基于可变下渗容量模型和Palmer 干旱指数的区域干旱化评价研究

基于可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型的流域网格划分及其对径流、蒸散发和土壤含水量变化的模拟,对Palmer干旱指数各水量平衡分量的计算进行了优化,并采用分级修正的方式,改进了Palmer干旱指数中气候特征系数K的确定方法。在此基础上,建立了基于VIC模型和Palmer干旱指数的区域气候干湿变化评价系统,并采用该系统对黄土高原进行了研究。结果表明,近40年黄土高原气候正向暖干化趋势发展,1990年以后暖干化趋势尤为明显。研究区干旱发生频率在空间上呈由西北向东南递减趋势,不同季节干旱发生频率空间分布存在一定差异。该评价系统物理机制清晰,地区适应性较强,在实时监测和评估气候干湿变化及其时空分布上存在较大应用潜力。     

云南旱灾特点和未来1O年干旱趋势预测

统计分析云南50年旱灾面积和粮食损失的年代变化，总结云南旱灾特点。研究云南干旱与干湿、冷暖气候类型的关联性，指出云南气候偏暖期干旱发生频率显著高于偏冷期，暖湿期冬春旱频率高，干暖期则易于发生春夏太早；未来10年的前期云南气候仍处于暖湿期，后期可能很快进入干暖期，期间云南干旱频率将高于20世纪80年代，旱灾损失很可能比最近10年明显加大。     

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。     

云南旱灾特点和未来10年干旱趋势预测

统计分析云南50年旱灾面积和粮食损失的年代变化,总结云南旱灾特点。研究云南干旱与干湿、冷暖气候类型的关联性,指出云南气候偏暖期干旱发生频率显著高于偏冷期,暖湿期冬春旱频率高,干暖期则易于发生春夏太早;未来10年的前期云南气候仍处于暖湿期,后期可能很快进入干暖期,期间云南干旱频率将高于20世纪80年代,旱灾损失很可能比最近10年明显加大。     

变化环境下不同等级干旱事件发生概率的计算方法——以无定河流域为例

本文结合考虑土地利用/覆被变化的流域水文模型(WHMLUCC)和Palmer干旱指数PDSI模拟干旱事件的发展过程,从成因途径提出基于WHMLUCC模型和Palmer干旱指数的非一致性干旱概率计算方法,并以无定河流域为例,推求不同情景变化环境下的干旱概率分布规律,进一步结合干旱等级标准计算不同等级干旱事件发生的概率,为该流域干旱预测和干旱规划提供科学依据。研究结果表明:(1)通过干旱概率计算与分析可知,气候条件对干旱影响较为突出,与此同时,在过去气候条件下土地利用面积的变化对干旱影响明显,而在现状气候条件下土地利用面积的变化对干旱的影响较弱;(2)在无定河流域的5种情景中,过去气候条件下情景2的土地利用情况有利于当地极端干旱形势的缓解,现状气候条件下各个情景的干旱形势较为一致;(3)通过成因分析,无定河流域干旱与气候变化和土地利用状况密不可分。     

基于土壤含水量模拟的干旱监测指数研究

以山西省汾河流域为例,采用水量和能量平衡原理的VIC模型模拟了区域内径流和土壤含水量的变化过程,并构建了土壤干旱指数进行实例研究。结果表明:建立的VIC模型能够较好地模拟研究区站点的径流和土壤含水量的变化过程,基于土壤含水量模拟的土壤干旱指数与实际干旱的发生具有较好的相关性,土壤干旱指数物理意义清晰,能较好地刻画区域干旱在时空上的发生、发展及结束过程,对区域干旱监测具有一定的应用价值。     

天山西部地区近50年干旱指数的演变特征

利用天山西部地区9个县市气象站近50年的降水、气温和水面蒸发观测资料,确定适合该区的干旱指数计算方法,分析了该区干旱指数的主要特征和演变趋势。结果表明,按行政分区和流域分区两种方法统计,研究区的气候类型为半湿润—半干旱区,其年干旱指数具有明显的地区分布特性和年际变化。近50年来,各行政分区和流域分区各分级年干旱指数发生的频次及频率也不尽相同,半湿润区湿润化程度较高,而半干旱区的年度和夏季的干旱化程度高,春、秋两季干湿化程度则基本相近。研究区50年以来的平均年干旱指数总体呈下降趋势,尤以夏季干旱指数的下降趋势明显,可以初步认为,水面蒸发量的显著减少是主要影响因素之一。     

天山西部地区近50年干旱指数的演变特征

利用天山西部地区9个县市气象站近50年的降水、气温和水面蒸发观测资料,确定适合该区的干旱指数计算方法,分析了该区干旱指数的主要特征和演变趋势。结果表明,按行政分区和流域分区两种方法统计,研究区的气候类型为半湿润—半干旱区,其年干旱指数具有明显的地区分布特性和年际变化。近50年来,各行政分区和流域分区各分级年干旱指数发生的频次及频率也不尽相同,半湿润区湿润化程度较高,而半干旱区的年度和夏季的干旱化程度高,春、秋两季干湿化程度则基本相近。研究区50年以来的平均年干旱指数总体呈下降趋势,尤以夏季干旱指数的下降趋势明显,可以初步认为,水面蒸发量的显著减少是主要影响因素之一。     

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。     

近50年来中国干旱化特征分析

利用基于网格的综合气象干旱指数,系统分析了中国干旱的空间分布、发生频率、严重程度、持续时间和干旱范围等随时间的变化,揭示了近50年来中国的干旱化特征:自辽河平原—海河平原—黄土高原—四川盆地—云贵高原形成一个干旱化带状区域,干旱频率增加,干旱较为严重;干旱化带状区域内辽宁、河北(包括北京市和天津市)、山西和陕西四省区,均呈现干旱历时增长、强度增大、范围增加的显著干旱化趋势,特别是20世纪90年代中期以来,干旱连年发生,旱情较为严重。     

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。     

人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律

为了解人类活动影响下塔里木河流域气象干旱向水文干旱传播的规律,基于标准化降水指数(SPI)和径流干旱指数(SDI)分析了气象、水文干旱的变化特征,探讨了人类活动对气象干旱向水文干旱传播规律的影响。研究结果表明：源流区气象、水文干旱均呈减弱趋势,干流气象干旱呈减弱趋势,水文干旱与之相反;随时间尺度增大,干旱历时延长;源流区气象、水文干旱以及干流气象干旱的发生频率受人类活动影响后(1993年后)均降低,仅干流水文干旱的发生频率升高;受人类活动影响后,源流区不同季节气象干旱向水文干旱的传播时间均变长,干流干旱传播时间除春季外均缩短;源流区干旱传播时间延长与气候变化有关,而干流干旱传播时间缩短主要是受人类活动的影响。     

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。     

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...     

基于地下水埋深的区域干旱频率分析研究

以地下水埋深为水文干旱指标，在分析研究区实际旱情发生频率的基础上，采用相邻时段地下水埋深变化的累积频率法，识别由地下水干旱历时和干旱烈度组成的干旱特征变量值，并从降水的角度，分析了用相邻时段地下水埋深变化表征干旱的合理性。在采用适线法确定单个干旱特征变量累积分布的基础上，利用Copula函数构建了干旱历时与干旱烈度间的联合分布，并计算了相应的干旱重现期。对淮北平原砀山县的地下水干旱频率分析结果表明：基于相邻时段地下水埋深变化的累积频率法，识别的干旱历时和干旱烈度及其对应的干旱重现期与砀山县实际受旱情况相符。提出的基于地下水埋深的区域干旱频率分析法，概念清晰，在其它类似的平原区域具有推广价值。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

Hydro-Climatological Drought Analyses and Projections Using Meteorological and Hydrological Drought Indices: A Case Study in Blue River Basin, Oklahoma

Understanding the characteristics of historical droughts will benefit water resource managers because it will reveal the possible impacts that future changes in climate may have on drought, and subsequently, the availability of water resources. The goal of this study was to reconstruct historical drought occurrences and assess future drought risk for the drought-prone Blue River Basin in Oklahoma, under a likely changing climate using three types of drought indices, i.e., Standardized Precipitation Index (SPI), Palmer Drought Severity Index (PDSI) and Standardized Runoff Index (SRI). No similar research has been conducted in this region previously. Monthly precipitation and temperature data from the observational period 1950?C1999 and over the projection period 2010?C2099 from 16 statistically downscaled Global Climate Models (GCM) were used to compute the duration, severity, and extent of meteorological droughts. Additionally, soil moisture, evapotranspiration (ET), and runoff data from the well-calibrated Thornthwaite Monthly Water Balance Model were used to examine drought from a hydrological perspective. The results show that the three indices captured the historical droughts for the past 50?years and suggest that more severe droughts of wider extent are very likely to occur over the next 90?years in the Blue River Basin, especially in the later part of the 21st century. In fact, all three indices display lower minimum values than those ever recorded in the past 50?years. This study also found that SRI and SPI (PDSI) had a correlation coefficient of 0.81 (0.78) with a 2-month (no appreciable) lag time over the 1950?C2099 time period across the basin. There was relatively lower correlation between SPI and PDSI over the same period. Although this study recommends that PDSI and SRI are the most suitable indices for assessing future drought risks under an increasingly warmer climate, more drought indices from ecological and socioeconomic perspectives should be investigated and compared to provide a complete picture of drought and its potential impacts on the dynamically coupled nature-human system.     

气候变化对滇中引水工程取水影响分析

气候变化正在逐渐改变全球的水循环现状,并对水文水资源及其应用产生重大影响。在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)对气候变化趋势进行分析的基础上,优选近期、远期气候变化情景,并模拟在未来气候变化情景下金沙江流域干流主要断面的逐日流量过程,用以分析气候变化对金沙江干流石鼓断面水文干旱以及对滇中引水工程取水的影响。研究结果表明:受未来可能的气候变化影响,金沙江干流石鼓断面的水文干旱发生强度和发生频率都将有所增加,远期较近期具有高的不确定性;滇中引水工程不可取水天数和可调水量将会增加,但总体而言对工程的不利影响较小。     

人类活动影响的辽宁省大凌河流域水文干旱演变特征

为了揭示人类活动干扰对不同时空尺度水文干旱的影响,本文以辽西北大凌河流域为例,利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型重建天然状态下的历史水文序列,基于多时间尺度的标准化径流指数(SSI),对比评估天然状态和人类活动影响下的流域水文干旱演变特征.结果表明,人类活动干扰是流域径流序...     

Development of a Demand Driven Hydro-climatic Model for Drought Planning

In recent years, droughts with increasing severity and frequency have been experienced around the world due to climate change effects. Water planning and management during droughts needs to deal with water demand variability, uncertainties in streamflow prediction, conflicts over water resources allocation, and the absence of necessary emergency schemes in drought situations. Reservoirs could play an important role in drought mitigation; therefore, development of an algorithm for operation of reservoirs in drought periods could help to mitigate the drought impacts by reducing the expected water shortages. For this purpose, the probable drought’s characteristics and their variations in response to factors such as climate change should be incorporated. This study aims at developing a contingency planning scheme for operation of reservoirs in drought periods using hedging rules with the objective of decreasing the maximum water deficit. The case study for evaluation of the performance of the proposed algorithm is the Sattarkhan reservoir in the Aharchay watershed, located in the northwestern part of Iran. The trend evaluations of the hydro-climatic variables show that the climate change has already affected streamflow in the region and has increased water scarcity and drought severity. To incorporate the climate change study in reservoir planning; streamflow should be simulated under climate change impacts. For this purpose, the climatic variables including temperature and precipitation in the future under climate change impacts are simulated using downscaled GCM (General Circulation Model) outputs to derive scenarios for possible future drought events. Then a hydrological model is developed to simulate the river streamflow, based on the downscaled data. The results show that the proposed methodology leads to less water deficit and decreases the drought damages in the study area.