基于卫星遥感数据和SPA的淮河流域陆地水储量变化研究

为研究流域陆地水储量多年变化情况,以淮河流域为例,利用2003-2016年GRACE重力卫星数据反演流域陆地水储量变化,分析其多年时空变化规律;利用MODIS遥感数据生成归一化植被指数NDVI,通过皮尔逊相关系数和SPA集对分析,结合降雨、温度、径流、NDVI和环流数据分析陆地水储量变化的主要影响因子。结果表明:GRACE反演的淮河流域陆地水储量整体呈现微弱下降趋势,具有年周期性,秋季初期达到峰值;流域南部桐柏山和大别山区域陆地水储量上升,北部流域内的郑州区域陆地水储量显著下降;陆地水储量变化与温度相关度较低,主要受降雨、径流变化影响,呈正相关,受当地植被归一化指数和环流指数影响相对较小,呈负相关。     

基于GRACE和GRACE-FO的黄河流域陆地水储量及影响因素分析EI北大核心CSCD

基于GRACE和GRACE-FO卫星陆地水储量遥感数据,采用长短期记忆(LSTM)神经网络模型,结合水量平衡方程和全球陆地数据同化系统(GLDAS)重建GRACE与GRACE-FO间的陆地水储量变化量,分析黄河流域2002年4月至2020年3月陆地水储量变化特征,探究影响陆地水储量变化的环境因子。结果表明:LSTM模型可以有效填补GRACE与GRACE-FO间的陆地水储量变化量;黄河流域陆地水储量呈明显下降趋势,上、中、下游下降趋势依次增大,陆地水储量与地下水储量的变化特征高度相关;黄河流域上、中、下游年陆地水储量变化量与年降水量和年干燥度指数呈极显著相关关系,表明黄河流域陆地水储量变化受到降水和蒸散发的影响。     

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。     

不同干旱指数在新疆哈巴河地区旱情评价中的应用研究

利用新疆哈巴河地区1962-2014年间的气象资料,比较分析多时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI)在该地区的适用性,并基于两种干旱指数计算结果分析哈巴河地区53a间的干旱演变特征。结果表明:各时间尺度(年、季、月)下的SPI指数与SPEI指数呈现显著性相关;单月小尺度下,SPEI指数评价干旱事件等级较实际情况要严重,SPI指数在实际使用中更具优势;12月长时间尺度下,SPI指数和SPEI指数均体现出巴河地区干旱逐步减轻的趋势,在气候变暖大背景下考虑气温变化的SPEI指数较SPI指数更符合当地实际;各季节尺度下,SPI和SPEI指数发生各干旱等级事件的比例相差不大,实际使用中建议春冬季使用SPI指数,夏秋季使用SPEI指数或修正过的SPI指数,同时需要重点关注夏秋季干旱。     

2002-2015年西北地区陆地水储量时空变化特征

在干旱—半干旱地区,陆地水是经济社会发展的重要水源。本文利用高斯平滑滤波处理的2002—2015年逐月GRACE卫星时变重力场数据,反演了西北地区陆地水储量变化。结果表明：在时间上,西北地区陆地水储量总体呈现下降趋势,每月减少0.014 cm,相当于每年减少53.5亿m³。在空间上,2002—2015年间陆地水储量减少区域约为224万km²,增加区域约为106万km²。各地区陆地水储量呈现明显的季节变化,7月达到年内最大值,陆地水储量处于盈余状态;冬、春季节为年内的低值区,陆地水储量处于亏损状态;陆地水储量的变化与降雨季节变化一致,表明西北地区降水是最重要的陆地水来源。     

基于GRACE和MODIS数据的长江流域陆地水储量变化分析及预测

利用GRACE重力卫星数据反演的长江流域陆地水储量变化(TWSA)以及MODIS遥感数据生成的归一化植被指数(NDVI),从趋势性、相关性及时空变化特征3方面分析长江流域陆地水储量变化以及植被覆盖变化。结果表明:长江流域归一化植被指数(NDVI)与陆地水储量变化(TWSA)之间有强相关性,二者均在2月份达到最低值,在8月份达到峰值,季节变化均呈现夏季＞秋季＞春季＞冬季的规律。利用GRACE水储量与NDVI最小二乘拟合关系,通过灰色预测模型得出长江流域2016年为偏丰水年。研究结果可为长江流域水资源规划及预警提供参考依据。     

基于GRACE重力数据反演黄河流域陆地水储量变化

基于GRACE重力卫星数据反演黄河流域2002-2013年陆地水储量变化,并通过GLDAS验证GRACE反演结果。在此基础上采用皮尔逊相关系数法进一步探究陆地水储量与降水、气温、蒸散和植被NDVI的关系。结果表明:基于GRACE数据能够较好地反演陆地水储量; 2002-2013年间黄河流域的水储量以0.56 cm/a的速度减少,且具有明显的季节特征,水储量在1-6月呈亏损状态,7-12月呈盈余状态;对黄河流域水储量变化与降水、气温、蒸散和NDVI进行滞后性分析,表明其与降水、蒸散、NDVI有两个月的滞后效应,与气温为3个月。     

2005—2015年黄河流域陆地水储量变化

为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化,基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GL-DAS进行陆地水储量反演,通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度,并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响.初步结果表明:在时间上,由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量...     

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。     

不同干旱指数在唐山地区旱情评价中的应用

基于唐山地区1957—2011年的气象资料,比较分析标准化降水指数（S SPI）、标准化降水蒸散发指数（S SPEI）和帕默尔水文干旱指数（P PHDI）3种不同干旱指数的相关性,并评价了各个指数在唐山地区连旱期间的适用性。结果表明：各时间尺度（年、季、月）的S SPI和S SPEI均显著相关;P PHDI与年尺度的S SPI和S SPEI均显著相关。P PHDI对长期干旱判断效果明显优于短期干旱。年尺度S SPEI和S SPI对干旱事件识别效果比较接近,二者对长期干旱判断偏涝,对短期干旱判断效果明显优于P PHDI。在气温偏低的年份,季尺度的S SPI能很好地反映旱情的严重程度,在气候变暖的背景下,季尺度S SPEI比S SPI更能准确地判断和评价旱情。     

基于标准化降水指数的淮河流域干旱 演变特征分析

利用淮河流域35个气象站点的降水资料,采用标准化降水指数(Standardized Drecipitafion in- dex , SP1)分析了淮河流域近50年(1961 } 2010年)的年度干旱指数,并利用干旱发生频率、干旱站次比和干旱强度三项干旱指标分析了淮河流域的干旱演变特征。研究结果表明,近50年来,淮河流域以轻旱、中旱为主,重旱、特旱相对较少,有干旱发生面积有逐年递减而发生强度呈增强趋势。在当前气候变化背景下,淮河流域干旱对农业生产的不利影响有减小的趋势。     

Drought variability and its connection with large-scale atmospheric circulations in Haihe River Basin

Drought is one of the most widespread and devastating extreme climate events when water availability is significantly below normal levels for a long period. In recent years, the Haihe River Basin has been threatened by intensified droughts. Therefore, characterization of droughts in the basin is of great importance for sustainable water resources management. In this study, two multi-scalar drought indices, the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) with potential evapotranspiration calculated by the Penmane Monteith equation and the standardized precipitation index(SPI), were used to evaluate the spatiotemporal variations of drought characteristics from 1961 to 2017 in the Haihe River Basin. In addition, the large-scale atmospheric circulation patterns were used to further explore the potential links between drought trends and climatic anomalies. An increasing tendency in drought duration was detected over the Haihe River Basin with frequent drought events occurring in the period from 1997 to 2003. The results derived from both SPEI and SPI demonstrated that summer droughts were significantly intensified. The analysis of large-scale atmospheric circulation patterns indicated that the intensified summer droughts could be attributed to the positive geopotential height anomalies in Asian mid-high latitudes and the insufficient water vapor fluxes transported from the south.     

干旱指数在辽河流域的应用分析

由于农业用水增加、工业污染严重,造成辽河流域干旱程度加重,利用2010—2015年辽河流域昌图县、康平县、法库县逐月降水量资料及年降雨量数据,通过降水距平百分率、标准化降水指数(SPI)、降水Z指数合理评价了辽河流域干旱情况,并比较3种干旱指数的评价效果。分析了三个地方的干旱情况,研究并比较了降水距平百分率、 SPI、降水Z指数的评价效果。结果表明：降水距平百分率反映干旱程度较轻;与降水Z指数相比,SPI指数能较客观地反映辽河流域干旱程度。为辽河流域定量研究干旱事件提供合理的指标依据,为不同研究区根据自身特点选择适合的干旱指标奠定理论基础。     

Analysis of spatio-temporal evolution of droughts in Luanhe River Basin using different drought indices

Based on the monthly precipitation and air temperature from 1960 to 1989 in the Luanhe River Basin, the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) and standardized precipitation index(SPI) at three- and six-month time scales and the self-calibrating Palmer drought severity index(sc-PDSI) were calculated to evaluate droughts in the study area. Temporal variations of the drought severity from 1960 to1989 were analyzed and compared based on the results of different drought indices, and some typical drought events were identified. Spatial distributions of the drought severity according to the indices were also plotted and investigated. The results reveal the following: the performances of different drought indices are closely associated with the drought duration and the dominant factors of droughts; the SPEI is more accurate than the SPI when both evaporation and precipitation play important roles in drought events; the drought severity shown by the sc-PDSI is generally milder than the actual drought severity from 1960 to 1989; and the evolution of the droughts is usually delayed according to the scPDSI. This study provides valuable references for building drought early warning and mitigation systems in the Luanhe River Basin.     

近十年中国陆地水储量变化及其时空分布规律

利用GRACE重力卫星数据分析了我国及十大流域近十年水储量变化趋势、年变化特征、年内分布特征以及时空分布规律,结合TRMM降水数据分析了水储量与降水的关系。研究结果表明:近十年,中国水储量变化趋势具有空间差异性,西南大部、华北平原及黄河中下游、西北准噶尔盆地一带水储量呈减少趋势,东南部、长江大部分区域、长江黄河源头以及塔里木盆地区域水储量呈增加趋势;中国水储量年变化幅度较小,淮河、海河、珠江、松花江流域振幅较大,西北诸河流域振幅最小,全国除黄河、海河和西北诸河流域外,流域水储量年变化与降水年变化均呈显著正相关,东南诸河、珠江、长江流域相关系数均达0.7以上;年内分布上,我国冬春季水储量亏缺,夏秋季水储量盈余,3月-4月西南诸河及长江流域水储量亏缺严重,7月-9月则盈余较大,华北平原5月-7月水储量有亏缺,其他月份则水储量略为盈余。此外,黄河、长江、东南诸河、西南诸河以及珠江流域水储量与降水量年内分布一致性较好,西北诸河流域2月-4月份水储量与降水一致性较差,其他月份一致性较好,而其它流域则一致性较差。     

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数（NDVI）数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数（SPI）、植被状态指数（VCI）和植被覆盖度（FVC）,分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明：汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。     

基于GRACE卫星数据的汉江流域旱情反演及影响因素定量分析

气候变化和人类活动对汉江流域旱情有重要影响。利用卫星时变重力场反演地面水储量可以弥补传统流域水储量监测的缺陷。以GRACE卫星数据为基础,采用水储量亏损方法建立模型反演汉江流域2004—2014年间干旱事件,结合多源卫星数据和居民用水量数据,定量分析了气候变化和人类活动对汉江流域干旱事件的影响。结果表明,汉江流域2006、2007、2011、2013年分别发生了干旱事件,降雨、蒸发、人类活动(水库蓄水和居民用水量)等变量与陆地水储量变化显著相关,气候变化对4场干旱事件发生的贡献率分别为0.41、0.43、0.36、0.36,人类活动对4场干旱事件发生的贡献率分别为0.59、0.57、0.65、0.64,贡献度的趋势表明人类活动对汉江流域干旱事件的影响在不断增强。