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- 基于TIGGE资料的江淮流域持续性强降水预报方法研究
- 作者：周佰铨 学位年度：2015 学位授予单位：中国气象科学研究院 关键词：持续性强降水 统计降尺度 统计检验 关键环流系统 TIGGE资料
- 描述：持续性强降水在TIGGE各预报中心的预报效果还不够理想,基于TIGGE资料中预报效果较好的大尺度环流场做降尺度预报降水是完善强降水预报的一个有效方法。本文主要致力于以TIGGE各业务预报中心输出的关键环流系统所在的关键区域的大气变量为预报因子,针对持续性强降水建立一个基于预报因子时空结构的降尺度预报模型。建立降尺度预报模型的必要条件是预报因子已经是模式较好的预报量,所以在建立预报模型之前,我们首先对预选的预报因子中以往研究较少的高低层风场进行了检验研究,具体的检验对象就是东亚副热带西风急流和亚洲夏季风低层风场。检验主要得到以下结论:(1)对2010-2012年夏季东亚副热带西风急流位置、范围和强度的预报性能的检验表明:各中心业务模式对东亚副热带西风急流均有较好的预报能力,但预报性能均随预报时效增长而下降。整体而言,集合平均预报较控制预报有一定优势。在确定性预报中,各模式对急流轴的预报效果比急流范围和强度均更好。ECMWF在整个预报时段内对急流各特征量的可预报性均领先第二好的模式0.5-1天左右。在概率预报中,ECMWF对各特征量的预报均是最好的。ECMWF在整个预报时段内对于急流轴的可预报性领先JMA 0.5-1天,对于急流范围和强度,ECMWF领先JMA更明显可达1-2天。ECMWF对各特征量的预报性能可领先较差的NCEP和CMA长达约3-4天。综合来看,ECMWF预报性能最好,JMA其次。(2)对2008-2013年亚洲夏季风低层风场的预报性能的检验表明:东亚夏季风被除CMC之外的所有业务预报模式预报偏强了。南亚夏季风也被ECMWF、CMA以及CMC预报的偏强,但却被JMA预报的偏弱。东亚夏季风涌被NCEP和CMA预报的偏弱,但却被其余模式预报的偏强。南亚夏季风涌的预报误差与南亚夏季风的误差偏向一致。东亚和南亚夏季风及其涌的峰值均被预报偏低了,但谷值却均被预报的偏高。整体上而言,ECMWF和UKMO对东亚和南亚夏季风的预报性能最优。TIGGE各业务预报中心模式对东亚夏季风的预报效果要好于南亚夏季风,对夏季风的预报效果要好于对夏季风涌的预报效果。在以上检验分析的基础上,我们基于高低空对持续性强降水影响重大的关键环流系统所在关键区域的大气变量的时间演变序列,并运用加入了权重的余弦相似度方法,通过布谷鸟搜索进行训练建立了一个基于关键环流系统时空结构的相似预报模型,简称KISAM。KISAM对于逐日的持续性强降水在1天预报时效时的预报成功率不如ECMWF模式直接输出的集合平均降水预报(DMO)。而对于3天及以上预报时效的预报,KISAM相对于DMO有一定的优势,且预报时效较长时,优势更明显。KISAM相对于DMO在1,3,6等预报时次的预报技巧更稳定,对不同强降水日预报效果各有优劣。就2010年6月17-19号这三天的持续性强降水而言,KISAM能够提前一周以上预报出这次事件,这比DMO提前了很多。对比同时期的KISAM和DMO对持续性强降水事件的预报可以发现KISAM预报效果更好。KISAM对于持续性强降水事件是否发生有着较强的判别能力。主要表现为在各预报时次,KISAM能较准确的判别出持续性强降水发生日以及与持续性强降水相隔4天左右的非持续性强降水日。而KISAM的弱点在于不能很好的识别与持续性强降水事件临近的提前4-5天以及落后的2-3天的非持续性性强降水日。
- 基于MODIS数据的长江中下游流域景观格局变化研究
- 作者：韩宗祎 学位年度：2012 学位授予单位：华中农业大学 关键词：转移矩阵 驱动机制 长江中下游 景观格局 变化特征
- 描述：流域是区域环境中重要的地理单元,对区域生态环境起着极为重要的控制作用。本研究基于MODIS数据和GIS技术,研究了长江中下游流域2002年、2006年和2010年的景观格局特征、动态变化、驱动机制及趋势预测,以期为流域的景观规划、管理提供决策支持,促进流域资源的可持续发展。研究结果表明：(1)林地和农田是长江中下游流域的主要景观类型。在2002-2010年间,农田面积比例从36.65%下降到35.85%,面积减少了5735.61km2；湿地由5.31%下降到4.98%；而林地面积比例由56.48%增加到57.54%,面积增加了7599.38km2；城乡建设用地从1.47%增长到1.50%；草地和裸地面积变化较小。可见,2002-2010年间长江中下游流域土地利用类型的变化主要表现为农田和湿地面积减少,而林地和城乡建设用地面积增加。(2)研究区总体景观格局的变化特征表现为,斑块数和斑块密度总体呈增加趋势,而平均斑块面积逐渐降低,景观整体破碎化程度加重。反映景观内斑块形状复杂程度的指数均呈上升趋势,且在2002年～2006年间的增幅较大。各景观类型所占比例差异增大,景观多样性在研究期内缓慢降低,景观分布的不均匀程度增加,导致景观的异质性下降,不利于流域内生物多样性的维持。(3)从各景观类型的变化看,农田的斑块数、斑块密度、形状指数和平均邻近距离在所有景观类型中最高,均呈不断增加趋势,表明农田景观在研究区内占据一定的优势且变化较大。林地的最大斑块指数最高,从2002年的22.7595hm2增长到2010年的26.5482hm2,增长了16.65%,说明林地得到了一定程度上的保护和扩展。城乡建设用地的平均邻近距离最大,但在研究期内逐渐减少,斑块数和最大斑块指数均有一定的增加,表明建设用地趋向集中化,城镇斑块呈现向大面积集中发展的趋势。湿地则是斑块数、最大斑块指数和形状指数均下降的唯一景观类型,反映出湿地斑块形状复杂程度逐渐下降,斑块间的连续性降低,对水生鸟类及其他湿地物种的生存环境造成威胁。(4)研究期间各类景观的年均变化量以林地最大、裸地最小,分别为949.92km2/年和5.20km2/年。农田、林地和湿地三种景观类型的年均变化量呈现逐渐增加的趋势,且2006-2010年间的增长速度比2002-2006年间的增长速度更快。城乡建设用地的年均变化量则处于不断下降的状态,说明2002-2006年间建设用地开发较快。(5)在2002-2006年和2006-2010年两个时段的转移矩阵中,景观的转化主要发生在农田、林地、城乡建设用地和湿地四类景观面积较大的类型间。农田景观转出的面积最大,主要转出为林地,两个时段内转出比例分别为2.45%和5.43%,这与上世纪90年代和本世纪初启动的长江防护林建设和退耕还林工程密切相关。林地转为农田的比例分别为0.92%和2.13%。湿地转化为农田、林地和建设用地比例分别为4.67%、0.29%和1.22%(2002～2006年),9.24%、3.26%和1.91%(2006～2010年)。林地的自身维持率在两个阶段中始终保持最高,分别为98.83%和97.46%。(6)景观变化的驱动因素分析表明,自然因素决定着景观的基本格局,改变景观格局的进程大多较为缓慢；而人为干扰则是造成景观格局变化的主要因素。人口增长、退耕还林、长江防护林建设、城乡发展是导致流域景观变化的主要驱动因素。(7)基于CA-MARKOV模型的2018年长江中下游流域景观格局动态预测表明,区域主要景观类型仍是林地,占总面积的57.66%。景观动态变化与2002～2010年的变化趋势一致,农田面积持续减少,林地、城乡建设用地、草地和裸地的面积不断增加。基本农田的保护、城镇扩展规模的控制及草地、裸地的利用与植被恢复将是今后几年长江中下游流域景观可持续管理的主要任务。
- 基于GIS的皖江流域耕地地力评价研究
- 作者：毛雪 学位年度：2018 学位授予单位：安徽农业大学 关键词：极值稳定过程 空间极值 极值系数 复合似然方法
- 描述：基于GIS的皖江流域耕地地力评价研究
- 基于BP-CCA方法的江淮流域夏季气候的多模式统计降尺度模拟与预估
- 作者：吴丹 学位年度：2016 学位授予单位：南京信息工程大学 关键词：多模式集合 降水 统计降尺度 夏季气温 预估
- 描述：本文利用江淮流域的逐日台站气温和降水资料,ERA-40再分析资料以及国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的8个全球气候模式(BCC-CSM1.1(m)、 MPI-ESM-MR、IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM、ACCESS1.3、CESM1-CAM5、 HadGEM2-ES、EC-EARTH)资料,采用BP-CCA (EOF和CCA相结合)统计降尺度方法建立多个统计降尺度模型并检验,然后利用模型得到RCP4.5排放情景下21世纪前期(2016-2035年)、中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)江淮流域夏季气候的未来变化情景并进行集合预估,得到以下主要结论：(1)通过不同预报因子组合统计降尺度试验,确定对江淮流域夏季气温和降水具有最好降尺度效果的因子组合分别为：500hPa高度场和850hPa温度场,500hPa高度场、850hPa温度场和500hPa比湿场。(2)独立检验期(1990-2002年)的结果表明,多个统计降尺度模型能够很好地模拟出江淮流域夏季气候的时间变化和空间结构,如夏季气温、降水与相应观测序列的时间相关系数高于0.5的台站分别约占100%和61%,与观测场的逐年空间相关系数大部分分别在0.90和0.34以上。(3)全球气候模式对江淮流域夏季气候的模拟能力通过BP-CCA统计降尺度方法得到了有效提高,多模式统计降尺度集合(SDMME)的模拟能力更具优势。统计降尺度后,所有模式模拟的区域平均气温偏差降至0.11-0.76℃,偏差绝对值减小了0.01～1.80℃,区域平均降水相对误差绝对值降至1%-7%,相比降尺度前减小了15%～41%,SDMME模拟的气温偏差和降水相对误差绝对值分别为0.41℃和1.3%,优于大部分单个模式降尺度结果；大部分台站气温偏差绝对值由大于1.0℃减小至0.5℃以下,降水相对误差绝对值则由大于15%减小至15%以下。另外,大部分模式模拟气温场与相应观测场的空间相关系数由小于0.30提高到0.98以上,降水场的空间相关则由小于0.40提高到0.60以上,气温和降水与观测场的均方根误差分别减小至0.12～0.17℃和0.40～0.80mm/d之间,标准差也都更加接近于观测。(4)RCP4.5排放情景下,相比1986-2005年,21世纪前期、中期和末期江淮流域都呈现出一致的升温趋势,分别平均升高1.52℃、2.62℃和3.39℃,中期和末期东部地区增温比西部显著。三个时期降水变化率全区平均分别为-1.8%、6.1%和9.9%,西部降水增加趋势均高于东部地区。21世纪前期、中期和末期几乎所有台站气温的信噪比(SNR)都大于3,说明气温预估结果的可信度较高,可信度较高的台站主要位于30°N以南地区,且前期可信度最高。而降水预估结果的可信度要远低于气温,SNR主要在0-1.5之间,前期东部降水预估结果可信度高于西部,中期和末期北部降水预估结果可信度高于南部。
- 北太平洋海温与江淮流域汛期水量丰枯关系研究
- 作者：李秋林 学位年度：1992 学位授予单位：河海大学 关键词：江淮流域 旱涝 年际变化 夏季风 东亚 梅雨期
- 描述：北太平洋海温与江淮流域汛期水量丰枯关系研究
- 北半球夏季环流低频振荡与波包活动及对江淮流域强降水过程的影响
- 作者：陈丹萍 学位年度：2016 学位授予单位：南京信息工程大学 关键词：江淮流域 强降水过程 下游发展 45d 15 斜压波包 30d 60d 30 10
- 描述：本文采用2003年、2007年及2011年NCEP/NCAR再分析和全国753站逐日降水资料,运用小波分析、Lanczos滤波、一点滞后相关等方法,对江淮流域强降水过程与不同周期长度(10-30d、15-45d、30-60d)的降水低频变化的联系进行了研究,探讨了不同周期的低频环流及低频波动的特征,从而进一步揭示了低频波动及其能量在强降水过程中所起的作用,为寻找江淮流域强降水过程预报线索提供了科学依据。研究结果表明：江淮流域强降水过程与低频降水紧密相联,但不同年份的降水低频振荡周期存在很大差异；大气低频流场的扰动呈现出低频波动的运动特征,但不同周期的波动在纬向和经向上的运动特征不同。在2007年夏季降水中,降水低频分量起着重要作用。降水的低频振荡主周期为10-30d,降水距平时间序列与10-30d低频分量具有较好的对应关系,相关系数达到0.44。低频环流在降水活跃位相时具有斜压结构,且低频扰动在对流层上层和低层都呈现波列状分布。在对流层低层,主要表现为自低纬向中高纬的波列结构；在对流层上层,其扰动中心则表现为自中高纬向东南方向较低纬地区排列。10-30d的低频扰动在对流层上层有缓慢的东移倾向,相速度为每天2-3个经度。西风带中存在多次移动性波列向下游的传播,且在120°E以西以每天14经度的群速度向下游频散能量,表明10-30d低频波动具有明显的下游发展特征。在强降水开始5d前,低频波动与能量可起源于高纬的乌拉尔山附近,沿着西北-东南向的路径向下游传播。下游发展的低频波动为江淮流域带来了能量,为强降水的发生提供了条件。2011年江淮流域梅雨期间出现了四次大范围的强降水,降水的低频振荡主周期为15-45d,江淮大部分地区15-45d低频降水方差占总方差的12%左右。低频扰动在对流层上层和低层亦都呈现波列状分布。高空波动存在向南／向东的移动／扩展。低频波动在纬向上的运动非常缓慢,且具有显著的从北往南的经向传播,相速度约为每天1.5个纬度左右,波能南传速度约为每天3-4个纬度。波动能量在强降水开始前7天左右,由贝加尔湖以南地区向南频散能量,最终于降水发生前后传至降水中心点附近。采用正压模式下的Rossby波频散关系式能很好地解释低频波动南传的机制。2002/2003的强厄尔尼诺事件,使2003年夏季江淮流域降水异常偏多的环流背景。主周期为30-60d的低频振荡对2003年江淮流域暴雨的形成有重要贡献,降水距平时间序列与30-60d低频分量的相关系数达到了0.50。低频环流在对流层高、低层呈反气旋、气旋性配置,有利于降水发生。200hPa上的高空波动有缓慢的向南的移动和扩展,相速度为每天2-3个纬度左右。低频波包和波动能量在降水开始前6天左右,于55。N向南传播,在强降水开始前传至中心点附近。低频波动能量先于波包到达,群速度约为每天5个纬度左右,表明30-60d的低频波动也具有向南方扰动发展的特征。运用正压模式下的Rossby波频散关系式,解释了2011年、2003年低频波动及能量在经向上的传播显著于纬向上传播的原因。不同低频振荡周期的纬向波数和经向波数之比相差较大,从而造成了低频波动及能量在各方向上的传播差异。
- 北半球中高纬度地区大气环流异常与夏季江淮流域旱涝关系的研究
- 作者：徐敏 学位年度：2006 学位授予单位：南京大学 关键词：江淮流域降水 ENSO 大气环流异常 中高纬度地区 梅雨 夏季旱涝 阻塞高压
- 描述：北半球中高纬度地区大气环流异常与夏季江淮流域旱涝关系的研究
- 全球大气环流模式对1998年夏季江淮流域强降水过程的回报试验研究
- 作者：颉卫华 学位年度：2010 学位授予单位：中国气象科学研究院 关键词：集合预报 1998年夏季江淮流域降水 回报试验 全球大气环流模式
- 描述：在天气预报中,降水的可预报性一直是人们普遍关注的焦点,尤其对于东亚季风区降水的预报被认为是一项极具挑战的工作。近几年,国际上已开始研究全球大气环流模式对天气过程的可预报性问题,用以改进物理参数化方案和研发气候模式同化系统。另外,“天气或气候模式功能逐渐倾向天气-气候一体化”已成为未来数值模式的发展趋势。利用气候模式进行天气预报的研究工作具有重要的科学价值和实际应用价值。本文利用中国气象局北京气候中心全球大气环流模式(BCC_AGCM2.0.1)针对1998年夏季6月24日至7月3日发生在我国江淮流域的一次强降水天气过程进行回报试验研究,讨论了气候模式在没有自身同化系统条件下,模式初值协调性问题;分析了BCC_AGCM模式对全球500hPa位势高度形势场的可预报性;检验评估了气候模式对我国区域降水的预报性能;初步探讨了模式不同起报时间的预报集合对模式预报性能的影响。论文的主要结论如下:1、协调的数值模式初值对于天气可预报性的提高非常重要。以NCEP-II再分析值作为BCC_AGCM模式初值,在起报之初利用NCEP再分析逐时温度、涡度和散度场对模式物理-动力过程进行一段时间初始协调积分,结果表明:经过1天以上初始协调对全球500hPa位势高度的预报效果明显好于直接使用NCEP-II初始场的预报结果,其中经过10天的初始协调时间在模式起报后前3天的预报效果最好;研究还发现对中国区域降水而言,模式使用协调5天以上的初值对对流性降水和大尺度降水预报可达到稳定水平。因此,要提高降水和环流的预报需要至少5天以上的初值协调过程。2、通过对1998年夏季6~8月逐日的回报试验结果表明(所有试验都经过10天的初始协调积分),BCC_AGCM对全球500hPa位势高度的天气尺度演变过程预报具有4~7天左右的可预报性;模式能够较真实地模拟出北半球中高纬地区500hPa等压面上的大尺度槽脊系统在起报后未来6天的演变过程,在起报第4天之后,如有新的槽脊系统发展生成,模式的可预报性将受到明显的影响,而对北半球热带和副热带地区4天内的槽脊演变具有较好的预报能力;南半球500hPa位势高度可预报性误差大于北半球;从区域分布来看,预报偏差基本上是在模式起报初期存在较小误差地区的基础上发展而来的,多集中在中高纬的高低压中心系统以及南半球等压线密集带。3、检验评估了BCC_AGCM对中国区域降水的可预报性。针对6月24日~7月3日的我国江淮流域的强降水过程的回报试验进行了重点分析,试验的起报时间是6月24日00时,经过了10天时间的初值协调积分。回报试验结果表明:BCC_AGCM模式可以较好的回报出我国东部(110°E~120°E)从6月24日~7月3日的雨带位置随时间演变的基本特征,但降水强度较实况有所偏弱;从降水的空间分布来看,6月24日起报后的前3天降水区域位置大体一致,但降水中心的强度有所差异,从第5天起,模式对降水中心落区及其中心强度的预报均出现了明显的偏差;利用BIA、ETS和HK评分方法对6月24日至7月3日的逐日降水预报结果进行评估,对起报后未来2天的5mm和10mm以上的降水预报能力相对较强,ETS评分值达到了0.25以上,HK评分超过了0.4,降水区域范围预报也较准确,BIA评分趋于1.0。模式对20mm以上的降水在起报后2日内具有一定的可预报性,但模式对强降水的预报能力较差,结合三个降水评分指数可以看出,模式对大于30mm以上降水的预报范围明显偏大,BIA评分值偏离1.0较大,其中ETS和HK评分较低。总体来看,前3天的降水具有较高的可预报性。4、研究发现,不同起报时间的预报结果集合对5天后的天气预报性能有明显提高。仍然针对1998年6月24日~7月3日的降水过程,对分别从1998年6月21~24日00时逐日起报的多个回报结果进行了集合,分析表明:BCC_AGCM模式对全球500hPa位势高度的可预报性在6月24日后的前5天预报结果低于从6月24日起报的单个回报试验,而5天后的可预报性要明显高于未集合的预报结果;集合预报对中国东部区域强降水雨带位置随时间演变过程和中国区域降水空间分布的预报能力对6月24日起4天之后的预报结果比未经集合的预报有明显提升,其中对5mm以上的BIA评分有提高,而对5mm和10mm以上的ETS评分和HK评分有显著提高。
- 中国江淮流域水污染与健康的暴露-反应关系研究
- 作者：蒋金花 学位年度：2004 学位授予单位：中国疾病预防控制中心 关键词：状况 暴露 水污染 生态学 健康 水相关疾病 反应关系 泊松回归
- 描述：为了深入分析和评价中国水环境污染对居民健康的影响，本研究应用生态学趋势研究方法，选取中国长江流域和淮河流域(简称江淮流域)作为对象，对1992—2002年该流域的监测断面水和饮用水水质状况、变化趋势和特点及相应暴露人群的疾病发病情况和死亡情况进行描述性分析；并应用时间序列分析中插补缺失值、全信息最大似然法模型分析、主成分分析、和广义线性模型中的泊松回归方法等对所收集的资料进行了系统的统计计算和模型拟合分析，初步建立饮用水中主要污染物与人群健康的暴露一反应关系评价模型，为下一步进行我国饮用水污染对人群健康损害的经济损失估算提供科学依据，也为政府相关部门提供决策依据。 研究资料： 1.1992—2002年江淮流域24个城市的断面水和饮用水资料；2.1984年全国饮用水水质调查中的江淮流域65个城市的饮用水资料；3.1992—2000年江淮流域44个疾病监测点的甲肝、痢疾、伤寒和副伤寒的发病率资料；4.1991—2001年江淮流域65个城市的食管癌、胃癌、肝癌、结肠直肠肛门恶性肿瘤、膀胱癌、白血病、肺癌和恶性肿瘤总计的死亡率资料。 研究结果： 1.1992—2002年江淮流域断面水以有机物污染为主，污染指标主要是生化需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧和亚硝酸盐氮，其11年累计超标率分别为48.23％、39.68％、30.55％、33.12％、27.65％，断面水总体有机污染程度有下降的趋势。 2.1992—2002年江淮流域农村饮用水水质主要以生物性污染和有机化学物污染为主，超标率较高的指标主要是：氨氮、大肠菌群、细菌总数、耗氧量和混浊度，11年间水质污染程度呈逐步下降的趋势。 3.与水污染相关的消化道肿瘤每年的死亡率男性普遍高于女性，对于男性，每年肺恶性肿瘤的死亡率最高，都大于30／10万，对于女性，胃癌死亡率多数情况下最高，在1995年最高达到了17.98/10万，经过趋势性检验，11年间肝癌、恶性肿瘤总计和男性胃癌死亡率均有上升趋势。 4．SDearman相关分析结果显示：饮用水水质综合指数和断面水水质综合指数呈正相关，相关系数为0.472(P<0.001)；饮用水大肠菌群和男性与女性痢疾发病率呈正相关，相关系数分别为0.294、0.284(P<0.05)，饮用水水质综合指数和男性与女性痢疾发病率呈正相关，相关系数分别为0.344和0.322(P<0.05)。 5．饮用水大肠菌群数和甲肝、痢疾的发病率存在剂量一反应关系，本研究拟合出二者的关系为指数模型。 6．泊松回归的结果表明：饮用水COD、饮用水氯化物和饮用水氟化物的饮用水浓度均与胃癌、肝癌、肺癌、食管癌和恶性肿瘤总计呈正相关关系。根据本研究的回归方程：当饮用水COD增加1倍时，男性胃癌死亡率增加0.183/10万，女性胃癌死亡率增加0.142/10万，男性肝癌死亡率增加0.112/10万，女性肝癌死亡率增加0.094/10万，男性食管癌死亡率增加0.044/10万，女性食管癌死亡率增加0.057/10万，男性恶性肿瘤总计增加0.128/10万，女性恶性肿瘤总计增加0.122/10万。 结论：江淮流域断面水和饮用水污染依然存在，二者11年间污染水平均有逐渐下降的趋势；断面水水质的恶化会在一定程度上影响饮用水水质，二者呈中度相关；江淮流域饮用水大肠菌群数和相应暴露人群甲肝、痢疾发病率的剂量一反应关系呈指数关系：饮用水COD、饮用水氯化物和饮用水氟化物的浓度与暴露人群的胃癌、肝癌、肺癌、食管癌和恶性肿瘤总计的死亡率呈统计学正相关关系；说明江淮流域水污染是危害人群健康的重要危险因素之一，应该引起决策部门重视，加大治理水环境污染力度!
- 东亚夏季风的年际变化与江淮流域海雨期旱涝
- 作者：徐予红 学位年度：1993 学位授予单位：中国科学院大气物理研究所 关键词：江淮流域 旱涝 年际变化 夏季风 东亚 梅雨期
- 描述：东亚夏季风的年际变化与江淮流域海雨期旱涝