陕西省干旱时空演变特征分析及脆弱性评价

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1、分类号:P95410710-2012029002博士学位论文陕西省干旱时空演变特征分析及脆弱性评价徐晗导师姓名职称钱会教授申请学位类别博士学科专业名称地下水科学与工程论文提交日期2018年4月24日论文答辩日期2018年6月9日学位授予单位长安大学AnalysisofSpatialandTemporalCharacteristicsofDroughtinShaanxiProvinceandEvaluationofVulnerabilityADissertationSubmittedfortheDegreeofDoct

2、orCandidate：XuHanSupervisor：QianHuiChang’anUniversity,Xi’an,China本文得到以下科研项目的资助与支持：1.水利部公益性行业专项基金项目“渭河中下游干旱预警与应急水源配置”（201301084）2.陕西学前师范学院科研基金重点项目“基于集对分析法的关中地区农业干旱脆弱性评价及影响因素研究”（2017JDKJ012）摘要干旱现今已成为严重威胁人类生存的环境问题之一。随着人口增加和社会经济发展，旱灾影响范围越来越大，造成的损失也越来越严重。近年来全球气候变暖加快

3、，农业自然灾害频发，干旱不仅直接导致农业减产、食物短缺、病虫害高发、作物生产力降低等，其持续累积还会引起土地资源退化、水资源枯竭和生态环境破坏，从而制约农业的可持续发展。农业干旱是一种不确定性极高的慢性自然灾害，其对社会和经济发展的危害和影响超过其他任何自然灾害。因此本文在对陕西省进行干旱时空演变特征分析的基础上，对农业干旱脆弱性进行评价，为政府制定抗旱减灾政策、减少干旱损失提供科学依据。论文主要研究成果如下：（1）气象干旱指数适用性研究以陕西省19个气象站点1961—2016年共56年的降水量及温度等监测数据作为原

4、始资料，选取标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）两种干旱指标，分别计算了逐月SPI1、SPI3、SPI6、SPI12以及SPEI1、SPEI3、SPEI6、SPEI12，对陕西省1月、3月、6月、12月四种时间尺度的旱情基本特征、区域干旱年际特征及干旱站次比进行分析。将两种指标分析结果进行对比，并通过与《陕西省干旱灾害年鉴》中记录的陕西省不同地区干旱灾害的实际发生情况对照予以验证，发现SPEI值的分析结果更接近实际，同时SPEI3指数所反映的不同区域季节干旱站次比变化的趋势性比SPI明显，故选择使

5、用SPEI指数进行陕西省干旱时空演变特征分析。（2）基于小波理论的陕西省干旱时空演变特征分析从空间角度，基于遴选出的干旱指标计算结果SPEI1，SPEI3和SPEI12,利用ArcGIS10.2的反距离权重插值法（InverseDistanceweighted,IDW）分别得出年尺度，春、夏、秋、冬四季及月尺度干旱频率空间分布图和不同等级干旱频率空间分布图，全面系统地对陕西省1961-2016年的干旱时空演变特征进行分析。从时间角度，在干旱特征分析中引入小波理论，应用MatlabR2015b软件，综合考虑小波相似性、

6、正交性、消失矩、支集长度等特性，并将小波函数与干旱数据的相关性和适用性进行对比分析，确定以demy小波作为进行本次小波分解的小波基，以9层为分解层数，对全省、陕北、陕南和关中的SPEI12指数进行小波分解，从而系统分析了旱情的变化趋势、周期特性和突变特性等。（3）基于主成分分析法（PCA）和熵权法的陕西省农业干旱脆弱性评价指标体系构建I为了使选取的指标和影响因素能够全面客观的反映区域农业干旱脆弱性的本质特征，在对农业干旱脆弱性的形成机理进行阐述的基础上，遵循系统性、代表性、可获取性和动态性原则，从危险性、暴露性、敏感

7、性和抗旱恢复能力四个方面选择30个评价指标。利用SPSS19.0软件的主成分分析法对指标数据进行定量分析，根据特征值1以及累计方差贡献率大于90%的原则提取前6个主成分，并选择因子载荷较大的指标进入主成分，确定了20个农业干旱脆弱性评价指标。最后利用熵权法确定各指标权重，建立了陕西省农业干旱脆弱性评价指标体系及相应权重体系。（4）陕西省农业干旱脆弱性评价方法研究鉴于农业干旱脆弱性受自然、社会、经济等多方面因素综合影响，因此本文以行政区位单位，以陕西省10个市为研究对象，选用集对分析法和改进的TOPSIS算法分别对

8、各市的农业干旱脆弱性进行综合评价，并利用ArcGIS10.2软件绘制陕西省农业干旱脆弱性分区图。对比两种算法的评价结果，均显示陕西省农业干旱脆弱性呈现“自北向南”逐渐增加的趋势，同时对于危险性、敏感性和抗旱恢复能力的评价结果都基本一致，验证了两种算法在农业干旱脆弱性评价中的合理性。同时利用因子贡献度模型对20个评价指标的贡献度进行计算，寻找各地