: 1] 摘要
水文序列容易受到气候、自然环境、人类生产活动的影响而发生变化,不仅会改变其原来的变化趋势,而且给检验结果带来一定的影响。因此,为了更好的区分人类生产活动和气候变化对水文序列造成的影响,我们有必要对水文序列变异点的检查方法和性能进行比较,仅供同行工作参考。
Chen Guangcai et al.Comparison and analysis on the performance of hydrological time series change-point testing methods .https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7709.2007.04.010 URL [本文引用: 1] 摘要
水文序列容易受到气候、自然环境、人类生产活动的影响而发生变化,不仅会改变其原来的变化趋势,而且给检验结果带来一定的影响。因此,为了更好的区分人类生产活动和气候变化对水文序列造成的影响,我们有必要对水文序列变异点的检查方法和性能进行比较,仅供同行工作参考。
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变化环境下珠江流域洪水频率变化特征、成因及影响(1951~2010年) [J].Liu Jianyu et al.Characteristics,causes and impacts of the changes of the flood frequency in the Pearl River drainage basin from 1951 to 2010 . |
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考虑水文变异的黄河干流河道内生态需水研究 [J].
气候变化及人类活动导致水文变异，变异前后样本总体分布显著不同，即改变了当地生态系统的水文状况，打破生态平衡。本文使用滑动秩和检验(Mann-Whitney U检验) 分析水文变异，并对水文变异成因做了系统的分析。在此基础上，对变异前各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数，求出概率密度最大流量，并将其视为相应月河道内生态流量。本文用该法计算黄河干流7 站各月河道内生态流量，即得河道内生态需水情况。分析表明，考虑水文变异的河道内生态需水计算方法是可行的；水文变异后，黄河流域干流各水文站满足生态需水的频率大大降低，汛期降低幅度比非汛期大；黄河生态系统水环境恶化的主要原因是人类活动。
Chen Xiaohong et al.Study of ecological instream flow in Yellow River,considering the hydrological change .
气候变化及人类活动导致水文变异，变异前后样本总体分布显著不同，即改变了当地生态系统的水文状况，打破生态平衡。本文使用滑动秩和检验(Mann-Whitney U检验) 分析水文变异，并对水文变异成因做了系统的分析。在此基础上，对变异前各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数，求出概率密度最大流量，并将其视为相应月河道内生态流量。本文用该法计算黄河干流7 站各月河道内生态流量，即得河道内生态需水情况。分析表明，考虑水文变异的河道内生态需水计算方法是可行的；水文变异后，黄河流域干流各水文站满足生态需水的频率大大降低，汛期降低幅度比非汛期大；黄河生态系统水环境恶化的主要原因是人类活动。
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农业旱灾对国家粮食安全影响程度的定量分析 [J].
旱灾是影响我国农业最严重的自 然灾害。近10多年来我国每年有170~200万hm2农田遭受不同程度的旱灾,造成了巨大的损失,威胁着国家的粮食安全。然而,农业旱灾对我国粮食产量 影响的定量分析尚未见有人研究。提出了一个衡量旱灾强度的定量模型,建立了旱灾粮食损失的估算方法,并对全国及各省区近10多年来的旱灾粮食损失进行了评 估,定量分析了农业旱灾对我国粮食安全的影响程度,建立了旱灾强度与灾害粮食损失之间的时空数量关系。结果表明,旱灾对我国粮食安全的影响较为显 著,1990-2005年间我国平均旱灾强度达13.8%,平均每年因旱灾导致的粮食损失达到2600万t,对国家粮食安全的影响为8%左右;粮食损失量 可满足6000万人,相当于一个大省如河北省人口的需要。因此,加强农业旱灾监测评价,积极进行农业抗旱减灾,是保障国家粮食安全的重要措施。
Quantitative analysis of agro-drought impact on food security in China .
旱灾是影响我国农业最严重的自 然灾害。近10多年来我国每年有170~200万hm2农田遭受不同程度的旱灾,造成了巨大的损失,威胁着国家的粮食安全。然而,农业旱灾对我国粮食产量 影响的定量分析尚未见有人研究。提出了一个衡量旱灾强度的定量模型,建立了旱灾粮食损失的估算方法,并对全国及各省区近10多年来的旱灾粮食损失进行了评 估,定量分析了农业旱灾对我国粮食安全的影响程度,建立了旱灾强度与灾害粮食损失之间的时空数量关系。结果表明,旱灾对我国粮食安全的影响较为显 著,1990-2005年间我国平均旱灾强度达13.8%,平均每年因旱灾导致的粮食损失达到2600万t,对国家粮食安全的影响为8%左右;粮食损失量 可满足6000万人,相当于一个大省如河北省人口的需要。因此,加强农业旱灾监测评价,积极进行农业抗旱减灾,是保障国家粮食安全的重要措施。
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我国主要农业气象灾害机理与监测研究进展 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-4574.2005.02.011 URL [本文引用: 1] 摘要
对我国农业气象灾害机理与监测方面的研究进行了深入系统的回顾与评述,阐述了我国主要农业灾害研究的前沿领域和学术问题,探讨了农业灾害研究的发展趋势.灾害性天气只是农业成灾的外部环境条件(环境胁迫),在这种环境胁迫下,农业生产系统是否最终成灾,还要取决于农业生产系统本身对这种环境胁迫的应对和作用.因此农业灾害机理反映了环境胁迫与农业生产系统的相互作用和相互影响.当前,对农业灾害机理研究不足,农业成灾过程和关键因子认识不深入,农业灾害监测理论与方法不完善,已经成为建立有效的农业灾害监测预警系统、开展灾害时空动态监测,以及国家进行重大防灾减灾决策的瓶颈和障碍.对主要农业灾害机理开展研究以及发展农业灾害理论和监测方法,是国家实现农业发展目标的需要,也是多门相关学科理论与方法发展的需要.
Li Maosong et al.Advances in research on mechanism and monitoring of agro-meteorological disasters in China .https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-4574.2005.02.011 URL [本文引用: 1] 摘要
对我国农业气象灾害机理与监测方面的研究进行了深入系统的回顾与评述,阐述了我国主要农业灾害研究的前沿领域和学术问题,探讨了农业灾害研究的发展趋势.灾害性天气只是农业成灾的外部环境条件(环境胁迫),在这种环境胁迫下,农业生产系统是否最终成灾,还要取决于农业生产系统本身对这种环境胁迫的应对和作用.因此农业灾害机理反映了环境胁迫与农业生产系统的相互作用和相互影响.当前,对农业灾害机理研究不足,农业成灾过程和关键因子认识不深入,农业灾害监测理论与方法不完善,已经成为建立有效的农业灾害监测预警系统、开展灾害时空动态监测,以及国家进行重大防灾减灾决策的瓶颈和障碍.对主要农业灾害机理开展研究以及发展农业灾害理论和监测方法,是国家实现农业发展目标的需要,也是多门相关学科理论与方法发展的需要.
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黑龙江省冷害对水稻产量的影响 [J].
以黑龙江省为例, 比较了在大尺度范围内、利用传统的站点平均法以及基于格点水稻密度分布的泰森多边形面积权重法所得的两种省级水稻气象数据差异, 并分析了1960-2009 年内, 不同时间尺度上温度和降水的变化趋势特点。针对当地水稻低温冷害频发及其危害严重的实际情况, 对比研究了气象行业标准(QX/T 101-2009) 和国家标准中有关低温冷害的指标定义, 以及国际上较通用的有效负积温算法(GDD<sub>n-</sub>) 这三种指标在反映黑龙江省水稻冷害事件上的能力, 结果表明:气象行业标准可以较好地反映延期型冷害对水稻的影响, 而GDD指标在反映障碍型冷害上均优于气象行业及国家标准。利用时间序列模型对包含延迟型和障碍型两种冷害影响的黑龙江省水稻产量进行拟合, 回归方程的解释能力可达92% (p < 0.05)。本研究定量得出了人为因素和气象因素对黑龙江省水稻生产的影响分别占87.2%和12.8%的结论, 并检测出近年来水稻抽穗开花期障碍型冷害的波动增加趋势, 为明确今后低温冷害的防御重点提供科学参考。
Shuai Jiabing et al.Effect of chilling injury on rice yield in Heilongjiang province .
以黑龙江省为例, 比较了在大尺度范围内、利用传统的站点平均法以及基于格点水稻密度分布的泰森多边形面积权重法所得的两种省级水稻气象数据差异, 并分析了1960-2009 年内, 不同时间尺度上温度和降水的变化趋势特点。针对当地水稻低温冷害频发及其危害严重的实际情况, 对比研究了气象行业标准(QX/T 101-2009) 和国家标准中有关低温冷害的指标定义, 以及国际上较通用的有效负积温算法(GDD<sub>n-</sub>) 这三种指标在反映黑龙江省水稻冷害事件上的能力, 结果表明:气象行业标准可以较好地反映延期型冷害对水稻的影响, 而GDD指标在反映障碍型冷害上均优于气象行业及国家标准。利用时间序列模型对包含延迟型和障碍型两种冷害影响的黑龙江省水稻产量进行拟合, 回归方程的解释能力可达92% (p < 0.05)。本研究定量得出了人为因素和气象因素对黑龙江省水稻生产的影响分别占87.2%和12.8%的结论, 并检测出近年来水稻抽穗开花期障碍型冷害的波动增加趋势, 为明确今后低温冷害的防御重点提供科学参考。
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中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨 [J].
<p>由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.</p>
Li Dongliang et al.Discussion on the present climate change from warm-dry to warm-wet in northwest China .
<p>由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.</p>
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1956~2000年中国地表水资源状况:变化特征、成因及影响 [J].
系统搜集了中国590个雨量站和383个水文站1956~2000年长序列月降水量与月径流量资料,及1978~2000年全国各省、自治区的旱涝受灾与成灾面积、灌区面积、已建水库库容等数据资料,全面分析了地表径流时空演变特征以及农业旱涝灾害的时空分布特征,并分析了其原因及可能影响,研究结果表明,中国北方降水减少,其中山东和黄河中游地区的降水量减小最显著。另外,冬季降水增加明显,而春秋季降水减少明显,极易导致春秋旱灾;北方地区降水减少是造成地表径流量减小的主要原因,农业灌溉进一步加剧地表径流量减小,南方径流量的增加主要是由降水量增加引起的;降水时空分布不均匀造成水资源分布不均,进而造成大部分地区农业受旱涝灾害面积呈增加趋势,其中旱灾受灾面积远大于水灾的受灾面积;农村水利基础设施(灌区、水库等)能提高地区的抗旱能力,但是对洪涝灾害的影响没有旱灾那么明显。节水灌溉技术的推广应用是北方地区在水资源短缺的前提下保证农业生产稳定的重要措施。
Chen Xi et al.Water resources in China from 1956 to 2000: changing properties,causes and implications .
系统搜集了中国590个雨量站和383个水文站1956~2000年长序列月降水量与月径流量资料,及1978~2000年全国各省、自治区的旱涝受灾与成灾面积、灌区面积、已建水库库容等数据资料,全面分析了地表径流时空演变特征以及农业旱涝灾害的时空分布特征,并分析了其原因及可能影响,研究结果表明,中国北方降水减少,其中山东和黄河中游地区的降水量减小最显著。另外,冬季降水增加明显,而春秋季降水减少明显,极易导致春秋旱灾;北方地区降水减少是造成地表径流量减小的主要原因,农业灌溉进一步加剧地表径流量减小,南方径流量的增加主要是由降水量增加引起的;降水时空分布不均匀造成水资源分布不均,进而造成大部分地区农业受旱涝灾害面积呈增加趋势,其中旱灾受灾面积远大于水灾的受灾面积;农村水利基础设施(灌区、水库等)能提高地区的抗旱能力,但是对洪涝灾害的影响没有旱灾那么明显。节水灌溉技术的推广应用是北方地区在水资源短缺的前提下保证农业生产稳定的重要措施。
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