農(nóng)業(yè)預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用

0n西寧?。ㄒ韵潞喎Q海北州）位于中國西部，青藏高原東北部，與中國甘肅省的河西走廊接壤。坐標(biāo)為982510137和3655-3849n。中國年降水變率在10%~50%之間,年降水量豐富的區(qū)域年變率小,而年降水量少的區(qū)域年變率大范建華等因此,本研究利用海北州境內(nèi)的氣象、水文資料,應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和氣候診斷方法對(duì)該區(qū)域水分資源變化特征及其成因進(jìn)行分析,以期為大降水的預(yù)報(bào)預(yù)警提供技術(shù)支持,同時(shí)也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策氣象服務(wù)產(chǎn)品。1數(shù)據(jù)和方法1.1青海湖流域水文觀測資料利用海北州各站1959—2015年的地面氣象資料(資料由青海省氣象信息中心提供)、青海湖流域1958—2015年的水文觀測資料(資料由青海省水文水資源信息中心提供)。1.2水的變率與干燥度的現(xiàn)場實(shí)測計(jì)算各站和區(qū)域的年降水總量序列、年相對(duì)濕度序列、年干燥度序列、年最大凍土序列、年不同等級(jí)降水日數(shù)序列、年徑流量序列、青海湖年水位序列,應(yīng)用氣候診斷方法分析這些序列的變化趨勢及其速率,應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)年降水的變率以及干燥度的空間分布特征進(jìn)行對(duì)比分析。變率、干燥度、速率(變化傾向率)的計(jì)算,分別見公式(1)~(3)。式中:Q為某年的降水相對(duì)變率;R式中:K為干燥指數(shù);E為年蒸發(fā)能力(單位:mm);R為年降水量(單位:mm)。年平均干燥指數(shù)K與氣候條件關(guān)系密切,當(dāng)K<1.0時(shí),表示蒸發(fā)能力小于降水量,氣候條件濕潤,當(dāng)K>1.0時(shí),蒸發(fā)能力超過降水量,表示氣候條件偏于干燥,K越大,蒸發(fā)能力超過降水量越多,干燥程度就越嚴(yán)重。依據(jù)上述計(jì)算的氣象和水文要素為因變量(x),時(shí)間為自變量(t),建立2個(gè)變量之間的一元回歸方程,計(jì)算模擬序列與原序列的相關(guān)系數(shù)和要素的變化傾向率。式中:b1.3統(tǒng)計(jì)分析采用基本氣候狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)量和線性趨勢估計(jì)方法,對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理與分析。2結(jié)果與分析2.1降水變化的基本特征2.1.1年—降水的年代際變化特征表1給出了海北州(祁連、托勒、野牛溝、門源、剛察、海晏6站的平均)年、季各年代的平均降水量和WMO規(guī)定的1961—1990年、1971—2000年及1981—2010年的標(biāo)準(zhǔn)氣候均值。從表1看出,1981—2010年春、夏、秋、冬季和年降水量的標(biāo)準(zhǔn)氣候均值比1971—2000年、1961—1990年分別增加6.1、2.8、2.5、0.2、11.6mm和2.3、9.8、0.5、0.6、13.3mm。與1959—2015年序列平均值相比,1960s春季、1970s秋冬季、1980s春夏季和冬季、2000s四季平均降水量均偏多,1960s夏季和秋冬季、1970s春夏季、1980s秋季、1990s四季平均降水量均偏少,年平均降水量1980s和2000s偏多,其他年代的年平均降水量偏少。1960s—2000s,年和夏季平均降水量基本經(jīng)歷了一個(gè)“少雨—少雨—多雨—少雨—多雨”的演變過程,春季、秋季和冬季分別經(jīng)歷了一個(gè)“多雨—少雨—多雨—少雨—多雨”、“少雨—多雨—少雨—少雨—多雨”和“少雨—多雨—多雨—少雨—多雨”的歷史變化過程,1960s夏季和冬季、1970s春季、1990s秋季降水偏少的特點(diǎn)比較明顯,1960s春季、1980s夏季和2000s秋冬季降水偏多的特點(diǎn)比較明顯。2.1.2少雨年份84年、71年、1979年從圖1年和四季平均降水量的曲線變化看出,海北州一元線性擬合直線的年和夏季、秋季、冬季降水上升趨勢比較直觀,春季降水上升趨勢不明顯。降水的擬合曲線也很直觀地反映了1980s年和夏季、2000s年和秋冬季降水顯著偏多的特點(diǎn),以及1960s年和冬季、夏季降水顯著偏少特點(diǎn)。從年平均降水量看,2014年、1989年、1998年、1988年為多雨年份,而1991年、1962年、1973年、1980年則為少雨年份。分析圖1中降水與年代相關(guān)系數(shù)以及降水變化傾向率得出,年和春、夏、秋、冬季降水變化的速率均為正值,分別為9.962mm/10a、0.375mm/10a、6.696mm/10a、2.716mm/10a、0.267mm/10a。年和春、夏、秋、冬季降水量與年代的相關(guān)系數(shù)值分別為0.38、0.04、0.34、0.20、0.24,年和夏季相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.01的顯著性水平檢驗(yàn),冬季相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.10的顯著性水平檢驗(yàn)。這說明海北州境內(nèi)年和夏季降水變化十分突出,降水顯著增加。此外,海北州1980s多數(shù)季節(jié)、2000s四季降水量增多也導(dǎo)致了對(duì)應(yīng)年代年降水總量的顯著偏多。春季、秋季的相關(guān)系數(shù)值沒有通過a=0.10的顯著性水平檢驗(yàn)。這說明,在全球氣候變暖的背景下,海北州降水在季節(jié)分配上發(fā)生了一些變化,表現(xiàn)為暖季降水顯著增加、冷季降水逐步增加,過渡季節(jié)降水保持基本穩(wěn)定或者增加比較緩慢。從以上分析得出,海北州年和夏季降水量稍有增加,而其他季節(jié)降水量增加比較緩慢。年和夏季降水量增加的這種變化趨勢和新疆維烏爾自治區(qū)及河西走廊地區(qū)的演變趨勢基本一致,但降水量的增加幅度偏小2.1.3降水的平均變率分析統(tǒng)計(jì)分析海北州年、季降水平均變率和最大正(負(fù))距平百分率得出(見表2),春、夏、秋、冬四季和年的最大正(負(fù))距平百分率分別為100%、33%、69%、97%和22%(-59%、-20%、-67%、-68%和-22%),分別出現(xiàn)1964年、2014年、1971年、1979年和2014年(1995年、1962年、1991年、1962年和1962年),10年(30年)時(shí)間尺度的春、夏、秋、冬四季和年降水的平均變率分別在17%~26%、8%~13%、13%~30%、25%~42%和5%~11%之間(19%~23%、10%~11%、24%~27%、29%~37%和8%~9%之間),年和夏季降水平均變率相對(duì)較小,春季和冬季降水平均變率是夏季的2倍和3倍。由表2可知,春季和冬季1960s—2000s呈減少趨勢,夏季、秋季和年呈增加的趨勢,春、夏、秋、冬季和年降水變率與年代的相關(guān)系數(shù)值分別為0.77、0.09、0.35、0.87、0.07,春季和冬季的相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn),其他時(shí)段的相關(guān)系數(shù)值未通過a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。這說明春季和冬季降水平均變率呈顯著的減少趨勢,而夏季、秋季和年降水平均變率變化不明顯,基本呈弱的增加趨勢。2.2降水的周期和降水情況統(tǒng)計(jì)分析海北州≥0.1mm、1.0mm、5.0mm、10.0mm降水出現(xiàn)的平均日數(shù)和≥25.0mm、50.0mm降水出現(xiàn)的站次得出,1961—2015年除≥0.1mm平均降水日數(shù)呈減少趨勢外,其他等級(jí)的平均降水日數(shù)或出現(xiàn)站次均呈增加趨勢(見圖2)。≥0.1mm、1.0mm、5.0mm、10.0mm、25.0mm(50.0mm)降水日數(shù)與年代(年代際)相關(guān)系數(shù)值分別為-0.15、0.07、0.34、0.44、0.27(0.35),≥5.0mm、10.0mm、50.0mm相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.01的顯著性水平檢驗(yàn),≥25.0mm相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn),≥0.1mm、1.0mm相關(guān)系數(shù)值未通過a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。這說明,1961年以來,≥5.0mm、10.0mm平均降水日數(shù)和≥25.0mm、50.0mm降水出現(xiàn)的站次均呈顯著的增加趨勢;而≥0.1mm、1.0mm平均降水日數(shù)變化不顯著,前者呈緩慢的減少趨勢,后者呈緩慢的增加趨勢。分析圖2不同等級(jí)降水日數(shù)變化的模擬值得出,≥0.1mm(見圖2a)平均降水日數(shù)變化的速率為負(fù)值,其值為0.808d/10a,≥1.0mm、5.0mm、10.0mm(見圖2b~d)平均降水日數(shù)和≥25.0mm(見圖2e)出現(xiàn)站次變化的速率均為正值,其值分別為0.270d/10a、0.712d/10a、0.510d/10a、0.343/10a。海北州全部區(qū)域內(nèi)≥50.0mm(見圖2f)降水出現(xiàn)的幾率非常小,但局部范圍內(nèi)時(shí)常會(huì)出現(xiàn),如1981年7月門源縣和海晏縣出現(xiàn)暴雨過程,2010年8月海晏縣再次出現(xiàn)暴雨過程。分析圖2不同等級(jí)降水日數(shù)的年代際變化曲線得出,與序列平均相比,除1960s≥0.1mm的平均降水日數(shù)偏多、1970s≥5.0mm的平均降水日數(shù)偏多、1980s≥0.1~10.0mm平均降水日數(shù)偏多和≥50.0mm降水出現(xiàn)的站次偏多、1990s≥25.0mm降水出現(xiàn)的站次偏多、2000s≥1.0~10.0mm平均降水日數(shù)偏多和≥25.0~50.0mm降水出現(xiàn)的站次偏多外,其他年代其余等級(jí)的平均降水日數(shù)和出現(xiàn)站次均偏少。從偏多和偏少的演變看,1960s、1970s、1990s多數(shù)等級(jí)的平均降水日數(shù)或者出現(xiàn)站次偏少,而1980s、2000s和近5年多數(shù)等級(jí)的平均降水日數(shù)或者出現(xiàn)站次偏多。≥25.0mm降水出現(xiàn)的站次1990s、2000s和近5年均偏多,即1990s以來,大雨出現(xiàn)的站次穩(wěn)定增加的特征比較明顯。2.3相對(duì)濕度和干燥度的變化特征2.3.1物權(quán)和數(shù)據(jù)分析1959—2015年海北州年和四季平均相對(duì)濕度變化趨勢得出,年和春夏季平均相對(duì)濕度呈下降趨勢(見圖3a~c),其變化的速率分別為-0.048/10a、-0.206/10a、-0.095/10a,秋冬季平均相對(duì)濕度呈上升趨勢(見圖3d~e),其變化的速率分別為0.128/10a、0.209/10a。年和春夏秋冬季平均相對(duì)濕度與年代相關(guān)系數(shù)值分別為0.04、0.17、0.07、0.06、0.08,其相關(guān)系數(shù)值均未通過a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn),這說明,年和春夏季平均相對(duì)濕度的減小趨勢相對(duì)較弱,秋冬季平均相對(duì)的增加趨勢也相對(duì)較弱。從平均相對(duì)濕度的年代際變化曲線看出(見圖3),年和各季平均相對(duì)濕度與序列平均值相比,年、春季平均相對(duì)濕度1960s、1980s、1990s偏大,而1970s、2000s和近5年偏小;夏季平均相對(duì)濕度1980s—1990s偏大,1960s—1970s和2000s和近5年偏小;秋季平均相對(duì)濕度1960s—1980s和2000s偏大,1990s和近5年偏小;冬季平均相對(duì)濕度的演變趨勢與秋季完全相反。年與春季平均相對(duì)濕度的相關(guān)系數(shù)值為0.61,其相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。不難看出,年和春季平均相對(duì)濕度變化的關(guān)系密切,因此兩者演變趨勢也比較一致。2.3.2干燥度的變化特征。據(jù)年齡與年分析1959—2015年海北州年干燥度指數(shù)的變化得出(見圖3f),年干燥度指數(shù)總體呈減小趨勢,其變化的速率為-0.136/10a,年干燥度指數(shù)與年代相關(guān)系數(shù)值為0.47,其相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.001的顯著性水平檢驗(yàn),說明1959年以來,海北州區(qū)域的年干燥度指數(shù)減小的趨勢極其顯著。對(duì)比各年代年干燥度指數(shù)與序列平均值得出,1960s、1970s、1990s年干燥度指數(shù)相對(duì)偏大,海北州境內(nèi)大氣干旱的強(qiáng)度相對(duì)較重,1980s、2000s和近5年年干燥度指數(shù)相對(duì)偏小,海北州境內(nèi)大氣干旱的強(qiáng)度相對(duì)減弱。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,年蒸發(fā)量與年代相關(guān)系數(shù)值為0.51,其相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.001的顯著性水平檢驗(yàn),年降水量與年代相關(guān)系數(shù)值為0.38,其相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)(見圖1a),年蒸發(fā)量呈減小趨勢,而年降水量呈增多趨勢。不難看出,年蒸發(fā)量減小和年降水量增加是年干燥度指數(shù)減小的直接成因,從統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的結(jié)果看,年蒸發(fā)量占比相對(duì)偏大。2.4主要河流路徑和湖泊水位的變化特征2.4.1年際變化特征分析海北州布哈河(見圖4a)和沙柳河(見圖4b)年平均流量的年際變化得出,布哈河和沙柳河年平均流量總體呈上升趨勢,其變化速率分別為0.805m布哈河和沙柳河年平均流量的最小值分別為6.3m2.4.2—青海湖水位的變化特征分析青海湖年平均水位的年際變化得出(見圖4c),青海湖年平均水位總體呈下降趨勢,其變化的速率為-0.527m/10a,年平均水位與年代相關(guān)系數(shù)值為0.85,其相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。這說明1959年以來,青海湖年平均水位的減小趨勢極其顯著。從圖4c看出,青海湖年平均水位的階段性變化比較突出,1959—2004年為顯著的下降階段,期間曾出現(xiàn)短暫的水位上升過程(1966—1967年、1981—1983年、1988—1990年),2005—2015年為水位的緩慢上升過程,個(gè)別年份曾出現(xiàn)下降(2014年),最高的平均水位為3196.55m,出現(xiàn)在1959年,最低水位為3192.87m,出現(xiàn)在2004年。與序列年平均水位相比,1960s—2000s的平均水位,分別經(jīng)歷了一個(gè)“高水位—高水位—低水位—低水位—低水位”的歷史變化過程。分析青海湖年平均水位變差(n青海湖年平均水位變差的最大差值為0.36,出現(xiàn)在2012年,其最小差值為0,分別出現(xiàn)在1975年和2007年。與序列平均相比,1960s—2000s年平均水位變差(見圖4d),分別經(jīng)歷了一個(gè)“負(fù)位相—負(fù)位相—正位相—負(fù)位相—正位相”的歷史變化過程。1970s—2000s布哈河和沙柳河年平均流量“偏枯—偏豐—偏枯—偏豐”的年代變化趨勢與青海湖年平均水位變差“負(fù)位相—正位相—負(fù)位相—正位相”的年代變化趨勢比較一致。1960s布哈河和沙柳河年平均流量偏豐、青海湖年平均水位變差為負(fù)位相,二者的變化趨勢相反。1961—2014年布哈河和沙柳河年平均流量距平符號(hào)與青海湖年平均水位變差距平符號(hào)相同的概率分別為74%、72%,布哈河、沙柳河年平均流量與青海湖年平均水位變差的相關(guān)系數(shù)值分別為0.59、0.61,其相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。從以上這些分析得出,布哈河和沙柳河年平均流量是影響青海湖年平均水位變差的最關(guān)鍵因素,而海北州區(qū)域內(nèi)的年平均降水量又是影響年平均流量的最重要因素。2.5最大凍土深度由年(見圖5a)和最冷月(見圖5b)平均最大凍土深度變化得出,年和最冷月平均最大凍土深度均呈減小趨勢,其變化速率分別為5.712cm/10a、6.402cm/10a,年和最冷月平均最大凍土深度與年代的相關(guān)系數(shù)分別為0.55、0.67,其相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。這說明1961年以來,年和最冷月平均最大凍土深度均呈極顯著的減小(凍土厚度變淺)趨勢。與序列平均相比,1960s—2000s(見圖5a)最冷月和年(見圖5b)平均最大凍土深度均經(jīng)歷了一個(gè)“偏大—偏大—偏大—偏小—偏小”的歷史變化過程。年平均最大凍土深度為229cm,出現(xiàn)在1983年,年平均最小凍土深度為165cm,出現(xiàn)在2006年和2007年。最冷月平均最大凍土深度為200cm,出現(xiàn)在1983年,最冷月平均最小凍土深度為135cm,出現(xiàn)在2008年。2007年最冷月平均最大凍土深度為143cm,為次小異常氣候值。年度和最冷月平均最大凍土深度的正異常的氣候值出現(xiàn)年份比較一致,年度和最冷月平均最大凍土深度的負(fù)異常的氣候值出現(xiàn)年份存在差異,2007年一致,而2006年不一致。年平均降水量與年平均最大凍土深度、最冷月平均最大凍土深度的相關(guān)系數(shù)值分別為-0.27、-0.32,其相關(guān)系數(shù)值均通過了a=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。1980s多雨、1990s少雨,同時(shí)段的平均最大凍土深度分別為偏大和偏小,即1980s、1990s年降水量和年(或最冷月)平均最大凍土深度的演變趨勢相反,這是造成兩者相關(guān)程度相對(duì)較高的直接因素。4青海湖流域降水高效變化特征通過上述海北州地區(qū)水資源的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,得到以下4個(gè)方面的研究結(jié)論。(1)在年際時(shí)間尺度上,1959年以來,年降水平均變率和年平均相對(duì)濕度呈減小趨勢,年干燥度指數(shù)和年平均最大凍土深度呈極其顯著的減小趨勢(凍