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Abrupt Change Characteristics of Meteorological Elements in Ganfupingyuan Irrigation Area Based on Pettitt Test and Its Correlation Study
ZENGPei, YUHonglei, LIYuekang, LIUBoyi
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (6) : 164-170.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Abrupt Change Characteristics of Meteorological Elements in Ganfupingyuan Irrigation Area Based on Pettitt Test and Its Correlation Study
As an important commodity grain base in Jiangxi Province, the agricultural production and ecological balance of Ganfupingyuan Irrigation Area are highly dependent on the rhythmic changes of meteorological elements. Clarifying the abrupt change laws and correlation mechanisms of its key meteorological elements can provide scientific support for the climate adaptability management of the irrigation district. Based on the long-series meteorological observation data from 1987 to 2024 in this irrigation district, this study systematically explored the abrupt change characteristics, variation trends and inter-element correlations of air temperature, sunshine duration, precipitation and average wind speed by adopting the Pettitt test, linear trend analysis and correlation analysis methods. The results showed that the annual average temperature, annual average maximum temperature and annual average minimum temperature exhibited an overall upward trend, with significant abrupt changes occurring in 2007. After the abrupt change, the warming rate accelerated significantly, and the annual average minimum temperature increased by 0.110℃/a. The sunshine duration showed an overall downward trend, with a significant abrupt change of 25.95% only in autumn 2012. There was no obvious abrupt change point in precipitation, and the overall trend was non-significantly upward, with the increase in summer precipitation being the main contributing factor. The average wind speed underwent a significant abrupt change at the beginning of the 21st century, showing an overall downward trend, and the decline was more pronounced in summer and autumn. Correlation analysis indicated that the increase in average temperature was not driven by a single factor but by the synergistic effect of average maximum temperature and average minimum temperature. Furthermore, the decrease in average wind speed was significantly negatively correlated with the increase in the above three temperature indices, and their abrupt change times were synchronized, confirming that the decrease in wind speed was a key local driving factor for the temperature rise in the irrigation district. Therefore, during the study period, the increase of average temperature in Ganfupingyuan Irrigation Area was a coupled result of the synergistic driving of maximum and minimum temperatures and the regulation of decreasing wind speed. The synchronization of abrupt changes and the correlation laws of elements can provide technical references for local climate adaptability management.
Ganfupingyuan Irrigation Area / Pettitt test / meteorological elements / abrupt change characteristics / correlation analysis
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全球气候变化对中亚干旱区影响显著,正重塑其水循环格局,区域水资源系统的脆弱性日益凸显。论文系统梳理已有研究的多源观测数据与模型模拟成果,从气候变化、冰川和积雪变化及水资源变化三个维度,揭示中亚地区水资源的时空分异规律,并系统评估数据与方法的不确定性对水资源评估的制约效应。梳理发现:① 气候变化方面,1901年以来中亚地区呈现暖湿化特征,表现为持续增温趋势(其中1960—2011年间年均温升速率达0.3~0.4 ℃/10 a)和降水量增长(0.66~1.93 mm/10 a),年降水量存在显著的空间异质性;1901—2013年间,极端高温事件频率增幅较北半球同纬度地区高30%。多模式预估显示,到2100年区域温升幅度将达2~6 ℃,降水变率(-3.34~4.63 mm/10 a)呈现冬季湿润化、夏季干旱化的季节分异特征。② 冰冻圈对气候变化响应明显。天山山脉冰川面积退缩速率达0.53%/a~3.01%/a,质量损失呈现西南—东北递增梯度。中亚地区积雪覆盖率存在时空差异,整体上积雪范围和持续期呈显著下降趋势。③ 水资源变化方面,冰川覆盖率高的流域径流在短期呈增加趋势,但部分冰川径流已出现下降的转折信号。长期预估显示,至2100年天山地区径流量减少幅度最高可达36%。人类活动叠加气候强迫进一步放大了水资源压力。尽管数据融合、分布式水文模型及降尺度等技术取得进展,但高海拔观测不足、数据分辨率不一致、模型对非线性过程刻画有限以及冰冻圈—水文耦合机制认知不完善,仍限制了系统性理解与精确预测。因此,加强构建跨境水文气象监测网络、开发多尺度数据同化系统,有利于提升该地区的水资源监测和调控能力,促进气候变化情景下的水资源评估研究,支撑可持续水资源管理,以提升中亚地区应对气候变化和保障水安全的能力。
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为比较不同干旱指标的适用性,利用漳河灌区1973-2009年气象站逐月降水、蒸发资料,计算月、季尺度标准化降水指数(SPI)和月尺度标准降水蒸散指数(SPEI)。采用三阈值法,识别干旱过程,统计干旱历时和干旱烈度,采用适线法确定二者边缘分布,并利用GH Copula函数构造其联合分布,计算各干旱事件的重现期。通过与实际干旱资料进行比较,评价了各指标在漳河灌区干旱分析中的适用性,并采用适用性最好的干旱指标评价灌区干旱特征。结果表明:1)在漳河灌区干旱分析中,月尺度SPI的适用性最好,所识别的干旱场次准确度高,干旱特征值合理;2)漳河灌区干旱总体季节性特征不突出。严重干旱四年一遇,且多发生在用水高峰期的夏秋季,易导致用水保证率降低,严重威胁粮食安全;3)通过月尺度SPI识别出的干旱过程较实际形成的干旱过程历时长,干旱出现时间提前。
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全球变暖背景下的极端天气气候事件显著增加。本研究基于PreWhitening Mann-Kendall(PWMK)、极点对称模态分解法和广义可加模型,利用鄱阳湖流域1959—2019年16个国家级气象站点的逐日降水数据,从极端降水的强度、频率和持续性3个维度系统检测和分析流域极端降水的时空分布和非平稳性特征。结果表明: 研究期间,鄱阳湖流域极端降水强度和频率呈显著增加趋势,持续性呈下降趋势,极端降水整体表现出强度大、频率高、持续时间短的特点;极端降水存在明显的汛期和非汛期时间分异规律,汛期极端降水集中在流域北部和中部,而非汛期多集中于中部,子流域中信江流域降水量增加趋势最显著,达到2.10 mm·a<sup>-1</sup>;汛期极端降水的持续时间越长,强度和范围越小,非汛期极端降水则相反;鄱阳湖流域的极端降水强度和频率以平稳性特征为主,持续性表现出非平稳性特征。随着鄱阳湖流域极端降水量的不断增加,其可能引发的灾害风险将进一步增大。
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芦佳玉, 延军平, 王鹏涛, 等. 全球气候变暖背景下陕甘宁地区风速时空变化特征[J]. 中国沙漠, 2017, 37(3):554-561.
风速是影响沙尘天气最重要因素,认识温度对风速的影响有助于环境保护实践。运用Mann-Kendall突变检验法、线性趋势法、Spearman秩相关分析对陕甘宁地区1960—2014年风速和气温日平均值数据进行年尺度及季尺度时空变化特征分析。结果表明:(1)陕甘宁地区气温呈上升趋势,冬季气温上升最快,年平均气温在1994年发生突变。(2)陕甘宁地区年平均风速呈显著下降趋势(P-1</sup>·(10a)<sup>-1</sup>的速率下降,春季下降速度最快,气温突变后下降趋势更明显。(3)从空间尺度上看,年平均风速呈现以环县、延安、西吉、河曲为中心向四周逐渐增加的趋势,且区域平均风速呈整体下降趋势。四季平均风速在气温突变后以陕甘宁中部地区为减少中心。(4)气候变化背景下陕甘宁地区风速变化与气温存在负相关关系。
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曾鹏. 长三角区域季节性平均风速的变化特征和预测研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2020.
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赵文举, 马孝义, 张建兴, 等. 气候与径流变化对泾惠渠灌区可持续发展的影响与对策研究[J]. 自然资源学报, 2009, 24(7):1163-1170.
大型灌区对保障我国农业和国民经济的可持续发展、水安全和生态安全具有十分重要的作用,气候变化与人类活动造成的径流变化已经对其可持续发展产生了严重的挑战。该文利用Mann-Kendall趋势检验法研究了泾惠渠灌区渠首来水量、气象要素和灌区水量供需状况变化趋势,分析其产生原因,并探讨了促进灌区可持续发展的对策。研究表明,泾河来水量和渠首引水量呈明显的减少趋势,灌区气温呈升高趋势,降水呈微弱减少趋势,灌溉亩次呈上升趋势,而灌区目前依靠大量开采地下水资源来弥补灌区渠灌水量不足,已造成了灌区地下水资源超量开采和枯竭,未来灌区供需矛盾将进一步加剧。为此,灌区今后应加强水资源统一管理,科学调控地表地下水水资源、涵养地下水源,增强灌区地表地下水资源的综合供水能力,加大渠道防渗衬砌工程建设力度,推广先进实用的田间节水技术等,以期为灌区建设和管理提供理论依据。
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季建鑫, 杨玫, 薛丽萍. 气候变化对汾西灌区灌溉用水量的影响研究[J]. 节水灌溉, 2023(11):75-81.
研究灌区气象要素长期变化特征及其对灌溉用水量的影响对掌握灌区灌溉用水规律从而进行更科学合理的灌溉具有一定的指导意义和实际参考价值。基于山西汾西灌区3个气象站点1975-2018年的实测气象资料,采用线性倾向估计、M-K检验等方法分析降水和气温的时间变化特征,用作物系数法计算灌区作物需水量和灌溉用水量,综合分析气候变化对灌溉用水量的影响,建立了不同水文典型年降水、作物需水量与灌溉用水量之间的关系。结果表明:44 a来汾西灌区降水量以2.7 mm/10a的速率下降,在1977年第一次突变;平均气温以0.471 ℃/10a的速率显著上升,在1997年突变;灌区气候向暖干方向发展,灌溉用水量以25.4 mm/10a的速率上升。气温突变伴随着降水骤降为多年最低值,灌溉用水量比多年均值增加了396.8 mm,远大于降水突变年。作物需水量增加1 mm,灌溉用水量就会增加1.92 mm;降水增多,其对灌溉用水的影响减小,单位降水量在丰、平、枯水年可分别引起1.29、1.74、2.72单位灌溉用水量的变化,枯水年的灌溉定额比丰、平水年多出20%。
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