1960年以来宁夏回族自治区时空特征挖掘与成因分析

 2022-01-17 11:01

论文总字数:17748字

目 录

引 言 5

1国内外研究现状 6

1.1旱涝灾害的国内外研究现状 6

1.2旱涝灾害时空特征的可能成因探讨 7

2资料来源与方法 7

2.1 资料来源 7

2.2 研究方法 8

3宁夏自1960年以来旱涝灾害的时空特征分析 11

3.1 宁夏旱涝灾害的时间特征 11

3.1.1 频次分析和年际变化 11

3.1.2 旱涝灾害的趋势分析 13

3.1.3旱涝等级的周期分析 15

3.2 宁夏旱涝灾害的空间特征 17

3.2.1不同等级旱涝灾害的空间分布 17

3.2.2全区旱涝灾害空间分布特征 17

4宁夏旱涝灾害时空分布的成因分析 20

4.1太阳黑子对宁夏旱涝情况的影响分析 20

5结论与展望 23

参考文献 25

致 谢 29

1960年以来宁夏回族自治区旱涝时空特征挖掘与成因分析

王 璐

,China

Abstract : According to the monthly precipitation data from 10 meteorological observatories in Ningxia Hui Autonomous Region during 1960-2016, the data of monthly precipitation were processed with Excel. The Z-index was used as the standard for the classification of droughts and floods. The frequency of occurrence of drought and flood in Ningxia was analyzed and the trend was applied. Using methods such as fitting method, moving average, accumulative anomaly, wavelet analysis and spatial interpolation, the spatial evolution characteristics, time variation trends and causes of drought and flood disasters in Ningxia were studied. The results showed that the normal drought in Ningxia was the main feature of long-term ebb and flow in this area in the past 60 years. The phenomenon of drought and flood changes in the region as a whole, and there is an alternation of drought and drought, with obvious changes in age. Judging from the spatial distribution of drought and flood disaster frequency, the precipitation in Ningxia generally increases from north to south. Moreover, solar activities have a certain impact on the floods in Ningxia.

Keywords: Z index; time characteristics; spatial characteristics; cause analysis;

引 言

旱涝灾害为自然灾害之首,造成的损失占全部自然灾害的55%。旱涝灾害是目前世界性的气象灾害,它直接影响着人们的生活和社会经济发展,并且给农业生产带来了巨大的破坏力。尤其是中国西北地区频繁出现的旱灾,引发了地区种植结构的调整、影响地区产业布局的分布,以及对地区特色经济模式的影响,造成粮食作物的大面积减产,导致巨额的经济损失。除此之外,旱涝对生态环境也有很大的影响,破坏土地资源和自然环境,影响水资源的循环,制约着经济可持续发展和社会进步。因此,将数据挖掘应用于气候灾害、气候变化的研究可有效发现大量隐藏的演变规律,对于提高未来气候预测的准确性和做好防灾减灾的预备工作有着极其深远的意义[1]

宁夏回族自治区(以下简称宁夏)位于我国西北东部,较多时间受西风环流的支配和北方大陆气团的控制,并且远离海洋,属于典型的温带大陆性气候。宁夏固原南部属于中温带半湿润区,该地区雨量多而且湿度大。固原以北至盐池、同心一带属于中温带半干旱区,降水稍多但是变化大且分布不均匀。引黄灌区属于中温带干旱区,风沙、干旱等灾害性天气频发,降水稀少且蒸发强烈。各地年平均降水量为166.9~647.3毫米,降水量分布不均,由南向北递减[2]。宁夏的基本气候特征是:干旱降水量少,南多北少且分布明显。春天多沙尘暴,夏季炎热,且气温的日较差大,冬季多冰雹、暴雪等气候灾害。近些年来,在全球气候变暖的趋势下,人们的生产活动对气候变化也有一定的影响,宁夏降水也受到了影响,极其不稳定。旱涝灾害的不可控性越来越显著。所以,有效的挖掘旱涝灾害的时空分布规律和影响旱涝发生的因子,科学地分析宁夏旱涝灾害的未来变化趋势,有利于旱涝灾害的及时发布和预防。同时,减轻洪涝灾害的影响,对人们的生活和经济发展具有重要意义,也是宁夏可持续发展的一项重要研究任务。

本文主要采用数据挖掘和GIS技术来对宁夏旱涝的时空分布特征进行分析探讨,文章重点深入挖掘自1960年来宁夏旱涝隐含的时空变化规律,从时间和空间两方面探究在多时间尺度上旱涝灾害,并探究影响旱涝发生的因子,为宁夏的气候灾害的预测,预防,减灾工作提供重要依据。

1国内外研究现状

1.1旱涝灾害的国内外研究现状

旱涝是我国最主要的气候灾害,同样也是全球性问题。1972年世界性大旱,日本、菲律宾、美国中西部水灾,使全球粮食总产量减少2%,1968-1988年的非洲大旱和洪水,夺去了200多万人的生命,1988年的美国大旱,使农业减产三分之一[3]。因此,深入挖掘旱涝灾害的演变规律,掌握气候变化的动态,对人类的社会发展具有极其深远的影响。

国内外学者提出了多种形式的干旱指标,这些指标大致归纳为两类:一类是反映干旱机理的指标,如帕默尔干旱指数(Palmer Drought Severity Index);另一类是反映干旱强度和持续时间的指标,如标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)、降水量距平百分率以及在我国应用广泛而成熟的Z指数等[4]。由于PDSI 是描述旱涝的主流指标, 其物理意义明确, 综合了水分亏缺量以及持续因子等对干旱程度的影响, 而且考虑了前期的天气气候条件, 有较好的时空比较性[5]。并且在旱涝事件的分析上帕默尔干旱指数应用较为广泛。 Dai[6]等人利用帕默尔干旱指数计算分析了十九世纪干、湿带的全球变化。Bell[7] 等人利用帕默尔干旱指数分析美国中部 1993 年夏季特大洪涝月份土壤的潮湿程度。陈昱潼[8]等人利用Mann-Kendall检验和小波分析计算分析了PDSI的。目前我国使用的干旱指标较多的是Z指数,它由于数据方便收集,计算也简单,大多学者都用它探究旱涝灾害。王帅兵 [9]、林盛吉[10]、何艳虎[11]、何萍等 [12] 利用Z指数、SPI等方法对我国不同区域的旱涝进行了深入地研究。

对于我国降水的分布特征,已经有很多的学者作了大量考察和研究 。近50 a来全国平均降水量无明显的变化趋势, 但区域平均降水量的变化趋势显著[13-14]。万金红等[15]发现在我国西部地区高海拔地区要比低海拔地区容易发生干旱,且西北干旱地区旱涝指数呈减小趋势,预计未来干旱强度会有所减轻。郭锐等[16]指出洪涝频率较高的地区主要分布在长江流域。黄嘉佑[17]、朱乾根等[18]、指出我国东部降水周期变化为两年。李兆元等[19]重点研究西北地区210年旱涝灾害的突变性;刘宇峰等[20] 分析了黄土高原地区旱涝特征及极端和持续性。于金文 [22]对长江流域旱涝灾害的特征进行了研究。此外,吕俊梅等[23]探究了中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因。

1.2旱涝灾害的可能成因探讨

参考多篇文献发现,影响旱涝的形成有多种因素。如:大气环境的异常、季风、高原森林资源的破坏、太阳活动等因素都会影响旱涝灾害的发生。本文主要讨论太阳活动对旱涝灾害的影响。太阳黑子被认为是日面活动的主体,黑子相对数的变化常被作为表示太阳活动强弱的一种重要指标,人们不断研究黑子相对数序列,是为了更深入地认识其变化规律,同时人们早就发现太阳活动对日地环境、天气、气候的变化及某些自然灾害有重要影响[24-27] 。赵小娟等[28]发现等太阳黑子处于峰值年或者谷值年时,秦岭南北容易发生旱涝灾害,且在1960-1980年旱涝灾害与太阳黑子数呈负相关,从1980年以后呈正相关。郑晓东等[29]研究近50年淮河流域旱涝与太阳黑子的关系,发现太阳活动对淮河旱涝灾害有一定影响,淮河水系地区在太阳黑子m年容易发生涝灾,在M年容易发生旱灾,旱涝的主要周期为4、10、16年。董立峰[30]通过研究发现,在太阳黑子极小值年黄河三角洲涝灾出现的次数比旱灾要多,而在极大值年附近出现严重旱灾的情况较多。陈玉琴等[31]对赤峰地区旱涝灾害研究发现赤峰地区的旱涝分布与太阳黑子的 11a周期存在一定的联系。赵娟等[32]研究了太阳黑子活动与北京地区降水的关系,北京地区年降水量受到太阳黑子的影响。

2资料来源与方法

2.1 资料来源

本文选用的气象数据来自于中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn/home.do),选取宁夏回族自治区10个气象站点1960-2016年的月降水资料。太阳黑子的数据选自网络太阳黑子数年度数据309年,资料选取时间为1951-2008年。气象站点分布图如图1。

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