不同干旱指数在新疆哈巴河地区旱情评价中的应用研究

利用新疆哈巴河地区1962-2014年间的气象资料,比较分析多时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI)在该地区的适用性,并基于两种干旱指数计算结果分析哈巴河地区53a间的干旱演变特征。结果表明:各时间尺度(年、季、月)下的SPI指数与SPEI指数呈现显著性相关;单月小尺度下,SPEI指数评价干旱事件等级较实际情况要严重,SPI指数在实际使用中更具优势;12月长时间尺度下,SPI指数和SPEI指数均体现出巴河地区干旱逐步减轻的趋势,在气候变暖大背景下考虑气温变化的SPEI指数较SPI指数更符合当地实际;各季节尺度下,SPI和SPEI指数发生各干旱等级事件的比例相差不大,实际使用中建议春冬季使用SPI指数,夏秋季使用SPEI指数或修正过的SPI指数,同时需要重点关注夏秋季干旱。     

基于多尺度SPEI指数的哈巴河地区多年干旱研究

干旱指数是研究地区旱情动态特征、科学评估干旱风险的重要依据。通过运用统计学方法分析哈巴河地区1962~2014年间降水、气温、蒸发等要素的年际变化特征,并基于多时间尺度的标准化降水蒸发指数研究了该地区干旱演变特征,根据实测历史旱情,分析了该指数在哈巴河地区的适用性。结果表明:近53 a来,该地区降水与气温呈不同程度的增加趋势,而潜在蒸发呈现显著下降趋势,气候正逐步变得湿润;不同时间尺度的SPEI指数皆可监测旱情变化,且与记载的流域实际旱情相符,在哈巴河地区均有较高的适用性。研究思路与方法可为其他气候相似区的旱情监测与预警、风险管理提供依据。     

1962-2017年典型半干旱草原区不同时间尺度干旱特征分析

干旱是我国北方地区主要的自然灾害之一,对干旱指标的监测分析可为地区旱情评估、预警以及为制订抗旱减灾对策提供科学依据。以内蒙古高原半干旱草原区1962-2017年0.5°×0.5°降水格点数据为基础,分别计算不同时间尺度(年、季)的标准化降水指数(SPI),通过分析其干旱频次、频率以及站次比的变化,对研究区1962-2017年的干旱时空特征进行了分析。结果表明:近年来,研究区干旱程度有所加剧,且中南部地区为各类干旱事件的频发区。此外,轻旱多发生于秋季,且主要分布于研究区中部及南部,而特旱事件常在夏季发生,其高频区位于研究区西部。20世纪90年代各季均出现了大范围轻旱,夏季分别于2001和2010年出现全域性中旱及全域性特旱。     

基于动态权重系数法的区域综合干旱指标研究

为揭示区域总体干旱程度及其变化特征,以长株潭地区为研究区,在标准化降水指数(SPI)、标准化水位指数(SZI)、标准化区域水资源短缺指数(SSDI)基础上,利用动态权重系数法构建区域干旱综合指标MIDI,结合历史受旱面积率、因旱减少供水量等旱情统计资料,对MIDI的适用性进行分析验证。以长株潭地区11个气象站、12个水文站近几十年实测资料为例,分别采用游程理论和Copula函数法识别干旱事件,并计算其发生频率,采用多尺度统计分析法,对区域综合干旱的演变特征进行分析。研究结果表明:SPI、SZI、SSDI对于不同水源、行业类型干旱评价各具优势,SPI、SSDI年干旱累积烈度与长株潭地区农业受旱面积率相关性相对较高;SZI年干旱累积烈度与城镇因旱减少供水量相关性较高,更适用于依靠地表径流为主要供水水源的城镇干旱地区评价。本研究提出的动态权重系数法,综合考虑了区域产业结构的年际变化、产业需水规律的季节性变化等因素,可反映不同阶段各单项指标干旱对于旱情的主导作用,适用于多种水源和产业类型的区域旱情综合评价;从月、季和年3种时间尺度,分析了长株潭地区MIDI综合干旱的变化特征,结果表明长株潭地区近20 a来极端干旱发生频次呈现波动增加趋势。     

不同干旱指数在唐山地区旱情评价中的应用

基于唐山地区1957—2011年的气象资料,比较分析标准化降水指数（S SPI）、标准化降水蒸散发指数（S SPEI）和帕默尔水文干旱指数（P PHDI）3种不同干旱指数的相关性,并评价了各个指数在唐山地区连旱期间的适用性。结果表明：各时间尺度（年、季、月）的S SPI和S SPEI均显著相关;P PHDI与年尺度的S SPI和S SPEI均显著相关。P PHDI对长期干旱判断效果明显优于短期干旱。年尺度S SPEI和S SPI对干旱事件识别效果比较接近,二者对长期干旱判断偏涝,对短期干旱判断效果明显优于P PHDI。在气温偏低的年份,季尺度的S SPI能很好地反映旱情的严重程度,在气候变暖的背景下,季尺度S SPEI比S SPI更能准确地判断和评价旱情。     

ＲCPs 情景下贵州省干旱趋势分析

为探究贵州省未来干旱变化趋势,基于 CMIP5 全球气候模式预估的降水月值数据,利用标准化降水指数(SPI)分析了 2016—2050 年 ＲCPs 情景下贵州省干旱趋势。结果表明: 2016—2050 年间ＲCP2. 6、ＲCP4. 5 和 ＲCP8. 5 情景下贵州省 SPI 指数均呈现增加趋势。除特旱外,ＲCP8. 5 情景下轻旱、中旱、重旱发生频次高于 ＲCP2. 6 和 ＲCP4. 5 情景。2016—2030 年各情景下各干旱等级发生频次较高。不同情景下各干旱等级的干旱频率空间异质性突出。各情景下贵州省干旱站次比和干旱强度均呈现下降趋势,发生全域性干旱年份较多,发生区域性干旱和局域性干旱年份较少。发生轻度干旱强度年份较多,发生中度干旱强度和重度干旱强度年份较少。ＲCPs 情景下贵州省降水增加导致干旱风险降低。研究结果可为干旱监测和农业生产提供参考依据。     

RCPs情景下贵州省干旱趋势分析

为探究贵州省未来干旱变化趋势,基于CMIP5全球气候模式预估的降水月值数据,利用标准化降水指数(SPI)分析了2016—2050年RCPs情景下贵州省干旱趋势。结果表明:2016—2050年间RCP2. 6、RCP4. 5和RCP8. 5情景下贵州省SPI指数均呈现增加趋势。除特旱外,RCP8. 5情景下轻旱、中旱、重旱发生频次高于RCP2. 6和RCP4. 5情景。2016—2030年各情景下各干旱等级发生频次较高。不同情景下各干旱等级的干旱频率空间异质性突出。各情景下贵州省干旱站次比和干旱强度均呈现下降趋势,发生全域性干旱年份较多,发生区域性干旱和局域性干旱年份较少。发生轻度干旱强度年份较多,发生中度干旱强度和重度干旱强度年份较少。RCPs情景下贵州省降水增加导致干旱风险降低。研究结果可为干旱监测和农业生产提供参考依据。     

基于SPI指数的云南省干旱时空特征分析

干旱是云南省主要的自然灾害之一，为全面了解云南省气象干旱的时空演变特征，基于云南省104个气象站点1959～2018年逐月降雨量资料，计算标准化降水指数SPI,分析云南省干旱的时空变化特征。结果表明：(1)云南省不同尺度的SPI值随时间尺度的增加，波动逐渐减小，且呈现出一定的周期性变化特征。(2)近60 a以来，云南省每年都会有地区发生干旱，大部分以轻旱、中旱为主，但重旱、特旱发生的比例也在增加；干旱强度和范围均呈缓慢上升趋势，且干旱的范围越大，干旱强度越强。(3)夏、秋季节干旱强度与干旱范围均呈上升趋势，春、冬季节呈下降趋势。(4)近年来，滇东南、滇西南地区成为云南省干旱的高发区。     

4种气象干旱指数在新疆的适用性分析

在研究干旱问题时,由于研究的区域不同,其气候条件、致旱原因也不同,因此,并不能简单地采取某一种干旱指数来评定区域的旱情,必须总结该区域各指数的适用性,才能得到最适合该区域干旱研究的干旱指数。将新疆62个气象站点划分为12个分区,先将K干旱指数、干旱侦测指数(RDI)、标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)等4种干旱指数的阈值进行本地化修正,再利用春、夏、秋3季最长连续无雨日数评价的干旱等级分别与各干旱指数的评价等级进行吻合度分析,最后利用年尺度的土壤湿度分别与各年尺度的干旱指数进行相关性分析。结果表明:(1)在春、夏、秋3季,K指数适用于东疆和南疆平原盆地地区的春旱与秋旱的监测,以及吐鄯托盆地的夏旱监测;RDI指数适用于北疆东部和北部3季的旱情监测、北疆沿天山一带和天山山区的春旱监测;SPI指数适用于天山和南疆西部山区的夏旱监测;SPEI指数适用于北疆西部和南疆西部山区的春旱监测,以及东疆、南疆、北疆西部和北疆沿天山一带的夏旱监测,北疆西部及北疆沿天山一带的秋旱监测。(2)在年尺度适用性上,K指数适用于北疆地区、南疆西部以及阿克苏地区;RDI指数适用于整个北疆地区;SPI指数适用于北疆沿天山一带、北疆西部、阿克苏地区以及南疆西部;SPEI指数适用于北疆沿天山一带、北疆西部和南疆西部山区。     

标准化降雨指数SPI的辽西阜新市干旱评价

文中利用阜新水文站、彰武水文站1965—2021年的降水资料，采用标准化降雨指数SPI干旱等级划分方法，进行干旱评价，揭示了该地区干旱发生的基本特征。实践证明，利用标准化降雨指数进行旱情评价，可以任意时间尺度，指标统一，尺度一致，操作简捷，精度较高。     

基于SPEI的南水北调中线水源区干旱时空特征

利用多种统计方法对南水北调中线水源区降水和气温序列进行趋势诊断,识别了不同气象站点序列的时空变化趋势;以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立考虑降水和气温共同对干旱过程影响的评价模型,研究分析了水源区不同时间尺度和分期(汛期、非汛期和全年期)干旱过程动态变化特征。分析表明:降水量呈现不显著的下降趋势,气温总体呈现显著性上升趋势;短时间尺度SPEI对降水和气温变化更加敏感,随着时间尺度增大,SPEI值变化更加平缓;非汛期和全年期水源区发生严重干旱的概率增大,不同气象站点3个不同时期发生特旱或重旱的年份与历史发生干旱的资料相一致;干旱严重程度从上游到下游逐渐衰减,整个汉江上游和西北部地区干旱发生频次略高于下游和南部地区;对比标准化降水指标(SPI)计算结果,SPEI指数较SPI指数补充考虑了降水和气温对干旱过程的综合影响,可作为SPI指数的一个重要补充分析手段,可应用于描述南水北调中线水源区不同时间尺度的干旱特征。     

标准化降水指数与有效干旱指数在新疆干旱监测中的应用

基于干旱监测理论,根据新疆测站1961—2010年逐日降水资料,对比分析了基于不同时间尺度(1、3、6、9、12、24个月)标准化降水指标(SPI)与有效干旱指数(EDI)对干旱监测的有效性与实用性。结果表明:不论针对短期干旱还是长期干旱,EDI监测能力均明显优于SPI。短时间尺度的SPI受短时间降水影响较大,能反映短时间新疆地区的干旱变化特征;随时间尺度的增加,SPI对短时间降水的响应能力较差,但仍可反映长时间序列下明显的干旱变化趋势。与SPI相比,EDI能够很好地反映出短期干旱和当时降水量的影响;同时能够随时间迁移,给每日降水量分配以不同权重,考虑前期降水量对当前干湿状况的影响。相关研究结果可为湿润区及其他气候区洪旱灾害监测提供重要理论依据。     

人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律

为了解人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律,基于标准化降水指数(SPI)和径流干旱指数(SDI)分析了气象、水文干旱的变化特征,探讨了人类活动对气象干旱向水文干旱传播规律的影响。研究结果表明：源流区气象、水文干旱均呈减弱趋势,干流气象干旱呈减弱趋势,水文干旱与之相反;随时间尺度增大,干旱历时延长;源流区气象、水文干旱以及干流气象干旱的发生频率受人类活动影响后(1993年后)均降低,仅干流水文干旱的发生频率升高;受人类活动影响后,源流区不同季节气象干旱向水文干旱的传播时间均变长,干流干旱传播时间除春季外均缩短;源流区干旱传播时间延长与气候变化有关,而干流干旱传播时间缩短主要是受人类活动的影响。     

Large-Scale Assessment of Drought Variability Based on NCEP/NCAR and ERA-40 Re-Analyses

The impacts of different spatial resolutions and different data assimilation schemes of the available re-analysis data sets (NCEP/NCAR and ERA-40) on the assessment of drought variability are analysed. Particular attention has been devoted to the analysis of the possible existence of a linear trend in the climatic signal. The long-term aspects of drought over the globe during the last forty years have been evaluated by computing the Standardized Precipitation Index (SPI) on 24-month time scale. The SPI, in fact, seems to be a useful tool for monitoring dry and wet periods on multiple time scales and comparing climatic conditions of areas governed by different hydrological regimes. To unveil possible discrepancies between the analyses carried out with the two data sets, we studied the leading space-time variability of drought by applying the principal component analysis (PCA) to the SPI time series. Results suggest that on the global scale, the two re-analyses agree in their first principal component score, but not in the associated loading: both re-analyses capture a linear trend, though the areas where this feature should be most likely observed are not uniquely identified by the two data sets. Moreover, while the ERA-40 unveils the presence of a weak net “global” trend towards wet conditions, the NCEP/NCAR re-analysis suggests that the areas in the world characterised by positive/negative trends balance to zero. At large regional scale, a good agreement of the results with those obtained from the observations are found for the United Stated, while for the European sector the two re-analyses show remarkable differences both in the first loading and in representing the timing of the wet and dry periods. Also for these areas a linear trend, superposed on other short-term fluctuations, is detectable in the first principal component of the SPI field.     

基于SPI指标左江流域旱涝演变规律与趋势预测分析

为探明广西驮英灌区旱涝灾害演变机理,揭示旱涝的演变规律,选取了1983年～2018年该灌区及周边5座大中型水库的逐月降水量数据,采用标准化降水指数SPI法对降雨数据进行不同时间尺度的处理,以SPI指数表征区域历史旱涝程度,采用趋势分析并运用Morlet小波分析方法,分析灌区近年旱涝变化的周期性,预测未来旱涝变化趋势。结果表明,该灌区年降水量变化波动幅度较大,年降水呈不显著的增长趋势;降水量具有明显的阶段性特征;年降水主要分布在汛期,夏秋季节的降水过程对年降水过程影响较大。根据Morlet小波分析结果,预测未来灌区总体降水将偏多,其中春夏两季将处于丰水期,而秋冬两季将处于枯水期。     

基于标准化降水指数的淮河流域干旱 演变特征分析

利用淮河流域35个气象站点的降水资料,采用标准化降水指数(Standardized Drecipitafion in- dex , SP1)分析了淮河流域近50年(1961 } 2010年)的年度干旱指数,并利用干旱发生频率、干旱站次比和干旱强度三项干旱指标分析了淮河流域的干旱演变特征。研究结果表明,近50年来,淮河流域以轻旱、中旱为主,重旱、特旱相对较少,有干旱发生面积有逐年递减而发生强度呈增强趋势。在当前气候变化背景下,淮河流域干旱对农业生产的不利影响有减小的趋势。     

Regional Drought Modes in Iran Using the SPI: The Effect of Time Scale and Spatial Resolution

In the present paper, regional drought modes in Iran are identified applying the Principal Component Analysis (PCA) and Varimax rotation to the Standardized Precipitation Index (SPI) computed on different time scales. Data used include gridded monthly precipitation covering the period 1951–2007 retrieved from the Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) archive with different spatial resolutions (2.5, 1 and 0.5° resolution). The objective of the study is twofold: (i) Investigate the stability of drought spatial modes as a function of the SPI time scales used for monitoring the different kinds of drought, (ii) Evaluate the impact of the spatial resolution of gridded data on drought regionalization. For the coarse spatial resolution of 2.5°, results show four drought modes of distinct variability, which remain quite stable when the SPI time scale is varied from 1- to 24-month. Differently, for higher spatial resolutions drought modes appear more sensitive to the index time scale and become less spatially homogeneous as the time scale is increased. Moreover, the number of identified modes (sub-regions) may reduce to three or two, but in all cases the most well defined sub-region appears to be the southern one. This suggests that both the spatial resolution of precipitation data and the time scale may affect drought regionalization, i.e. the number of drought modes and their spatial homogeneity.     

Influence of Precipitation Changes on the SPI and Related Drought Severity. An Analysis Using Long-Term Data Series

Drought indices, such as the Standardized Precipitation Index (SPI) are used to quantify drought severity. Due to the SPI probabilistic and standardized nature, a given value of SPI computed in distinct time periods or locations indicates the same relative drought severity but corresponds to different amounts of precipitation. Thus, the present study aims at contributing for a comprehensive analysis of the influence of long-term precipitation variability on drought assessment by the SPI. Long records of monthly precipitation, spanning from 1863 to 2007 in several locations across Portugal, were divided into 30 years sub-periods and the SPI with 12-month time scale (SPI-12) was computed for each sub-period and for the entire period of records. The probability distributions adjusted to precipitation in those different time periods were compared envisaging to detect the SPI sensitivity to the reference period and, therefore, to changes in precipitation. Precipitation thresholds relative to the upper limits of SPI-12 drought categories were obtained and the influence of the time period was investigated. Results have shown that when SPI values derived from the full data record for a recent time period are lower/higher than the SPI values derived from data of the considered time period a recent downward/upward shift of precipitation has occurred. Coherently, a common pattern of drought aggravation from the initial until the more recent period was not detected. However, in southern locations, lower precipitation thresholds of the SPI drought categories were generally found in the more recent period, particularly for more severe drought categories, whereas in the northern locations Porto and Montalegre, an increase was detected. The impacts of the reference period on the computed SPI drought severity and frequency are shown, bringing to discussion the need for updating ´normal´ conditions when long term precipitation records are available and precipitation changes are observed.