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。     

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。     

IMERG卫星降水产品实时监测黄河流域干旱效用分析

基于黄河流域2000年6月至2017年12月的地面栅格CPAP数据,选择多时间尺度的标准化降水指数(S_(PI)),运用统计指标评估IMERG Early Run V6降水产品在流域实时干旱监测的性能。结果表明,IMERG能较准确地捕捉黄河流域的降水量空间变化,相关系数高于0.8的区域占流域面积的73%,相对偏差绝对值低于25%的区域占54%;尤其在湿润地区表现出较好的稳定性和可靠性。IMERG、CPAP数据计算的SPI在中下游大部分地区相关性较好(C_C0.6)、命中率较高(0.5P_(OD)0.8)、虚警率较低(F_(AR) 0.5),而在黄河源区空间异质性较高;另外,随着时间尺度的增加,IMERG计算的SPI指数的适用性显著提高。IMERG实时监测干旱的方案明显高估了干旱特征,而在河套平原的效果相对较好,因此该方案适合黄河流域部分区域,但整体存在一定偏差,需谨慎使用。     

条件植被指数在海河流域干旱评价中的应用

鉴于海河流域干旱问题突出,根据2001~2013年MODIS的NNDVI数据构建了条件植被指标(VVCI)对海河流域进行月尺度干旱评价,并采用标准化降水指数(SSPI)和河北省农业干旱受灾面积(AADAA)资料与其对比验证,在此基础上,进一步分析了海河流域近13年干旱特征。结果表明,VVCI指标较传统的SSPI指标在海河流域具有更好的适用性;海河流域整体干旱呈减缓趋势,而平原区白洋淀平原和子牙河平原的干旱均呈加剧趋势;3~6月和10~12月是海河流域干旱易发期,表明海河流域冬小麦受干旱影响的风险较大,尤其是春旱问题突出。     

三种气象干旱指数在塔里木河流域应用的对比分析

为分析塔里木河流域的干旱情况,选取K指数、降水距平百分率(P_a)指数和S指数,对比分析三种气象干旱指数在塔里木河流域的时空分布特征和典型年的干旱评价结果。结果表明,三种指数对降水量敏感性较高。流域干旱变化趋势评价结果中,K指数和P_a指数结果呈湿润化,S指数则相反;流域干旱频率的评价结果中,K指数和S指数保持一致,频率自西南向东北递减,而P_a指数为递增趋势;K指数对干旱频率高的地区评价结果较好。典型干旱年的验证结果表明,K指数和P_a指数能较好监测到流域重特旱年的干旱站点,S指数各等级的监测效果较差。综合分析表明,K指数在塔里木河流域的干旱监测适用性较好,研究结果对干旱半干旱地区的干旱监测具有重要参考价值。     

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...     

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。     

辽宁省多尺度干旱演变及植被响应分析

探讨干旱与植被间的关系对干旱影响评估和促进生态建设尤为重要。基于辽宁省2000～2018年MODIS-NDVI及逐日气象数据,运用S_(SPEI)指数、相关及滞后分析等方法分析了19年间辽宁省植被与干旱变化的相关性和滞后效应。结果表明,2000～2018年辽宁省S_(SPEI)指数在不同时间尺度均呈上升趋势,气候经历由干旱变为湿润的过程,且显示的干旱情况与辽宁省历史上干旱年份相符,说明S_(SPEI)指数在辽宁省干旱监测中有较好的适用性;辽宁省总体植被覆盖良好,呈辽东优于辽西,辽西优于辽中的空间分布特征;辽宁省N_(NDVI)与S_(SPEI)指数相关性夏季最强(0.46),秋季次之,春季相对较弱;生长季内,以沈阳、鞍山站为中心的区域相关系数介于-0.43～-0.81之间,呈显著负相关,辽西的朝阳及辽东山区一带则以显著正相关为主。辽宁省54.56%的面积植被对S_(SPEI)指数滞后达3个月,仅大连北部及宽甸植被生长对干旱敏感,无滞后。研究结果可为气候与植被互馈关系的研究和生态环境建设提供一定参考。     

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。     

基于SPI/SPEI的锡林郭勒盟干旱变化特征

近年来,干旱现象频发,对锡林郭勒盟生态系统、畜牧业发展造成严重影响,对区域经济发展产生巨大威胁。利用1980～2018年研究区内15个气象站点的逐月累积降水量和月平均温度,采用标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散发指数(SPEI)分析锡林郭勒盟干旱时空特征,对比了SPI、SPEI在干旱监测中存在的差异。结果表明,1980～2018年锡林郭勒盟持续性干旱事件频发,随着年代的变化连续性干旱事件的发生频次、持续时间均呈增加趋势;研究区干旱频次在空间分布上始终处于动态变化中,中东部和西部地区的干旱发生频次较高,干旱频发区逐渐向西部转移,从东向西干旱发生频次逐渐增加;随着温度上升,SPI对干旱的监测能力开始下降,特别对重旱、特旱的监测能力明显不足,而SPEI对异常干旱的监测能力较强,不易受到降水因素的影响,对研究区干旱的监测、评估更具有优势。     

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。     

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。     

基于可变模糊评价模型的长江上游气象干旱评价

为全面评价长江上游流域的气象干旱状况,利用该流域1953~2012年的气温、降水资料,选取标准化降水指数(SPI)、连续无雨日(CDD)、相对湿润度指数(M)3种气象干旱指标,建立可变模糊数学模型,并应用Mann-Kendall检验法和小波分析方法分析了该流域长期气象干旱的时空变化特征。结果表明,流域气象干旱程度总体呈加重趋势;季节上冬、春连旱较为严重,秋旱有显著加重趋势,预计今后出现秋、冬、春连旱的可能性大;气象干旱存在20年左右的长周期以及6~8年左右的短周期;年际及季节空间分布规律均为自东向西逐渐加重。研究成果可为深入认识区域长期气象干旱演变特征提供参考,对西南等地区的抗旱减灾工作具有重要意义。     

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。     

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。     

三种干旱指标在北京地区的应用对比研究

基于北京地区的气象资料,比较分析了月尺度、季尺度、年尺度的标准化降水指数(SPI)、降水成数(Deciles)、干旱侦测指数(RDIst),采用1958～2008年的气象资料研究了三者的相关关系,并分析了其在北京地区1999～2007年连旱期间的应用效果。结果表明,SPI和RDIst的相关关系较好,RDIst考虑了蒸发因素对干旱的作用,对实际情况的反映最好,且计算结果稳定,略优于在我国使用广泛的SPI指标。Deciles对降水的敏感度高,月尺度和季尺度的Deciles指标不适于在北京地区应用,而年尺度的Deciles则最能反映干旱过程在历史系列的严重程度。     

基于C_I指数的贵州省干旱时空变化规律研究

贵州干旱频发,亟需采用合理的干旱指标分析研究干旱发生的时空变化规律,指导抗旱工作。与单项干旱指数相比,综合气象干旱指数(CI)同时考虑了降水和蒸散能力对干旱发生的累积效应,更能精确地反映不同的干旱状况。验证了CI指数在贵州的适用性,采用统计分析法研究了贵州省50年来干旱发生的频率、范围和强度。结果表明,贵州省年干旱发生频率很高;全年干旱频率分布从东北向西南逐渐增高;四季中,春旱发生频率最高,由西南向东北呈递减趋势,夏旱南北差异不显著,秋旱发生频率呈现自西北向东南逐渐增高的条带状分布规律;干旱持续日数和干旱强度呈周期性变化。     

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。     

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。     

汾河上游水文干旱与气象干旱的关系

为分析汾河上游水文干旱与气象干旱的关系,基于汾河上游4个气象站1956~2000年月降水量、月平均气温资料建立流域标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),并根据4个水文站同期月径流资料建立各水文站标准化径流指数(SRI);对1、3、6、12个月4个时间尺度的指数进行趋势分析,然后分析各水文站4个时间尺度的SRI与流域SPI、SPEI的相关性,最后采用时移互相关分析、回归分析研究水文干旱对气象干旱的滞后性。结果表明,汾河上游呈干旱化趋势;各站水文干旱与气象干旱间的相关系数随时间尺度的增加而增加,都通过了显著性检验;相同时间尺度下,4个水文站水文干旱与气象干旱相关程度差异较弱;SRI与SPEI的相关程度较SRI与SPI更为紧密;12个月时间尺度下,汾河水库、寨上、兰村SRI表征的水文干旱滞后于以SPEI表征的气象干旱约1个月。