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。     

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。     

西北地区农业干旱对气象干旱的时空多角度响应

采用标准化降水蒸散指数和标准化土壤水指数分别表征气象干旱和农业干旱,基于干旱事件三维识别和气象干旱与农业干旱事件对的匹配结果,利用Copula函数条件概率分布和贝叶斯网络概率模型分析了西北地区农业干旱对气象干旱的时空多角度响应关系。结果表明：基于线性、非线性关系模型及Copula函数条件概率分布确立了西北地区农业干旱对气象干旱的干旱历时、干旱烈度、干旱面积及干旱迁移距离间最优响应关系分别为二次多项式模型、基于Frank Copula函数的非线性关系模型、指数模型和线性模型;建立的气象、农业干旱变量间的响应概率特征曲线可定量预测西北地区不同程度的气象干旱发展为农业干旱的概率;已知气象干旱特征条件下,根据最优响应关系及响应概率特征曲线可对农业干旱特征及其发生概率进行可靠预测。     

基于PPCC检验的径流指数对汾河上游水文干旱演变分析

水文干旱处于气象与农业干旱之间,影响着社会经济干旱。根据概率点据相关系数法检验汾河上游年径流对P-Ⅲ、对数P-Ⅲ及二参数对数正态分布的拟合情况,采用最佳分布计算径流干旱指数,分析汾河上游水文干旱变化趋势。结果表明,汾河上游年径流最佳拟合分布为二参数对数正态分布。随着时间的推移,汾河上游无旱持续时间变短,干旱持续时间延长,且发生干旱的趋势性显著。其中,不同程度干旱发生的可能性最大为轻旱,其次为中旱、重旱及特旱发生可能性较小且概率相当。     

大清河流域气象干旱时空演化和联合概率分析

为了评估大清河流域整体气象干旱状况,采用该流域1961—2015年逐日气象数据,基于CI干旱指数和面积阈值法识别区域气象干旱事件,提取历时、干旱面积等指标,分析研究区域气象干旱时空变化特征,并基于Copula函数进行多维干旱特征变量的联合概率分析和重现期计算。结果表明:研究区各地干旱频率相差不大;区域气象干旱程度总体有减轻趋势;冬旱发生的频数最多,春旱多于秋旱,跨季节连旱(尤其是冬春连旱和春夏连旱)较为常见;三维干旱特征变量联合概率能够全面地反映干旱极限特征,在工程设计、水资源决策中安全性更高。     

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Copula函数的水文干旱联合概率分布研究

双变量联合分布及重现期计算是水文干旱研究的重要内容。根据游程理论确定水文干旱事件,利用Copula函数建立干旱历时和烈度的联合分布,计算不同干旱事件的重现期。实例分析结果表明,联合分布可以考虑干旱历时与烈度不同组合情况,计算的联合重现期大于边际分布计算结果,泾河和北洛河最长历时干旱事件联合重现期为480 a和342 a。     

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。     

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ＳＰＥＩ的甘肃省干旱特征分析

干旱是一种复杂的自然现象,理解和掌握干旱事件的发生、发展状况对防治其危害具有重要意 义。选用１９８２年—２０１５年间甘肃省２５个地面气象观测站的月降水、温度数据,基于游程理论识别出干 旱事件的历时和烈度,采用Ｃｏｐｕｌａ函数对干旱特征变量进行联合,分析干旱特征变量的联合累计概率 和干旱事件的联合重现期,结果表明:１９８２年—２０１５年间甘肃省出现的最低干旱事件频次为１３０次,最 高１５０次,甘肃北部是主要的干旱灾害频发区,南部地区干旱发生频率相对较小;干旱历时和烈度的相 关性较强,且随历时和烈度的不断增大,二者的联合累计概率和联合重现期也不断增大。研究可为旱作 农业生态管理提供依据。     

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。     

基于游程理论和Copula函数研究岷江流域干旱特征

为了合理评估区域干旱灾害风险,以岷江流域14个气象站1961-2012年逐月降水数据为研究对象,以阈值为变量设定3种游程截取水平识别干旱,然后利用经拟合优选的Copula函数构建干旱历时与干旱烈度的联合分布,并进行概率分析和重现期计算。结果表明:Gumbel Copula函数对整个流域的拟合效果最优;利用Gumbel Copula函数分析二维条件概率P(S≤60mm|D≥3月),3种截取水平的发生概率从流域东南到西北递增;联合重现期结果显示流域东北部和南部一带的旱情比中西部严重,而同现重现期结果则显示流域西部的旱情比东部严重;联合重现期比同现重现期的空间分布更稳定,任意一种截取水平下的联合重现期都比较接近。研究结果可为游程理论截取水平设定、Copula函数优选以及多变量干旱分析提供依据。     

基于Copula的汾河上游水文干旱频率分析

运用游程理论对汾河上游4个水文站的月径流资料进行干旱识别;选择4种分布函数拟合干旱特征变量,通过Kolmogorov-Smirnov检验法优选单变量边缘分布;利用Copula函数建立干旱特征变量的二维联合分布,计算重现期。结果表明,汾河上游干旱特征变量的最佳边缘分布是对数正态分布;汾河上游大多数干旱重现期小于5年,且干旱历时与烈度的单变量重现期与二维重现期较为接近;干旱历时与烈度峰值、烈度与烈度峰值的单变量重现期与二维重现期差距较大。     

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。     

非对称ArchimedeanCopulas函数在干旱分析中应用

在选定干旱历时、干旱烈度和烈度峰值来描述干旱事件的基础上,应用非对称Arehimedean Copulas函数构建了干旱特征变量的联合分布模型.以渭河流域西安气象站的月降水序列为例,采用极大似然法估计M5、M6和MI2三种非对称Archimedean Copulas函数的参数,进行了Copulas拟合优度评价.采用拟合效果最好的MI2 Copula构造了西安气象站干旱变量间的联合分布,计算了相应的条件概率和条件重现期.结果表明:非对称Archimedean Copulas函数能够用来构建不同边际分布的联合分布,具有灵活方便和应用范围广等特点,是描述干旱多变量分布的一种有效途径.     

渭河流域水文干旱历时-烈度相依结构动态变化与驱动力分析

变化环境下，探究干旱多属性相依结构动态变化及其驱动力，对区域干旱风险管理具有重要意义。以渭河流域为研究对象，应用Copula函数的极大似然比（Copula-based Likelihood-ratio，CLR）方法，对水文干旱历时-烈度相依结构进行变异诊断，分析变异前后特征；从气候变化（气象因子、气象干旱特征）与人类活动的角度，阐明水文干旱历时-烈度相依结构可能的驱动因素，获得影响因子重要性排序。结果表明：（1）华县、张家山、状头站水文干旱历时-烈度相依结构分别在1993年、1982年、1994年发生变异；（2）在相对长的历时下（华县站9~12个月、状头站5~12个月），华县、状头站相同历时下，变异点前后的烈度增加，且随着历时变长，烈度增加的幅度上升，干旱加剧态势明显；（3）除气象干旱对水文干旱演变的影响外，水文干旱历时-烈度相依结构的动态变化主要受水分“需求侧”因子（人类取用水、潜在蒸散发）的驱动。总体而言，研究成果为干旱多属性相依结构的非平稳性检测提供了一种新的思路，所提框架可推广应用于其他流域。     

基于分布式水文模型的怒江流域气象干旱和水文干旱分析

为了评估气候变化对怒江流域干旱演变的影响,本研究建立了GBHM-NJ分布式水文模型,利用实测站点资料率定参数并验证模型精度,模拟了1961—2010年长时间序列流域水文过程,并分别采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SSI)分析了流域气象干旱和水文干旱的时空演变特点。结果表明:(1)GBHM-NJ模型能较好地模拟怒江流域的径流过程和水文响应的空间特征。(2)1961—2010年间,怒江流域发生气象干旱的频率、覆盖面积和强度呈增加趋势,其中1994年和2009年气象干旱最为严重。(3)在空间上,怒江流域的年度气象干旱频率约为28%,中游地区干旱频率比较高、主要分布在左贡站和八宿站附近,上游地区次之,下游地区相对较低。(4)水文干旱进入20世纪90年代和21世纪以后明显增强,年尺度干旱以轻旱为主,季尺度干旱特旱多发生在秋冬季。总之,气候变化环境下怒江流域干旱呈现增强趋势。     

2022年鄱阳湖流域干旱综合评估及成因分析

2022年鄱阳湖流域发生了极端的干旱事件,综合评估其干旱程度对于探究流域旱情变化规律、开展抗旱保供水工作具有重要意义。基于鄱阳湖“五河”和湖区1960～2022年逐月降水、径流数据,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)指标评估鄱阳湖各分区干旱程度,分析了干旱时空演变特征,结合大气环流指数初探了旱情成因。结果表明：2022年7～10月鄱阳湖流域降水和径流相比历史同期明显减少,不同分区累计降水量偏少63%～78%、径流量偏少29%～70%;2022年7～10月鄱阳湖流域气象干旱和水文干旱程度均较高,且表现为全流域干旱;从8月起绝大部分区域表现为中旱以上,部分区域表现为重旱和特旱。根据大气环流资料分析,在2020～2021年La Nina事件影响下,2022年夏秋季西太平洋副热带高压偏北,致使流域内降水偏少、高温频发,发生持续高温干旱事件,出现“汛期反枯”现象。研究成果可为鄱阳湖流域抗旱保水工作提供技术支撑。