基于信息扩散理论和多重分形理论的区域干旱特征分析
发布时间：2020-04-07 23:21
【摘要】：干旱是我国最常见、影响最大的气候灾害之一,尤其近年来我国干旱事件频发,对我国的农业造成严重的影响。《气象》刊载的我国每年的气候概况指出,我国每年遭受的自然灾害中干旱事件年年在列,且其造成的受灾人口和农作物受灾面积也最为广泛,因而对干旱事件进行有效的监测、预测以及对其造成的影响进行定量评估俨然成为国内干旱科研工作者研究的核心和焦点。鉴于此,本文基于多重分形理论,以干旱事件重现期为主要参考因子,对干旱事件的发生进行非线性概率预测；并结合旱灾所引起的农业损失对不同等级的干旱事件所造成的影响进行半定量化评估,以期从更多的视角为我国干旱事件的预测和评估提供科学参考,从而减少干旱灾害对我国农业经济的影响。东北地区为我国的重要粮仓,而近年来我国西南地区也饱受干旱的侵扰,因此本文主要针对这两个地区进行干旱特征分析。对干旱评估而言,本文基于信息分配和扩散理论,结合标准化降水指数和东北三省(黑龙江、吉林、辽宁)旱灾灾损指数,综合考虑气象因子与社会因子,分析我国东北三省1971-2012年的干旱脆弱性特征,并以此来实现干旱与灾损的对应,从而完成定量化评估。使用信息分配方法估计干旱强度概率分布,采用二维正态信息扩散方法构造了干旱强度与旱灾灾损的脆弱性关系,将干旱强度的概率分布与脆弱性折线相乘求和(离散分布)或积分(连续分布)即可得到多年平均风险。研究表明,针对灾损的小样本事件引入信息分配和扩散方法对小样本数据进行分析,获取的干旱强度概率分布比简单直方图法所得更加平滑,而以事件为因灾损为果得到干旱强度-旱灾灾损的脆弱性关系,物理意义明确,所得脆弱性关系折线也比较符合实际情况,并且不同样本长度所得结果相近,对样本长度不敏感,较好的克服了小样本分析的不稳定性。对干旱事件的预测则依据多重分形理论中的自相似特征,采用多重分形去趋势涨落分析法(MFDFA),结合由中国气象局公布的我国西南地区303个站点1961-2012年的逐月降水数据所计算的标准化降水指数(SPI),对我国西南地区的干旱事件重现期进行非线性特征分析来实现。结果表明：我国西南地区SPI具备多重分形性以及长程相关性,且此性质不受时间尺度的影响；干旱事件重现期的概率密度表现为幂律衰减特征,并且干旱事件重现期自相关系数也具有幂律衰减特征,表明干旱事件重现期存在一定记忆性且记忆性逐渐衰弱；在此基础上进一步提出了基于多重分形特征以及长程相关性的干旱风险指数,该指数反映了历史干旱事件重现期的概率分布及其记忆性特征,可以描述未来干旱事件风险,该风险指数本质上是干旱事件的发生与否的概率预测。
【图文】：
Ｗ及农作物总播种面积，数据来自于中国种植业信息，空间上Ｗ省为单位；气象数据为我国东北地区１３５１９６１年１月－２０１２年口月，数据来自于中国气象局国，吉林省４０站，江宁省４６站，站点空间分布如图３．
图３．２黑龙江省干旱时长、干旱强度与旱灾受灾率／成灾率相关。（ａ）干旱时长与受灾率相关系数；化）逡逑干旱强度与受灾率相关系数；（Ｃ）干旱时长与成灾率相关系数；（ｄ）干旱强度与成灾率相关系数逡逑图３．２为黑龙江省干旱时长、干旱强度与旱灾受灾率／成灾率的相关。图中横坐标Ｓ表逡逑示阔值，纵坐标表示相关系数，虚线表示化０５的信度，实线表示０．０１的信度。由图３．２邋（ａ）、逡逑（Ｃ）可知，干旱时长与受灾率及成灾率的相关系数波动较大，而干旱强度与受灾率及成灾逡逑率的相关系数波动较小，因干旱强度是ＳＰＩ小于其阔值Ｓ的累加（式（３．３）所示），因此逡逑干旱强度Ｑ在一定程度上也反映了干旱时长，故本章工作选用干旱强度作为气象干旱的表逡逑征指标。由图３．２邋（ｂ）、（ｄ）可知，不同时间尺度ＳＰＩ得到的干旱强度均随Ｓ减小而先略逡逑微X棿笤傺杆偌跣。缤迹常插澹ǎ猓┧荆保樱剑郏保埃埃保菔保樱校桑场ⅲ樱校桑逗停樱星芍甘藻义嫌Φ南喙叵凳洗蟆Ｍ募扑懔思质『陀啬〔煌奔涑叨龋樱校傻玫降母珊登慷扔牒靛义显质茉郑稍致实南喙匦裕鱿郑樱校桑场ⅲ樱校桑逗停樱校桑怪甘杂Φ南喙叵凳洗螅时菊洛义显谥蠓治龈珊岛秃翟种涞墓叵凳辈捎茫樱校桑场ⅲ樱校桑逗停樱校桑怪甘杂Φ母珊登慷壤唇义闲醒芯俊ｅ义先缜八
本文编号：2618527
【图文】：
Ｗ及农作物总播种面积，数据来自于中国种植业信息，空间上Ｗ省为单位；气象数据为我国东北地区１３５１９６１年１月－２０１２年口月，数据来自于中国气象局国，吉林省４０站，江宁省４６站，站点空间分布如图３．
图３．２黑龙江省干旱时长、干旱强度与旱灾受灾率／成灾率相关。（ａ）干旱时长与受灾率相关系数；化）逡逑干旱强度与受灾率相关系数；（Ｃ）干旱时长与成灾率相关系数；（ｄ）干旱强度与成灾率相关系数逡逑图３．２为黑龙江省干旱时长、干旱强度与旱灾受灾率／成灾率的相关。图中横坐标Ｓ表逡逑示阔值，纵坐标表示相关系数，虚线表示化０５的信度，实线表示０．０１的信度。由图３．２邋（ａ）、逡逑（Ｃ）可知，干旱时长与受灾率及成灾率的相关系数波动较大，而干旱强度与受灾率及成灾逡逑率的相关系数波动较小，因干旱强度是ＳＰＩ小于其阔值Ｓ的累加（式（３．３）所示），因此逡逑干旱强度Ｑ在一定程度上也反映了干旱时长，故本章工作选用干旱强度作为气象干旱的表逡逑征指标。由图３．２邋（ｂ）、（ｄ）可知，不同时间尺度ＳＰＩ得到的干旱强度均随Ｓ减小而先略逡逑微X棿笤傺杆偌跣。缤迹常插澹ǎ猓┧荆保樱剑郏保埃埃保菔保樱校桑场ⅲ樱校桑逗停樱星芍甘藻义嫌Φ南喙叵凳洗蟆Ｍ募扑懔思质『陀啬〔煌奔涑叨龋樱校傻玫降母珊登慷扔牒靛义显质茉郑稍致实南喙匦裕鱿郑樱校桑场ⅲ樱校桑逗停樱校桑怪甘杂Φ南喙叵凳洗螅时菊洛义显谥蠓治龈珊岛秃翟种涞墓叵凳辈捎茫樱校桑场ⅲ樱校桑逗停樱校桑怪甘杂Φ母珊登慷壤唇义闲醒芯俊ｅ义先缜八
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