农业预报预报产品的应用

农业预报预报产品的应用

0n西宁省（以下简称海北州）位于中国西部，青藏高原东北部，与中国甘肃省的河西走廊接壤。坐标为982510137和3655-3849n。中国年降水变率在10%~50%之间,年降水量丰富的区域年变率小,而年降水量少的区域年变率大范建华等因此,本研究利用海北州境内的气象、水文资料,应用数理统计和气候诊断方法对该区域水分资源变化特征及其成因进行分析,以期为大降水的预报预警提供技术支持,同时也为农业生产提供决策气象服务产品。1数据和方法1.1青海湖流域水文观测资料利用海北州各站1959—2015年的地面气象资料(资料由青海省气象信息中心提供)、青海湖流域1958—2015年的水文观测资料(资料由青海省水文水资源信息中心提供)。1.2水的变率与干燥度的现场实测计算各站和区域的年降水总量序列、年相对湿度序列、年干燥度序列、年最大冻土序列、年不同等级降水日数序列、年径流量序列、青海湖年水位序列,应用气候诊断方法分析这些序列的变化趋势及其速率,应用数理统计方法对年降水的变率以及干燥度的空间分布特征进行对比分析。变率、干燥度、速率(变化倾向率)的计算,分别见公式(1)~(3)。式中:Q为某年的降水相对变率;R式中:K为干燥指数;E为年蒸发能力(单位:mm);R为年降水量(单位:mm)。年平均干燥指数K与气候条件关系密切,当K<1.0时,表示蒸发能力小于降水量,气候条件湿润,当K>1.0时,蒸发能力超过降水量,表示气候条件偏于干燥,K越大,蒸发能力超过降水量越多,干燥程度就越严重。依据上述计算的气象和水文要素为因变量(x),时间为自变量(t),建立2个变量之间的一元回归方程,计算模拟序列与原序列的相关系数和要素的变化倾向率。式中:b1.3统计分析采用基本气候状态的统计量和线性趋势估计方法,对研究数据进行了处理与分析。2结果与分析2.1降水变化的基本特征2.1.1年—降水的年代际变化特征表1给出了海北州(祁连、托勒、野牛沟、门源、刚察、海晏6站的平均)年、季各年代的平均降水量和WMO规定的1961—1990年、1971—2000年及1981—2010年的标准气候均值。从表1看出,1981—2010年春、夏、秋、冬季和年降水量的标准气候均值比1971—2000年、1961—1990年分别增加6.1、2.8、2.5、0.2、11.6mm和2.3、9.8、0.5、0.6、13.3mm。与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经历了一个“少雨—少雨—多雨—少雨—多雨”的演变过程,春季、秋季和冬季分别经历了一个“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”的历史变化过程,1960s夏季和冬季、1970s春季、1990s秋季降水偏少的特点比较明显,1960s春季、1980s夏季和2000s秋冬季降水偏多的特点比较明显。2.1.2少雨年份84年、71年、1979年从图1年和四季平均降水量的曲线变化看出,海北州一元线性拟合直线的年和夏季、秋季、冬季降水上升趋势比较直观,春季降水上升趋势不明显。降水的拟合曲线也很直观地反映了1980s年和夏季、2000s年和秋冬季降水显著偏多的特点,以及1960s年和冬季、夏季降水显著偏少特点。从年平均降水量看,2014年、1989年、1998年、1988年为多雨年份,而1991年、1962年、1973年、1980年则为少雨年份。分析图1中降水与年代相关系数以及降水变化倾向率得出,年和春、夏、秋、冬季降水变化的速率均为正值,分别为9.962mm/10a、0.375mm/10a、6.696mm/10a、2.716mm/10a、0.267mm/10a。年和春、夏、秋、冬季降水量与年代的相关系数值分别为0.38、0.04、0.34、0.20、0.24,年和夏季相关系数值通过了a=0.01的显著性水平检验,冬季相关系数值通过了a=0.10的显著性水平检验。这说明海北州境内年和夏季降水变化十分突出,降水显著增加。此外,海北州1980s多数季节、2000s四季降水量增多也导致了对应年代年降水总量的显著偏多。春季、秋季的相关系数值没有通过a=0.10的显著性水平检验。这说明,在全球气候变暖的背景下,海北州降水在季节分配上发生了一些变化,表现为暖季降水显著增加、冷季降水逐步增加,过渡季节降水保持基本稳定或者增加比较缓慢。从以上分析得出,海北州年和夏季降水量稍有增加,而其他季节降水量增加比较缓慢。年和夏季降水量增加的这种变化趋势和新疆维乌尔自治区及河西走廊地区的演变趋势基本一致,但降水量的增加幅度偏小2.1.3降水的平均变率分析统计分析海北州年、季降水平均变率和最大正(负)距平百分率得出(见表2),春、夏、秋、冬四季和年的最大正(负)距平百分率分别为100%、33%、69%、97%和22%(-59%、-20%、-67%、-68%和-22%),分别出现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)时间尺度的春、夏、秋、冬四季和年降水的平均变率分别在17%~26%、8%~13%、13%~30%、25%~42%和5%~11%之间(19%~23%、10%~11%、24%~27%、29%~37%和8%~9%之间),年和夏季降水平均变率相对较小,春季和冬季降水平均变率是夏季的2倍和3倍。由表2可知,春季和冬季1960s—2000s呈减少趋势,夏季、秋季和年呈增加的趋势,春、夏、秋、冬季和年降水变率与年代的相关系数值分别为0.77、0.09、0.35、0.87、0.07,春季和冬季的相关系数值通过了a=0.05的显著性水平检验,其他时段的相关系数值未通过a=0.05的显著性水平检验。这说明春季和冬季降水平均变率呈显著的减少趋势,而夏季、秋季和年降水平均变率变化不明显,基本呈弱的增加趋势。2.2降水的周期和降水情况统计分析海北州≥0.1mm、1.0mm、5.0mm、10.0mm降水出现的平均日数和≥25.0mm、50.0mm降水出现的站次得出,1961—2015年除≥0.1mm平均降水日数呈减少趋势外,其他等级的平均降水日数或出现站次均呈增加趋势(见图2)。≥0.1mm、1.0mm、5.0mm、10.0mm、25.0mm(50.0mm)降水日数与年代(年代际)相关系数值分别为-0.15、0.07、0.34、0.44、0.27(0.35),≥5.0mm、10.0mm、50.0mm相关系数值均通过了a=0.01的显著性水平检验,≥25.0mm相关系数值通过了a=0.05的显著性水平检验,≥0.1mm、1.0mm相关系数值未通过a=0.05的显著性水平检验。这说明,1961年以来,≥5.0mm、10.0mm平均降水日数和≥25.0mm、50.0mm降水出现的站次均呈显著的增加趋势;而≥0.1mm、1.0mm平均降水日数变化不显著,前者呈缓慢的减少趋势,后者呈缓慢的增加趋势。分析图2不同等级降水日数变化的模拟值得出,≥0.1mm(见图2a)平均降水日数变化的速率为负值,其值为0.808d/10a,≥1.0mm、5.0mm、10.0mm(见图2b~d)平均降水日数和≥25.0mm(见图2e)出现站次变化的速率均为正值,其值分别为0.270d/10a、0.712d/10a、0.510d/10a、0.343/10a。海北州全部区域内≥50.0mm(见图2f)降水出现的几率非常小,但局部范围内时常会出现,如1981年7月门源县和海晏县出现暴雨过程,2010年8月海晏县再次出现暴雨过程。分析图2不同等级降水日数的年代际变化曲线得出,与序列平均相比,除1960s≥0.1mm的平均降水日数偏多、1970s≥5.0mm的平均降水日数偏多、1980s≥0.1~10.0mm平均降水日数偏多和≥50.0mm降水出现的站次偏多、1990s≥25.0mm降水出现的站次偏多、2000s≥1.0~10.0mm平均降水日数偏多和≥25.0~50.0mm降水出现的站次偏多外,其他年代其余等级的平均降水日数和出现站次均偏少。从偏多和偏少的演变看,1960s、1970s、1990s多数等级的平均降水日数或者出现站次偏少,而1980s、2000s和近5年多数等级的平均降水日数或者出现站次偏多。≥25.0mm降水出现的站次1990s、2000s和近5年均偏多,即1990s以来,大雨出现的站次稳定增加的特征比较明显。2.3相对湿度和干燥度的变化特征2.3.1物权和数据分析1959—2015年海北州年和四季平均相对湿度变化趋势得出,年和春夏季平均相对湿度呈下降趋势(见图3a~c),其变化的速率分别为-0.048/10a、-0.206/10a、-0.095/10a,秋冬季平均相对湿度呈上升趋势(见图3d~e),其变化的速率分别为0.128/10a、0.209/10a。年和春夏秋冬季平均相对湿度与年代相关系数值分别为0.04、0.17、0.07、0.06、0.08,其相关系数值均未通过a=0.05的显著性水平检验,这说明,年和春夏季平均相对湿度的减小趋势相对较弱,秋冬季平均相对的增加趋势也相对较弱。从平均相对湿度的年代际变化曲线看出(见图3),年和各季平均相对湿度与序列平均值相比,年、春季平均相对湿度1960s、1980s、1990s偏大,而1970s、2000s和近5年偏小;夏季平均相对湿度1980s—1990s偏大,1960s—1970s和2000s和近5年偏小;秋季平均相对湿度1960s—1980s和2000s偏大,1990s和近5年偏小;冬季平均相对湿度的演变趋势与秋季完全相反。年与春季平均相对湿度的相关系数值为0.61,其相关系数值均通过了a=0.001的显著性水平检验。不难看出,年和春季平均相对湿度变化的关系密切,因此两者演变趋势也比较一致。2.3.2干燥度的变化特征。据年龄与年分析1959—2015年海北州年干燥度指数的变化得出(见图3f),年干燥度指数总体呈减小趋势,其变化的速率为-0.136/10a,年干燥度指数与年代相关系数值为0.47,其相关系数值均通过了a=0.001的显著性水平检验,说明1959年以来,海北州区域的年干燥度指数减小的趋势极其显著。对比各年代年干燥度指数与序列平均值得出,1960s、1970s、1990s年干燥度指数相对偏大,海北州境内大气干旱的强度相对较重,1980s、2000s和近5年年干燥度指数相对偏小,海北州境内大气干旱的强度相对减弱。统计结果显示,年蒸发量与年代相关系数值为0.51,其相关系数值均通过了a=0.001的显著性水平检验,年降水量与年代相关系数值为0.38,其相关系数值通过了a=0.05的显著性水平检验(见图1a),年蒸发量呈减小趋势,而年降水量呈增多趋势。不难看出,年蒸发量减小和年降水量增加是年干燥度指数减小的直接成因,从统计检验的结果看,年蒸发量占比相对偏大。2.4主要河流路径和湖泊水位的变化特征2.4.1年际变化特征分析海北州布哈河(见图4a)和沙柳河(见图4b)年平均流量的年际变化得出,布哈河和沙柳河年平均流量总体呈上升趋势,其变化速率分别为0.805m布哈河和沙柳河年平均流量的最小值分别为6.3m2.4.2—青海湖水位的变化特征分析青海湖年平均水位的年际变化得出(见图4c),青海湖年平均水位总体呈下降趋势,其变化的速率为-0.527m/10a,年平均水位与年代相关系数值为0.85,其相关系数值通过了a=0.001的显著性水平检验。这说明1959年以来,青海湖年平均水位的减小趋势极其显著。从图4c看出,青海湖年平均水位的阶段性变化比较突出,1959—2004年为显著的下降阶段,期间曾出现短暂的水位上升过程(1966—1967年、1981—1983年、1988—1990年),2005—2015年为水位的缓慢上升过程,个别年份曾出现下降(2014年),最高的平均水位为3196.55m,出现在1959年,最低水位为3192.87m,出现在2004年。与序列年平均水位相比,1960s—2000s的平均水位,分别经历了一个“高水位—高水位—低水位—低水位—低水位”的历史变化过程。分析青海湖年平均水位变差(n青海湖年平均水位变差的最大差值为0.36,出现在2012年,其最小差值为0,分别出现在1975年和2007年。与序列平均相比,1960s—2000s年平均水位变差(见图4d),分别经历了一个“负位相—负位相—正位相—负位相—正位相”的历史变化过程。1970s—2000s布哈河和沙柳河年平均流量“偏枯—偏丰—偏枯—偏丰”的年代变化趋势与青海湖年平均水位变差“负位相—正位相—负位相—正位相”的年代变化趋势比较一致。1960s布哈河和沙柳河年平均流量偏丰、青海湖年平均水位变差为负位相,二者的变化趋势相反。1961—2014年布哈河和沙柳河年平均流量距平符号与青海湖年平均水位变差距平符号相同的概率分别为74%、72%,布哈河、沙柳河年平均流量与青海湖年平均水位变差的相关系数值分别为0.59、0.61,其相关系数值均通过了a=0.001的显著性水平检验。从以上这些分析得出,布哈河和沙柳河年平均流量是影响青海湖年平均水位变差的最关键因素,而海北州区域内的年平均降水量又是影响年平均流量的最重要因素。2.5最大冻土深度由年(见图5a)和最冷月(见图5b)平均最大冻土深度变化得出,年和最冷月平均最大冻土深度均呈减小趋势,其变化速率分别为5.712cm/10a、6.402cm/10a,年和最冷月平均最大冻土深度与年代的相关系数分别为0.55、0.67,其相关系数值均通过了a=0.001的显著性水平检验。这说明1961年以来,年和最冷月平均最大冻土深度均呈极显著的减小(冻土厚度变浅)趋势。与序列平均相比,1960s—2000s(见图5a)最冷月和年(见图5b)平均最大冻土深度均经历了一个“偏大—偏大—偏大—偏小—偏小”的历史变化过程。年平均最大冻土深度为229cm,出现在1983年,年平均最小冻土深度为165cm,出现在2006年和2007年。最冷月平均最大冻土深度为200cm,出现在1983年,最冷月平均最小冻土深度为135cm,出现在2008年。2007年最冷月平均最大冻土深度为143cm,为次小异常气候值。年度和最冷月平均最大冻土深度的正异常的气候值出现年份比较一致,年度和最冷月平均最大冻土深度的负异常的气候值出现年份存在差异,2007年一致,而2006年不一致。年平均降水量与年平均最大冻土深度、最冷月平均最大冻土深度的相关系数值分别为-0.27、-0.32,其相关系数值均通过了a=0.05的显著性水平检验。1980s多雨、1990s少雨,同时段的平均最大冻土深度分别为偏大和偏小,即1980s、1990s年降水量和年(或最冷月)平均最大冻土深度的演变趋势相反,这是造成两者相关程度相对较高的直接因素。4青海湖流域降水高效变化特征通过上述海北州地区水资源的试验数据分析,得到以下4个方面的研究结论。(1)在年际时间尺度上,1959年以来,年降水平均变率和年平均相对湿度呈减小趋势,年干燥度指数和年平均最大冻土深度呈极其显著的减小趋势(冻