黄河典型区域干湿复合事件的演变及其对植被的影响研究

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与单一的干旱或洪水灾害相比,干湿复合事件可能对作物生产和粮食安全等造成更加不利的影响。然而当前研究对不同时间尺度的干湿复合事件的演变特征的关注不足,且其驱动因素及诱发的灾害损失亦尚未揭示清楚。本研究首先以黄河流域典型区域为例,采用标准化降水指数(SPI)识别相邻季节(春-夏、夏-秋、秋-冬、冬-春)间的干湿事件并应用Copula函数计算两种情景(中度与重度互转)下的干转湿、湿转干、连干和连湿事件的联合重现期;采用Mann-Kendall趋势检验方法探究其重现期在31年时间序列窗口的动态演变;利用Copula似然比法和交叉小波方法探究干湿复合事件的驱动力。其次,以黄河流域的最大支流(渭河流域)为例,通过定义长周期的旱涝急转指数识别该流域汛期旱涝急转(DFAA)事件,并探究该事件的时空演变规律及未来趋势变化;构建定量和定性相结合的框架全面评估DFAA事件变化的驱动因素。最后,基于渭河流域1982-2013年GIMMSNDVI 3g数据分析渭河流域年、月尺度植被覆盖的动态变化;确定植被对春-夏和夏-秋季节DFAA事件的最佳响应时间;并构建概率框架模型定量评估DFAA事件胁迫下植被发生不同程度损失的可能性。本文取得的主要研究成果如下:(1)春-夏和夏-秋季节易发生连干(湿)事件,秋-冬和冬-春季节发生干湿复合事件的概率基本相同;龙羊峡以上和花园口以下频繁发生连湿事件,而内流区更容易发生连干事件。(2)高频次的干湿复合风险降低,低频次的复合事件风险增加;相邻季节SPI序列相依结构的变化与厄尔尼诺/南方涛动相关性最强,北极涛动次之,太阳黑子最弱,表明厄尔尼诺/南方涛动对黄河流域相邻季节间干湿复合事件的动态具有主导作用。(3)渭河流域汛期以涝转旱(FTD)事件为主,且渭河上游和泾河流域在1976年前均以旱转涝(DTF)事件为主;空间上,渭河流域DTF事件的频次自西南向东北呈现为“少-多-少”的变化特征,且空间分布存在明显差异,DTF事件反之;2010年后渭河流域趋于发生DTF事件,且该事件更容易发生于泾河东部和北洛河流域;与其他气象因子相比,平均水汽压是DFAA事件的主导因子,而在多个遥相关因子中,北极涛动对DFAA动态的影响较大。(4)1982-2013年渭河流域植被覆盖状况整体有所好转,且2000年后流域NDVI的增长趋势更为明显;流域月均NDVI整体呈现弱单峰的变化趋势,4-10月的植被活力最好;流域NDVI分布呈现自西北向东南逐渐增加的态势,且渭河中下游和延安南部等区域的植被覆盖率更高。(5)相比于DTF事件,FTD事件对该流域植被的抑制作用更大;渭河流域植被覆盖对DFAA事件的滞后响应时间总体超过4个月;在相同的植被损失情景下,渭河流域春-夏季节DFAA事件胁迫下的植被损失概率总体高于夏-秋季节,表明该流域的植被活力对春-夏季节DFAA事件更加敏感;空间上,泾河流域的植被活力对FTD事件的敏感性较高,相反的,渭河下游植被对夏-秋FTD事件的具有较强的抵御能力。在春-夏和夏-秋季节DTF事件胁迫下,渭河上游和渭河中下游流域的植被易损性较高,应当引起足够的关注。
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