農(nóng)業(yè)預(yù)報預(yù)報產(chǎn)品的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)預(yù)報預(yù)報產(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)計和氣候診斷方法對該區(qū)域水分資源變化特征及其成因進行分析,以期為大降水的預(yù)報預(yù)警提供技術(shù)支持,同時也為農(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)場實測計算各站和區(qū)域的年降水總量序列、年相對濕度序列、年干燥度序列、年最大凍土序列、年不同等級降水日數(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)計方法對年降水的變率以及干燥度的空間分布特征進行對比分析。變率、干燥度、速率(變化傾向率)的計算,分別見公式(1)~(3)。式中:Q為某年的降水相對變率;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,表示蒸發(fā)能力小于降水量,氣候條件濕潤,當(dāng)K>1.0時,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,干燥程度就越嚴重。依據(jù)上述計算的氣象和水文要素為因變量(x),時間為自變量(t),建立2個變量之間的一元回歸方程,計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)計分析采用基本氣候狀態(tài)的統(tǒng)計量和線性趨勢估計方法,對研究數(shù)據(jù)進行了處理與分析。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年的標準氣候均值。從表1看出,1981—2010年春、夏、秋、冬季和年降水量的標準氣候均值比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“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“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比較明顯,1960s春季、1980s夏季和2000s秋冬季降水偏多的特點比較明顯。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,以及1960s年和冬季、夏季降水顯著偏少特點。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,冬季相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.10的顯著性水平檢驗。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。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)計分析海北州年、季降水平均變率和最大正(負)距平百分率得出(見表2),春、夏、秋、冬四季和年的最大正(負)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,其他時段的相關(guān)系數(shù)值未通過a=0.05的顯著性水平檢驗。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,其他等級的平均降水日數(shù)或出現(xiàn)站次均呈增加趨勢(見圖2)?！?.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,≥25.0mm相關(guān)系數(shù)值通過了a=0.05的顯著性水平檢驗,≥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。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)時常會出現(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)等級的平均降水日數(shù)或者出現(xiàn)站次偏多?！?5.0mm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濕度變化趨勢得出,年和春夏季平均相對濕度呈下降趨勢(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,這說明,年和春夏季平均相對濕度的減小趨勢相對較弱,秋冬季平均相對的增加趨勢也相對較弱。從平均相對濕度的年代際變化曲線看出(見圖3),年和各季平均相對濕度與序列平均值相比,年、春季平均相對濕度1960s、1980s、1990s偏大,而1970s、2000s和近5年偏小;夏季平均相對濕度1980s—1990s偏大,1960s—1970s和2000s和近5年偏小;秋季平均相對濕度1960s—1980s和2000s偏大,1990s和近5年偏小;冬季平均相對濕度的演變趨勢與秋季完全相反。年與春季平均相對濕度的相關(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。不難看出,年和春季平均相對濕度變化的關(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,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)相對偏大,海北州境內(nèi)大氣干旱的強度相對較重,1980s、2000s和近5年年干燥度指數(shù)相對偏小,海北州境內(nèi)大氣干旱的強度相對減弱。統(tǒng)計結(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,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(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)計檢驗的結(jié)果看,年蒸發(fā)量占比相對偏大。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。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“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“負位相—負位相—正位相—負位相—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“負位相—正位相—負位相—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與青海湖年平均水位變差距平符號相同的概率分別為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。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。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“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。1980s多雨、1990s少雨,同時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)水資源的試驗數(shù)據(jù)分析,得到以下4個方面的研究結(jié)論。(1)在年際時間尺度上,1959年以來,年降水平均變率和年平均相對濕度呈減小趨勢,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