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《西北师范大学》 2016年
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1980-2014年黄土高原霜冻时空变化及冬小麦晚霜冻危险性研究

马琼  
【摘要】:霜冻是受温度控制且对农业有密切影响的一种自然现象,它的时空分布可以反映一定时间内的温度变化,尤其可指示极端最低气温的变化。霜冻害是严重威胁农业生产的灾害之一,全国每年因霜冻造成的经济损失十分严重。本文选取了60个气象站点的地面0cm最低气温分析1980-2014年黄土高原地区初霜日(FFD)、终霜日(LFD)、霜日(FD)和无霜日(NFD)的年际变化、空间分布及海拔和纬度对霜冻指数的影响;并以冬小麦拔节期为界,划分霜冻等级,统计不同等级霜冻发生的频率、过程积霜和,在此基础上对黄土高原不同等级霜冻的冬小麦晚霜冻害的危险性进行分析。通过研究主要得到以下结论:(1)黄土高原地区近34年来初霜日以3.15/10a速率推迟、终霜日以-2.89/10a速率提前、霜日以-5.95/10a速率减少而无霜日以6/10a速率增加。就黄土高原的四个区域而言,河谷平原区是初霜日推迟、霜日减少、无霜日增加最快而终霜日提前最慢的区域;相反黄土高原沟壑区是初霜日推迟、霜日减少、无霜日增加最慢,但终霜日提前最快的区域。在0.05置信度水平下,河谷平原区和黄土高原沟壑区初霜日在2004年发生突变,黄土丘陵沟壑区和土石山区的初霜日在2003年发生突变;4个区终霜日的突变年份各不一致,河谷平原区没有发生突变,黄土高原沟壑区、黄土丘陵沟壑区和土石山区发生突变的年份分别是2005年、1998年和1999年;4个区霜日和无霜日的突变年都为2001年。就年代际变化方面,初霜日在2000年以后推迟的最快,80年代次之;终霜日在80年代缓慢推迟却在90年代快速提前;霜日随年代增加而减少的越快,无霜日随年代的增加而增加的越快。(2)近34年来,黄土高原发生偏早、特早初霜冻的概率分别为14.71%、2.94%,初霜日的绝对变率为4.92天,河谷平原区初霜冻的变化幅度最大,其次是土石山区,黄土高原沟壑区变化幅度最小,发生异常初霜冻的年份多集中在90年代。而黄土高原发生偏晚、特晚终霜冻的频率分别为20.59%、2.94%,终霜日的绝对变率为4.44天,河谷平原区终霜冻的变化幅度最大,其次是黄土丘陵沟壑区,土石山区变化幅度最小,发生偏晚、特晚终霜冻的年份多集中在80年代。(3)近34年黄土高原地区初霜日期分布呈北早南晚、西早东晚的趋势,而终霜日与初霜日的分布正好相反;黄土高原地区霜日数分布呈北多南少、西多东少的趋势,而无霜日数与此正好相反。初霜日与无霜日数和海拔和纬度呈负相关关系,终霜日和霜日数与海拔和纬度呈正相关关系。地理位置中,纬度对四种指数的影响要大于海拔,在纬度一致的情况下,海拔越高初霜日越早,终霜日越晚,霜日越多,无霜日越少。海拔一致的情况下,纬度越高初霜日越早,终霜日越晚,霜日越多,无霜日越少。(4)近34年来黄土高原冬小麦拔节后不同等级霜冻发生的频率基本都是北高南低,其中重度霜冻频率在黄土高原西部呈马鞍形分布,在东部由南向北递增。除河谷平原区外,黄土高原发生轻度霜冻的频率为80%以上;中度、重度霜冻发生高频区的范围在减小。总体来说,河谷平原区的关中盆地是发生霜冻频率最小的区域,而鄂尔多斯高原、山西高原的山地和青海山地是发生霜冻频率最高的区域,其他区域山地比河谷、盆地发生霜冻的频率高。这三种不同等级的霜冻频率相比,黄土高原轻度霜冻发生高频率的范围大,重度霜冻发生的低频率的范围大,中度霜冻居中。(5)黄土高原不同等级霜冻的过程积霜在空间上的分布总体具有南低北高的特征,其中在黄土高原西南部呈高-低-高的马鞍形分布特征。各等级过程积霜的高值都在山区,低值都在纬度低的盆地河谷内。观测各站点不同等级霜冻的过程积霜和说明纬度低的区域以轻度、中度霜冻为主,而纬度高的区域以重度霜冻为主。在过程积霜和的时间变化方面,黄土高原近34年来重度霜冻、中度霜冻和轻度霜冻的过程积霜和分别以-7.61/10a、-0.34/10a、-0.25/10a的速率减小。各等级霜冻的过程积霜,和最大、灾情最重的年份都发生在90年代,如1990、1993、1995、1996年。受轻度霜冻害影响较重的区域为黄土高原沟壑区,受中度和重度霜冻影响较重的区域都是黄土丘陵沟壑区。(6)1980-2014年冬小麦晚霜冻致灾因子危险性指数(FI)在黄土高原上的分布均是北高南低、西高东低,从平原到山地增加的趋势。随着霜冻等级的升高,霜冻致灾因子危险性指数(FI)在黄土高原东西间的差异变小、南北间的差异越明显,霜冻高危险区向北移,而次低、低危险区的范围逐渐扩大,且主要分布在黄土高原的南部地区。轻度霜冻的高危险区在黄土高原的西南部,分别是青海南山和六盘山,低危险区在黄土高原的东南部盆地、河谷内,轻度霜冻分布最广泛的是中危险区。中度霜冻的高危险区分布在黄土高原的西南和东北,且主要以西南的六盘山为主、青海山地次之,低危险区分布于黄土高原南部的盆地、河谷及其分水岭,面积较轻度霜冻低危险区大。重度霜冻的高危险区分布于黄土高原东北部的太行山北部山地,次低、低危险区分布于39°N以南的黄土高原地区,相较于轻度、中度霜冻,重度霜冻的高危险区北移且面积减少,次低、低危险区面积显著扩大。
【关键词】:黄土高原 霜冻指数 时空分布 霜冻害 危险性评价
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S512.11;S425
【目录】:
  • 摘要9-12
  • ABSTRACT12-15
  • 1 绪论15-24
  • 1.1 选题背景及意义15-16
  • 1.2 国内外研究进展16-22
  • 1.2.1 霜冻指标研究进展17-19
  • 1.2.2 霜冻害研究进展19-22
  • 1.3 研究目的及研究内容22-23
  • 1.4 技术路线23-24
  • 2 研究区概况与资料方法24-33
  • 2.1 研究区概况24-25
  • 2.1.1 地理位置24-25
  • 2.1.2 地势地貌25
  • 2.1.3 气候特征25
  • 2.1.4 土壤状况25
  • 2.2 研究资料25-28
  • 2.3 研究方法28-33
  • 2.3.1 各指标计算方法28-30
  • 2.3.2 气候倾向率法30
  • 2.3.3 Mann-Kendall突变检验法30-31
  • 2.3.4 多元回归分析法31-32
  • 2.3.5 相关性分析32
  • 2.3.6 反距离权重插值与DEM修正32-33
  • 3 黄土高原地区霜冻指数的时空变化33-56
  • 3.1 初霜日变化特征33-39
  • 3.1.1 平均初霜日期年际变化及突变检验33-35
  • 3.1.2 平均初霜日期空间分布特征35-36
  • 3.1.3 地理位置对平均初霜日期分布的影响36-38
  • 3.1.4 异常初霜冻的特征分析38-39
  • 3.2 终霜日变化特征39-45
  • 3.2.1 平均终霜日期年际变化及突变检验39-41
  • 3.2.2 平均终霜日期空间分布特征41-42
  • 3.2.3 地理位置对平均终霜日期分布的影响42-43
  • 3.2.4 异常终霜冻的特征分析43-45
  • 3.3 霜日变化特征45-49
  • 3.3.1 平均霜日数年际变化及突变检验45-47
  • 3.3.2 平均霜日数空间分布特征47-48
  • 3.3.3 地理位置对平均霜日数的影响48-49
  • 3.4 无霜日变化特征49-54
  • 3.4.1 平均无霜日数年际变化及突变检验49-52
  • 3.4.2 平均无霜日数空间分布特征52
  • 3.4.3 地理位置对平均无霜日数的影响52-54
  • 3.5 本章小结54-56
  • 4 黄土高原冬小麦晚霜冻危险性分析56-71
  • 4.1 不同等级霜冻频率分布特征56-59
  • 4.1.1 轻度霜冻频率分布特征56-57
  • 4.1.2 中度霜冻频率分布特征57-58
  • 4.1.3 重度霜冻频率分布特征58-59
  • 4.2 不同等级霜冻过程积霜的时空变化特征59-66
  • 4.2.1 不同等级霜冻过程积霜的空间变化59-62
  • 4.2.2 不同等级霜冻过程积霜的时间变化62-66
  • 4.3 黄土高原冬小麦晚霜冻致灾因子危险性评价66-69
  • 4.4 本章小结69-71
  • 5 主要结论与展望71-75
  • 5.1 主要研究结论71-73
  • 5.2 研究不足与展望73-75
  • 参考文献75-79
  • 附录79-80
  • 致谢80-81

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