基于VIC模型的滦河流域综合干旱指数的构建与应用

干旱频发已成为严重制约社会经济可持续发展的重要因素,但由于干旱形成机理复杂,影响因素众多,目前尚无公认普遍适用的干旱指数,因此寻找并构建适用于研究区的综合干旱指数成为当前研究的热点和重点。本文以滦河流域为研究对象,选取1960-1979年为研究期,通过对降水距平百分数、相对湿润度和由VIC模型的中间变量-土壤含水量计算得到的土壤相对湿度指数进行主成分分析,构建了适用于该流域的综合干旱指数,对研究期的旱情进行了评价,并与标准化降水指数(SPI)、帕默尔指数(PDSI)的评价结果进行比较,验证其适用性。结果表明:基于VIC模型的综合干旱指数能较好地评价滦河流域历史旱情。该研究在提升海河流域干旱监测和评价能力方面具有一定的理论与实用价值,也为其它流域的干旱评价具有参考价值。     

Construction of an optimized comprehensive drought index for agricultural watersheds in cold regions and its applicability analysisEI北大核心CSCD

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。     

基于新型综合干旱指数的珠江流域未来干旱变化特征研究

综合干旱指数构建及评估未来综合干旱特征变化具有重要的理论价值和现实意义。本文基于Copula函数,联合降水及VIC模型模拟的蒸散发、径流和土壤水等水文气象要素,构建了一种能综合表征气象-水文-农业干旱特征的新型综合干旱指数(CSDI),并以珠江流域为例进行应用,分析了未来气候变化情景下研究区综合干旱的变化特征。结果表明:(1)CSDI指数综合考虑了与干旱发生、演变密切相关的水文气象要素,能很好地监测到干旱的发生、发展过程,可综合从气象、水文与农业等角度刻画干旱特征。(2)RCP2.6情景下,流域下游综合干旱严重性降低且历时减少,而RCP4.5和RCP8.5情景下,全流域则均增加,严重性和历时分别至少平均增加14.8%和11.5%。(3)RCP2.6情景下,流域上下游超阈联合重现期100年的同频设计严重性和历时值均大幅降低,而RCP4.5、RCP8.5情景下,流域大部分地区则均呈升高。本研究可为研究区防旱抗旱提供新的参考。     

多变量综合干旱指数在渭河流域的应用

为解决传统单变量干旱指数在实际中不通用、而多变量干旱指数在赋权上存在较大的主观性和偶然性的问题,本文以4种常用的典型单变量干旱指数,通过熵权法、模糊评价法、经验法三重赋权,构建可描述气象干旱与水文干旱的综合干旱指数MHDI。结果表明：综合干旱指数MHDI在渭河流域可有效识别典型干旱事件和极端干旱事件,1960-2010年渭河流域年代际尺度流域干旱呈现波动上升趋势,20世纪90年代达到最大;年际尺度流域呈现逐年变干趋势,其中泾河流域、渭河中游、渭河下游对流域变干起主要贡献,年内尺度流域呈现春、秋两季显著干旱的特征,其中4、11月最旱;在2010-2020年,各子流域MHDI指数的Hurst系数计算结果均小于0.5,流域旱情将有所缓解。本文的研究方案可为流域工农业生产提供参考。     

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Copula函数的新型综合干旱指数构建与应用

干旱指数是研究干旱的重要工具,构建综合干旱指数是目前干旱监测、风险评估的前沿和趋势。本文基于阿基米德Copula函数,联合降雨(气象)、径流(水文)两种要素,构建了一种能够综合表征气象干旱和水文干旱的新型综合干旱指数MSDI_p,并用其表征渭河流域的干旱演变特征,且进一步对其背后的驱动力进行了探究。结果表明:(1)MSDI_p指数既能像标准化降水指数(SPI)一样敏锐地捕捉干旱的发生,也能像标准化径流指数(SRI)一样很好地刻画干旱的持续时间和结束,同时具备气象和水文两种干旱指数表征不同类型干旱的优势,能综合表征干旱演变特征;(2)受气候变化和人类活动影响,渭河流域过去50余年综合干旱呈显著增强趋势;(3)渭河流域综合干旱指数序列存在变异点(1994年),且未来流域干旱情势有加剧趋势;(4)太阳黑子和大气环流异常因子等对渭河流域综合干旱的发生有较大影响,其中太阳黑子活动的影响最强。且除直接影响外,太阳黑子还能通过影响大气环流异常因子进而对综合干旱的发生造成间接影响。     

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。     

关中地区气象水文综合干旱指数及干旱时空特征

根据陕西关中地区22个气象站和3个水文站1961—2016年的气象水文资料,计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)与径流干旱指数(SDI),运用Gumbel Copula函数构建了气象水文综合干旱指数(MHDI),探讨了MHDI的适用性,并分析了气象水文综合干旱时空分布特征。结果表明:MHDI综合了SPEI与SDI的优点,可同时表征月尺度和年尺度的气象干旱与水文干旱;关中地区MHDI序列值有明显的下降趋势,干旱情况逐年加剧;MDHI序列存在变异,年尺度变异点集中于1986年和1990年;年尺度的序列值主周期多集中在20～22 a;泾河流域干旱发生频率最低,为19.11%,北洛河流域干旱发生频率最高,为47.97%,渭河流域干旱发生频率介于两者之间,为26.42%。     

基于水文模型的大凌河流域综合干旱指数研究

为解决单一干旱指数干旱评估的局限性,本文运用水文模型模拟流域土壤含水量,构建土壤相对湿润度干旱指数,并采用主成分方法将土壤相对湿润度、降水距平百分数以及相对湿润度三种干旱指数进行综合,构建基于水文模型的综合干旱指数,对大凌河干旱情况进行评估。研究成果可以为大凌河流域干旱预测预警提供重要的参考。     

巴音河流域水文干旱对气象干旱的响应

通过巴音河流域1961—2019年逐月降水量和径流量数据计算标准化降水指数和标准化径流指数，进而对巴音河流域气象和水文干旱的演变以及突变进行分析，并探析流域水文干旱对气象干旱的响应。结果表明，1961—2019年巴音河流域气象干旱与水文干旱呈减缓态势，流域降水增多，有变湿趋势，气象干旱湿润化表现尤为显著。巴音河流域水文干旱对气象干旱的响应表现出时滞性，在1、3、6、12个月的时间尺度下，12个月的气象干旱指标与水文干旱指标相关性最强，水文干旱滞后于气象干旱1～2个月；水文干旱对气象干旱的季节性响应在春、夏、秋、冬分别滞后5、6、9、8个月，在春夏的滞后时间短于秋冬的滞后时间。     

标准化降水指数与有效干旱指数在新疆干旱监测中的应用

基于干旱监测理论,根据新疆测站1961—2010年逐日降水资料,对比分析了基于不同时间尺度(1、3、6、9、12、24个月)标准化降水指标(SPI)与有效干旱指数(EDI)对干旱监测的有效性与实用性。结果表明:不论针对短期干旱还是长期干旱,EDI监测能力均明显优于SPI。短时间尺度的SPI受短时间降水影响较大,能反映短时间新疆地区的干旱变化特征;随时间尺度的增加,SPI对短时间降水的响应能力较差,但仍可反映长时间序列下明显的干旱变化趋势。与SPI相比,EDI能够很好地反映出短期干旱和当时降水量的影响;同时能够随时间迁移,给每日降水量分配以不同权重,考虑前期降水量对当前干湿状况的影响。相关研究结果可为湿润区及其他气候区洪旱灾害监测提供重要理论依据。     

Hydrological Drought Class Transition Using SPI and SRI Time Series by Loglinear Regression

Loglinear models for three-dimensional contingency tables was used with data from 21 rainfall stations and 7 hydrometric stations in the Luanhe river basin, northeast China, for short term prediction of drought severity class. Loglinear models were fitted to drought class transitions derived from standardized precipitation index (SPI) and standardized runoff index (SRI) time series to find which series was more suitable for hydrological drought class prediction 1 and 2 months ahead, respectively. Expected frequencies for two consecutive transitions between drought classes were first calculated, and based on this the predicted drought classes 1 and 2 months ahead were obtained. The results showed that despite the contingency tables of drought class transitions presented the maintenance of the precedent drought class, results of three-dimensional loglinear modeling presented good results when comparing predicted and observed drought classes. Only for a few cases predictions did not fully match the observed drought class, mainly for 2-month lead and when the SRI values are near the limit of the severity class predicted by SRI time series. Based on the correlation analysis of SPI and SRI, we presented the well-known method of hydrological drought class prediction by SPI time series. It was found that, using loglinear regression method, the accuracy of predictions for 2-month lead predicted by SPI time series was higher than those predicted by SRI time series. When we divided the SPI and SRI time series into 2 sub-periods (pre- and post-1980 where land cover changed), we got the same drought class prediction as that predicted by the entire SPI and SRI time series, which illustrated that changes in land use did not affect predictions of hydrological drought classes in the Luanhe river basin. It could be concluded that loglinear prediction of drought class transitions is a useful tool for short term hydrological drought warning, and the results could provide significant information for water resources managers and policy makers to mitigate drought effects.     

太湖流域降水不均匀性研究

基于1951—2011年逐日降水数据,采用信息熵分配紊乱指数、基尼系数和变差系数3种不均匀性指标,分析旬、月时间尺度上太湖流域及各分区降水分布的不均匀性。比较3种不均匀性指数的差异,并探讨指数与流域洪涝灾害的相关关系;同时采用基于预置白处理的Mann-Kendall方法和Hurst系数,诊断降水不均匀性指数的变化趋势及持续性,分析对流域旱涝灾害情势的可能影响。结果表明:3种不均匀性指数间的差异较小;当年或汛期降水总量和不均匀性指数值均较大时,太湖流域较容易遭遇洪涝灾害,而在降水总量较小且不均匀性指数值较大时,则容易遭遇干旱灾害。在月时间尺度上,太湖流域汛期降水的不均匀性将持续增加,降水分布具有更为集中的态势,发生洪涝灾害的风险将有所增加。因此,有必要继续分析降水在空间上的不均匀性,以揭示降水在空间尺度上的分布差异,继而为流域防灾减灾提供技术支持。     

保护水环境与合理开发利用水资源

水是人类必须且不可替代的资源,我国北方大部分地区严重缺水,工农业生产损失巨大,生态环境日趋恶化;南方各流域交替发生洪涝灾害损失惨重,年年防洪、防汛抗旱消耗大量资源;保护水环境、节水与合理开发利用水资源、建立稳定和谐的人水关系是我国经济社会长期健康发展的根本,藏水北调是合理配置水资源的重大举措,建立全国联通水库网,仅限汛期调水、重复利用,治污后再输往沙化地区植被改善生态,是唯一能趋利避害、争取更大效益的方案,建议“藏水和南水”北调应以恢复生态为主要功能目标并与防洪协调。     

A Water Balance Derived Drought Index for Pinios River Basin, Greece

This study estimates hydrological drought characteristics using a water balance derived drought index in Pinios river basin, Thessaly, Greece. The concept of hydrological management at subwatershed scale has been adopted because it encompasses the areal extent of a drought event. Fourteen (14) sub-watersheds of Pinios river basin were delineated according to the major tributaries of Pinios river using GIS. For the assessment of hydrological drought, because none of the sub-watersheds have flow gauge stations at their outlets, a six-parameter monthly conceptual water balance model (UTHBAL model), has been applied regionally to simulate runoff for the period October 1960?CSeptember 2002. The synthetic runoff was normalized through Box-Cox transformation and standardized to the mean runoff to produce the water balance derived drought index for hydrological drought assessment. The standardized precipitation index (SPI) at multiple time scales and four indices of the Palmer method (i.e. PDSI, WPLM, PHDI and the Palmer moisture anomaly Z-index) were also calculated to assess hydrological droughts. The results showed that the water balance derived drought index is a good indicator of hydrological drought in all sub-watersheds, since is capable to quantify drought severity and duration. Furthermore, the drought index provides guidance on the selection of an appropriate meteorological drought index for operational hydrological drought monitoring. Hence, SPI at 3- and 6-month timescales and the WPLM could be used along with the water balance derived drought index in risk and decision analyses at the study area.     

2022年鄱阳湖流域特大干旱特征及未来应对启示

为深刻判明2022年鄱阳湖流域特大干旱特征及其影响,认清新形势下干旱灾害防控和风险管理机制策略等的改进方向,对2022年干旱发展过程进行多因素分析,应用标准化降水指数(SPI)对近72年来干旱年际、年内分布演变特征进行了多尺度分析。结果表明：(1)2022年高温持续时间之长、降雨量之少和江河湖泊水位之低均创造新的纪录,干旱发展过程急促、影响范围大、持续时间长;(2)鄱阳湖流域涝旱转换较为多见,2022年涝旱急转特征尤为显著,7—10月是1951年有记录以来最严重的夏秋气象干旱;(3)由于防御体系逐步完善,虽然遭遇有记录最严重的气象干旱,但引发的灾害程度相对其他重旱年偏轻;(4)复合环境下的旱灾涉及因素多而复杂,针对本轮干旱暴露的短板,需根据灾害风险管理理论,进行自上而下的旱灾防御体系研究,创新防御思维与措施,提高区域旱灾防御能力。     

长江防洪减灾空间数据仓库初步研究

Since 1990s,the spatial data warehouse technology has rapidly been developing, but due to the complexity of multi-dimensional analysis, extensive application of the spatial data warehouse technology is affected. In the light of the characteristics of the flood control and disaster mitigation in the Yangtze river basin, it is proposed to design a scheme about the subjects and data distribution of the spatial data warehouse of the flood control and disaster mitigation in Yangtze river basin, i.e., to adopt a distributed scheme. The creation and development of the spatial data warehouse of the flood control and disaster mitigation in Yangtze river basin is presented .The necessity and urgency of establishing the spatial data warehouse is expounded from the viewpoint of the present situation being short of available information for the flood control and disaster mitigation in Yangtze river basin.     

长江防洪减灾空间数据仓库初步研究

从20世纪90年代开始，空间数据技术发展迅速，但由于高维分析的复杂性，影响了空间数据仓库技术的广泛应用。针对长江防洪减灾的特点，提出了建立长江防洪减灾空间数据仓库的主题和数据分布设计方案，即采用分布式方案。介绍了长江防洪减灾空间数据仓库的创建和开发。从目前长江防洪有用信息贫乏的现状出发，阐述了建立空间数据仓库的必要性和紧迫性。     

Preliminary Study in Spatial Data Warehouse of Flood Control and Disaster Mitigation in Yangtze River Basin

1　ＳｐａｔｉａｌＤａｔａＷａｒｅｈｏｕｓｅ1.1　ＦｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆＳｐａｔｉａｌＤａｔａＷａｒｅｈｏｕｓｅＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｔｏｓｐａｔｉａｌｄａｔａ ,ｔｈｅｄａｔａｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｂｊｅｃｔｓａｒｅｇｒｏｕｐｅｄｉｎｕｎｉｆｏｒｍｆｏｒｍａｔｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｍｅｓｔｈａｔｕｓｅｒｓｃａｒｅａｂｏｕｔ.Ｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｄａｔａｉｎｔｈｅｖｉｅ…