适宜表征农业干旱的气象干旱指标——以湖南省为例

以最新的全国土壤水再分析产品为参考,通过最大相关性分析确定最适宜表征湖南省农业干旱的标准化降水蒸散发指数(SPEI)时间尺度,进而分析湖南省1960-2014年农业干旱的时空演变特征。结果表明:全省尺度最适宜表征农业干旱的SPEI时间尺度为SPEI-6;基于SPEI-6表征的全省农业干旱在1960-2014年呈不显著减小趋势,中度及以上干旱的发生频率为14.4%,重度及以上干旱的发生频率为4.9%;在季节分布上,中度及以上农业干旱在冬季发生频率最高,其次为秋季;重度及以上农业干旱亦在冬季发生频率最高,其次为春季;在年代际变化上,农业干旱的发生频率在20世纪60年代最高,而后持续降低,90年代达到最低值,21世纪初又快速升高。     

河北省植被时空变化及其对气象干旱的响应

基于连续时间序列的SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据和气象数据,利用Penman-Monteith、反距离加权插值、相关分析等方法,以河北省为研究对象,深入探讨植被动态特征及气象干旱影响。结果显示:河北省多年平均归一化植被指数(NDVI)在时间尺度上呈波动上升趋势,尤其在2003年开始出现0.028/(10 a)的飞跃增长,空间尺度上呈现中部高两侧低的分布特点;河北省气温上升趋势显著,空间分布呈西北—东南增加趋势,降水量从西北部—中部—东北部呈现低—中—高的分布格局;春季发生干旱的面积及频率皆为最高,夏季干旱高频地区位于唐山、张家口地区,秋季干旱频率最低,冬季以轻旱为主;植被NDVI与标准化降水蒸散指数(SPEI)相关性夏季最强(0.529),春秋季次之,冬季相对较弱;年尺度上,以蔚县站、张北站和承德站为中心区域主要为显著负相关,显著正相关主要分布于中部地区。研究结果可为生态系统管理部门制定科学合理的植被建设决策提供参考依据。     

黑河流域1967-2009年气象干旱时空变化特征

以标准化降水蒸散指数(SPEI)反映气象干旱,基于黑河流域内外19个气象站1967-2009年月气象数据,计算季节尺度SPEI序列,利用M-K趋势检验、小波分析、反距离权重(IDW)插值等方法分析黑河流域春、夏、秋、冬四季43年间干旱变化趋势、周期特征以及干旱频率的空间分布特征。结果表明:中、上游干旱指数呈增大趋势,即旱情有所减缓,而下游干旱指数呈减小趋势,即干旱情况逐渐加重;无旱频率最大,且从上游到下游整体呈增加趋势;黑河流域干旱周期特征主要表现出16~22a和32~33a的年代际周期及2~5a和6~11a的年际周期特征;黑河流域四个季节轻中旱发生频率比重特旱发生频率大得多,且春、夏和秋季的轻中旱发生的高频区集中在中上游,冬季集中在下游,而四季的重旱和特旱发生高频区空间分布特征与轻旱和中旱正好相反。研究结果可为黑河流域水资源合理开发利用和科学抗旱提供理论依据。     

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。     

基于综合干旱指数的鄱阳湖流域干旱时空分异特征研究

干旱指数适用性问题是当前干旱研究中的热点问题。本文基于标准化降水指数(SPI),标准化降水蒸散指数(SPEI)和降水Z指数(CZI)等传统标准化干旱指数,以线性组合方法构建综合气象干旱指数(linear combination synthesis drought index,LSDI),提出混淆矩阵评价方法对所有气象干旱指数的适用性进行比选分析,并在鄱阳湖流域加以应用。研究表明:(1)LSDI指数与标准化干旱指数的准确率和精度的季节性均值近似相等,但LSDI指数召回率和综合评价指标F1-Score的季节性均值更高。LSDI指数能够像标准化干旱指数一样很好地捕捉到干旱事件,同时具备三个标准化干旱指数表征干旱的优势,对干旱事件识别的效果更好。(2)鄱阳湖流域干旱强度未来趋势:夏季和冬季表现为下降趋势,干旱情况有所缓解,春秋季表现为上升趋势,干旱情况有所加重。(3)鄱阳湖流域夏季和秋季干旱发生频率高,频率范围在30%～40%。干旱发生频率呈现赣南较低,赣北较高的空间分布形式。(4)鄱阳湖流域易发生全域性和局域性干旱,夏季和秋季干旱发生范围存在不显著上升趋势;春季和冬季干旱发生范围存在不显著下降趋势。     

基于多模式情景的长江中下游未来气象干旱时空演变特征分析

为了分析未来时期(2020—2099年)长江中下游区域气象干旱演变特征,选取跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)的4个全球气候模式,基于不同代表性浓度路径(RCP)的排放情景(RCP-2.6、RCP-6.0和RCP-8.5),分别计算了标准化降水指数(SPI)和标准化蒸散发指数(SPEI),探讨了两种指数对研究区气象干旱的刻画能力,分析了研究区未来气象干旱变化规律。研究结果表明:未来时期SPI整体呈增加趋势,汉江流域和洞庭湖水系西北区域增加幅度较大,说明该区域干旱减缓趋势明显;SPEI呈显著减小趋势,且随着排放浓度的增加,减小幅度逐渐增加,洞庭湖水系和鄱阳湖水系东南区域减小趋势较大,说明该区域未来时期干旱增加趋势明显;不同情景下SPI减小的区域SPEI也呈减小趋势且减小幅度更大;研究区SPI与SPEI的相关性从北到南、从西到东逐渐增强;SPI与SPEI的整体相关性随着排放浓度的增加逐渐减弱。研究成果有助于预估未来长江中下游区域干旱发生演变规律。     

基于SPEI干旱指数的东北地区干旱时空分布特征

基于东北地区86个国家基本气象站1960年-2014年逐月降水量和平均气温数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析不同时间尺度下东北地区季节、年际以及年代际干旱时空分布特征,并与实际干旱成灾面积进行对比分析,验证SPEI在东北地区干旱评估中的适用性。结果表明:春季、夏季和冬季重旱发生频率随时间尺度增大而升高;中旱发生频率随时间尺度增大而降低。近55年东北地区旱涝情势交替出现,干旱频率随年代际变化逐渐升高,干旱程度逐渐加重。整体来看,随时间尺度增加,极旱发生范围逐渐扩大。东北三省在春季、夏季和秋季均有不同频率的干旱事件发生;冬季吉林和辽宁无极旱发生;黑龙江中部无重旱发生。     

基于SPEI的海河流域干旱时空演变特征及环流成因分析

基于海河流域31个气象站1961—2017年逐日气象资料、美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析数据集,计算了多时间尺度标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了海河流域1961—2017年干旱时空演变特征,并结合流域夏季500 hPa等位势高度场分析了流域干旱演变特征的环流成因。结果表明:1961—2017年海河流域有轻微干旱趋势,且长历时干旱主要集中于1980—2017年,但干旱强度呈减弱趋势,春末(5、6月)湿润化趋势显著,夏季(7、8月)干旱化趋势显著;空间分布上,海河流域内57.4%的区域呈现干旱化趋势,19.0%的区域呈现干旱减弱趋势,全流域夏季呈显著干旱化趋势;蒙古高压增强、西太平洋副热带高压西移、南扩以及增强的环流特征不利于水汽输送及降水形成,高压系统的增强和水汽输送的减少是流域夏季干旱化趋势的原因之一。     

基于标准化降水指数的1959—2014年中国季节干旱时空特征分析

利用597个气象观测站点1959—2014年的降水数据,按3个月（季尺度）为单位计算了标准化降水指数,利用旋转经验正交函数分析了我国春夏秋冬各个季节的干旱空间分布特征,并划分了相应的干旱分区,同时用小波变换分析了时间序列的特点,识别了干旱周期,系统性地分析了我国季节干旱的时空特征。结果表明：①春季干旱主要分布在淮河流域、长江中下游和黑龙江流域等地,夏季干旱主要分布在华北北部、珠江流域、长江中下游和东北等地区,秋季干旱主要分布在黄河中下游、东南沿海、辽河流域等地,冬季干旱主要分布在东南沿海、东北地区、太湖流域和黄河中下游等地;②我国主要干旱周期在10~15a。春季、夏季、秋季和冬季干旱的第一主周期依次为13a、11a、4a和10a。     

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。     

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。     

西江流域水文干旱时空特征分析

选取1951—2010年西江干、支流上5个典型水文站的实测日径流资料,基于标准化径流干旱指数(SRDI)研究了西江流域水文干旱的时空变化特征。结果表明:11951—2010年西江流域的水文干旱主要发生在1950 s、1960 s和2000 s,1950 s冬季、1960 s春季、1980 s夏季和2000 s秋季是干旱频发的时期;2西江年最大干旱日数在同一站点连续出现的时间不超过5年。流域内轻旱的发生范围有扩大趋势,而极旱则相反,多向区域发展。3西江流域的水文干旱具有区域性,4条支流同期的干旱发生水平差异较大,过去60年间只1963年、1989年、1991年、2009年和2010年4条支流同时发生了水文干旱。     

巴音河流域水文干旱对气象干旱的响应

通过巴音河流域1961—2019年逐月降水量和径流量数据计算标准化降水指数和标准化径流指数，进而对巴音河流域气象和水文干旱的演变以及突变进行分析，并探析流域水文干旱对气象干旱的响应。结果表明，1961—2019年巴音河流域气象干旱与水文干旱呈减缓态势，流域降水增多，有变湿趋势，气象干旱湿润化表现尤为显著。巴音河流域水文干旱对气象干旱的响应表现出时滞性，在1、3、6、12个月的时间尺度下，12个月的气象干旱指标与水文干旱指标相关性最强，水文干旱滞后于气象干旱1～2个月；水文干旱对气象干旱的季节性响应在春、夏、秋、冬分别滞后5、6、9、8个月，在春夏的滞后时间短于秋冬的滞后时间。     

淮河流域过去60年干旱趋势特征及其与极端降水的联系

利用淮河流域28个国家基本气象站建站（约1951—1958年）以来至2011年间的月值地面气象观测数据,分析了近60年来干旱的趋势特征以及极端降水特征对干旱特征的影响。对不同时间尺度（1月、3月、12月）的标准化降水指数SPI及湿润指数HI的变化特征分析表明,在1个月和3个月尺度上,春季（尤其是4月）有较一致的气象干旱化与湿润度下降倾向,而夏季（尤其是7—8月）有较一致的湿润化趋势;在12个月尺度上,流域中、西部没有显著的气象干湿变化趋势,但西部有普遍湿润化倾向,东部则同时存在气象干旱化与湿润度下降倾向。由于全流域总降水量无显著变化,而潜在蒸散发量呈减少趋势,使得淮河流域在过去60年间湿润指数（HI）总体有所增大。由于整个淮河流域的日降水量≥0.1mm日数总体呈显著下降趋势,导致降水总体有更加集中的趋势,而降水的集中程度与标准化降水指数（SPI）具有一定的负相关性,因而降水更集中使SPI趋于减小,加大发生气象干旱的可能性。     

基于SPEI的三江平原干旱时空分布特征分析

干旱监测指标是人们监测旱涝变化情况的重要参数,可为灾害预警、影响评估、应急管理及决策提供依据。基于1961—2014年的月降水量和月平均气温时间序列分别计算不同时间尺度(1月、3月、12月尺度)的SPEI值,在此基础上分析不同年、季节和月份干旱强度和干旱站次比的变化特征以及干旱发生频次的空间分布特征。结果表明:三江平原干旱强度及干旱发生范围总体呈略微上升趋势,夏季干旱强度最大,秋季干旱发生范围最广;空间尺度上,中旱及以上强度干旱发生频次较高的区域主要集中于鹤岗、富锦、佳木斯、萝北、集贤等地,呈从东南向西北增加的特点;三江平原的干旱情况在不同年代呈波动态势,1970年代和2000年代为干旱最严重的年代纪。     

云南中北部地区1954-2012年干旱评价研究

利用云南中北部地区6个气象站点1954-2012年资料,选用标准化指数计算各站点干旱指数,统计分析了云南中北部地区1954-2012年发生干旱的年份及发生不同干旱的频次。研究结果表明:1临沧站出现干旱的年份较多,但蒙自站出现极端干旱的年份明显高于其他5站;2各站点在不同季节出现干旱的频次不同,其中腾冲在春季相比于其他5站,发生干旱的频率较高35.6%,临沧站在夏季和冬季发生干旱频率均较大,分别为35.6%和37.9%,蒙自站在秋季发生干旱频率最大,为34.8%。研究成果可为云南中北部地区的干旱评价分析和水资源保护提供一定的参考价值。     

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。