农业干旱风险分析方法及应用研究

论文摘要

自然灾害是人类不可避免的自然现象,它的发生严重影响着社会经济及社会发展。在众多自然灾害中,旱灾是全球影响范围最广的自然灾害,在全球变暖的背景下,全球干旱有不断加重的趋势。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。干旱缺水现象影响因素极其复杂,具有很强的不确定性,而风险分析是研究不确定性系统的有效的技术工具,在社会科学和经济学领域有着广泛的应用。本文针对目前农业干旱风险研究存在的问题和不足,以西安市为研究项目区,以夏玉米为研究对象,开展农业干旱风险分析方法及应用研究。取得的主要研究成果包括:(1)作物干旱特征分析在对农业干旱概念和量化评估指标分析、理解基础上,借助信息扩散和分形分析技术,对代表性作物的干旱特征和干旱发生规律进行研究。利用历年降水、气温和作物单产等资料,发现作物干旱发生时间分形规律,预测干旱发生时间、预估干旱程度,为防旱减灾提供科学依据。研究表明,西安市玉米气象干旱发生时间具有分形的特征,且气象干旱程度呈缓慢上涨趋势;玉米趋势产量整体递增,上升的趋势逐渐平缓,目前基本处于平稳状态。(2)基于信息扩散和混沌理论的作物生育期旱涝特征分析利用降水、温度等资料进行旱涝程度的评估,计算代表性作物各生育期的历年旱涝程度序列,利用混沌时间序列分析和预测方法,分析旱涝演化的混沌特征,对旱涝发生情况进行预估,并借助信息扩散技术探寻作物各生育阶段旱涝演化规律及影响作物产量的关键因素。计算结果表明,最大李雅普诺夫指数的混沌时间序列分析模型预测旱涝发生情况具有一定的准确性;信息扩散技术能够使样本数据光滑,能够较好地实现趋势分析。西安市玉米各生育阶段旱涝交替出现,呈现波动变化形式,其中出苗~拔节、抽雄~成熟阶段整体趋势有朝向干旱缓慢发展,其余两生育阶段整体趋势属于正常状态;玉米旱涝时间序列一定程度上存在混沌特征;拔节~抽雄阶段发生旱涝程度对产量影响明显大于其他生育阶段。(3)农业旱灾风险模拟分析根据作物在不同生育期对水分亏缺敏感程度不同的规律,利用作物水分生产函数构建不同生育阶段水分亏缺对作物产量影响的数值模型,采用突变论评价方法,分析不同生育阶段水分亏缺对作物产量的突变影响、确定影响突变的因素,为优化作物灌溉提供理论支持。研究表明:播种前期土壤含水率对玉米干旱度有影响很大;出苗—拔节阶段的相对缺水率变化对玉米干旱度影响存在不稳定性,容易引起突变。(4)区域农业干旱风险评估体系研究利用Copula函数建立相邻生育阶段降雨量的联合分布,能够更全面地反映作物生育阶段干旱的特征。作物相对增产率的抗旱能力分析有助于真实反映实际的抗旱能力。所构建气象干旱概率与农业干旱风险系数相关曲线,可对未来发生农业干旱的风险进行概率预估。本文主要研究的4项内容均具有一定的创新性,主要创新点是:(1)建立了基于信息扩散技术与分形理论的作物干旱特征分析的新方法;(2)提出了利用信息扩散技术与混沌理论开展作物生育期旱涝特征分析方法;(3)构建了作物不同生育阶段缺水率与干旱度指标之间的突变势函数;(4)利用copula函数构建了作物各生育阶段降雨量的联合分布,建立了一套以农业旱灾损失大小为量化指标的新的农业干旱评估体系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 国内外研究现状述评
•     1.2.1 研究状况
•     1.2.2 当前研究中存在主要问题
•   1.3 研究内容、技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
•   1.4 研究区概况
•     1.4.1 地形地貌
•     1.4.2 水文气象
•     1.4.3 土壤植被
•     1.4.4 主要农作物
• 2 基于信息扩散和分形技术的作物干旱特征分析
•   2.1 基于信息扩散和分形技术的作物干旱特征分析方法
•     2.1.1 干旱程度评估指标
•     2.1.2 气象干旱预测
•     2.1.3 作物干旱预估
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 基础数据
•     2.2.2 西安市历年玉米干旱程度
•     2.2.3 西安市玉米气象干旱预测
•     2.2.4 西安市玉米干旱产量预测
•   2.3 小结
• 3 基于信息扩散和混沌理论的作物生育期旱涝特征分析
•   3.1 基于信息扩散和混沌理论的作物生育期旱涝特征分析方法
•     3.1.1 旱涝程度和产量影响评估指标
•     3.1.2 旱涝演化特征分析
•     3.1.3 作物产量影响分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 基础数据
•     3.2.2 各生育阶段旱涝程度和标准化产量残差
•     3.2.3 旱涝演化特征分析
•     3.2.4 旱涝对产量影响分析
•   3.3 小结
• 4 基于尖点突变干旱度模拟分析
•   4.1 基于尖点突变干旱度模拟分析
•     4.1.1 突变理论及尖点突变模型
•     4.1.2 干旱度指标的构建及干旱情景设定
•     4.1.3 基于尖点突变理论的干旱度评价模型的构建
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 基础数据
•     4.2.2 不同干旱情景下的干旱度分析
•     4.2.3 不同干旱情景设置下干旱度突变分析
•   4.3 小结
• 5 基于COPULA函数的农业干旱风险评估体系
•   5.1 基于COPULA函数的区域农业干旱风险评估体系方法简介
•     5.1.1 农业干旱风险评估体系
•     5.1.2 作物生育期降雨量概率分析
•     5.1.3 抗旱能力分析评价
•     5.1.4 农业干旱风险分析
•     5.1.5 农业干旱风险曲线的构建
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 基础数据
•     5.2.2 作物生育期降雨量概率分析
•     5.2.3 基于作物相对增产率抗旱能力及基于损失率的干旱风险
•     5.2.4 抗旱能力及干旱风险曲线
•   5.3 小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 主要创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间取得的科研成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陈海涛

导师: 邱林

关键词: 农业干旱,信息扩散,混沌理论,突变论,函数,风险评估

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,植物保护

单位: 华北水利水电大学

分类号: S423

DOI: 10.27144/d.cnki.ghbsc.2019.000055

总页数: 123

文件大小: 10231k

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