干旱指数在四川省的适用性分析

干旱灾害频发严重制约着四川省的农业发展,为合理分析四川省干旱情况,干旱指数的选择尤为重要。本文基于四川省39个气象站点1960年-2013年的气象资料,分别计算1961年、1994年、2006年和2009年-2010年各站点相对湿润指数M、气象干旱综合指数CI、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI,利用Arcgis反距离插值法进行空间插值,并与中国气象灾害大典记录的四川省典型年干旱情况进行对比分析,进而评价四种干旱指数在四川省的适用性。结果表明:对于1961年夏旱,M指数和CI指数均表现出无旱或轻旱,SPI指数结果较实际情况偏小,SPEI指数监测出了干旱的重灾区,效果在四个干旱指标中最好;1994年夏伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数出现了空报,对川东地区和川西高原的监测结果偏小,SPEI指数在达县、巴中一带结果偏小,而SPI指数在成都、绵阳一带的结果偏小。2006年伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数比M指数效果稍好,但结果仍然偏小;SPI指数和SPEI指数监测出的干旱特征与实际一致;2009年-2010年的冬春连旱,SPEI指数效果最好,M指数次之,SPI指数效果最差。SPEI指数最能反映四川省典型干旱年干旱的空间分布特征。     

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。     

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SRI的浑河流域水文干旱特征分析

以浑河流域为研究对象,以标准化径流指数(SRI)为工具,选择流域内3个代表性水文站1975—2014年的逐月径流量为实验数据,计算不同时间尺度的SRI,采用游程理论和Mann-Kendall趋势性检验法,分析了流域水文干旱时空演变特征。研究表明:自1975年以来浑河流域干旱化呈减弱趋势,旱涝过程具有较好的周期性,平均每14～16年经历一次旱涝过程;流域的干旱在时间上呈现季节特征,春、夏、冬季干旱化趋势减弱,秋季呈现不显著的干旱化趋势,降水对流域水文干旱趋势和季节差异具有较大影响;流域发生干旱的频次由大到小依次为中游、下游、上游区域,上、中游以轻旱和中旱为主,下游较上、中游更可能发生重旱和特旱。     

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。     

淮河流域陆地水储量与干旱指标分析

基于GRACE卫星数据、MODIS数据和降水数据分析了2003—2016年淮河流域陆地水储量、植被指数和降水的多年时空变化,并探究标准化陆地水储量指数(SWSI)、标准化降水指数(SPI)与条件植被指数(VCI)对流域干旱的指示性。结果表明:淮河流域陆地水储量呈显著下降趋势,降水量微弱下降,植被覆盖率显著上升;SPI与VCI相关性较高,与SWSI变化较为一致;SWSI与SPI指示的不同等级干旱月份数量基本相当,明显小于VCI;SPI对淮河流域历史干旱存在漏报,VCI指示的干旱等级略偏高;SWSI整体表现较为良好,能够有效监测淮河流域旱情。     

ＲCPs 情景下贵州省干旱趋势分析

为探究贵州省未来干旱变化趋势,基于 CMIP5 全球气候模式预估的降水月值数据,利用标准化降水指数(SPI)分析了 2016—2050 年 ＲCPs 情景下贵州省干旱趋势。结果表明: 2016—2050 年间ＲCP2. 6、ＲCP4. 5 和 ＲCP8. 5 情景下贵州省 SPI 指数均呈现增加趋势。除特旱外,ＲCP8. 5 情景下轻旱、中旱、重旱发生频次高于 ＲCP2. 6 和 ＲCP4. 5 情景。2016—2030 年各情景下各干旱等级发生频次较高。不同情景下各干旱等级的干旱频率空间异质性突出。各情景下贵州省干旱站次比和干旱强度均呈现下降趋势,发生全域性干旱年份较多,发生区域性干旱和局域性干旱年份较少。发生轻度干旱强度年份较多,发生中度干旱强度和重度干旱强度年份较少。ＲCPs 情景下贵州省降水增加导致干旱风险降低。研究结果可为干旱监测和农业生产提供参考依据。     

基于SPEI的长江流域气象干旱时空特征分析

受全球气候变化影响,长江流域干旱发生不确定性增加,而揭示其干旱特征能为更好应对提供科学依据。本研究基于标准化降水蒸散发指数(SPEI),对流域1982～2018年干旱事件发生频次、强度和历时的时空特征及其变化规律进行分析表明,其间流域年尺度和季尺度干旱均呈增加趋势,其中冬季干旱化趋势尤为显著;年尺度、夏季和冬季的干旱强度和历时呈增加趋势,春季和秋季的干旱强度和历时呈下降趋势。空间上,流域中部累计干旱强度较大,累计历时较长。干旱历时和发生频次具有显著空间异质性,不同季节空间异质性存在较大差异。金沙江流域中部、汉江流域、长江干流的中游地区干旱整体呈增加趋势;长江源头和流域南部干旱整体呈缓和趋势。     

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。     

1961—2020年黄土高原地区气象干旱时空演变特征研究

基于黄土高原地区61个气象站点1961—2020年的逐日气象资料,探究该研究区域的历史干旱演变特征。采用标准化降雨蒸散指数(SPEI),运用Morlet小波分析、干旱面积覆盖率、干旱发生频率和Mann-Kendall突变检验等研究方法,揭示近60 a全球变暖背景下黄土高原地区的干湿变化特征及周期特征,并对干旱进行归因分析。研究结果表明：SPEI值的干湿交替变化具有全域性,年度SPEI＿12和春、秋、冬季SPEI＿3在研究时段呈逐年下降趋势,干旱倾向趋势降幅排序为秋>春>冬>年,夏季SPEI＿3呈现相对平缓的升高趋势,趋势率为0.02/10a;干旱覆盖面积整体呈上升趋势不显著,年干旱频率在31.40%和35.15%之间,中西部区域站点干旱化趋势较大;不同时间尺度的干湿变化周期不稳定,目前正处于并长期处于偏暖湿化阶段。目前的暖湿化趋势仅体现为量的变化,并不足以改变该区域的基本气候状态,其仍处于温凉干燥的干旱与半干旱气候范围。     

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、甘肃均表现为不显著变干趋势,青海的春季、新疆的年和四季均表现为显著变湿趋势;西北全区及其各省(区)气象干旱的突变年份主要集中在20世纪70-90年代,仅青海的春季以及新疆的年和四季通过了显著性检验;西北全区及其各省(区)气象干旱存在3～9、10～15、17～23、25～27 a的主周期;从空间分布来看,西北地区表现为东部变干、西部变湿的趋势。研究结果可为我国西北地区防旱抗旱以及水资源规划等提供依据。     

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。     

辽宁省近54年旱涝特征分析及其对大气环流响应研究

在全球气候变暖背景下,探讨区域旱涝时空演变及成因对实现抗旱减灾和社会可持续发展至关重要。本文以辽宁省为研究基点,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为旱涝量化指标,运用滑动平均、小波变换、经验正交分解等方法对辽宁省近54年旱涝时空演变特征进行分析,并结合太阳黑子和遥相关指数,运用交叉小波方法探讨旱涝特征对各因子的响应。结果表明:(1)时间尺度上,辽宁省SPEI指数存在29a的主周期和5a、9a次周期,且近54年以0.143/10a的速率向湿润化发展;(2)空间模态上,受大尺度气候系统的影响,第一模态表现为全区一致的湿润化趋势,东西反向差异为第二模态,反映了地理位置、海陆分布对SPEI指数的影响;(3)成因上,受太阳活动影响在太阳黑子数极值年份易发生旱涝灾害,两序列在时频上存在8～12a周期,表现为显著的反相位共振关系;SPEI与ENSO、NAO指数呈负相关,与PDO和AO指数呈正相关,且存在不同时间尺度的共振周期。     

Factors Influencing Markov Chains Predictability Characteristics, Utilizing SPI, RDI, EDI and SPEI Drought Indices in Different Climatic Zones

Comparability analyses were carried out to investigate behavioural aspects of effective drought index (EDI), standardized precipitation index (SPI), reconnaissance drought index (RDI) and standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI), considering 3-month, 6-month and annual time periods. Investigations included parametric/non-parametric correlation analysis among indices, climatic zone influence, record length impacts and evapotranspiration role (RDI and SPEI) on Markov chains predictability characteristics. Except for the EDI, all indices/cases (all climatic zones) showed significant correlation. In arid/semi-arid climates, the 3-month and 6-month maximum drought severities were detected by the RDI and annual maximum drought severities were detected by the SPEI, emphasizing the evapotranspiration influence. In all climatic zones, the EDI values for wet (dry) periods were higher (lower), compared to other indices. First order dependency was detected for the EDI (all cases) and the SPI (most cases), over entire period (1951–2011) and sub-periods [(1951–1981), (1982–2011)]. The largest number of second order dependency was detected by the SPEI, followed by a relatively large number of such cases by the RDI (3-month time period), for the 61-year data period. This research showed that several factors influence Markov chains predictability characteristics in drought studies, particularly the impact of record length and evapotranspiration (RDI and SPEI) were confirmed.     

TRMM数据在京津冀地区干旱监测适用性研究

基于气象站点实测降水数据和热带降雨卫星(Tropical Rainfall Measurement Mission,TRMM)3B43 Version7(V7)降水产品,计算了京津冀地区1998-2017年多时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)(SPI-1、SPI-3、SPI-6和SPI-12)。结果表明:TRMM 3B43数据与站点观测月和年降水数据在时空上具有良好的一致性;从时间变化趋势来看,基于TRMM 3B43数据和站点降水数据计算的不同时间尺度的SPI值存在高度一致性;从空间变化趋势来看,基于两种数据计算的京津冀地区25个站点多时间尺度SPI的相关系数均大于0.7,POD值大于0.6,80%以上的FAR值小于0.3,70%以上站点的FBI值在0.9~1.1之间;两种数据计算的干旱的面积百分比基本一致,1、3、6和12个月的干旱面积的CC值分别为0.93、0.95、0.96和0.96。     

基于SPEI指数的辽宁省多尺度旱涝特征分析

近年来辽宁省深受旱涝灾害的影响,明确其时空演变特征对进一步制定防灾减灾策略具有重要意义。利用1989—2018年辽宁省23个气象站点逐日气象数据,基于不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI指数),运用Mann-Kendall突变检验、线性倾向率等数理统计方法,对辽宁省近30年来旱涝演变及持续性特征进行分析,并结合通径分析方法探究其影响因素。结果表明:(1)近30年来辽宁省经历涝-旱-涝的演化过程,辽西干旱化显著,变涝趋势最显著的是辽中和辽北,其次是降水量最丰富的辽东;(2)从中度及以上旱涝灾害频率看,1999—2008年为典型的干旱时段,而2009—2018年则为偏涝时段,旱涝事件发生频率春季冬季秋季夏季;(3)持续性干旱事件强度变小,主要发生在春季。持续性洪涝事件呈增加趋势,主要发生在春、夏两季;(4)降水量是影响旱涝变化的主要因素,蒸散量次之,气温是通过影响降水量和蒸散量进而影响旱涝变化的。     

基于SPEI干旱指数的陕西省干旱时空分布特征分析

陕西省属于生态脆弱区且旱灾频发。基于陕西省1956-2016年18个气象站点的实测气象资料,利用Penman-Monteith模型计算年尺度标准降水蒸散指数(SPEI),并结合滑动平均、MK检验、小波分析和Kring空间插值法等方法探讨了陕西省61年来的干旱时空变化特征。结果表明:从时间变化上看,陕西省SPEI指数呈现在波动中下降趋势,表明全省正在向干旱化发展,但总体变化趋势不显著;全省干旱影响范围自1986年起呈现显著扩大化趋势; SPEI指数在1980年出现突然减小的变异点; SPEI指数周期存在多时间尺度特征,具有5,16和30a的三个主震荡周期;从空间变化上看,全省有不同程度干旱发生,各站点分布差异较大且不均衡,干旱频率由大到小依次为中旱轻旱特旱重旱,重旱发生频率最低,高值中心位于延安站,中旱发生频率最高且分布范围最大,高值中心位于略阳站和汉中站。此研究可为全省防灾防旱,农业生产以及政策制定提供科学依据。     

基于模糊C均值聚类法的河南省近57年干旱特征分析

根据河南省1960-2017年19个气象站的逐日降雨数据计算标准化降水指数(SPI),结合模糊C均值聚类法、小波分析,从月、年际和周期维度上研究近57年来河南省干旱的时空变化特征。结果表明:所有气象站点可以分成3个区域,分别为豫东南、豫北、豫西地区;全区在1966、1986、1997年发生持续干旱,豫东南持续干旱时间最长为10个月且在夏季易旱,豫北持续干旱时间最长为9个月且易发生特旱,豫西持续干旱时间段最多但尺度最长为7个月;干旱频率主要分布在豫北,豫西次之,豫东南最小,但干旱频率都在30%以上,且20世纪90年代后干旱频率在各区之间分布比较均匀;豫东南、豫北、豫西分别呈现23～25、20～22、15～17 a易干旱的主周期。     

标准化径流指数在阿克苏河水文干旱特征识别中的应用

阿克苏河位于丝绸之路经济带重要通道,是典型的中亚跨境河流,阿克苏丰富的水资源成为沿岸各国争夺的焦点。针对阿克苏河未来水资源评估和管理的迫切需要,以阿克苏河干流月径流为数据基础,结合径流距平百分比,采用标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI)辨识阿克苏河水文干旱事件,并验证了水文干旱识别的合理性。结果表明:SRI丰枯等级划分临界值在阿克苏河能够有效地识别水文干旱事件及其干旱等级,SRI趋势分析发现未来阿克苏河春、夏季洪水和冬旱现象的可能性在逐渐增大,水资源季节差异将越来越明显,这将是未来水资源合理利用和管理的一个新挑战。