1961—2012年黄土高原干旱时空分布特征

干旱是黄土高原主要自然灾害之一。为了揭示黄土高原干旱的变化规律,以该区为研究对象,获取研究区及其周边72个气象站点1961—2012年的逐日降水观测资料,以连续无有效降雨日数作为干旱指标,采用神经网络算法和数理统计法,分析近52年黄土高原干旱的时空变化特征。结果表明:(1)黄土高原不同等级干旱发生次数年内变化显著,轻度干旱发生次数在春、夏季相对较多;中度干旱和严重干旱发生次数年内变化趋势相似,均易发生在冬季;特大干旱发生次数多集中在春季。(2)近52年来不同类型区干旱变化亦显著,各分区干旱发生次数整体均呈上升趋势,2001—2012年各分区干旱发生次数最多。(3)黄土高原干旱发生总次数和春季干旱发生次数整体均呈由西南向东北逐渐增加趋势,夏季干旱多发生在黄土高原北部边界处,秋季干旱发生次数较多的有黄土高原西北部丘陵沟壑区、陕甘宁河流阶地及高原沟壑区的北部和汾河平原及晋陕丘陵沟壑区,冬季干旱整体呈面状分布。(4)轻度和中度干旱发生次数大体相似,均呈由西南向东北逐渐增加趋势,严重干旱多发生在黄土高原北部边界处,特大干旱多发生在黄土高原西北部丘陵沟壑区。研究成果对制定黄土高原防灾减灾政策有一定的参考价值。     

云南2009—2014年持续性气象水文干旱特征及成因分析

基于戴-帕尔默干旱强度指数(Dai Palmer drought severity index,Dai-PDSI)和径流干旱指数(streamflow drought index,SDI),分析云南地区2009—2014年持续性气象干旱与水文干旱时空演变特征,并利用NCAR/NCEP再分析资料,从西太平洋副热带高压、青藏高压、南支槽、对流层垂直运动及水汽垂直分布等视角,分析2009—2014年云南持续性干旱的原因。结果表明:(1)2009—2014年是云南地区自1961年以来最严重的一次持续性极端干旱过程,2009年10月—2010年9月是最干旱的时段;夏季与冬季是干旱最严重的两个季节。(2)在空间上,云南中东部旱情最重,东南部稍轻。(3)水文干旱伴随气象干旱而生,金沙江和南盘江出现重度水文干旱,澜沧江出现中等水文干旱,从强度上讲,水文干旱弱于气象干旱。(4)夏季西太平洋副热带高压偏西偏强,青藏高压持续偏强、中心偏西,云南上空的大气持续受它们控制,盛行下沉气流;冬季南支槽偏弱,不利于引导孟加拉湾水汽北上;在其他季节,大气多以下沉运动为主,对流层水汽严重不足。     

基于FUZZ-EWM法的综合干旱指数构建与应用

研究典型干旱半干旱地区渭北旱塬干旱时空演变特征,对旱灾干扰的干旱半干旱区域的水资源可持续利用和农业可持续发展研究提供理论指导。根据区域内及附近的6个气象站50多年逐月气象资料,结合地理气候特征,选取了Palmer干旱指数(PDSI)、标准化降水指数(SPI)和标准化蒸散指数(SPEI)作为干旱评价的单项指数,并采用FUZZ-EWM法构建出综合干旱指数(DI),然后利用ARCGIS10.1插值研究DI的时空分布和变化趋势,基于Morlet小波函数分析DI的变化周期。结果表明:(1)渭北旱塬是干旱的重灾地,轻旱、中旱频发,重旱、特旱次之。干旱以30年为第一主周期,在主周期内还包括17~18年与6年的小周期。(2)年内干旱的时域与频域差异较大,其中春季以轻、中旱为主,夏季重旱与特旱频发,春夏连旱发生频繁,秋冬季节干旱情况较春夏有所缓解。(3)对现状年水资源供需平衡分析,得到缺水率与综合干旱指数的评价结果基本一致。基于FUZZ-EWM法构建的综合干旱指数DI,对典型的干旱半干旱地区渭北旱塬有良好的适用性,值得进一步推广使用。     

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。     

黄土高原植被物候时空变化及其与季节性干旱的关系

为了揭示季节性干旱对黄土高原植被物候的影响，基于1982—2015年的GIMMS NDVI、气温、降水数据，提取黄土高原地区植被生长季始期SOS、植被生长季末期EOS和标准化降水蒸散发指数SPEI,采用Sen趋势分析法、Mann-Kendall突变点检验法探究黄土高原植被SOS和EOS的时空动态变化情况，采用高阶偏相关分析法对不同植被类型SOS和EOS与季节性SPEI的相关性进行分析。结果表明：黄土高原植被SOS在1995年开始发生突变，由推迟趋势转变为提前趋势，平均变化倾向率为-0.180 9 d/a;EOS在1990年开始发生突变，由提前趋势转变为推迟趋势，平均变化倾向率为0.094 2 d/a;当年春季干旱和年初冬季干旱会导致次年植被SOS推迟，上年夏秋季干旱会导致次年植被SOS提前；当年春季干旱和上年夏季干旱会导致植被EOS推迟，上年秋季干旱和年初冬季干旱会导致植被EOS提前。     

基于可变模糊理论的气象干旱风险评价模型

针对气象干旱问题,本文基于可变模糊理论,构建干旱识别体系;引入前期降水影响系数,修正干旱过程;采用游程理论分析不同程度下的干旱发生概率,并利用各程度下的平均干旱强度量化干旱损失,建立气象干旱风险评价模型。以淮河流域为例,进行气象干旱风险评价。结果表明:在干旱历时小于3个月时,淮河流域西南部和东北部的气象干旱风险较高,在干旱历时大于3个月时,"王蚌区间北岸"的北部地区和"湖西区"的西北部地区,风险最高。     

基于SPEI指数的京津冀地区干旱特征分析

为明确不同尺度的干旱特征及其对气候变化的响应,选取1961—2016年京津冀地区24个气象站逐日气象观测数据,计算不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),应用Mann-Kendall突变检验、干旱评价指标、气候倾向率、旋转经验正交函数(REOF)等方法,分析了京津冀地区近56 a来的干旱特征,结果表明:从年际变化看,京津冀地区呈干旱减轻趋势;从季节变化看,除夏季具干旱化趋势外,春、秋、冬季均呈湿润化趋势,秋季湿润化显著;干旱范围呈全域性,干旱强度以轻旱和中旱为主;从空间分布上看,京津冀地区总体表现出西部湿润化、东部干旱化的趋势;根据载荷向量的空间异常分布,京津冀地区可分为北部中区(Ⅰ区)、北部东区(Ⅱ区)、北部西区(Ⅲ区)和南部区(Ⅳ区),其中Ⅰ、Ⅱ区干旱加剧,Ⅲ、Ⅳ区则呈现湿润化趋势。     

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。     

基于可变下渗容量模型和Palmer 干旱指数的区域干旱化评价研究

基于可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型的流域网格划分及其对径流、蒸散发和土壤含水量变化的模拟,对Palmer干旱指数各水量平衡分量的计算进行了优化,并采用分级修正的方式,改进了Palmer干旱指数中气候特征系数K的确定方法。在此基础上,建立了基于VIC模型和Palmer干旱指数的区域气候干湿变化评价系统,并采用该系统对黄土高原进行了研究。结果表明,近40年黄土高原气候正向暖干化趋势发展,1990年以后暖干化趋势尤为明显。研究区干旱发生频率在空间上呈由西北向东南递减趋势,不同季节干旱发生频率空间分布存在一定差异。该评价系统物理机制清晰,地区适应性较强,在实时监测和评估气候干湿变化及其时空分布上存在较大应用潜力。     

沙区微区集水过程及植被效应研究进展

在界定沙区微区概念的基础上,分析了沙区微区集水的形成、转化以及对干旱沙区生态水文方面的重要作用,综述了国内外对微区集水在土壤水文、土壤发育和微区植被生长等方面的研究动态以及沙区微区集水在农林业和生态修复上的应用,指出沙区微区生态水文过程今后的研究重点在于对微区水文过程做出更加准确的量化分析,提出沙区具有完整意义的水文模型,为准确定量评价沙区水分循环和生态恢复提供理论依据。     

黄土高原现状产沙情势评价

在黄河来沙锐减背景下，厘清现状黄土高原在不同降雨情景的年均产沙量，对客观认识黄河未来水沙情势具有十分重要的意义。本文分析了过去60年黄土高原汛期径流及含沙量变化特点，认为该区2010年以来的下垫面可作为现状产沙情势评价的代表下垫面。采用理论推算和实际产沙能力分析等两种方法，计算了黄土高原现状下垫面在4种降雨情景下的年均产沙量。结果表明，如果汛期降雨较1956—2019年均值偏丰0～17.3%,2010—2019年下垫面的年均产沙量为3.9亿t/a～5亿t/a;若基于2018年以来的下垫面，其年均产沙量为3.6亿t/a～4.5亿t/a;受坝库工程拦截影响，可输送至潼关断面的沙量更少。分析了黄土高原植被和梯田的发展趋势，并考虑流域产沙指数与植被梯田覆盖状况的响应规律，认为该区产沙能力进一步降低的潜力很小。事实上，由于年降雨量450 mm以下地区的新生植被抵御恶劣气候和人类干扰的能力较低，黄土高原产沙量存在反弹至5亿t/a～8亿t/a的风险。     

基于SPI和SPEI的淮河中上游流域气象干旱时空分布特征对比研究

基于淮河流域1960-2017年逐月降水、气温资料,采用SPI、SPEI等干旱指数和线性趋势法、Mann-Kendall、小波分析等数学统计方法对年和四季气象干旱的趋势性、周期性及干旱频次进行时空分布特征的对比研究。结果表明:流域年、夏冬两季两种干旱指数呈微弱增加趋势,SPEI较SPI上升幅度略大,春秋两季均呈微弱减少趋势,SPEI较SPI下降幅度略大;研究时段内同一区域的两种干旱指数反映的干湿变化周期性基本一致;年尺度淮河以北SPEI显示中旱频次较多而SPI显示轻旱频次较多,其他时间尺度南北区域接近一致;两种干旱指数的空间变化趋势除夏季较为一致外,年、春秋两季在同一区域上SPEI显示的干旱化趋势较SPI略强,冬季SPI显示绝大部分区域呈湿润化趋势而SPEI呈干旱化趋势;两种指数在空间分布上存在一定程度的差异性,四季SPEI显示的干旱频次普遍比SPI统计的干旱频次高。研究结果对于干旱客观性评估和水旱灾害防治管理具有重要参考价值。     

澜沧江流域旱涝特征变化及其与季风之间的关联性研究

探讨澜沧江流域旱涝特征变化与季风之间的关联性,对于区域旱涝灾害的成因、机理和预测等重大科学问题的理解具有重要的意义。区域研究多侧重于揭示流域旱涝时空演变规律,而关于澜沧江流域的旱涝与季风的相互关系研究还较少。基于标准化降水指数(SPI12)、季风指数和水汽通量对澜沧江流域1957—2015年旱涝时空变化特征进行分析,探究澜沧江流域旱涝变化与季风指数的相互关系,并从水汽通量输送角度出发,进一步揭示季风对澜沧江流域旱涝变化影响的潜在驱动机制。研究结果表明:①流域旱涝特征具有明显的区域差异,下游区域是旱涝多发区;②流域干旱多于雨涝,且干旱频次在年和季节时间尺度上都呈现增加变化趋势;③澜沧江流域干旱和雨涝的频次主要存在3~5,8~15,20~25 a的3种周期性变化特征;④干旱和雨涝发生时段,南亚季风和高原季风指数与流域的SPI12指数相关性较强,受南亚季风和高原季风的输送距离影响,2种季风指数与SPI12指数的相互关系呈现区域差异性。研究结果有助于了解澜沧江流域旱涝时空变化特征,能够为防御旱涝灾害提供科学决策依据。     

滹沱河流域植被覆盖时空演变及其与 SPEI 的相关关系

选择2001-2015年MODIS NDVI(250m)及14个气象站点气温、降水数据,通过计算标准化降水蒸散指数(SPEI),探究滹沱河流域近15年植被覆盖时空演变特征,分别从月、季节、年等尺度探究植被覆盖与SPEI的相关关系。结果显示:(1)近15年滹沱河流域归一化植被指数(NDVI)呈显著增加趋势,增速为0.024/(10a)。(2)植被恢复以明显改善为主,覆盖范围占整个流域面积的51.58%,主要分布于流域中、上游。(3)滹沱河流域SPEI总体上呈波动上升趋势,干旱程度有所降低,流域中游变湿趋势最显著。(4)6月、7月是干旱条件对植被覆盖影响最显著的月份,其中,6月气温对NDVI的影响大于降水,而7月降水对NDVI的影响大于气温;夏季干旱程度对植被覆盖度的影响最为明显;NDVI年际变化与SPEI具有显著正相关关系,干旱对植被生长状态有较大影响。     

模糊综合法在区域干旱评价中的应用

以西安市为典型研究区域,选择连续无降水天数、降水量距平百分比、相对湿润度指数、标准化降水指数、作物缺水率为干旱指标,对研究区域进行单指标、多指标综合和区域综合干旱评价。评价结果表明:模糊综合法较好地解决了各单指标评价结果差异较大的问题;区域综合干旱评价结果与实际干旱状况基本吻合,模糊综合法在区域干旱评价中具有一定的可信度。     

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。     

不同干旱指标在新疆喀什地区的运用对比研究

本文基于新疆喀什地区1952—2008年近57气象资料,分别运用标准化降水指数SPI、降水百分位指数PDECI以及干旱侦测指数RDIst三种干旱指标定量评价了新疆喀什地区的干旱情况．并结合研究区2000—2008年实际干旱情况进行验证分析,从而评价出较适合于研究区的干旱指标计算方法,研究结果表明：在新疆喀什地区,在三种干旱指标中,SPI和RDIst的相关性较好,在月尺度上．其相关系数高达0．9725,由于RDIst考虑蒸散发对区域干旱的影响,与喀什地区实际发生的干旱情况比较吻合,且RDIst指标具有较稳定的计算结果．整体计算结果略优于在国内运用较好的标准化降水指数SPI,而PDECI对于降水量的变化最为敏感．其月尺度和季尺度的干旱指标均不适合于喀什地区的干旱判定．研究成果可以为新疆地区的干旱评价和水资源保护提供参考价值．     

Numerical Analysis of Surface Runoff for the Liudaogou Drainage Basin in the North Loess Plateau,China

The aim of this study is to realize a distribution hydrological model to calculate the rainfall-runoff process precisely for the development of the ravine in the north Loess Plateau. On the basis of the real investigation result to the vertical profile of soil in the Liudaogou drainage basin, which is located in the ravine of wind-water erosion crisscross region in the northern Loess Plateau, a vertical profile model for soil in the study area was set up, and a distribution-type hydrological model was developed by combining GIS with kinematic wave theory. This model was subsequently applied in the experimental drainage basin. The numerical simulation results show that the calculation of the rainfall-runoff process has relatively high precision (error less than 3 %). The model was used to calculate the rainfall-runoff process for 5 years (2005–2009) in the experimental drainage basin to deduce the yearly surface runoff volume and the annual runoff coefficient. The calculated average runoff coefficient for 2005–2009 is 0.11, and the average 5 year precipitation (437 mm) is almost equal to the yearly average precipitation, indicating that the annual runoff coefficient of the experimental drainage basin is approximately 0.10 to 0.15. The study provides a practical numerical method for estimating surface water resources for the wind-water erosion crisscross region of the northern Loess Plateau.