文摘

我们的研究区域是半干旱地区之一的中国,在水分胁迫条件下,造成经济损失。本研究的主要目的是应用标准化降水指数(SPEI)和蒸发蒸腾使用线性回归计算研究区干旱。为此,分析了从1980年到2010年的数据在不同的(1、6、12和24个月)的时间尺度。结果描述干燥和潮湿时期研究区;发生干跨越不同频率和幅度的增加在过去几十年(2000 - 2010)在大多数的电台。统计结果表明,温度降低1日十年二十年来在大多数站,但从1990年到2000年和2001年到2010年,温度增加除了长治站。这些结果可能是一个未来参考开发信息项目监测和早期干旱信息,现有水库的规划和管理水资源的气候条件下。

1。介绍

世界各地,已经观察到的气候变化的影响,干旱的影响是非常普遍的1,2]。也预计,随着气候变化继续在全球变暖方面,尤其是潜在的极端干旱的时期也将在增加(3,4]。气候变化特别是农业干旱的影响可以通过使用各种测量模型,通过分析干旱指数。这样的研究依赖于一些变量如降水、温度、太阳辐射、风速、土壤水分蒸发蒸腾损失总量。穆罕默德h . i多尔[5]研究全球降水趋势,发现降水的时空变化。干旱的根本原因是降水之间的关系和所需的水量不平衡造成严重影响产量下降等农业生产、森林造成的经济损失损失,生态系统失衡,水土流失和荒漠化等环境损失。农业干旱的土壤水分的可用性对于植物的生长是一个基本组件,如果土壤水分蒸发蒸腾损失总量增加和水是不够的在这些条件的土壤和水压力发生和这个压力导致干旱持续时间更长。蒸散是一个主要因素,评估水压力;几种方法和技术已经开发出计算蒸散(6- - - - - -8]。不同的科学家工作等不同模型(9- - - - - -20.)来改进这些方法和模型来测量土壤水分蒸发蒸腾损失总量。基本上不是一个蒸发蒸腾水分胁迫指标但应考虑作物水分胁迫指数(21- - - - - -23),因为它是受风速等气象变量和太阳辐射,主要用于农业灌溉,土壤水分需求,预测生产损失由于缺水。蒸散赤字指数和蒸发压力指数应该用于估计干旱(24,25]。根据(26),标准化降水蒸发蒸腾的可比的指标来确定干旱字符在干旱地区由于气候变暖。提高利率在蒸发会导致干旱27]。发生,干旱的严重程度和持续时间总是不同,导致最大的损失在世界上所有的自然灾害。考虑降水发生的干旱的影响,同样重要的是,蒸散也被认为是由于它而直接影响可用水量的土壤中生长季节(28]。Zhanghe流域是一个最近干旱半干旱地区,由于水分胁迫的条件下更频繁地出现在那个地区。

然而全球变暖影响的综合分析和可变性在降水仍需要更多的研究。

本研究的主要目标是:研究在降水变化1、6、12和24个月的时间尺度运用标准化降水指数(SPEI)蒸发蒸腾和线性回归考虑全球变暖的影响,计算温度每十年的变化探讨干旱Zhanghe流域1980 - 2010年期间。

2。材料和方法

2.1。研究区和数据收集

这项研究是基于9个气象站位于中国Zhanghe流域上游。数据时间跨度超过30年(1980 - 2010)时期。这条河流域面积18200公里²。之间的分水岭瀑布大约112°和115°34°、39°。图1显示的位置在Zhanghe流域气象监测站。

2.2。方法

SPEI是一个非常简单的指数计算和基于最初的SPI计算过程。计算SPI使用月降水作为输入数据。SPEI使用每月(或每周)降水和宠物之间的区别。这是一个简单的气候水平衡计算在不同的时间尺度获取SPEI。

2.2.1。SPEI定义和理论

宠物数量的方程存在模型基于可用数据例如Thornthwaite方程,Penman-Monteith方程,哈格里夫斯方程等等SPEI并不与任何特定的人。我们使用了FAO-56 Penman-Monteith方程(29日]。

Penman-Montieth方程。笔者计算每月的引用(ET0)的一个假设的参考作物蒸发蒸腾根据FAO-56 Penman-Monteith方程描述的(30.(SPEI R)。

默认的原始参数化30.使用),对应于一个简短的参考作物为0.12。方法需要数据传入的太阳辐射,这是估计的数据在明亮的阳光下太阳,高度。

类似地,如果数据饱和水压力并不可用,可以估计它的露点温度从相对湿度RH甚至从最低温度从最小最不确定方法(排序)。

同样,计算所需的大气表面压力心理常数可以计算从海平面的大气压力和海拔,否则它将被假定为常数(101.3 kPa)。

对潜在蒸散(PET)值,降水之间的差异(月)和宠物计算: 这个()提供了一个简单的测量水的盈余或赤字的分析。

计算在不同的时间尺度值聚合,遵循同样的步骤SPI。

2.2.2。变量的标准化

选择最合适的统计分布模型系列是困难的,因为四个分布之间的相似性(皮尔森三世,对数正态、log-logistic和一般极端值)。选择是基于行为的最极端的价值观。Log-logistic分布呈逐渐下降趋势曲线的低价值和连贯的概率获得非常低的值,对应发生在200年至500年。此外,没有发现值低于的原点参数分布。这些结果被用于标准化的log-logistic分布系列计算SPEI。

log-logistic分布参数后可以获得不同的程序。其中,时刻的过程是最健壮和简单的方法31日]。

计算时刻的比率(偏态和峰度), 在哪里,,是的时刻系列中,计算概率加权的时刻(pwm)通过使用以下方程: 概率加权的时刻(pwm)获得通过的无偏估计量(32]。根据获得的客观的pwm 在哪里是一种频率估计和计算通过使用(33] 在哪里观测的范围,增加订单和安排是数据点的数量。一个带三个参数的log-logistic分布变量的概率密度函数计算 一个带三个参数的log-logistic分布变量的概率密度函数表示如下:,,起源是规模、形状和参数,分别对吗值的范围()。当一幕幕计算,第三皮尔逊分布的参数可以获得以下(34]: 在哪里()的伽马函数。

的概率分布函数然后由根据log-logistic分布 与SPEI可以很容易地获得的标准化值。例如,考虑的经典近似35] 为,被超过的概率确定值,。如果,取而代之的是由此而来的符号SPEI正好相反。常数是,,,,,。SPEI = 0的平均值,标准差是1。SPEI标准化变量,因此可以与其他SPEI值随着时间的推移和空间。的SPEI 0表示一个值对应的累积概率的50%据log-logistic分布。

SPEI不得计算为任何月一系列月度降水数据对于一个给定的位置前个月,根据感兴趣的时间序列。3个月SPEI利用前2个月和月正在考虑。12个月SPEI以同样的方式使用过去的11个月和本月正在考虑,SPEI与时间有关。

在这项研究中,确定SPEI 6时间尺度,1、3、6、9、12、24个月。因此,短期内通过中间长期季节性分析成为可能。SPI决心使用SPEI R包由圣地亚哥Begueri 1.6版本。

2.3。线性回归方法

线性回归方法是用于计算斜率的方法之一。斜率表示的意思是时间变化分析变量。积极的斜率值显示增加的趋势,而负的斜率表示减少的趋势。

一个线性回归直线方程的形式 在哪里=解释变量,=自变量,=线的斜率=拦截。

3所示。结果和讨论

3.1。趋势SPEI 1、6、12、24个月的时间尺度

数据2(一个)- - - - - -2 (d)证明了SPEI的时间序列值1,6、12和24个月的时间尺度九站在1980 - 2010。结果表明干和湿时间的存在。SPEI值之间的波动值+ 3和3−1和6个月的时间尺度,但随着时间尺度的增加从12到24个月+ 2−2之间不等,SPEI价值观的负面趋势表明研究区干旱。从数据2(一个)- - - - - -2 (d),很明显,干旱频率变化与时间尺度的变化,而随着时间尺度增加干旱变得不那么频繁,但持续更长时间。在个月时间尺度干旱出现在所有车站但从1980年到1990年在石家庄最大的干旱出现但干旱趋势是减少规模随着时间的增加。在新乡和当地电台干旱条件下从2000增加到2010;因此,如表所示2,温度增加在这些站在这些时间段。全球变暖在水循环现象产生了许多问题诸如降水频率和强度的变化,土壤水分,流成河,蒸散,地下水补给能力(36- - - - - -38]。图2(一个)还表明,干旱出现的持续时间成反比;换句话说,干旱频率增加,但持续时间减少。另一个更重要的是,SPEI回访时迅速增加和减少干旱的趋势。图2 (b)展示了6个月SPEI研究结果。数据显示,在最短的时间尺度月和6个月时间尺度干旱附属物短时间高,在最长的时间尺度12个月和24个月时间尺度干旱持续的时间更长时间较低频率。因此短时间尺度与土壤含水量和河道流量在上游领域,而媒介时间尺度关心水库存储和放电头水域,河流和地下水长期相关尺度变化存储。因此,标准化降水蒸发蒸腾指数(SPEI)在不同的时间尺度是有用的监测在不同水文干旱子系统。在6个月时间尺度站遭受由于干旱干旱强度不同。很明显,干旱的时间分布及其各区域的频率是不同的。干寿命更持久的6个月时间尺度比月规模。数据还显示,在长治三个干旱峰出现在1985年,1990年和2000年,而从1980年到1995年在石家庄最大的干旱出现。太原火车站受到干旱的压力从2000年到2010年近十年。结果还描绘,邢台学院,新乡andYangcheng站面临更频繁的旱灾和两个干旱时期观察在这些站,1980 - 1995和2005 - 2010,1980 - 1985和2000 - 2010和1982 - 1983和2002 - 2003年分别。 From 1990 to 2010 more droughts with high magnitude was recorded in the Yushe station. This result shows that relationship between climatic conditions in which changes in the temperature leads mainly to the variability in precipitation. Reference [39)报道,时间和空间演化的影响引起的高原季风异常干旱和洪水在中国和东亚。数据2(一个)- - - - - -2 (b)显示一个有趣的发现,指数反应慢慢随着时间尺度的增加。干旱指数是最好的在这两种情况:当有更多的干旱,但频率较低时,另一很少有干旱持续时间较长的解释不同的水资源。从图2 (c),很明显,结果6个月和12个月SPEI时间序列,前面定义的干旱程度扩大,发生的干旱。在12个月的时间尺度站经验定义良好的干旱在同一时期。Changzi站了从1980年至1999年由于干旱强度高;石家庄还面临着干旱和四个山峰的水压力在1980 - 1994年被发现。石家庄站在不同时间尺度的分析表明,本站面临干旱之间具有不同频率和幅度的1982 - 1994年的时间。太原火车站显示更多的干旱时间发生在过去五年的分析。在12个月的时间尺度邢台市和新乡站显示湿期等更长时间1996 - 1999和1987 - 2001年分别;在剩下的时间站面临干燥更频繁地跨越时间。阳澄湖描绘,在12个月的时间尺度,30年本站面临更多的干旱期,他们用更少的大小持续更长时间。针对榆社少而影响较高的干旱发生在12个月的时间尺度。 Figure2 (d)更清楚地强调了相同的结果,如图2 (c)在12个月时间尺度站用于这项研究。

3.2。SPEI趋势斜率的基础上

SPEI斜率趋势在1、6、12、24个月的时间尺度表1。根据这些结果都增加和减少的趋势被发现在不同意义的水平。结果表明,以99%显著水平下降趋势检测在郑州火车站的斜率−1.94毫米/年1月时间尺度,在太原,新乡,当地电台有减少趋势水平和斜坡分析期间各种意义。石家庄和阳澄湖有增加趋势最大坡度为3.84毫米/年和0.88毫米/年在24个月的时间尺度分别。结果还描述了在郑州和邢台站边坡是零(0毫米/年)在6 - 12个月的时间尺度。

3.3。总结统计参数

统计结果的平均温度在9个气象站1980 - 2010年期间总结表2。年平均温度范围从23.7到28.1°C,而最高的变异系数(CV %)的温度是观察到郑州火车站的速度5%和1.35标准差。结果还显示温度的变化从1980年到2010年每10年。数据显示,在第一个十年(1980 - 1990)的9个站,5站温度下降,但这一趋势下降的温度改变了第二个十年(1991 - 2000)在所有车站和温度增加,但是最高温度增加的速度在石家庄和当地电台0.25°C / 10年和0.19°C / 10年,分别。降水和温度的趋势可能是全球变暖的结果,由于气候变量的变化40,41]。在第三个十年(2001 - 2010),温度也增加在所有站除了长治站;在本站温度下降速率−0.01°C / 10年。在这些结果的基础上,得出温度导致蒸散和降水减少干旱时期。参考文献(42,43)发现潜在蒸散率气候因素影响。

4所示。结论

本研究的主要目的是评估的时间在Zhanghe流域干旱趋势三十年通过使用标准化降水指数(SPEI)。结果表现出极端的干旱期在所有站有不同的频率。数据还显示,有越来越多的干旱频率的趋势,特别是在安阳,长治,石家庄和郑州站从1980年到1995年,而太原,邢台学院,新乡,阳澄湖站由于干旱条件在1996年和2010年之间。这些结果显示两个时期的干旱研究的地区从1980年到1995年和1996年到2010年。统计结果还描绘,在三十年温度提高尤其是在过去二十年中(1990 - 2010)在此期间在学习。我们的结果的标准化降水指数(SPEI)在不同时间尺度可以有利于水资源高效利用的规划,水电项目,干旱和农业生产和设计信息系统以及减轻干旱影响。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究支持的公益科研专项资金(没有在中国水利部。201201091 - 03),科研创新项目在江苏大学(没有。CXZZ13-02)和项目优先资助的学术程序开发江苏高等教育机构(没有。sys1101)。