黄河流域气象干旱及其恢复动态分析

基于1961—2022年的黄河流域气象数据,分析其气温和降水量变化趋势和突变点,以标准化降水蒸散指数为干旱指标,研究黄河流域年尺度的气象干旱特征和干旱恢复特征变化。采用游程理论提取干旱事件及干旱恢复特征指标,运用Mann-Kendall趋势检验方法对黄河流域1961—2022年的干旱指标和干旱恢复特征进行分析。结果表明：黄河流域气候复杂,干旱指标时空分布不均;1961—2022年气象干旱在黄河流域下游呈显著增加趋势,在上游和中游的大部分地区呈减少趋势,少部分呈增加趋势;干旱恢复速率在黄河流域下游呈显著增大趋势,在上游和中游的大部分地区呈减小趋势,少部分呈增大趋势;降水量和气温是影响黄河流域气象干旱的重要因素,其中降水量的影响较大。     

基于SPEI干旱指数的东北地区干旱时空分布特征

基于东北地区86个国家基本气象站1960年-2014年逐月降水量和平均气温数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析不同时间尺度下东北地区季节、年际以及年代际干旱时空分布特征,并与实际干旱成灾面积进行对比分析,验证SPEI在东北地区干旱评估中的适用性。结果表明:春季、夏季和冬季重旱发生频率随时间尺度增大而升高;中旱发生频率随时间尺度增大而降低。近55年东北地区旱涝情势交替出现,干旱频率随年代际变化逐渐升高,干旱程度逐渐加重。整体来看,随时间尺度增加,极旱发生范围逐渐扩大。东北三省在春季、夏季和秋季均有不同频率的干旱事件发生;冬季吉林和辽宁无极旱发生;黑龙江中部无重旱发生。     

黄河流域干旱时空演变的空间格局研究

干旱因子是突变性和连续性并存的复杂地理要素(即空间异质性和相似性并存),理清其空间分布格局,对于深入认识流域水资源演变规律具有重要意义。本文以黄河流域为例,采用标准化降水指数(SPI)分析流域干旱时空演变规律,基于此,运用游程理论方法从标准化降水指数中识别出干旱发生次数、历时和烈度三种属性变量,并分析季尺度干旱因子的空间分布规律;最后,利用全局和局部Moran’s I指数探究了不同特征变量的全局和局部空间自相关性,确立了流域季尺度干旱因子的空间聚集(离散)位置及其空间分布格局。结果表明:(1)黄河流域四季干旱化程度加剧,下游干旱化程度高于上游,随着季节的变化,同一响应单元存在由湿转干再转湿的变化规律;(2)不同季节,流域旱情空间分布格局差异明显,春季西安及周边区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);夏季黄河源区旱情严重(历时长、烈度大);秋季黄河下游三门峡、孟津和运城区域存在区域性干旱现象(干旱次数少、历时长、烈度大);冬季宁蒙河段旱情严重,而兰州断面干旱历时和干旱烈度呈现\"低高异常\"的空间分布格局,旱情可能会加剧。掌握旱情空间分布类型,重点布控\"高高聚集\"格局区域,可以有效提高旱灾决策的准确度。     

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。     

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。     

新疆玛纳斯河流域植被水分利用效率时空格局及影响因素研究

水分利用效率（WUE）是生态系统碳水循环的基础,是评价植被生长条件的重要生态指标。为了揭示玛纳斯河流域不同植被类型WUE的时空变化规律,分析不同植被类型WUE的差异,探讨影响WUE的驱动因子,基于MODIS数据估算了2001-2019年玛纳斯河流域水分利用效率,利用变异系数、Theil-Sen median趋势分析结合M-K显著性检验以及Hurst指数分析了研究区植被WUE时空变化的现状和未来的趋势,并利用地理探测器定量分析了WUE的影响因素。结果表明：2001-2019年玛纳斯河流域WUE在0.74～1.08 g/(mm·m²)之间,WUE多年平均值为0.88 g/(mm·m²),整体表现为波动降低趋势,降幅为6.82%。流域WUE空间差异显著,呈现中部和北部高、南部低以及中游高、上游和下游低的分布格局。研究区各植被类型中林地WUE平均值较高,其中针叶林的平均WUE最高,为1.52 g/(mm·m²);其次为阔叶林,WUE平均为1.29 g/(mm·m²)。研究区WUE主要驱动因子为CO₂、土壤湿度、温度植被干旱指数和饱和水汽压差。与单因子相比,多因子相互作用对研究区WUE的影响更明显。双因子交互探测均呈显著增强关系,解释力均在60％以上,其中CO₂与土壤湿度的交互作用解释力最高,达到90.3％。研究结果可为研究区农业高效生产、水资源优化管理及生态恢复提供科学依据。     

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。     

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。     

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。     

基于蒸散发干旱指数的子牙河流域干旱时空变化特征分析

为探究子牙河流域干旱时空分布特征,基于2001—2021年逐月降水和遥感蒸散栅格数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化蒸散发亏缺指数(SEDI)表征流域干旱情况,运用Sen斜率估计和Mann-Kendall检验法分析了流域2001—2021年季尺度干旱时空分布及变化趋势,统计了干旱面积、干旱次数、干旱历时和干旱烈度等特征变量。结果表明：SPEI对子牙河流域旱情发生时间、程度和范围识别的准确率更高,2001—2021年流域SPEI呈上升趋势,表现出湿润化态势,冬季SPEI呈下降趋势,表现为干旱化态势,忻州、阳泉市等地存在显著干旱化的区域;流域各季节干旱面积占比呈现波动变化,部分年份出现大范围季节性干旱,夏旱和秋旱干旱面积占比最高,超过90%;忻州和阳泉市部分区域、石家庄市西部区域和衡水市北部区域呈现干旱次数少、历时长、烈度大的特点,邯郸和邢台市部分区域、衡水市南部区域、石家庄市东部区域表现为干旱次数多、历时短、烈度小的特征。     

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。     

基于SPEI的海河流域干旱时空演变特征及环流成因分析

基于海河流域31个气象站1961—2017年逐日气象资料、美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析数据集,计算了多时间尺度标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了海河流域1961—2017年干旱时空演变特征,并结合流域夏季500 hPa等位势高度场分析了流域干旱演变特征的环流成因。结果表明:1961—2017年海河流域有轻微干旱趋势,且长历时干旱主要集中于1980—2017年,但干旱强度呈减弱趋势,春末(5、6月)湿润化趋势显著,夏季(7、8月)干旱化趋势显著;空间分布上,海河流域内57.4%的区域呈现干旱化趋势,19.0%的区域呈现干旱减弱趋势,全流域夏季呈显著干旱化趋势;蒙古高压增强、西太平洋副热带高压西移、南扩以及增强的环流特征不利于水汽输送及降水形成,高压系统的增强和水汽输送的减少是流域夏季干旱化趋势的原因之一。     

SPI和SPEI在阿克苏河流域的适用性分析

干旱区常年降水稀少,生态环境脆弱,是干旱评价中相对特殊的区域,一般适用性较好的干旱指数在这里仍需进一步论证才能应用于干旱监测中。根据阿克苏河流域DEM、土地利用现状,将流域进行细化,最终形成4个山区、2个荒漠区和5个绿洲区共11个分区的阿克苏河流域干旱评价单元。以流域内6个气象站1961-2011年逐月平均气温和降水资料计算研究区过去51年各评价分区的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI),并将所得干旱状况与历史旱情进行对比分析。结果表明:在平原区,短时间尺度(1、3、6月)的SPEI较SPI更能表达干旱演变趋势,但在旱情表达的时间精度上仍有些欠缺,而长时间尺度(12、24月)的SPI和SPEI基本可以表达出干旱年;在山区的表达精度需要进一步求证。     

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。     

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CMIP6的气候变化下汉江流域气象干旱特征研究

为明晰气候变化下汉江流域气象干旱的演变特征,选取CMIP6中10个气候模式,考虑每个气候模式历史情景与4种共享社会经济路径(SSPs)情景,基于标准化降水蒸散指数分析了汉江流域气象干旱特征的变化规律。结果表明:未来汉江流域年降水量与潜在蒸散量最大差值逐渐增大,增长速率为0.92~2.40mm/a,最小差值在不同SSPs情景下变化趋势不同,在SSP1-2.6和SSP3-7.0情景下逐渐缩小,而在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下持续增大;历史情景下流域干旱累计时长表现为东西短、中部长的特点,而未来流域中下游干旱累计时长减小,上游略有增大,且干旱在年内发生时间相对提前;未来低重现期干旱烈度不会发生明显变化,但极端干旱烈度将显著上升,100年一遇干旱烈度增长幅度为7.1%~25.6%。     

黑河流域1967-2009年气象干旱时空变化特征

以标准化降水蒸散指数(SPEI)反映气象干旱,基于黑河流域内外19个气象站1967-2009年月气象数据,计算季节尺度SPEI序列,利用M-K趋势检验、小波分析、反距离权重(IDW)插值等方法分析黑河流域春、夏、秋、冬四季43年间干旱变化趋势、周期特征以及干旱频率的空间分布特征。结果表明:中、上游干旱指数呈增大趋势,即旱情有所减缓,而下游干旱指数呈减小趋势,即干旱情况逐渐加重;无旱频率最大,且从上游到下游整体呈增加趋势;黑河流域干旱周期特征主要表现出16~22a和32~33a的年代际周期及2~5a和6~11a的年际周期特征;黑河流域四个季节轻中旱发生频率比重特旱发生频率大得多,且春、夏和秋季的轻中旱发生的高频区集中在中上游,冬季集中在下游,而四季的重旱和特旱发生高频区空间分布特征与轻旱和中旱正好相反。研究结果可为黑河流域水资源合理开发利用和科学抗旱提供理论依据。     

1980-2019年海河流域气象干旱和农业干旱变化及传播特征

研究干旱演变和传播特征可为流域防灾抗灾提供帮助和建议。以海河流域为例,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化土壤湿度指数(SSMI)分别表征气象干旱和农业干旱,并结合趋势分析和频率分析等方法,对1980-2019年该流域气象干旱和农业干旱时空演变规律以及传播特征进行研究。结果表明：在干旱发生频率上,气象干旱和农业干旱的高发区分别集中在流域东北部和中部,不同季节空间分布存在显著性差异,春季和夏季为气象干旱频发季,冬季和春季为农业干旱频发季;从变化趋势上看,SPEI值呈减小趋势的区域主要集中在流域的中东部,其中春季减小趋势最为显著,而SSMI值呈“北增南减”的分布格局,其中秋季减小趋势最为显著;农业干旱对气象干旱的响应具有延时性,不同季节差异显著,夏季传播时间仅为5个月,秋季、冬季和春季的传播时间分别为6、9和11个月;在空间分布上,春季和夏季的相关系数较低,低值区主要分布在流域北部地区,秋季和冬季的相关系数较高,高值区集中分布在流域中部地区。