山西省旱涝灾害时空变化特征研究

论文总字数：18753字

目 录

摘要 I

Abstract II

1 引言 1

2 国内外研究进展 1

2.1 国外研究进展 1

2.1.1 区域气候模式研究 1

2.1.2 旱涝实时监测研究 1

2.1.3 旱涝灾害预测研究 1

2.2 国内研究进展 1

2.2.1旱涝的成因研究 2

2.2.2 旱涝灾害的数值模拟与分析 2

2.2.3 旱涝预测研究 3

3 研究区概况及研究方法 3

3.1 研究区概况 3

3.2 数据来源 4

3.3 研究方法 4

3.3.1 单站降水Z指数 5

3.3.2 区域旱涝等级的确定 5

4 研究区气候变化特征分析 6

4.1 气温变化特征分析 6

4.1.1 气温时间变化趋势 6

4.1.2 气温空间分异特征 8

4.2 降水变化特征分析 9

4.2.1 降水量时间变化趋势 9

4.2.2 降水量空间分异特征 11

5 山西省旱涝灾害特征分析 13

5.1 旱涝灾害时间变化特征分析 13

5.1.1 不同季节旱涝灾害变化分析 13

5.1.2 旱涝灾害年际变化分析 14

5.2 旱涝灾害空间分异特征研究 15

5.2.1 不同季节旱涝灾害频率空间分异特征分析 16

5.2.2 不同年份旱涝灾害频率空间分异特征分析 17

6 结论与展望 18

6.1 结论 18

6.2 展望 18

参考文献： 19

致谢 21

山西省旱涝灾害时空变化特征研究

王静莉

,China

Abstract：Based on the meteorological data of 29 sites in Shanxi Province from the year of 1961 to 2015, the temporal characteristics of precipitation and temperature were analyzed, and on this bases, drought and flood disasters were analyzed by Z index. The results indicated:(1)There are more flood disasters in the east than that in the west,and more flood disasters in the middle part than that in the marginal zone.besides,there are more flood disasters in the south than that in the north.What’s more,the frequency of flooding is higher than the frequency of drought.(2)Combining with the situation of climate change, a significant rise in temperature has occurred since the 1990s.So, increased frequency of drought disasters occurred in Shanxi Province has a lot to do the rise of temperature in recent years. The study is of great significance for future decisions of the government; enhance the level of short-term climate prediction and reflex of climate change.

Key words：Drought and flood disasters; Temporal variation; Z index; Shanxi Province

1 引言

20世纪50年代至今，包括大气和海洋的温度升高、冰雪覆盖面积减少、海平面升高以及大气中CO2浓度增加等问题，气候系统发生的很多变化是几千年来前所未有的。气候变化对自然生态系统和社会经济系统主要产生以下严重影响：海洋酸化、冰冻圈退缩、海平面升高、水循环紊乱、极端天气频发、生物多样性受损、食品安全受到影响、人体健康受损等。

冰雪消融和降水变化发生在很多地区，导致当地水文系统改变，对水资源量和水质产生影响。在高纬和高海拔山区，多年冻土出现的变化有退化和升温，很多地区冰川不断退缩，改变了下游的径流和水资源情况。通过对全球大河的径流量分析得出，将近三分之一的河流径流量发生改变，且径流量的改变趋势主要为减少^[1]。

气候变化改变了全球水文循环系统，对降水、蒸发、径流、土壤湿度等产生影响，使得水资源在时空上再次分配以及水资源总量的改变，使洪涝、干旱等极端灾害发生的频率和强度变大，已经威胁到水资源的开发、利用以及规划和管理等，使生态环境进一步恶化。

研究气候变化及旱涝灾害趋势，对今后作好为政府的决策服务，进一步提高短期气候预测水平，深入揭示气候变化规律和提出相应对策具有重要意义，对旱涝预报都有重要的参考价值。

2 国内外研究进展

2.1 国外研究进展2.1.1 区域气候模式研究美国大气研究中心最先模拟区域气候模式，而且目前已在古气候模拟、气候模拟以及二氧化碳加倍模拟中获得广泛使用，并在许多地区得到成功应用，这些模式产生了不错的模拟效果^[2]。2.1.2 旱涝实时监测研究国外目前已形成地面、航空、航天、多星的立体干旱监测模型。20世纪末，美国NOAA、农业部（USDA）和国家干旱减灾中心（NDMC）联合研发了一个周干旱监测产品（DM）-——一个综合客观的国家干旱指数。DM的主要参数包含：正常降水百分比、日流量百分位数、土壤水分模式百分位数、顶层土壤水分（USDA提供）、PDI、CMI、和植被健康指数（VHI，基于卫星）^[3]。2.1.3 旱涝灾害预测研究

据国外媒体报道, 按照环境学家莱斯特·布朗的推测，干旱天气在未来几年会频繁出现。基于此，NASA向地球轨道发送了旱涝灾害预测卫星-SMAP（The Soil Moisture Active Passive主被动土壤湿度），该卫星被设计用来测量全球土壤水分水平。SMAP的任务为期三年。曾经欧洲航天局有类似的项目——SMOS，旨在分析地球的水合作用，目前使用期已达到五年。

2.2 国内研究进展

2.2.1旱涝的成因研究

1. 大气环流的影响

叶笃正有关研究表明，在全球大气环流变化与中国气候变化之间具有“同步”趋势^[4]。徐祥德等在研究中指出：中国气候型变化与北半球大气环流模式的年代际改变有很大关系^[5]。谢金南等研究说明：近50年来，青藏高原的干旱趋势随着降水减少而上升^[6]。

对副高系统的研究始终是气象工作者关注的话题，因为它严重影响我国夏季降水。上世纪50-70年代，黄士松等探讨了副高的结构以及其活动的影响因素^[7]；陶诗言等研究得出副高季节性北跳特征及副高与对流层上层南亚高压之间的联系^[8]。赵振国和廖荃荪分析了我国夏季降水和冬季北太平洋涛动两者之间的联系^[9]。何金海等研究指出：夏季西太平洋副高的三个参数——面积、强度和脊线位置与长江中下游降水之间存在相关关系^[10]。苏洁等研究分析得出副高中心及其附近两点发生的增温率变化关系^[11]。陈隽^[12]、孙淑清^[13]、晏红明^[14]等研究表明冬季环流异常导致了同期环流模式的差异，并影响后期环流和天气状况。卫捷等分析了1999和2000年华北地区夏天发生的干旱及其成因，发现其成因是欧亚大气环流异常并长期持续^[15]。

通过对福建省后汛期典型旱涝年份的大气环流和海温场特征的研究，高建芸等教授发现了二者之间存在着的联系和差异。福建省夏季降水量的变化主要受到西太平洋副高的强度、分布以及南侧热带辐合带活动情况的影响。而福建后汛期降水异常也与赤道附近海温距平差异以及邻近海域黑潮区的海温距平差异有关^[16]。沈良芳等研究发现，当赤道东太平洋的海温异常偏冷时，江苏省夏季干旱的可能性较大；当赤道东太平洋海温异常偏暖时，江苏省夏季湿润的可能性较大^[17]。许月卿等研究表明，河北省灾害频发的根本原因是地貌、土气候等自然因素，同时人口增长、经济发展等人为因素加重了灾害程度^[18]。

1. ENSO的影响

研究表明，在全球的许多地区，大尺度降水和干旱受ENSO因素的明显影响。Bradzey认为，ENSO这一因素对热带地区、南半球中纬地区、印度半岛以及北美部分地区的降水有着尤为显著的影响。

（3）太阳活动的影响

林学椿^[19]等从近500年旱涝平均等级和不同强度的太阳活动的相关分析预测，1991-2000 年大致处于太阳活动第22周的黑子高值位相和第23周黑子高值位相之间，并且处于50年代末以来弱的世纪周期内，按此太阳活动背景，预测1991-1995年的全国平均旱涝等级为2.4；1996-2000年的平均旱涝等级为2.0，即90年代以多雨为主，多雨趋势后5年比前5年明显。薛积彬等通过探讨区域历史旱涝灾害变化与厄尔尼诺事件、太阳活动等的相关关系，揭示区域灾害事件发生的气候背景。2.2.2 旱涝灾害的数值模拟与分析

为了更好认识全球气候变化中区域的影响，提高区域气候的模拟效果，许多学者着眼于研究所研究区域气候模式的模拟，并得到广泛应用。

李晓辉^[20]等针对土壤干旱,利用大气和土壤祸合模式对干旱过程进行数值模拟研究。试验分为三步：一、长江中下游地区土壤供水量满足农作物需水量；二、根系层土壤供水量小于农作物生长需水量；三、长江中下游地区农作物干旱阶段。分析模拟结果后，得出一些关于干旱形成过程的初步结论。

2.2.3 旱涝预测研究

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