河南省农业干旱风险分析关键技术研究

图书标准信息

• 作者 陈海涛 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2017-06
• 版次 31
• ISBN 9787030530127
• 定价 80.00元
• 装帧 平装
• 开本 32开
• 纸张 胶版纸
• 页数 176页
• 字数 220千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

　　本书通过对河南省历史降水量等水文、气象资料的统计分析，挖掘河南省在研究期内的干旱空间和时间分布特征；揭示研究区域干旱的成灾机理与灾变规律；采用能够反映干旱给农业造成损失的评估指标对研究区域进行干旱频率分析；基于区域灾害系统理论，构建能够反映旱灾成因机理的农业旱灾脆弱性评价指标体系，研究河南省农业干旱灾害脆弱性

【目录】

前言

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究的意义

1.3国内外研究现状

1.3.1干旱与旱灾

1.3.2干旱评价指标

1.3.3自然灾害风险研究

1.3.4农业干旱风险研究

1.3.5农业干旱预报、预警研究现状

1.4主要研究内容与方法

1.4.1研究内容

1.4.2研究方法

第2章河南省干旱时空特征分析

2.1地理位置及行政区划

2.2研究方法

2.2.1月尺度降水距平百分率

2.2.2Z指数

2.3干旱特征分析

2.3.1降水量分布及趋势分析

2.3.2时间特征分析

2.3.3空间特征分析

2.3.4对比分析

2.4结论

第3章河南省农业干旱演变规律及成灾机理分析

3.1河南省农业干旱特点及规律

3.1.1季节性特点

3.1.2频率和受灾面积特点

3.1.3持续性特点

3.1.4区域性特点

3.1.5历史典型干旱分析

3.2河南省农业干旱成灾机理分析

3.2.1孕灾环境

3.2.2致灾因子

3.2.3承灾体

3.3本章小结

第4章河南省典型灌区农业干旱频率分析

4.1基于最大熵原理的区域农业干旱度概率分布研究

4.1.1农业干旱程度评价指标

4.1.2最大熵原理在概率分布模型上的应用

4.1.3基于最大熵原理的蒙特卡罗法在农业干旱度研究上的应用

4.1.4渠村灌区农业干旱度概率分布研究

4.2基于作物生育阶段降雨量的区域农业干旱频率分析

4.2.1Copula理论

4.2.2作物干旱指标与生育阶段降雨量

4.2.3基于生育阶段降雨量的两变量联合分布及检验

4.2.4二维组合概率和重现期

4.2.5渠村引黄灌区农业干旱频率分析

4.3本章小结

第5章河南省农业干旱脆弱性评价

5.1农业干旱脆弱性

5.1.1干旱脆弱性与干旱灾害

5.1.2区域农业旱灾脆弱性的形成机理

5.1.3农业干旱脆弱性研究进展

5.2农业干旱脆弱性评价指标体系

5.2.1指标体系构建原则

5.2.2指标体系的构建

5.3可变模糊综合评价理论

5.3.1可变模糊集理论

5.3.2可变模糊分析评价模型

5.4河南省农业旱灾脆弱性评价

5.4.1研究区基本情况

5.4.2评估指标的分级

5.4.3评价指标权重

5.4.4相对隶属度计算

5.4.5结果分析

5.5本章小结

第6章基于改进突变评价法的河南省农业干旱风险研究

6.1突变理论

6.2突变理论的综合评价模型

6.3河南省农业干旱风险评价

6.3.1调整初始综合值的突变评价方法

6.3.2农业干旱风险评价指标体系

6.3.3基于突变理论的多准则评价步骤

6.3.4数据来源

6.3.5底层指标数据的标准化

6.3.6等级刻度的计算

6.3.7常规突变评价值与其调整值的计算

6.3.8农业干旱风险综合评价值调整前后对比分析

6.4河南省粮食产量风险等级评价

6.4.1利用拟合函数改进的突变评价方法

6.4.2改进的突变评价法的计算步骤

6.4.3数据来源

6.4.4底层指标数据标准化

6.4.5构建拟合函数关系式

6.4.6改进的突变综合评价值计算

6.4.7评价结果对比分析

6.5本章小结

第7章基于自然灾害指数法的河南省农业干旱风险综合评价

7.1研究方法及数据来源

7.1.1研究方法

7.1.2数据来源

7.2农业干旱风险评价概念框架

7.3河南省农业干旱风险评价指标体系

7.3.1指标选取的基本原则

7.3.2评价指标选取

7.3.3指标体系权重的确定

7.4农业干旱灾害评价模型建立

7.5各单因子评价

7.5.1危险性因子评价

7.5.2暴露性因子评价

7.5.3脆弱性因子评价

7.5.4抗旱能力因子评价

7.6农业干旱风险综合评价

7.7本章小结

第8章基于灾害系统理论的河南省农业旱灾风险评估

8.1农业旱灾风险评估方法

8.1.1农业旱灾危险性

8.1.2农业旱灾脆弱性

8.1.3农业旱灾风险评估模型

8.2河南省农业旱灾危险性分析

8.2.1Copula函数概述

8.2.2干旱特征单变量概率分布

8.2.3多变量联合特性分析

8.2.4农业旱灾危险性

8.3河南省农业旱灾脆弱性评价

8.4河南省农业旱灾风险评估

8.5本章小结

第9章区域农业干旱预报、预警研究

9.1基于云模型的区域中长期降雨预测研究

9.1.1基于云模型进行预测的基本概念

9.1.2云模型在降雨预测中的应用

9.1.3算例

9.2基于两种模型的区域旱情预警研究

9.2.1研究方法介绍

9.2.2实例分析

9.3本章小结

第10章结论

参考文献

内容摘要
    **章绪论

    1.1 研究背景

    干旱是优选范围内频繁发生的一种自然灾害，具有发生频率高、影响范围广、持续时间长、产生危害大等特点，它对人类生活、农业生产和社会经济发展的影响超出了其他任何自然灾害［1］。据统计，优选已有超过50%的陆地面积遭受过干旱，每年因旱造成的经济损失近80亿美元，仅20世纪全世界就有多达1100多万人因干旱而死亡，受干旱影响的人数更是超过20亿。近年来，在优选温室效应加剧及水资源需求持续增长的背景下，干旱灾害在许多国家和地区的发生频率、致灾强度和影响范围显著增加，已成为制约经济社会可持续发展的主要因素之一［2］。

    中国大陆东临太平洋，西部又有世界屋脊之称的青藏高原，陆海大气系统的相互作用关系极其复杂，天气形势异常多变，降水时空分布严重不均，这些特点决定了我国在历目前就是一个旱灾严重的国家。自公元前206年至公元1949年的2155年间，中国平均每两年会发生1次较大旱灾。1950～1990年的41年间，中国有11年发生了特大干旱，占比为 27%。1990～2010年的21年间，我国发生严重、特大旱灾的年份为11年，占比为52%，旱灾发生频次呈现明显增长趋势［3］。

    干旱灾害不仅发生频次高，也是造成我国农业损失*严重的自然灾害类型之一。据统计，自1950年至2012年，全国农业年均因旱受灾面积0.21亿公顷，约占各种气象灾害总受灾面积的60%［4］。年均因旱损失粮食161.6亿公斤，占全部自然灾害所造成粮食损失的60%以上，且呈明显增长趋势［5］。特别是20世纪90年代以来，我国干旱缺水问题日益严峻，干旱灾害造成的损失和影响亦越来越严重。继1997年发生全国性特大干旱后，2000年、2001年连续两年发生全国性特大干旱。2002年山东发生特大干旱；2003年南方的湖南、江西、福建、浙江发生了严重的夏伏旱；2004年广西、广东、海南发生了严重的秋冬旱；2005年云南发生严重春旱；2006年重庆和四川东部等地发生百年不遇的特大夏伏旱。2007年是华北西北部、东北大部、江南大部发生严重干旱。从2008年11月至2009年2月，中国冬麦区经历了一次历史罕见的干旱灾害，全国近43%的小麦产区受旱，河南、安徽、山东、河北、山西、陕西、甘肃等七个主产区小麦受旱1.43亿亩，比上年同期增加1.34亿亩。2010年大旱导致除四川以外的西南五省区市，至少218万人返贫，经济损失超过350亿元。2010年10月起，冬麦区降水异常偏少，截至2011年1月28日，全国作物受旱面积7740万亩，仅河南、山东两省受旱面积就达4584万亩，占全国受旱面积的59%。2012年我国西南、黄淮、江淮多省大旱，因旱受灾面积近亿亩，直接经济损失近200亿元；2013年再遇全国性大旱情，受灾面积1.6亿亩，直接经济损失近600亿元；2014年旱灾更加严重，全国作物受灾面积1.8亿亩，因旱粮食损失2006万吨，直接经济损失近910亿元［6］。

    伴随着全国干旱形势的日益严峻，干旱灾害对河南省农业生产的影响也尤为突出。据资料显示，1990～2007年的18年间，河南全省粮食作物因旱受灾面积839.45千公顷，导致年均粮食损失量27.86亿公斤、农业直接经济损失39.00亿元［7］。2010年，河南省干旱灾害受灾面积584千公顷，成灾面积376千公顷。2013年，全国有26省（自治区、直辖市）发生干旱灾害，其中河南省作物受灾面积571.25千公顷，成灾面积323.02千公顷，绝收面积60.53千公顷，因旱饮水困难人口27.57万人。2014年6月至2014年8月，河南省出现了1951年以来*严重旱情，全省因旱造成受灾人口1426.28万人、直接经济损失40.09亿元，其中农业损失33.77亿元，占经济损失总量的84%。

    从历年干旱灾害情势不难看出，随着我国社会经济的快速发展和水资源供需矛盾的日益突出，干旱灾害对我国农业系统产生的威胁也将日趋严重，农业干旱灾害已经成为我国社会经济可持续发展的重要制约因素。

    1.2 研究的意义

    目前，干旱灾害对于社会生活和经济发展的影响已经超过其他任何自然灾害，成为影响世界发展的重要不稳定因素和影响国民经济可持续发展的瓶颈因素。人们对干旱灾害的发生缺乏足够的心理和物质准备，对其发展过程缺少必要的分析和评估能力，通常是被动应对，往往导致无法弥补的经济损失。为扭转目前被动应对的尴尬地位，尽力减轻干旱灾害带来的影响，同时避免盲目地采取与灾情不相适应的各种工程和非工程减灾措施，急需发展基于机理过程的区域干旱风险分析理论与评价方法，为我国农业干旱的科学管理以及防灾减灾策略的制定提供理论支撑。应用风险量化、风险评价及风险分析技术研究农业干旱问题，对其进行有效的管理具有重要的理论意义:

    (1) 干旱缺水是优选范围内频发的一种慢性自然灾害，它对于社会生活和经济发展的影响之大、范围之广、持续之久和危害之深，超过其他任何自然灾害，成为影响世界发展的严重不稳定因素和影响国民经济可持续发展的瓶颈因素。然而，目前人们对于干旱缺水的危机状况缺少必要的评估和预警能力，对其发生缺乏足够的心理和物质准备，往往处于被动应付地位，导致无法弥补的经济和生态损失。为防患于未然和减轻干旱缺水的影响，避免各种工程与非工程减灾措施实施过程中的盲目性，有必要对干旱缺水进行风险评估和预警，并及时采取相应的对策措施。

    (2) 干旱缺水始终是我国社会经济可持续发展、水资源可持续开发利用和保护所面临的重要问题。随着我国经济的快速发展，城市化进程的加快，人民生活水平的提高，对供水安全、粮食安全、生态环境安全的要求越来越高，水资源短缺、干旱频繁发生对人民的生产、生活影响越来越突出。因此，如何建立科学的防旱减灾机制，把干旱缺水的影响和损失降到*低程度，已经是我国当前亟待解决的问题。因此，为了适应我国新时期抗旱工作的需要，保障社会经济可持续发展以及水资源的可持续利用，应加强研究探讨农业干旱预警技术。1.3靠前外研究现状

    1.3.1 干旱与旱灾

    干旱的发生与发展是一个异常复杂的过程，其驱动机制及作用机理与自然和社会因素紧密相连。特别是近些年，伴随着科技的进步，人类社会发生了急剧变化，人类活动对自然环境产生的影响也是**的，这些因素都让干旱问题变得越来越复杂。其次，不同于其他灾害，干旱对人类社会的影响异常广泛，不同领域的学者都对其进行了深入研究。从不同角度出发的干旱研究具有不同的侧重点，从而也产生了诸多基于不同角度和问题的干旱定义。

    早期总将干旱和降水的减少联系在一起，然而伴随着科学研究的不断进步，自然界受人类影响逐渐增大，干旱的内涵及定义也在变化，对于干旱的描述也不尽相同。美国学者Abbe［8］在1894年发表的论文中，抢先发售明确提出干旱定义为“长期累积缺雨的结果”。《旱情等级标准》(SL 424—2008)将干旱定义为：因降水减少，或入境水量不足，造成工农业生产和城乡居民生活以及生态环境正常用水需求得不到满足的现象。《联合国防治干旱和荒漠化公约》（UNCCD）定义干旱为：降水已经大大低于正常记录水平，造成土地资源生产系统水文严重失衡的自然现象。Palmer解释干旱为“一个持续的、异常的水分缺乏”，这一表述在230年后被世界气象组织（WMO）采纳，并将干旱定义为“一种持续的、异常的降水短缺”［9］。联合国靠前减灾战略机构（UNISDR）［10］将干旱定义为：通常是指在一个季度或者更长时期内，由于降水严重缺少而产生的自然现象。Mishra等［11］对干旱定义、干旱指标进行总结评述，并指出干旱定义取决于用来描述干旱的不同变量，因此干旱的定义可分为不同的类别。由于供需关系的复杂性和干旱问题与自然现象、社会、人类活动等因素的密切相关性，不同学科、不同部门研究干旱的目标、方法都不一样，这就使得给干旱下一个准确、全面的定义比较困难，美国气象学会（AMS）［12］在总结各种干旱定义的基础上将干旱分为四种类型：气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱四种形式。

    干旱侧重于描述水分亏缺及其相关自然现象，旱灾则侧重于描述这些自然现象对人类社会以及生态环境造成的损失或损害［13］。从本质上讲，干旱并不是灾害，只有当干旱对人类社会以及生态环境造成损害时才演变为旱灾。

    旱灾是灾害学中的概念，同时也是自然灾害的主要类型之一。与其他自然灾害不同，旱灾具有发生地域的不确定性、发展过程的累积性、产生危害的间接性等特点，致使旱灾的驱动机制和作用机理异常复杂，至今尚未形成统一的旱灾定义。1997年出版的《中国水旱灾害》中认为旱灾是干旱超过一定临界后，对城乡生活和工农（牧）业生产产生不利影响的现象；根据《中华人民共和国抗旱条例》，旱灾是指由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺，并对生活、生产和生态造成危害的事件；陈晓楠［14］认为旱灾是指在作物生育期内由于受旱造成作物较大面积减产或绝产的灾害，是干旱事件累积作用的结果。唐明［15］认为旱灾是因为干旱缺水对居民生活和工农业生产造成影响的现象。屈艳萍［16］认为旱灾是由干旱这种自然现象和人类活动共同作用的结果，是自然系统和社会经济系统在特定时间和空间条件下耦合的特定产物。金菊良［17］认为，旱灾是伴随着干旱的发展，会出现一定程度的供水短缺现象，并对植物正常生长、人类社会正常的生产和生活、自然环境正常功能产生不利影响甚至危害的事件，是各种自然因素与社会因素相互作用的结果。

    尽管旱灾尚未有统一、准确的定义，但目前至少达成了一个共识，即旱灾是干旱发展到一定程度时产生的对自然环境及人类社会的不利影响，同时具备社会属性和自然属性。

    1.3.2 干旱评价指标

    农业干旱的发生与发展有着极其复杂的机理，它不可避免地受到各种自然的或人为因素的影响，气象条件、水文条件、农作物布局、作物品种及生长状况、耕作制度及耕作水平都可对农业干旱的发生与发展起到重要的影响作用。

    *常见的农业干旱指标是降水量指标，是以某一地区某段时间内，该地区的降水量与这一地区该时段的年均降水量值进行比较并依此来确定旱涝标准的指标，并且，本时段的降水量值或者降水量预测值资料获取比较容易，还具有很好的直观性，现阶段应用较为广泛，该指标多采用降水距平百分率法、百分比法及无雨日数等［18］；土壤含水量指标，根据土壤水分的平衡原理以及水分消退模式，计算出每个生长时期的土壤含水量值，以作物不同生长状态进行的土壤水分实验数据来当做判定指标，来预测该时段的农业干旱是否发生；温度指标，董振国［19］曾提出，利用植物水分亏缺指数的温度指标反映干旱等级，通过观测，把每天13时～15时作物的冠层温度和气温层的温差当成是干旱指标，这种温度指标与遥感技术相结合，可以快速地得到具体数据，能迅速采取措施防范，然而气温却不能接近准确地反映出农作物的干旱程度；地表水供给指数，Shafer等提出了地表水供给指数（surface water supply index，SWSI）［20］，把水文特征以及气象特征结合在一个指标中，主要包括了4个参数：积雪、径流、降水和水库蓄水，依据历史资料，并利用不超限的概率值复制，把此百分率的值输入修订后的SWSI算法，这个指数与季节相互关联，所以SWSI只能在冬季使用，进行积雪、降水以及水库蓄水计算，夏季积雪值用径流值代替，此指数考虑到了每一个水文要素对盆地供水的贡献，贡献值一般可以用经验值替代，所以利用时受到。由于农业干旱受到气象、土壤、水文、作物、农业布局、农耕措施及水利设施等多种因素的影响，所以，可以用综合指标全面地反映农业干旱的发生和产生的影响。Tsakiris等提出勘测干旱指数RDI，该指标比其他指标具有明显的优势，它能够综合考虑降水和其他气象因素及潜在土壤水分蒸发。为了更好地展开区域间干旱程度的比较，Mckee等提出另外一种适用更为广泛的干旱评估指标——降水标准化指数(SPI)。Keyantash等认为SPI在普适性、实

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本书在对靠前外相关研究现状进行调研的基础上，通过对河南省历史降水量等水文、气象资料的统计分析，挖掘河南省在研究期内的干旱空间和时间分布特征；揭示研究区域干旱的成灾机理与灾变规律；在考虑作物生物阶段降水的基础上，采用能够反映干旱给农业造成损失的评估指标对研究区域进行干旱频率分析；基于区域灾害系统理论，构建能够反映旱灾成因机理的农业旱灾脆弱性评价指标体系，研究河南省农业干旱灾害脆弱性；借助突变理论能够充分挖掘系统本身内在作用机制的优势，对河南省农业干旱风险及粮食生产进行综合评价；根据灾害系统理论，从农业干旱危险性和农业干旱脆弱性的角度构建更具机理性和综合性的农业干旱风险分析评估模型与方法；考虑物理成因和干旱要素时间序列建立区域降雨预测模型，并进一步构建干旱灾害风险预警模型，对研究区域未来旱情及发张趋势进行预测。

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