氣候變化條件下中國松花江流域氣候趨勢與干旱行為時空特征分析.pdf

1、降水、溫度和農(nóng)業(yè)氣象干旱時空變化分析在區(qū)域水資源可持續(xù)管理方面發(fā)揮重要作用。在本研究中，運用熵理論，氣候趨勢統(tǒng)計，干旱指數(shù)和預測等方法來分析時空氣象變化與干旱異常行為，目的是為特定地區(qū)的研究人員和決策者提供全面的參考。該研究以中國黑龍江省松花江流域11個氣象站為研究對象。
　　本研究主要內容包括：⑴通過熵理論分析了降水的時空變化規(guī)律。利用樣本熵測度各氣象站月度，季度，年度，十年的雨天數(shù)量和降水數(shù)據(jù)。利用強度熵計算數(shù)據(jù)的個體差異，利

2、用分配熵來計算年代際變化。樣本紊亂指數(shù)的結果表明，2月份（平均1.09，最大1.26和最小0.80）和7月份（平均1.10，最大1.20和最小0.98）的降水貢獻明顯更高。同樣地，十年降雨變異性的平均分配紊亂指數(shù)比1964-1973和1973-2003年分別增長了0.023和0.053。⑵通過使用Spearmen's Rho和Mann-Kendall趨勢測試，以5％的檢驗水準研究其歷史降水和溫度數(shù)據(jù)系列的長期氣候趨勢（月/季節(jié)和年度）。

3、冬季（11月和12月）期間，月降水量分析呈現(xiàn)顯著的(p＜0.05)增長趨勢。同樣地，流域的季節(jié)和全年氣溫的結果顯示，在過去49年(1965-2013年)，氣溫從1℃增加到1.5℃，增長量較大。根據(jù)Sen's斜率估計量結果，季節(jié)性溫度斜率和降水量的增長率大于年平均氣溫和降水。⑶將標準降水指數(shù)(SPI)，干旱偵測指數(shù)(RDI)，標準降水蒸發(fā)干旱指數(shù)(SPEI)和有效干旱指數(shù)(EDI)四個干旱指數(shù)應用于歷史時間序列數(shù)據(jù)，據(jù)此在不同時間步長(3

4、，6，9和12個月)上確定氣象干旱。此外，應用5％顯著水平的Mann-Kendall趨勢試驗來評價流域的干旱趨勢。干旱結果表明，松花江流域12個月的數(shù)據(jù)適用于干燥狀況的評估和干旱指數(shù)的比較。干旱指數(shù)結果和氣象變量之間的Pearson相關分析顯示，對于干旱評估，SPI是更好的干旱指數(shù)(r=0.99)。在1990年和2001年期間，研究區(qū)域存在嚴重極端的干旱條件。此外，通過干旱開始時間、終止時間和諸如頻率，嚴重性，強度和持續(xù)時間的統(tǒng)計特性來

5、計算干旱事件的干旱指數(shù)，實際上是估計和監(jiān)測干旱事件對該區(qū)域的影響策略。同時本研究也通過標準土壤水分指數(shù)(SSI)來調查農(nóng)業(yè)干旱趨勢及其特征。此外，多變量標準干旱指數(shù)(MSDI)也被應用于評估農(nóng)業(yè)和氣象干旱的綜合效應。結果表明，2004-2005年間出現(xiàn)了最極端和最特殊的干旱。時空分析表明，研究期間在該研究區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了年度干旱頻率(ADF，1.20～2.70)，平均干旱持續(xù)時間（MDD，5～11個月），平均干旱嚴重程度（MDS，-0.30

6、～-9）和平均干旱強度-0.2～-0.70）。結果還表明，與SSI相比較，MSDI能較早發(fā)現(xiàn)干旱的出現(xiàn)。總的來說，MSDI可以作為評估和監(jiān)測農(nóng)業(yè)和氣象干旱事件的替代工具，該方法可以提供合適的時間步長和干旱指數(shù)來確定特定識別特定區(qū)域的干旱嚴重程度。⑷通過利用CMIP3和CMIP5方法來統(tǒng)計縮減氣象數(shù)據(jù)，對未來氣象干旱預測分析進行了評估。CMIP3使用來自政府間氣候變化專門委員會的排放情況，而在CMIP5中使用了代表性濃度途徑(RCP)。C

7、MIP5使用三個代表性濃度途徑，即RCP2.6，RCP4.5和RCP8.5。干旱偵測指數(shù)(RDI)，有效干旱指數(shù)(EDI)和標準降水指數(shù)(SPI)用于精確預測研究區(qū)域未來干旱事件的發(fā)生。干旱指數(shù)利用由CMIP3和CMIP5全球氣候模型產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)（溫度，降水）計算。此外，將Mann-Kendall趨勢測試用于評估研究區(qū)域中未來氣候和干旱趨勢。干旱預測期分為三類:早期(1916-2030)，中期(2031-2060)和晚期(2061-2

8、099)。未來干旱的發(fā)生也根據(jù)其強度（輕度，中度，嚴重和極端干旱）進行排列。基于干旱結果，預計在2070-2090年期間將發(fā)生強度為（最小EDI值）-4.00的更極端干旱。最嚴重的干旱預計將發(fā)生于2030-2050年期間和2085-2090年期間，強度分別為（最低EDI-3）-1.93以及（最低EDI-3）-1.87。同樣地，大多數(shù)中度干旱預計在2080-2090年期間發(fā)生，強度為（最小RDI）-1.47。多年研究預測顯示第一和第二個月