基于CMIP6的全球及干旱带干旱时空演变

针对全球范围内极端气候事件频繁发生的问题,采用等距离分位数方法,构建CMIP6模式高精度降水、气温数据库,耦合帕默尔干旱指数(PDSI)预估未来情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)下全球及干旱带干旱特征时空演变趋势。结果表明：经过偏差校正的CMIP6模拟精度明显提高;基准期(1979—2014年)全球干旱频次变化较小,干旱历时较长,干旱烈度较强,干旱带的干旱烈度较弱;预测期(2025—2060年)全球干旱特征在时空分布上差异性显著,干旱频次较高,平均干旱历时增加,平均干旱烈度增强;预测期干旱带干旱频次、干旱历时和干旱烈度均呈现增加趋势,热带/亚热带干旱带和温带干旱带变旱趋势较显著。     

基于联合干旱指数的黄河流域干旱时空特征

依据黄河流域100个气象站1961—2013年的降水数据,采用高斯Copula函数并联合5个时间尺度的标准降水指数(SPI),构建了联合干旱指数(JDI),进而剖析流域干旱时空演变特性和评估历史时期干旱特征(历时、烈度)及联合特征分布规律。结果表明:JDI具备短时间尺度SPI对干旱事件开始时刻的快速捕捉能力,同时考虑到长时间尺度SPI的时间滞后性,在捕捉干旱传播及演变过程方面体现出较大优势;从时空分布特征来看,黄河流域中南部地区在20世纪90年代存在明显的干旱高频区,渭河、泾河、洛河流域存在以年代为周期的旱涝交替现象;黄河流域西北部地区、北部河套平原和大黑河子流域及中南部少数地区比其他地区更易发生长历时、大烈度干旱事件;变动阈值水平能引起历时和烈度较大的变化幅度,而联合特征对阈值水平变化的响应不敏感。     

黄河流域干旱时空演变的空间格局研究

干旱因子是突变性和连续性并存的复杂地理要素(即空间异质性和相似性并存),理清其空间分布格局,对于深入认识流域水资源演变规律具有重要意义。本文以黄河流域为例,采用标准化降水指数(SPI)分析流域干旱时空演变规律,基于此,运用游程理论方法从标准化降水指数中识别出干旱发生次数、历时和烈度三种属性变量,并分析季尺度干旱因子的空间分布规律;最后,利用全局和局部Moran’s I指数探究了不同特征变量的全局和局部空间自相关性,确立了流域季尺度干旱因子的空间聚集(离散)位置及其空间分布格局。结果表明:(1)黄河流域四季干旱化程度加剧,下游干旱化程度高于上游,随着季节的变化,同一响应单元存在由湿转干再转湿的变化规律;(2)不同季节,流域旱情空间分布格局差异明显,春季西安及周边区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);夏季黄河源区旱情严重(历时长、烈度大);秋季黄河下游三门峡、孟津和运城区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);冬季宁蒙河段旱情严重,而兰州断面干旱历时和干旱烈度呈现"低高异常"的空间分布格局,旱情可能会加剧。掌握旱情空间分布类型,重点布控"高高聚集"格局区域,可以有效提高旱灾决策的准确度。     

基于PDSI的1982—2015年我国气象干旱特征及时空变化分析

利用中国地面气象观测的月值资料构建1982—2015年月尺度帕默尔干旱指数(PDSI)来度量中国气象干旱,并对气象干旱特征和时空变化规律进行分析。结果表明:我国气象干旱特征空间差异显著,半湿润、半干旱区平均干旱历时较长,烈度较大;从全国整体来看,单位面积上干旱频率为0.44次/a,平均干旱历时6月/次。气象干旱特征变化明显,干旱频次、历时和烈度呈上升趋势,半湿润、半干旱区干旱形势逐渐严峻。气象干旱时空变化显著,年际性、季节性PDSI均呈下降趋势,气象干旱总体呈加重趋势,集中在半湿润、半干旱区(青海东南部、陕甘宁、山西、内蒙古北部及黑龙江北部区域),部分湿润区(四川中部、重庆、湖北及云贵地区)气象干旱加重趋势同样显著。     

基于标准化帕尔默干旱指数的西江流域干旱评估

采用西江流域武宣站集水区68个气象站点1961—2014年的逐日气象观测资料和12个水文站点1961—1989年日径流资料以及植被、土壤数据,驱动VIC水文模型计算水文要素的时空分布,构建网格尺度的标准化帕尔默干旱指数(SPDI),结合游程理论识别历史干旱事件,分析了SPDI在西江流域干旱评估的适用性以及历史干旱事件的时空变化特征。结果表明:SPDI在西江流域干旱评估中具有良好的适用性;1961—2014年西江流域干旱频次、历时总体呈增加的趋势;1960、1980和2000年代属旱情较严重年代,21世纪以来西江流域干旱化趋势更为明显。     

基于供水水源的干旱指数及在昆明干旱频率分析中应用

在分析昆明需水量主要供水水源的基础上,以土壤含水量和径流量分别表示作物蒸散和各用途取水的供水水源,参照综合气象干旱指数的构造方式,构建了基于标准化土壤含水量指数和标准化径流指数的综合水文干旱指数。采用阈值法识别基于综合水文干旱指数的干旱过程,通过区域旱情频次确定干旱发生阈值,并分别以干旱过程中指标值小于干旱发生阈值的时段数和时段内干旱发生阈值与指标值之差的累积和为干旱历时和干旱烈度。在采用适线法确定干旱历时、干旱烈度边缘分布的基础上,利用GH Copula函数构建了两者的联合分布,计算了昆明1956—2011年干旱事件的重现期。与昆明实际旱情及由标准化土壤含水量指数、标准化径流指数识别干旱过程比较,综合水文干旱指数适用于昆明干旱过程识别及其重现期计算,相比于气象干旱指标能更直接地反映区域旱情,而相比于土壤含水量或径流量单水文干旱指标能更全面地反映区域干旱的驱动因素。     

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。     

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。     

中国近60年干旱热浪演变趋势及并发特征分析

利用中国气象站1961—2017年降水、气温等资料，构建周尺度标准化帕尔默干旱指数，采用相对阈值法识别热浪过程，分析干旱和热浪的时空演变规律和并发特征，结果表明：(1)干旱和热浪频发于夏季，二者站次比年序列均呈先减(1995年前)后增的变化趋势。(2)全国大部分地区热浪频次显著增加，东北、华北和云南东部的干旱频次显著增加。热浪频次突变年份主要为20世纪80—90年代，其空间分布与干旱较相似。(3)云南为复合型干旱热浪高发区，其次为东北、华北、广西和广东沿海，长江流域和新疆西北部的复合事件最少。(4)全国复合事件中约65%的热浪爆发于旱情开始及发展阶段，云南和长江中下游以南的热浪则出现在旱情恢复阶段。(5)除淮河流域和长江中下游外，复合型干旱热浪呈极显著增加趋势。研究成果可为应对极端天气气候事件和制定适应策略提供科学参考。     

近50年雷州半岛干旱历时和烈度的时空特征分析

在全球气候变暖背景下,干旱灾害频发,对自然生态系统及人类生产生活、社会经济发展造成严重影响,因此对区域干旱特征进行分析评估,对当地的抗旱减灾决策及气候变化研究有重要意义。基于雷州半岛1970—2019年的12个站点气象、水文资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)及游程理论对干旱事件进行识别与评估,并结合适线法、反距离权重空间插值等方法,分析雷州半岛地区近50年干旱历时和烈度的时空变化特征。结果表明:(1)雷州半岛近50年来的月尺度SPEI指数呈波动中逐渐下降趋势,且在近50年的时间尺度上呈现以约10年为一个周期的波动特征,其波动与ENSO影响相关,在ENSO冷事件年SPEI指数相对偏大,相反在暖事件年SPEI指数偏小,旱情凸显;(2)雷州半岛发生干旱灾害的烈度越大概率越小;(3)干旱情况地域差异较大,干旱频次、次均烈度高低及历时长短等指标在空间上均呈现为东北部地区向西南部地区逐渐加强的分布规律;(4)不同等级干旱的发生频率地域差异总体表现为雷州半岛中南部和东北部地区发生中旱及以上干旱的频率高于中北部地区,其中雷州市南部及徐闻县旱情突出;(5)春冬季干旱易发,空间上春夏两季雷州半岛东北部和中南部地区旱情影响较为突出,秋旱则在中北部地区较为严重,冬旱严重影响区域为中南部。     

中国西北地区气象干旱时空演变特征

中国西北地区气候干燥,降水稀少,干旱频发.基于西北地区136个气象站1961-2016年的观测数据,以标准化降水蒸散指数(SPEI)表征气象干旱,采用线性回归、Pettitt突变检验、小波分析等方法对西北地区的气象干旱时空演变特征进行分析.结果表明:西北全区表现为不显著变湿的趋势,从行政分区来看,陕西、宁夏、甘肃均表现...     

Frequency and Spatial Characteristics of Droughts in the Conchos River Basin,Mexico

Abstract

The temporal and spatial characteristics of droughts are investigated to provide a framework for sustainable water resources management in a semi-arid region. Using the Palmer Drought Severity Index (PDSI) as an indicator of drought severity, the characteristics of droughts are examined in the Conchos River Basin in Mexico. This basin is important to both the United States and Mexico, because the Conchos River supplies approximately 80 percent of the flows of the Lower Bravo/Grande River above the binational reservoirs of Amistad and Falcon. The temporal and spatial characteristics of the PDSI are used to develop a drought intensity—areal extent—frequency curve that can assess the severity of a regional drought in the basin. The analysis of the PDSI suggests that the Conchos River Basin had a severe drought in the 1990s, which the basin has not experienced before. Based on this analysis, the recent drought that occurred in the 1990s has an associated return period of about 80 to 100 years over the basin.     

Analysing Drought Severity and Areal Extent by 2D Archimedean Copulas

Droughts can be considered as multidimensional hazardous phenomena characterised by three attributes: severity, duration and areal extent. Conventionally, drought events are assessed for their severity, using drought indices such as SPI (Standardised Precipitation Index), RDI (Reconnaissance Drought Index), PDSI (Palmer Drought Severity Index) and many others. This approach may be extended to incorporate the modelling of an additional dimension, the duration or the areal extent. Since the marginal distributions describing these dimensions of drought are often different, no simple mixed probability distribution can be used for the bivariate frequency analysis. The copula approach seems to be sufficiently general and suitable for this type of analysis. It is the aim of this paper to analyse droughts as two-dimensional phenomena, including drought severity and areal extent. In this paper, the Gumbel-Hougaard copula from the Archimedean family is used for this two-dimensional frequency analysis. Annual data on historical droughts from Eastern Crete are analysed for their severity and areal extent, producing copula-based probability distributions, incorporating Gumbel marginal probability functions. Useful conclusions are derived for estimating the «OR» return period of drought events related to both severity and areal extent.     

基于自适应帕默尔指数的 1961—2015 年全国干旱时空特征分析

干旱是我国频繁发生的自然灾害,全国平均每年因干旱灾害造成的损失会直接或间接地影响到社会经济的发展。为了揭示全国干旱的变化规律,利用 1961—2015 年全国 2 360 个气象站点的逐日气温、降水等观测资料,选择空间适应性较强的自适应帕默尔干旱指数( SC － PDSI) ,计算得到了55 年来月尺度的 SC － PDSI 序列,并通过干旱发生次数、历时、强度、频率和受旱面积等指标分析了全国干旱的空间格局和趋势变化。结果显示: 在 1961—2015 年全国范围没有明显的变干旱趋势,但局部地区存在显著差异,东北、内蒙古、西北、青藏以及东南部地区有明显的变湿趋势,华南和西南有变干的趋势,华北、华中基本保持不变; 干旱变化呈年代际波动,即 1961—1980 年代为干旱时期, 1981—2000 年代属于正常代,21 世纪以来干旱程度加剧。研究表明: 在 1961—2015 年间干旱化空间特征表现为带状区域,即自西南地区—黄土高原—海河平原形成了一个干旱化带。通过分析各年代干旱频率重心的变化得出,我国的干旱重心由西北部逐步转移到了西南部地区; 通过计算受旱面积的变化趋势,发现西南和华南地区的受旱面积有明显增加。     

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。     

Toward Mapping Gridded Drought Indices to Evaluate Local Drought in a Rapidly Changing Global Environment

Uncertain future climate, recent persistent droughts, and subsequent water conflicts increasingly threaten the sustainability of regional water resources in the United States. Climate change and ongoing water disputes brought about by changes in water availability and timing emphasize the need for decision makers to develop proactive adaptive management strategies to mitigate losses. Developing a drought management system equipped with advanced visualization settings is critical to lay out drought evolvement at local scales, yet an effort has not been made to evaluate how different spatial discretization can represent local drought as opposed to conventional drought monitoring. Gridded drought indices, including the standardized precipitation index (SPI), Palmer drought severity index (PDSI), and Hydrologic drought index (HDI) at high-resolution spatial (12 km by 12 km) scales are demonstrated to provide useful insights to evaluate local drought possibly driven by a rapidly changing global environment. A new method for duration factors in PDSI is also discussed to better represent drought conditions over time and space.     

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。     

西南地区干旱时空变化特征研究

干旱是一种严重的自然灾害,西南地区是我国受干旱影响比较严重的地区。分析干旱的时空变化特征,可以为 应对气候变化和抗旱减灾提供科学的决策依据。本文利用西南地区 31 个气象站 1951—2010 年的月降水量数据,计算尺度分别为 1 个月、3 个月和 1 年的标准化降水指数（SPI）,分析了 60 年西南地区月、季和年干旱的时空变化特征。西南地 区干旱发生频率具有空间差异性,四川大部、云南南部发生干旱的频率高,而四川中部和广西东南部发生重旱的频率高。 60 年中西南地区降水量总体没有发生显著性变化,但是阶段性变化显著。年干旱、秋季的站次比具有明显增加的趋势,给西南地区抗旱带来更大的挑战。     

1960-2016年贵州喀斯特山区干旱时空动态分析

干旱是造成喀斯特地区损失最为严重的自然灾害之一。以我国西南喀斯特集中分布区域为研究区,基于研究区33个气象站1960-2016年的逐日降水数据,利用PA指数和Mann-Kendall检验方法分析了1960-2016年干旱时空分布特征。结果表明:研究区降雨量有减少趋势,PA指数呈减小趋势,干旱呈增强趋势,2011年PA均值最小;研究区各季干旱强度均呈上升趋势,且冬旱强度最强、发生干旱年份最多,秋旱次之,春旱和夏旱强度较弱、发生干旱的年份较少;年际干旱频次高发区集中于研究区南部、西北部及中东部地区;仅秋、冬季西部和东南部部分地区出现特旱且频次低,秋、冬季发生重旱、中旱和轻旱的频次高,春、夏季较低;春季干旱频次西高东低,夏季中部高,秋季南高北低,冬季西高东低;干旱与地形因子显著相关,重、特旱易发生在高陡地区。综上所述,研究区干旱有增强趋势且秋、冬季趋势较强,空间上呈现明显的季节性和区域性,且与地形因子显著相关。     

基于双源蒸散与混合产流的Palmer 旱度模式构建及应用

选取半干旱地区老哈河流域为研究对象,基于双源蒸散发能力计算模型和混合产流模块,依据palmer旱度模式的思路,构建适用于我国北方半干旱地区的机理性旱度模式。利用该模式计算15个代表站点1957—2008年的旱度值,并与实际旱情记载以及降水距平百分率进行了对照检验。结果表明,该旱度模式计算的各地区的Palmer干旱指标与文献描述的干湿情况较为一致,能够反映所研究区域干旱程度的变化情况;与降水距平百分率相比,该模式综合考虑了水分亏缺量和持续时间因子对干旱强度的影响,可以反映流域下垫面特性及植被生理物候特性对干旱的影响机制,能够更好地表现干旱过程的持续性。此外,该模式还能合理给出旱情在空间上的发生和发展的变化情况。