东江流域气象干旱向水文干旱传递阈值研究

对不同干旱类型之间传递阈值研究可有效分析干旱传递的发生规律和机理,特别是对气象干旱向水文干旱传递阈值的研究。以东江流域为研究对象,计算月尺度的标准化降水指数SPI和标准化径流指数SRI,并基于游程理论识别干旱事件,提取干旱事件及其特征,包括干旱历时和干旱烈度。对发生时间全部或部分重叠的气象干旱事件和水文干旱事件进行匹配。对匹配后的干旱特征属性进行边缘分布拟合,验证气象干旱和水文干旱的历时或烈度之间的相关性,基于二变量Copula函数分别建立气象干旱与水文干旱特征的联合分布模型,计算不同气象干旱条件下不同等级水文干旱(中旱、重旱、极旱)发生的条件概率,取条件概率为0.95时对应的气象干旱历时或烈度值,作为气象干旱向该等级水文干旱传递的干旱历时(烈度)阈值。结果表明:东江流域气象干旱历时和烈度的最优拟合函数均为伽玛分布,水文干旱历时的最优拟合函数为伽玛分布,水文干旱烈度的边缘分布函数为广义正态分布。Gumbel-copula函数拟合干旱历时和烈度的效果较好。东江流域中旱、重旱、极旱等级的干旱历时传递阈值分别为6.9、8.3、9.4个月;干旱烈度的传递阈值分别为4.6、5.7、6.6。干旱传递阈值可以为水文干旱的预测以及防旱减灾的决策提供参考。     

赣江流域气象干旱与水文干旱特征及其概率关系

为探明赣江流域气象干旱与水文干旱之间的关系,基于赣江流域1960～2018年降水和径流量资料,分别计算标准化降水指数(SPI)和径流指数(SSI),基于游程理论识别气象干旱和水文干旱事件并分析干旱特征变化过程,同时利用Copula函数和条件概率分布分析干旱重现期以及气象干旱与水文干旱概率关系。结果表明:(1) 6个月时间尺度下SPI和SSI相关性最好,水文干旱对气象干旱无滞后,水文干旱严重于气象干旱,2000年以后水文干旱呈加重趋势;(2)相同单变量重现期下,气象干旱联合重现期大于水文干旱,同现重现期小于水文干旱;(3)随着气象干旱加重,不同等级的水文干旱发生概率增加,发生气象干旱情况下引发水文干旱的概率为0.892。研究结果可为赣江流域抗旱预警提供参考。     

滦河流域气象干旱向水文干旱传播特征及风险分析

干旱是一种复杂的自然灾害,气象干旱可能导致水文干旱等灾害,严重影响社会经济发展。探明气象干旱向水文干旱传播的特征及规律,可为减小干旱损失、保障流域供水用水安全提供技术支持。本文基于滦河山区1960—2017年的气象水文数据,应用游程原理识别气象水文干旱事件,甄别二者间的传播特征,并借助Copula模型评估气象干旱向水文干旱的风险和干旱传播的临界关系。结果表明：（1）在1960—2017年期间,与气象干旱事件相比,水文干旱事件具有频率低、历时长、峰值低的特点;（2）滦河地区气象干旱和水文干旱传播关系以单场气象干旱向单场水文干旱传播为主;（3）气象干旱向水文干旱的传播存在明显的滞后效应,从上游至下游地区干旱滞后时间依次增长;（4）Gumbel Copula函数能够更准确地评估该流域干旱传播风险,结果显示上游地区发生干旱传播的风险低于下游地区,上、下游地区气象干旱发展成水文干旱的临界历时分别为0.93个月和1.26个月,临界峰值强度分别为0.66和0.44。本研究可为评价不同干旱事件间的传播与演变关系,构建流域干旱风险评价模型提供新思路。     

表征生态状况的综合干旱指数构建及干旱风险分析

联合标准化降水指数、标准化土壤湿度指数、标准化地下水指数和标准化生态缺水指数,基于熵权法和相关系数赋权法分别构建了西北地区综合干旱指数CDI＿E和CDI＿C,分析了CDI＿E、CDI＿C与标准化叶绿素荧光指数(SSIF)、自适应帕尔默干旱指数(scPDSI)间的相关性,评估了CDI＿E、CDI＿C对植被状况的表征以及综合干旱的监测能力,并选取典型干旱事件进行验证。利用游程理论分析了1986—2015年西北地区的综合干旱特征及暴露度、脆弱性、恢复力3个风险因子,采用等权法计算综合干旱风险,依据10 a滑动窗口分析干旱风险的变化趋势。结果表明：CDI＿C考虑了干旱与植被的响应关系,且与scPDSI的相关性较强,能较好地反映西北地区的综合干旱情况;CDI＿C可以同时监测到气象、农业、地下水和生态干旱,且反映的干旱与实际情况一致;CDI＿C显示研究时段内西北大部分地区呈变湿趋势;综合干旱在新疆、青海等干旱半干旱区的发生频率较高且干旱风险较大,各区干旱风险呈先增后减的趋势。     

西北地区地下水干旱时空演变趋势及对气象干旱的动态响应

为分析西北地区地下水干旱时空演变趋势及对气象干旱的动态响应,利用GRACE和GLDAS数据定量评估地下水储量变化,构建地下水干旱指数GRACE-GDI分析地下水干旱的时空演变特征,并利用Pearson相关系数分析了地下水干旱对气象干旱的动态响应关系.结果表明:西北地区地下水储量总体上以0.25 cm/a的速率枯竭;河西...     

水文干旱与气象干旱临界转变条件的判定及响应关系

水文干旱与气象干旱的响应关系对于建立健全干旱监测预报系统具有重要意义。基于区域水文干旱指数(SHI)与标准化降水指数(SPI),结合游程理论和非线性关系模型分析喀什河流域水文干旱与气象干旱的特征、响应关系及驱动因素。结果表明:水文干旱的年平均干旱历时和干旱烈度大于气象干旱,且随着SPI和SHI时间尺度的增加,识别出的干旱历时和干旱烈度也有所增加。基于三参数(log 3 P1)对数函数(Logarithm)模型可以更好地表征两者的响应关系。在3个月尺度下,气象干旱历时至少为1. 10个月且干旱的烈度至少为0. 83时,将诱发水文干旱;在6个月尺度下,气象干旱历时至少为1. 60个月且干旱的烈度至少为0. 91时,易发生水文干旱。     

基于三维Copula函数的河南郑州市干旱频率分析

为研究河南郑州市气象干旱特征的一般规律,观测百余年来郑州市标准化降水蒸散指数的变化状况,收集了郑州市1901-2015年月际标准化降水蒸散指数,并运用Mann-Kendall检验法对郑州区域标准化降水指数的变化趋势以及突变情况进行检验。基于月际标准化降水蒸散指数以及游程理论对干旱事件进行识别,分离出干旱历时、干旱烈度以及干旱烈度峰值3个干旱特征变量。选取了3种二维对称Copula函数和3种三维对称Copula函数对干旱特征变量进行拟合并计算联合重现期和同现重现期。经拟合检验,二维Frank Copula函数和三维Frank Copula函数对干旱特征变量的联合分布拟合效果最佳。     

南盘江流域水文干旱对气象干旱的响应特征研究

选取南盘江流域3个站点40年(1970年-2009年)的逐月径流资料和20个站点同期逐月降水资料,计算标准化径流指数(SSFI)和不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),从中选取水文干旱样本和同期的SPI进行统计分析,研究水文干旱对气象干旱的响应特征。结果表明:南盘江流域SSFI对SPI具有良好的响应关系;SSFI对SPI的响应关系随时间尺度的不同相关性不同;总体来看,流域内水文干旱对气象干旱的响应时间约为6个月。     

西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征

为了解西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征,采用西南地区1968—2017年101个气象站观测资料和8个水文站月径流资料,计算了标准化降雨蒸散发指数(SPEI)和标椎化径流指数(SRI),基于皮尔逊相关系数(PCC)确定了干旱响应时间并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,构建了线性干旱传播模型并确定了西南地区部分流域气象干旱向水文干旱传播的触发阈值。结果表明：西南地区干旱响应时间为2～7月;水文干旱敏感度分布与气象干旱传播率分布较为一致;干旱烈度传播阈值较小的流域,水文干旱事件历时更长。     

1959—2019年辽河流域气象干旱时空特征分析

【目的】在全球气候变化的背景下，干旱问题日趋明显，对辽河流域干旱特征进行分析可为当地的防旱抗旱工作提供指导。【方法】基于1959—2019年辽河流域40个气象站点数据，应用标准化降水蒸散指数(SPEI),结合Copula函数、重现期计算探究流域气象干旱特征，并利用交叉小波分析探究SPEI与遥相关因子的相关关系。【结果】结果显示：1959—2019年，夏、秋季流域SPEI呈下降趋势；下辽河平原、东辽河平原、辽东丘陵南部以及西北、西南山地地区气象干旱同现重现期较短，在3～10 a之间；大兴安岭山地地区、下辽河平原、东辽河平原和辽东丘陵南端联合重现期较低，在1.5～3.5 a之间；SPEI与太阳黑子(SN)、北极涛动(AO)、太平洋年代际涛动(PDO)、南方涛动指数(SOI)、北大西洋涛动(NAO)在不同时间尺度的共振周期上，有较好的相关关系。【结论】结果表明：夏、秋季流域气象干旱呈加剧的趋势；基于Copula函数进行联合概率分析，更利于全面表征干旱事件的发生和发展规律，其中Gumbel Copula和Frank Copula函数能更好地拟合辽河流域绝大多数站点干旱烈度及干旱历时的联合分布；...     

基于改进三维识别方法的西北地区干旱事件分析

以标准化降水蒸散指数(SPEI)为基础,基于改进的干旱三维识别方法,提取多个反映干旱空间动态演变过程的特征变量,对西北地区识别的气象干旱事件进行分类并分析其时空演变模式,揭示季节干旱发展规律。结果表明：改进的干旱三维识别方法能够准确提取出时空连续的干旱事件,提高了干旱时空动态演变监测的可视化程度;1960—2018年西北地区气象干旱事件以同向迁移规律为主,青海省北部和甘肃省中部为两个主干旱中心区域,且呈现出历时逐渐变短、大面积干旱事件占比逐渐降低的趋势;西北地区季节连旱事件多集中在青海省,春夏秋连旱事件由东南向西北方向迁移,夏秋冬连旱事件由西南向东北方向迁移,且两种季节连旱事件在发展后期的迁移速率相对较快。     

Construction of an optimized comprehensive drought index for agricultural watersheds in cold regions and its applicability analysisEI北大核心CSCD

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。     

基于新型综合干旱指数的珠江流域未来干旱变化特征研究

综合干旱指数构建及评估未来综合干旱特征变化具有重要的理论价值和现实意义。本文基于Copula函数,联合降水及VIC模型模拟的蒸散发、径流和土壤水等水文气象要素,构建了一种能综合表征气象-水文-农业干旱特征的新型综合干旱指数(CSDI),并以珠江流域为例进行应用,分析了未来气候变化情景下研究区综合干旱的变化特征。结果表明:(1)CSDI指数综合考虑了与干旱发生、演变密切相关的水文气象要素,能很好地监测到干旱的发生、发展过程,可综合从气象、水文与农业等角度刻画干旱特征。(2)RCP2.6情景下,流域下游综合干旱严重性降低且历时减少,而RCP4.5和RCP8.5情景下,全流域则均增加,严重性和历时分别至少平均增加14.8%和11.5%。(3)RCP2.6情景下,流域上下游超阈联合重现期100年的同频设计严重性和历时值均大幅降低,而RCP4.5、RCP8.5情景下,流域大部分地区则均呈升高。本研究可为研究区防旱抗旱提供新的参考。     

典型气象干旱指标在东北地区的适用性分析

干旱指标的适用性分析是准确监测旱情的重要前提。气象干旱指标相较于水文和农业干旱指标等能更准确的反应旱情且应用更加广泛。东北地区是我国重要的粮食主产区,同时也是干旱灾害的易发区。针对东北地区开展典型气象干旱指标的适用性具有重要的现实意义和应用价值。本研究利用东北三省78个气象站点1954-2013逐月降雨及温度资料,计算逐月的标准化降雨指数、标准化降雨蒸散指数、帕尔默干旱指数、降雨Z指数、降雨距平百分率和综合气象干旱指数。通过各指标的季节干旱识别的结果与历史干旱资料进行对比,分析其识别准确性,并作为指标适用性评价的依据,比较了各干旱指标在不同地区、不同季节的适用性。结果表明：标准化降雨指数对于东北三省各个季节都具有较好的适用性;降雨距平指数更适用于吉林和黑龙江,季节上尤其适用于春季和秋季。     

黄河流域气象干旱与水文干旱时空特征及其传递关系EI北大核心CSCD

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI),比较了黄河流域气象干旱和水文干旱的时空分布差异,分析了二者时间尺度上的关联性,并选取典型干旱事件进一步探讨了两种干旱类型的传递关系。结果表明:两种干旱类型空间上有相似的趋势和频次,但在黄河源区和黄河中南部(渭河流域)差异显著,其干旱历时均有随年代延长的趋势,水文干旱历时增长尤为明显;在时间尺度上,SPEI与SRI在大部分区域基本一致,但在黄河源区和渭河流域差异较大,尤其是短时间尺度上差异更显著;气象干旱与水文干旱并非一一对应,多场短历时间断气象干旱受时滞效应、异常气象波动等影响,可能引发一场长历时连续水文干旱或多场短历时间断水文干旱,一场长历时连续气象干旱强度衰减可能引发多场短历时间断水文干旱。     

基于信息扩散和频率曲线适线的农业旱灾风险评估方法

为克服农业旱灾风险计算中小样本导致的信息不足,以农业因旱受灾率为损失指标,采用信息扩散理论和频率曲线适线方法相结合的方法,构建损失与概率之间的函数关系,建立了旱灾风险评估方法。据此方法定量计算不同旱灾水平年下的农业因旱受灾率,绘制旱灾风险空间分布图。该方法通过优化利用样本模糊信息来弥补小样本导致的信息不足,对小容量样本的概率分布估计有较高的精确度。将该方法用于安徽省农业旱灾风险评估,绘制了安徽省农业旱灾风险图,以便为安徽省抗旱减灾提供参考。