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陕西是我国旱灾较为严重的地区之一,干旱灾害是影响巨大的气象灾害之一,随着全球气候变化,陕西干旱出现更加频繁,干旱已成陕西社会经济发展的严重制约因素,因此,有必要研究陕西干旱气候的基本规律以及全球气候变暖背景下干旱的变化趋势,以期能够为各级政府制定正确抗旱减灾预案提供技术支持。
本文以陕西省资料序列较长的77个气象站近50年的气候要素观测资料为对象,通过研究温度和降水等气候要素的变化特征,分析了干旱气候变化的客观事实以及干旱变化特征,在此基础上根据陕西的实际情况,确定了相对湿润度指标MI为干旱预测指标,提出了ARIMA和OSR的方法来进行陕西各站温度和降水预报进而预测出月尺度干旱状况,针对陕西的干旱气候变化特点,以火电厂建设为例提出大力发展空气冷却机组建设,以科学的态度减少水资源的使用,尽可能为防御干旱灾害发生,并为将干旱的危害国民经济和人民生活降到最低的程度做出贡献。
本文通过主要工作和成果归纳如下:
(1)利用EOF分析原理,对陕西省的年、月温度场和降水场按其气候特征进行了分析,得出近50a年全省平均气温距平变化是波浪式上升的,20世纪90年代以后升温明显,全年降水量以16.6mm/10a呈下降趋势,秋季降水量下降趋势最为明显,夏季降水量的变化趋势不显著,月降水量的变化明显大于年降水量,春、秋、冬季的降水量变率大于夏季的变率,特别是春季由于降水量少且变率大造成春旱频繁发生,20世纪60年代、70年代中后期至80年代中期是降水偏多的时期,90年代平均年降水量的距平百分率低于气候平均值,降水量减少趋势显著,90年代的降水异常偏少则是全区域的,特别是在湿润、半湿润地区,降水偏少尤其明显,在干旱气候背景下,20世纪90年代极端降水事件并没有减少。
(2)1961-2006年年受旱面积百分比和受旱成灾面积均呈上升趋势,特别是20世纪80年代以后,受旱和成灾面积增加明显,20世纪80年代处至20世纪末重旱面积普遍偏高,旱情严重。就干旱出现的频次而言,陕北北部出现的旱灾最多,其次陕北南部、关中平原,再次是陕南,其中又以汉中盆地出现旱灾频次最少。陕西干旱发生呈上升趋势,全省三个区域中,单季旱、两季连旱、三季连早和四季连旱总体上发生频率呈上升趋势,20世纪80年代和90年代干旱出现频率最高。就季节干旱而言,除了冬季全省干旱频发外,春季,陕北大部和渭南干旱发生频率较高,夏季干旱主要发生在陕北、关中东部部分地区和汉中大部,秋季干旱主要发生在榆林北部和陕南西部局地。
(3)利用偏度系数、峰度系数检验法和x2检验法对月、年平均温度和降水量的正态分析,得出平均温度基本上是正态分布的,而降水量则不符合正态分布特征。根据温度的分布特征,选择时间序列预测法对月平均温度进行预测,利用最优回归子集法对降水量进行预测,在此基础上应用MI指标分析有无干旱的发生及其对应的干旱类型,结果表明此种预报方法能够提高气候干旱预报准确率。
(4)针对陕西干旱出现频率高、持续时间长、影响范围广、经济损失重的特点,以在国民经济中占有重要地位的火电行业为例,分析了主要根据空冷机组的特殊性,以陕西省近年空冷电厂建设项目为主要研究对象,自北向南选取府谷、韩城以及商州气象站资料,分别代表三个不同的气候带,首次将Sandia National实验室法和Danish方法应用于空冷系统设计中并利用其逐日和月平均气象信息,运用不同的计算方法进行典型年选择,利用所得资料进行设计气温、设计背压以及典型气象年的选取等,结果表明:Sandia National实验室法和Danish方法选择的典型气象年较常规的典型代表年法更能反映建设项目所在地的气温变化的长期规律,符合我国电力发展的需要,有利于机组经济运行,为设计提供更为合理的气象参数,并且纬度越大,计算结果越优于常规的典型代表年法;Sandia National实验室法相对于Danish方法数据量更小,算法更为简单,Sandia National实验室法可以更广泛的用作空冷系统设计中典型气象年的选取。