1961～2013年华北地区气象干旱时空变化及其成因分析

摘要........................................................................................................................................... I Abstract................................................................................................................................... III 第一章绪论 (1)

1.1研究背景及意义 (1)

1.2国内外研究进展 (3)

1.2.1 气象干旱指标研究进展 (4)

1.2.2 气象干旱灾害研究进展 (7)

1.2.3 气象干旱成因研究进展 (9)

1.3 研究目的及研究内容 (10)

1.4 技术路线 (11)

第二章研究区概况与资料方法 (12)

2.1 研究区概况 (12)

2.1.1 地理位置与地貌 (12)

2.1.2 气象与水文 (12)

2.1.3 自然资源状况 (13)

2.1.4 自然灾害状况 (13)

2.2 研究资料 (13)

2.3 研究方法 (16)

2.3.1 干旱指数计算方法 (16)

2.3.2 数据分析方法 (21)

第三章华北地区气象干旱指标适用性研究 (27)

3.1 华北地区降水量和气温的EOF分析 (27)

3.1.1 华北地区降水量的EOF分析 (27)

3.1.2 华北地区气温的EOF分析 (28)

3.2 华北地区代表气象站点选取 (29)

3.3 华北地区四种干旱指数适用性分析 (30)

3.3.1 四种干旱指数在不同代表气象站点的状况 (31)

3.3.2 四种干旱指数与灾害大典统计实况对比 (39)

3.4 本章小结 (43)

第四章华北地区近50年气象干旱特征分析 (45)

4.1 SPEI指数年际变化及突变检测 (45)

4.2 干旱时间分布特征 (47)

4.3 干旱空间分布特征 (53)

4.4 干旱强度分布特征 (54)

4.5 不同等级干旱分布特征 (56)

4.5.1 极端干旱分布特征 (56)

4.5.2 中度干旱分布特征 (58)

4.5.3 轻度干旱分布特征 (60)

4.6 本章小结 (62)

第五章华北地区气象干旱成因分析 (63)

5.1 地理环境特征的影响 (64)

5.2 大气环流变化的影响 (64)

5.2.1 夏季风变化的影响 (64)

5.2.2 ENSO事件的影响 (66)

5.3 全球变化的影响 (73)

5.3.1 快速城市化对华北地区干旱的影响 (73)

5.3.2 全球变暖对华北地区干旱的影响 (74)

5.4本章小结 (75)

第六章主要结论与展望 (77)

6.1主要研究结论 (77)

6.2研究不足与展望 (78)

参考文献 (80)

作者硕士学习期间科研、学术成果简况.............................................................................. V I 致谢..................................................................................................................................... VIII

摘要

干旱灾害是地球上空间范围较广、持续时间较长、对社会经济和环境影响最严重的自然灾害。中国干旱灾害造成的经济损失占所有自然灾害的50%，是中国居于首位的气象灾害。华北地区不仅是中国的政治、经济和文化中心，又是中国重要的商品粮生产基地，而该地区属于暖温带半干旱半湿润季风气候区，降水量时空分布不均，年际变化大，气象干旱发生频率位居全国之首。从20世纪80年代开始至今，华北地区干旱不断加剧，20世纪90年代后期以来更是连年出现旱灾，干旱已成为该地区粮食产量稳定上升的重要限制因素。为缓解气象干旱对农作物的影响，抽取地下水灌溉成为了华北地区抗旱保产的主要措施。大面积的抽取地下水，导致地下水水位迅速下降引发了严重的水文干旱。基于此，本研究通过分析气象干旱综合指数（CI）、标准化降水蒸散指数（SPEI）、标准化降水指数（SPI）、降水Z指数在华北地区的区域适用性，选择适宜的干旱指数，采用1961~2013年69个地面观测站气象资料，分析了华北地区不同时间尺度、不同季节、不同年代际、不同等级的气象干旱时空变化及其强度特征。从地理环境特征、大气环流变化、全球变化三个方面分析了华北地区气象干旱的主要成因。在充分认识华北地区气象干旱时空变化特征和成因的基础上，掌握气象干旱的发生、发展规律，对华北地区干旱评估及水资源管理提供科学支撑，从而提高农业用水（地下水）效率，保证华北地区粮食稳定高产，为国家粮食安全提供保障。通过研究主要得出以下结论：（1）通过EOF分析显示，华北地区选取降水量代表气象站点分别为张家口、青龙、南阳、莒县和泰山，气温代表气象站点分别为西峡、遵化、蔚县和五台山。通过对比CI、SPEI、SPI和Z指数对华北地区不同区域年、春、夏、秋、冬及月尺度干旱的表征状况表明，CI、SPI和Z指数不能较好的表征整个华北地区各时间尺度气象干旱发生状况，计算结果存在较大误差。根据华北地区9个代表气象站点计算出的四种干旱指数比照《中国气象灾害大典》统计数据显示，在四个研究分区中，SPEI指数表征的干旱发生状况与实际吻合率最高，分别为57.41％、60.78％、57.06％和66.99％。综合研究结果表明，SPEI指数表征华北地区不同区域各种时间尺度气象干旱发生效果最好，Z指数效果最差。

（2）近53年来华北地区不同区域SPEI值均呈下降趋势，西北部山地、京津冀、河南和山东半岛地区年平均SPEI指数分别以0.17/(10a) 、0.14/(10a)、0.07/(10a)和0.10/(10a)的速率减小。在0.05置信度水平下，西北部山地和京津冀地区年平均SPEI 分别在1986和1991年发生突变，但突变具有不确定性，山东半岛地区在1975年发生十分显著的突变，而河南地区年平均SPEI未发生突变。华北地区年、春、夏、秋、冬