基于两种SPEI序列的淮河流域干湿特征变化

基于FAO56 Penman-Monteith和Hargreaves-Samani两种潜在蒸散发计算方法得到了12个月尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),研究了1960—2016年淮河流域干湿时空变化特征以及两种SPEI序列对相关气象要素的敏感性。结果表明:两种SPEI序列均显示流域呈变湿趋势,温度距平值与SPEI负相关,与潜在蒸散发距平值正相关;空间上,流域西北和东部地区呈显著变湿趋势,中部地区为不显著变干趋势; SPEI去趋势后,流域的干湿变化斜率减小,去趋势过程不改变SPEI的趋势变化分布,只影响流域的干湿变化幅度;气象要素的趋势变化可影响流域干湿变化趋势和干湿等级,淮河流域干湿变化影响因素由强到弱顺序依次为温度、日照时数、风速和相对湿度。     

大凌河流域干湿特征变化研究

文章对月尺度标准化降水蒸散发指数SPEI采用Har与P-M两种计算方法进行分析,研究了大凌河流域气象要素与两种SPEI序列的敏感性关系以及1980-2017年流域干湿时空变化特征。结果显示:潜在蒸散发距平值与温度距平值之间存在正相关性,SPEI序列与温度距平值之间存在负相关,大凌河流域SPEI序列均呈现出变湿趋势;在空间尺度上,流域中部的变干趋势不显著,而东部与西北部地区的变湿趋势较为显著;去趋势过程对流域干湿变化幅度的改变具有一定的影响作用,而对SPEI的趋势分布的改变不产生影响;干湿等级与变化趋势受气候要素的影响较为明显,温度对大凌河的干湿变化影响较为强烈,其次为日照时数因子,而相对湿度的影响作用较弱。     

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。     

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。     

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。     

1961—2016年西昌气候干湿演变趋势研究

区域气候分析是对全球尺度气候研究的优化与补充,对预测区域气候变化趋势和极端天气发生具有重要意义。基于西昌市1961—2016年的气温和降水逐日资料,采用累积距平、时间序列非参数趋势分析(ITA法和ITA-CB法)和标准化降水蒸发指数(SPEI)等方法,从年内和年际尺度上系统揭示其气温、降水与气象干湿变化特征。结果表明：(1)西昌市年内气温与降水量分布特征相似,二者最大值均出现在7月,气温最小值出现在1月,降水量则出现在2月,年际均温与年代际均温均呈明显上升趋势,年代际降水量呈缓慢上升趋势;(2)近56 a西昌市气象干湿变化明显,SPEI呈波动式下降趋势,SPEI与气温成显著负相关关系(p<0.05),与降水量成极显著正相关关系(p<0.01),受气温明显升高的影响,2003年以来的干旱程度愈加严重,SPEI负值占比达78.6%,2010s干旱至极干旱等级占比升至28.6%;(3)年均降水量在低值区呈上升趋势,在高值区呈下降趋势,年均温在低值区与高值区呈上升趋势,在中值区以上升为主,SPEI在低值区呈上升趋势,而在中值区与高值区呈现下降趋势。研究结果可为西昌市应对气候变化、制...     

新疆阿克苏河流域的干湿特征分析

结合新疆阿克苏河流域1960-2011年4个气象站逐月降水资料,利用Z指数进行干湿情况分析,划分了干湿等级。运用MK非参数检验方法、分摊熵和Morlet小波分别对不同时间尺度(年、季、月)干湿趋势变化以及流域的干湿周期规律进行分析。结果表明:在20世纪90年代左右存在由干到湿的转变过程;月尺度上,各站Z指数总体呈不显著上升趋势;季尺度上,秋季Z指数呈显著上升趋势,U值通过了95%的显著性检验;年尺度上,各站Z指数总体呈显著上升趋势;阿克苏河流域存在14年左右的年代干湿周期和5年左右的年际干湿周期。     

基于SPEI的西北地区干旱时空分布特征及成因分析

基于西北地区113个气象站点逐月降水以及平均气温资料,采用SPEI(标准化降雨蒸散指数)分析计算1960—2018年干旱进程,又结合M-K检验、一元线性趋势分析以及Arcgis软件等,对近60 a西北干旱时空变化特征进行分析。为探讨西北地区干旱成因,采用一元线性分析以及交叉小波等方法分别对夏季风、ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)事件以及MEI(多变量ENSO指数)进行计算分析以反映各指标与干旱的相关性及其周期特征。结果表明:多时间尺度SPEI指标能较好反映西北地区干旱情况,西北地区干旱发生强度逐年增加;研究区季节性干旱相对明显,干旱面积随年代变化而增加,尤以2000s以后更为显著,新疆东部以及青海、甘肃西北部干旱程度明显加重;SPEI夏季干旱指数与东亚夏季风、高原夏季风均有一定程度的相关性,且二者对干旱的影响趋势大体相反;2000年前ENSO暖事件对干旱强度以及发生频率影响较大,2000年后ENSO冷、暖事件均产生较大影响;交叉小波与小波相干图像显示SPEI与MEI存在相似的振荡周期特征,二者存在4期显著性能量区且共振周期范围在0～6 a,说明ENSO对干旱起到促进作用并伴一定周期性。     

基于SPEI的辽宁省气象干旱特征及驱动因素分析

基于1970—2020年辽宁省19个气象站点逐日气象数据,计算月、季、年尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI)变化情况,分析了辽宁省1970—2020年气象干旱时空演变特征及其驱动因素。结果表明: 1970—2020年辽宁省SPEI在月、季、年3种尺度上均具有明显的周期性变化规律,干旱事件交替出现,总体向湿润化方向发展,其中1974年、1975年和2010年为突变年;空间上SPEI分布区域性明显,辽西、辽南、辽北干旱发生频率较高,中部地区干旱发生频率最小,辽宁省全年大部分地区有轻旱情况存在,而特旱情况仅发生在清原、彰武地区;年尺度及季尺度与SPEI相关性最强的均为降水量,潜在蒸散量次之,ENSO冷暖事件对辽宁省干旱情况有一定影响且暖事件影响更明显。     

德州市降水及干旱长期特征

利用山东省德州市1951年～2018年气象数据资料,探究德州市降水变化特征及干旱情况。结果表明,德州市年降水量及夏季降水量呈减小趋势,夏季降水量在2006年超过了下降趋势的突变点。SPEI、SPI指标都能反映德州市的干旱情况,但SPEI优于SPI;多时间尺度的SPEI值反映了德州短时间尺度旱涝无常,但长期干旱或者极端干旱事件发生频率较低,随着全球气候变化的进一步发生,未来德州市降水可能进一步减少,干旱发生的频率和强度可能进一步增大。     

鄱阳湖干旱多尺度特征及其与月均水位的相关性

以鄱阳湖13个气象站1957~2013年的逐月降水量、平均气温、各站点纬度和同期水位站逐月平均水位为实验数据,分别计算1、3、6、12、24、48个月尺度下标准降水指数(SPI)和标准降水蒸散指数(SPEI)时间序列,并利用Morlet小波分析理论,分析了该序列多时间尺度变化特征。基于Mann-Kendall检验,分析了鄱阳湖气象干旱趋势特征;利用Spearman秩相关系数,研究了不同时间尺度SPI和SPEI序列与月平均水位的相关关系。研究表明,鄱阳湖流域SPI和SPEI序列存在约68个月变化的主周期,两个主要特征时间尺度变化的强分布;气象干旱与湖水位的相关关系随时间尺度的增大而减弱。     

贵州省干旱变化特征及其与大气环流关系

根据贵州省1960-2018年17个气象站点的月降水量和平均气温数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量表征干旱,利用M-K趋势检验及R/S法分析了贵州省近59年干旱变化趋势及未来变化趋势的持续性,采用连续小波变换和交叉小波变换分析贵州省SPEI和4种环流因子(MEI、NAO、AO、PDO)的振荡周期特征及其之间在时频域中的共同特征和相关关系。结果表明:贵州省月、春、秋和年SPEI序列呈显著下降趋势(通过显著性检验),即贵州省春旱和秋旱逐步加剧,其中秋季下降速率最大为-0.108/(10a),而夏旱和冬旱的增加趋势未通过显著性检验;未来春旱和秋旱将保持上升趋势,干旱程度可能愈发严重,而未来夏旱和冬旱强度存在减弱的可能性;干旱事件具有显著的16～48个月的年际振荡周期特征,干旱和四种环流因子的年际共振周期为24～110个月,年代际共振周期为128～250个月,SPEI与NAO、AO之间呈滞后的正相关关系;整体上,MEI主要影响贵州省干旱较短的年际周期变化,PDO和AO主要影响干旱较长的年代际周期变化,而NAO的影响较小。     

基于SPEI的南水北调中线水源区干旱时空特征

利用多种统计方法对南水北调中线水源区降水和气温序列进行趋势诊断,识别了不同气象站点序列的时空变化趋势;以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立考虑降水和气温共同对干旱过程影响的评价模型,研究分析了水源区不同时间尺度和分期(汛期、非汛期和全年期)干旱过程动态变化特征。分析表明:降水量呈现不显著的下降趋势,气温总体呈现显著性上升趋势;短时间尺度SPEI对降水和气温变化更加敏感,随着时间尺度增大,SPEI值变化更加平缓;非汛期和全年期水源区发生严重干旱的概率增大,不同气象站点3个不同时期发生特旱或重旱的年份与历史发生干旱的资料相一致;干旱严重程度从上游到下游逐渐衰减,整个汉江上游和西北部地区干旱发生频次略高于下游和南部地区;对比标准化降水指标(SPI)计算结果,SPEI指数较SPI指数补充考虑了降水和气温对干旱过程的综合影响,可作为SPI指数的一个重要补充分析手段,可应用于描述南水北调中线水源区不同时间尺度的干旱特征。     

基于不同蒸散方法的SPEI在天山南北坡气象干旱的差异性分析

为更好的研究与指导天山南北坡干旱灾害的预警与应对,采用Penman-Monteith、器测法和Thornthwaite方法确定潜在蒸散量(PET),并分别计算相应的标准化降水蒸散指数(SPEI),分别记为SPEI-PM、SPEI-SJ和SPEITH,探讨1960-2016年气象干旱时空变化特征与分析不同蒸散方法下干旱指数的差异性,并评估与历史干旱事件的相符性。结果表明:(1)从趋势变化分析可知,天山南北坡在SPEI-SJ和SPEI-PM指数下呈现湿润化和干旱面积率下降的特征,SPEI-TH指数则相反;(2)空间频率分析显示SPEI-SJ和SPEI-PM指数下研究区年和季节尺度上干旱发生频率一致,即春、夏干旱频发、秋季次之、冬季最少,而SPEI-TH指数下干旱发生频率在各时间变化特征相差不大,SPEI-SJ和SPEI-PM指数下干旱发生频率在空间上保持一致,局部区域存一定的偏差,总体与干旱强度变化趋势一致;(3)基于历次干旱事件可知,SPEI-PM指数对于1986年前的旱灾有较为准确的描述,而SPEI-SJ指数仅针对1990年后对干旱有较准确的描述,SPEI-TH指数对干旱的监测能力较差。综合分析表明SPEI-PM指数对历史干旱事件监测适用性较好,20世纪90年代后,SPEI-SJ指数对干旱的监测有重要的参考价值。     

Drought Characterisation Based on Water Surplus Variability Index

Drought assessment, characterisation and monitoring increasingly requires considering not only precipitation but also the other meteorological parameters such as an evapotranspiration. Thus, some new drought indices based on precipitation and evapotranspiration have been developed. This study introduces a new drought index named the water surplus variability index (WSVI). The procedure to estimate the index involves accumulation water surplus at different time scales. To approve the proposed procedure, the WSVI is compared with the standardized precipitation index (SPI), the reconnaissance drought index (RDI) and the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) based on 1-, 3-, 6- and 12-month timescales using data from several weather stations located in regions with different aridity index. Near perfect agreement (d?~?1) between WSVI and SPI, RDI and SPEI was indicated in humid and sub-humid locations. The results also showed that the correlation coefficients between WSVI and SPI, RDI and SPEI were higher for semi-arid stations than for arid ones.     

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。     

适宜表征农业干旱的气象干旱指标——以湖南省为例

以最新的全国土壤水再分析产品为参考,通过最大相关性分析确定最适宜表征湖南省农业干旱的标准化降水蒸散发指数(SPEI)时间尺度,进而分析湖南省1960-2014年农业干旱的时空演变特征。结果表明:全省尺度最适宜表征农业干旱的SPEI时间尺度为SPEI-6;基于SPEI-6表征的全省农业干旱在1960-2014年呈不显著减小趋势,中度及以上干旱的发生频率为14.4%,重度及以上干旱的发生频率为4.9%;在季节分布上,中度及以上农业干旱在冬季发生频率最高,其次为秋季;重度及以上农业干旱亦在冬季发生频率最高,其次为春季;在年代际变化上,农业干旱的发生频率在20世纪60年代最高,而后持续降低,90年代达到最低值,21世纪初又快速升高。     

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。     

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%。     

基于不同时间尺度的降雨时空演变规律分析

为研究降雨时空演变特征规律,基于金华市区 1954—2018 年降雨量资料,运用 5 a 滑动平均、累积距平法和线性趋势法分析了降雨演变的趋势。通过 Mann-Kendall 检验和滑动 t 检验研究了降雨发生突变的年份,采用 Morlet 小波探究了降雨变化的周期性。 结果表明：金华市区年内降雨量总体呈线性上升的趋势; 年降雨量存在显著性突变年份为2009 年;金华市区年降雨量在不同时间尺度上呈现不同的“丰枯交替”的周期性变化,主变化周期为 45 a、27 a、19 a,其中45 a 为第一主变化周期;金华市区在近期仍将处于偏丰水年份,中长期逐渐过渡到偏枯水年份。研究成果对金衢盆地水资源综合利用和气候变化特征研究具有借鉴意义。