长江流域气象干旱与降水季节性关系研究

为揭示长江流域气象干旱与降水时空分异特征之间的关系,利用长江流域39个分区1960～2019年的月降水数据,先采用标准化降水指数方法构造了长江流域气象干旱指数系列;然后根据游程理论对干旱指数系列进行干旱过程识别,并由此提取干旱次数、干旱历时、干旱烈度、干旱频率等干旱特征变量;最后引入季节性指数,探讨了干旱特征变量与降水季节性之间的关系。结果表明,长江流域降水具有显著的季节性,降水季节性指数自西向东逐渐减少。干旱特征变量与降水季节性指数之间在空间上存在较好的线性关系,即降水季节性越弱的区域,干旱越严重(干旱历时越长、干旱烈度越大)。这可能归因于降水季节性较弱区域春、冬两季干旱发生频率较高。该研究可为长江流域气象干旱成因机制的深入研究提供一定参考。     

三种干旱指数在南盘江流域识别干旱能力中的应用

基于南盘江流域1971～2010年25站的气温及月降水资料,分别计算了不同时间尺度的标准化降水指数(ISPI)、干旱侦测指数(IRDI)和标准化降水蒸发指数(ISPEI),以历史干旱灾情数据及典型大旱灾情数据为依据,比较分析了3种干旱指数对干旱及干旱级别的识别能力。结果表明,3种干旱指数的计算结果较为一致,具有较好的相关性;3种干旱指数对干旱和干旱等级的识别能力依次为ISPEI最强,IRDI次之,ISPI最差。ISPEI考虑了潜在蒸发量对干旱的影响,与ISPI、IRDI相比,ISPEI更适合于南盘江流域的干旱监测与评估。     

基于Copula函数的赣江流域气象干旱特征分析

赣江流域是我国粮食主要产区之一,也是干旱灾害频发的区域。基于流域内39个站点1960～2018年的逐月降水和气温资料,计算逐月标准化降水蒸散发指数,通过游程理论提取干旱历时和烈度,分析其逐年变化趋势,对干旱历时进行边缘分布拟合前预处理,利用Copula函数计算‘或’和‘且’两种情境下不同等级干旱的重现期,分析干旱历时与烈度的时空特征。研究结果表明,赣江流域干旱历时和烈度两变量均呈减少趋势,跨季节干旱为主要类型;干旱历时的最优边缘分布函数中威布尔分布居多,Frank-Copula函数能很好地描述大部分站点的联合分布状况;重旱及以上两种重现期均小于7年,表明干旱严重且多发。     

不同气象干旱指数在天山南坡的适用性分析

为更好地指导生态环境极其脆弱区域的抗旱减灾工作,基于天山南坡13个气象站点1961～2016年的气象数据,采用标准化降水指数(S_(SPI))、标准化降水蒸散指数(S_(SPEI))、综合气象干旱指数(CCI)和改进的综合气象干旱指数(MMCI),从干旱年际变化、干旱频率、典型干旱过程与空间分布等方面评估其在该区域的适用性。结果表明,各干旱指数对典型干旱年均有较好的识别能力,均表明研究区趋于湿润化趋势,但MMCI指数对不同等级干旱的表征较其他三种干旱指数效果更好;MMCI、CCI指数较SSPEI、SSPI指数对干旱过程的刻画能力更符合实际干旱机制;空间分布上,SSPI指数与SSPEI指数易出现轻估、重估及空报干旱事件的情况,CCI指数存在高估重旱的情况,MMCI指数整体诊断能力较好。综合分析表明,MMCI指数较SSPI、SSPEI、CCI指数在天山南坡具有更好的适用性。     

标准化降水蒸散发指数在云南省历史干旱特征分析中的应用

鉴于标准化降水蒸散发指数(SSPEI)可用于多时空尺度的气象干旱过程评估,在采用Mann-Kendall方法分析1958~2013年间云南省37个气象站降水和气温变化趋势的基础上,对比分析了基于Thornthwaite公式和Penman-Monteith公式两种潜在蒸散发计算方法的SSPEI指数(SSPEI-Th和SSPEI-Pm)在历史干旱特征分析中的适用性。结果表明,云南省大部分气象站的SSPEI-Th和SSPEI-Pm时间序列均呈下降趋势,即变得更为干燥,站点主要分布于云南省南部地区;SSPEI-Th与SSPEI-Pm的相关性具有很好的一致性;两种潜在蒸散发计算方法的SSPEI指数在云南省均有较好的适用性,但SSPEI-Pm在中北部高海拔地区冬春干旱时间识别上精度更高。     

Copula函数在漳河上游联合干旱特征分析中的应用

为综合描述漳河上游干旱事件，选取月降水数据计算标准化降水指数，应用游程理论识别干旱历时和干旱强度两种干旱特征变量，并采用Copula函数构建两种干旱特征变量间的联合分布，探究干旱特征的时空分布。结果表明，漳河上游2001～2020年发生频率最高干旱事件为3个月历时干旱，干旱强度范围为2.24～4.92;干旱历时和干旱强度间存在强正相关性，Frank Copula函数为二者最优联合分布；干旱特征联合重现期范围为18.56～23.94年，在漳河上游西北和东南流域表现2个干旱高风险区，同现重现期范围为22.25～31.94年，在西北、东北和东南流域表现3个干旱高风险区。联合分布综合分析了干旱事件，可为全面评估旱情提供科学参考。     

基于马尔科夫链模型的湖北省干旱短期预测

针对干旱预警预测十分困难的问题,基于湖北省16个气象站点1960~2009年的逐月降水资料,计算了各站点的标准化降水指数(SPI),并利用马尔科夫链模型预测了湖北省未来干旱的发生概率,得出了各个干旱等级的发生概率、预计持续时间、初次转移到无旱状态的时间、重现时间以及预见期为1~3个月的短期概率。与实际统计频率对比发现,马尔科夫链模型能很好地估算各个干旱等级的发生概率,且大多数站点未来干旱等级预测概率的误差都控制在20%以内,说明该模型对于未来干旱情况具有一定的预测能力,可以为早期干旱预警提供依据。     

三种干旱指数在西南地区的应用及相关性分析

基于西南地区实测的降水、气温及水文模型模拟的土壤含水率和径流资料,分别选取反映气象、农业、水文干旱的标准化降水蒸散指数(SPEI)、土壤含水率距平指数(SMAPI)和标准化径流指数(SRI),分析了三者之间的时空相关关系及其对干旱过程的反映特征,探讨了三种类型干旱指数的联系与差别。结果表明,SPEI对干旱识别敏感,干旱过程等级变化频繁,SMAPI对干旱过程刻画稳定,起止时间合理,SRI过程最为平缓,表现出水文干旱滞后于气象、农业干旱的特性;SPEI揭示的干旱等级和范围较SMAPI、SRI大,表明气象干旱的发展较农业、水文干旱严重,不同时间尺度的SPEI或SRI的干旱空间分布存在差异;三种指数之间具有较好的相关性,SMAPI与SPEI3和SRI3相关性最高,表明其具有3个月时间尺度的特征。     

塔里木河流域干旱态势时空变化规律分析

基于塔里木河流域1960~2013年25个气象站台的气象水文资料,利用标准化降水指数,结合干旱频率分析、小波分析等方法,从干旱强度、频率、周期、季节干旱情况等方面对比研究了近53年来塔里木河流域干旱的变化规律。结果表明,塔里木河流域的干旱强度具有阶段性特征,在1960~1980年间,干旱频繁发生,尤其是在1960年代,更是重旱和极旱多发的时期;从干旱强度变化趋势来看,塔里木河流域干旱情况呈现缓解的趋势,尤其是在1990年以来塔里木河流域干旱情况有了明显好转;塔里木河流域标准化降水指数SPI12呈现6~7年的主周期。     

西江流域水文气象综合干旱评价

综合分析气象干旱与水文干旱事件,可同时解析大规模干旱和供水风险,为综合识别旱情和早期干旱预警提供支持.利用1981～2013年西江流域集水区域逐月降水与流量资料,基于标准化降水指数和标准化流量指数构建水文气象干旱综合指标及其状态转移参量,并结合马尔科夫链模型研究流域水文气象综合干旱.结果表明,研究区水文干旱与气象干旱存...     

不同水文干旱指数在天山西部山区的适用性分析

为了更好地指导天山西部山区干旱早期预警及防灾减灾工作,基于区域水文干旱指数、标准化径流指数、径流距平指数和径流Z指数,从与历史干旱事件的相符性和典型干旱事件的甄别能力等方面评估了1960～2014年天山西部山区喀什河流域的干旱特征。结果表明,区域水文干旱指数监测干旱效果最为准确,能够全面识别和反映研究区的干旱特征,主要原因是该指数充分考虑了对干旱发生起决定作用的降水、径流要素。总体上,研究区干旱呈减弱趋势,尤其在1980s以后干旱缓解更为明显。     

粒子群优化极限学习机模型在河南省干旱预测中的应用

干旱预测是提高防旱抗旱能力的重要非工程措施。在评价不同时间尺度标准化降水蒸散指数(S_SPEI)对河南省干旱识别能力的基础上,以能有效表征河南省干旱状况的S_SPEI为模型输出,以基于信息变化率和条件互信息的特征变量选择方法(ICR-CMIFS)筛选得到的河南省主要致旱气候系统指数为模型输入,构建了基于粒子群算法优化极限学习机(PSO-ELM)的干旱预测模型,通过对比该模型与标准极限学习机(ELM)、差分进化算法优化极限学习机(DE-ELM)模型的干旱预测结果,验证PSO-ELM模型在河南省干旱预测中的适用性。结果表明,S_SPEI-3能有效识别河南省典型干旱事件,从时间和空间上可较准确地反映河南省干旱状况;ICR-CMIFS筛选出的河南省主要致旱气候系统指数为西太平洋副高面积指数和NINO指数;PSO-ELM模型能较准确地预测河南省干旱,且预测精度优于DE-ELM模型和标准ELM模型,在河南省干旱预测中具有较好的适用性。     

标准化综合干旱指数在北汝河流域干旱评价中的应用

河南省北汝河流域频发的干旱灾害严重影响工农业生产和人民生活,分析评价干旱旱情对指导抗旱救灾、减轻干旱灾害损失具有重要意义。采用新安江模型模拟计算北汝河汝州站以上流域1985～2016年日尺度径流深、蒸散发、土壤含水率,对其月尺度值与月降水量进行核熵成分分析,构建综合干旱指数,在对比分析不同分布函数拟合优劣的基础上选取拟合最优的对数逻辑斯特分布函数对综合干旱指数进行标准化得到标准化综合干旱指数;基于标准化综合干旱指数分析流域1985～2016年干旱情势演变,并与标准化降水指数和降水距平百分率的评价结果进行比较。结果表明,北汝河流域1985～2016年干旱事件发生频率呈增加趋势;标准化综合干旱指数对轻度干旱事件更为敏感,能较好地反映流域干旱特性及典型干旱事件的演进过程。研究结果为北汝河流域抗旱减灾提供了科学支撑,亦对其他地区干旱评价具有借鉴意义。     

基于标准降水指数的河南省干旱时空演变规律分析

基于河南省17个气象站1960~2010年的月降水资料,采用标准降水指数（SPI）统计分析了年尺度和季尺度的SPI干旱指数,探讨了不同时间尺度下不同干旱等级的时间演变趋势及空间分布特征。结果表明,河南省年尺度干旱总体上呈增加趋势,不同年代呈现不同的变化趋势;季尺度干旱表现为春旱和秋旱的干旱强度和干旱站次比均呈增加趋势,而夏旱和冬旱有所减缓,在当前气候变化背景下,河南省干旱整体上呈现对农业生产不利影响加重的趋势。在区域上,河南省北部易发生干旱,但干旱程度较低,而南部和西南部相对易发生严重干旱和极端干旱。     

黔西南地区旱涝态势变化规律分析

为探明黔西南地区旱涝态势的变化规律,以黔西南地区望谟县为例,基于标准化降水指数,结合概率统计、趋势拟合、小波分析等方法分析了望谟县1959~2013年的旱涝强度、频率、年代际变化、季节性变化以及周期性变化。结果表明,望谟县发生极端旱涝事件的概率较大,1960s~2010s时间序列内均有水文极端事件发生,尤其是2000年以后,旱涝极端事件的振幅较以往呈现增大趋势,未来几年望谟县可能还会遭受极端干旱事件;旱涝态势年代际变化存在3个主要变化阶段,即1960s~1970s旱涝态势明显转变,1970年以后保持规律的旱涝交替,2000年以后呈现旱涝不平衡的状态,干旱态势占主导;春季和秋季呈现向干旱发展的趋势,夏季和冬季无明显变化;标准化降水指数存在以21~22年为主周期的变化规律。     

联合降水亏缺指数在黄河流域干旱分析中的应用

根据黄河流域及周边101个气象站52年(1961~2012年)逐月降水资料,对传统标准降水指数SPI进行修正,以不同时间尺度累积降水量序列为边缘分布,利用Copula函数构建联合降水亏缺指数(JPDI),分四种情形对比了JPDI与不同时间尺度修正后的SPImod w对干湿状况的表征能力,并分析了黄河流域历史典型干旱年份旱情空间分布,探究了JPDI在黄河流域干旱分析中的适用性。结果表明,JPDI能识别初现干旱和持续干旱,较SPImodw有更强的识别和反映干旱的能力,也具有更高的稳定性,避免了不同时间尺度SPImodw表征干旱时可能引起的不一致现象。JPDI所反映的历史旱涝特征与有关资料一致,能反映黄河流域干旱时空分布状况,可作为分析黄河流域干旱情势的有效工具。     

钦江流域干旱时空变化特征分析

针对钦江流域近年来的干旱及水资源短缺问题,以钦江流域1970~2007年的降水资料为基础,利用标准化降水指数、Z指数、干旱站次比、干旱强度等指标分析了流域干旱的时间分布特征,并利用ArcGIS中的地统计分析方法研究了流域干旱的空间分布情况。结果表明,钦江流域发生干旱的时期主要集中在20世纪80年代、90年代初期和2006年以后,干旱强度多为中度,达到重度干旱强度的只有1989年,钦江流域中部地区是干旱的频发区。     

澜沧江—湄公河流域气象干旱时空分布特征分析

以澜沧江—湄公河流域为例,基于38个气象站1977～2010年降水资料,采用标准化降水指数(SPI)、干旱频率、干旱覆盖范围及干旱重心分析了流域气象干旱时空分布特征。结果表明,干旱强度与覆盖范围随时空分布呈规律性变化,年际变化较大,雨季变化趋势不明显,旱季呈显著下降趋势。该方法计算简单易行、资料易获取、稳定,可用于不同时空的干旱监测与评估。     

淮河流域1960~2011年干湿时空变化特征

在分析淮河流域26个气象站1960～2011年降水变化的基础上,计算了流域年尺度和季尺度降水距平百分率和标准化降水指数（SPI）,并分析了淮河流域近52年干湿时空变化。结果表明,淮河流域年尺度降水距平与SPI较为一致,季尺度降水距平较SPI变化敏感;干旱多发生于春季,且2000年后发生频次减少;空间尺度上,流域中西部地区有变湿润趋势,东部沿海地区有变干旱趋势,变化趋势呈现近似纵向分带。     

PERSIANN-CDR产品对淮河流域干旱特征辨识性能评估

基于淮河流域164个地面观测站1983~2016年的降水观测资料,对PERSIANN-CDR降水产品的降水反演性能进行评估,并将其应用于淮河流域的干旱评估工作中。通过精度检验,认为PERSIANN-CDR对淮河流域月尺度的面雨量具有良好的估算性能,在时空尺度上均能较好地反演淮河流域降雨的演变规律。采用标准化降水指数,从干旱事件的发生时间、发生次数、发生强度、覆盖面积和空间分布特征等多方面对该卫星降水产品的干旱辨识性能进行了评估,发现卫星数据对干旱事件的识别、干旱强度的估算及干旱时空分布特征的反演结果均较为可靠。但PERSIANN-CDR卫星数据对干旱空间分布特征的辨识能力会随着干旱事件时间尺度的增大而减小,此外,其对淮河流域干旱强度和覆盖面积的评估略偏严峻。