考虑地表-土壤-作物水分联合亏缺的综合旱情指数研究

区域干旱发生发展受地表水、土壤水、作物水等多种缺水过程的共同影响，以往基于单一缺水过程构建的干旱指数难以反映实际旱情，综合考虑多种缺水过程构建综合旱情指数，对有效开展区域旱情监测具有重要的意义。基于水文作物耦合模型(VIC-EPIC)模拟数据，通过线性加权集成标准化径流指数(SRI)、土壤含水量距平指数(SMAPI)和作物缺水指数(CWDI),构建了反映地表-土壤-作物水分联合亏缺的综合旱情指数(CDSI),并采用1981—2020年数据在湘江流域开展了应用研究。结果表明，基于CDSI提取的旱情特征序列与流域内35个县1990—2007年受旱率相关性在0.4～0.8之间，82.9%通过5%显著性水平检验，与反映单一水分亏缺的SRI、SMAPI和CWDI相比，相关性整体上有较大提升。CDSI能够较好地反映区域实际旱情发生发展，可为大范围旱情准确识别和评估提供有效支撑。     

西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征

为了解西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征,采用西南地区1968—2017年101个气象站观测资料和8个水文站月径流资料,计算了标准化降雨蒸散发指数(SPEI)和标椎化径流指数(SRI),基于皮尔逊相关系数(PCC)确定了干旱响应时间并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,构建了线性干旱传播模型并确定了西南地区部分流域气象干旱向水文干旱传播的触发阈值。结果表明：西南地区干旱响应时间为2～7月;水文干旱敏感度分布与气象干旱传播率分布较为一致;干旱烈度传播阈值较小的流域,水文干旱事件历时更长。     

黄河流域气象干旱与水文干旱时空特征及其传递关系EI北大核心CSCD

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI),比较了黄河流域气象干旱和水文干旱的时空分布差异,分析了二者时间尺度上的关联性,并选取典型干旱事件进一步探讨了两种干旱类型的传递关系。结果表明:两种干旱类型空间上有相似的趋势和频次,但在黄河源区和黄河中南部(渭河流域)差异显著,其干旱历时均有随年代延长的趋势,水文干旱历时增长尤为明显;在时间尺度上,SPEI与SRI在大部分区域基本一致,但在黄河源区和渭河流域差异较大,尤其是短时间尺度上差异更显著;气象干旱与水文干旱并非一一对应,多场短历时间断气象干旱受时滞效应、异常气象波动等影响,可能引发一场长历时连续水文干旱或多场短历时间断水文干旱,一场长历时连续气象干旱强度衰减可能引发多场短历时间断水文干旱。     

不同季节气象干旱向水文干旱的传播及其动态变化

研究变化环境下气象干旱向水文干旱的传播与影响机制,有利于揭示水文干旱的形成过程与机理,从而建立基于气象干旱的水文干旱预警.为揭示不同季节气象干旱向水文干旱的传播动态变化及其驱动因素,本研究以无定河、窟野河和沁河流域为研究区域,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,分析气象、水...     

金沙江流域近50年气象水文干旱时空变化特征

通过构建SWAT模型,模拟得到了金沙江流域21个子流域的径流序列,并对3个月尺度标准化降水指数(SPI3)、标准化降水蒸散指数(SPEI3)和标准化径流指数(SRI3)序列的变化趋势和周期进行了分析,同时还对SRI3序列进行了干旱事件识别分析。分析结果表明:①1968～2017年,金沙江流域15个子流域的年径流总体呈现显著增加的趋势;②分别有10个子流域的SPI3、12个子流域的SPEI3和19个子流域的SRI3总体呈现为显著增大的趋势;③水文干旱事件共479次,但多数历时较短、强度较小;④全流域水文干旱最严重的时期为1968～1977年,且其年内分布不均匀,夏秋季节易于发生水文干旱并在秋冬季节最为严重,其中金沙江干流全段和雅砻江中上段的干旱情势相比其他区域更为严重。     

黄河源区气象干旱与水文干旱关联性分析EI北大核心CSCD

采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)刻画黄河源区气象干旱和水文干旱过程,通过唐乃亥水文站SRI、源区SPI及3种小波分析方法揭示了1968—2020年黄河源区气象和水文干旱之间的周期性特征及相关性。结果表明:广义极值分布是唐乃亥水文站最适宜的流量分布函数;以Gamma分布和广义极值分布分别作为降水和流量的分布函数,基于距离平方倒数法计算出SPI-9和SRI-1的相关系数最高,为0.68;连续小波变换分析表明SPI-9和SRI-1具有相同的周期特征,交叉小波变换和小波相干分析表明SPI-9和SRI-1在不同周期尺度表现出显著的正相关关系;黄河源区气象干旱向水文干旱的传播时间为9月,SPI-9序列可用于水文干旱监测。     

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。     

基于水文-作物耦合模型和CWAPI指数的农业干旱评估

基于模拟土壤含水量构建的干旱指数可反映农业干旱的时空发展过程,已被广泛用于大范围农业干旱评估中。当前模拟用于干旱评估的土壤含水量时,常采用水文模型进行模拟。然而,水文模型常过于简化作物模块甚至缺少作物模拟方案,无法模拟作物需水量,因此仅基于土壤含水量构建的土壤干旱指数因忽略作物需水而难以准确评估实际的农业干旱情况。研究构建了考虑灌溉过程影响的水文-作物耦合模型VIC-EPIC（Variable Infiltration Capacity-Environmental Policy Integrated Climate）,提出了基于VIC-EPIC模拟作物需耗水过程的作物缺水距平指数CWAPI（Crop Water Anomaly Percentage Index）,在青口河流域开展了区域农业干旱评估方法研究。验证分析表明,构建的CWAPI因考虑作物需水影响可直接反映作物的缺水状态和缺水对作物生长的累积影响;由于在干旱评估中引入了作物种植比例、轮作类型和灌溉的影响,CWAPI能够较SMAPI（Soil Moisture Anomaly Percentage Index）更客观地反映区域作物旱情。因此评估农业干旱时,需要考虑作物种植比例、轮作和灌溉过程的影响。     

赣江流域气象干旱与水文干旱特征及其概率关系

为探明赣江流域气象干旱与水文干旱之间的关系,基于赣江流域1960～2018年降水和径流量资料,分别计算标准化降水指数(SPI)和径流指数(SSI),基于游程理论识别气象干旱和水文干旱事件并分析干旱特征变化过程,同时利用Copula函数和条件概率分布分析干旱重现期以及气象干旱与水文干旱概率关系。结果表明:(1) 6个月时间尺度下SPI和SSI相关性最好,水文干旱对气象干旱无滞后,水文干旱严重于气象干旱,2000年以后水文干旱呈加重趋势;(2)相同单变量重现期下,气象干旱联合重现期大于水文干旱,同现重现期小于水文干旱;(3)随着气象干旱加重,不同等级的水文干旱发生概率增加,发生气象干旱情况下引发水文干旱的概率为0.892。研究结果可为赣江流域抗旱预警提供参考。     

基于PDSI和SPI的综合气象干旱指数研究

在总结对比已有气象干旱指数的基础上,结合帕默尔干旱指数(PDSI)和标准化降水指数(SPI)的优点,提出综合气象干旱指数DI,并对综合气象干旱指数与区域干旱受旱/成灾面积和径流丰枯的相互关系进行分析,结果表明:综合气象干旱指数能够较好地反映区域干旱受旱/成灾范围,以及河道径流的丰枯状况.并且综合气象干旱指数还同时考虑了月季降水量的异常和一段时间的水分亏缺,比单个气象干旱指数更能反映农业干旱和水文干旱.     

东江流域气象干旱向水文干旱传递阈值研究

对不同干旱类型之间传递阈值研究可有效分析干旱传递的发生规律和机理,特别是对气象干旱向水文干旱传递阈值的研究。以东江流域为研究对象,计算月尺度的标准化降水指数SPI和标准化径流指数SRI,并基于游程理论识别干旱事件,提取干旱事件及其特征,包括干旱历时和干旱烈度。对发生时间全部或部分重叠的气象干旱事件和水文干旱事件进行匹配。对匹配后的干旱特征属性进行边缘分布拟合,验证气象干旱和水文干旱的历时或烈度之间的相关性,基于二变量Copula函数分别建立气象干旱与水文干旱特征的联合分布模型,计算不同气象干旱条件下不同等级水文干旱(中旱、重旱、极旱)发生的条件概率,取条件概率为0.95时对应的气象干旱历时或烈度值,作为气象干旱向该等级水文干旱传递的干旱历时(烈度)阈值。结果表明:东江流域气象干旱历时和烈度的最优拟合函数均为伽玛分布,水文干旱历时的最优拟合函数为伽玛分布,水文干旱烈度的边缘分布函数为广义正态分布。Gumbel-copula函数拟合干旱历时和烈度的效果较好。东江流域中旱、重旱、极旱等级的干旱历时传递阈值分别为6.9、8.3、9.4个月;干旱烈度的传递阈值分别为4.6、5.7、6.6。干旱传递阈值可以为水文干旱的预测以及防旱减灾的决策提供参考。     

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%。     

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。     

基于供水水源的干旱指数及在昆明干旱频率分析中应用

在分析昆明需水量主要供水水源的基础上,以土壤含水量和径流量分别表示作物蒸散和各用途取水的供水水源,参照综合气象干旱指数的构造方式,构建了基于标准化土壤含水量指数和标准化径流指数的综合水文干旱指数。采用阈值法识别基于综合水文干旱指数的干旱过程,通过区域旱情频次确定干旱发生阈值,并分别以干旱过程中指标值小于干旱发生阈值的时段数和时段内干旱发生阈值与指标值之差的累积和为干旱历时和干旱烈度。在采用适线法确定干旱历时、干旱烈度边缘分布的基础上,利用GH Copula函数构建了两者的联合分布,计算了昆明1956—2011年干旱事件的重现期。与昆明实际旱情及由标准化土壤含水量指数、标准化径流指数识别干旱过程比较,综合水文干旱指数适用于昆明干旱过程识别及其重现期计算,相比于气象干旱指标能更直接地反映区域旱情,而相比于土壤含水量或径流量单水文干旱指标能更全面地反映区域干旱的驱动因素。     

南盘江流域水文干旱对气象干旱的响应特征研究

选取南盘江流域3个站点40年(1970年-2009年)的逐月径流资料和20个站点同期逐月降水资料,计算标准化径流指数(SSFI)和不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),从中选取水文干旱样本和同期的SPI进行统计分析,研究水文干旱对气象干旱的响应特征。结果表明:南盘江流域SSFI对SPI具有良好的响应关系;SSFI对SPI的响应关系随时间尺度的不同相关性不同;总体来看,流域内水文干旱对气象干旱的响应时间约为6个月。     

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。     

变化环境下时变标准化径流指数的构建与应用

变化环境下,干旱指数可能表现出非一致性特征。本文假设径流序列为二阶非平稳序列,建立以时间为协变量的时变矩GAMLSS模型,该模型采用非一致性Gamma分布拟合实测径流序列,并基于该模型计算出的时变标准化径流指数SRIt,与传统指数SRI进行对比分析,以验证其合理性与必要性。结果表明:基于时变矩模型的时变标准化径流指数SRIt更适应于潘家口水库流域变化环境下水文干旱的评价。时变标准化径流指数SRIt的值整体上比基于一致性模型的指数SRI偏小,即所表示的干旱程度更加严重,主要是因为时变矩GAMLSS模型能够反映出变化环境下径流序列的变化趋势,该趋势是影响径流的一系列因素共同导致的,如气候变化,人类活动等。而在受这些因素的影响下,潘家口水库流域的水文干旱事件频率增加,严重程度增强。     

干旱指数在四川省的适用性分析

干旱灾害频发严重制约着四川省的农业发展,为合理分析四川省干旱情况,干旱指数的选择尤为重要。本文基于四川省39个气象站点1960年-2013年的气象资料,分别计算1961年、1994年、2006年和2009年-2010年各站点相对湿润指数M、气象干旱综合指数CI、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI,利用Arcgis反距离插值法进行空间插值,并与中国气象灾害大典记录的四川省典型年干旱情况进行对比分析,进而评价四种干旱指数在四川省的适用性。结果表明:对于1961年夏旱,M指数和CI指数均表现出无旱或轻旱,SPI指数结果较实际情况偏小,SPEI指数监测出了干旱的重灾区,效果在四个干旱指标中最好;1994年夏伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数出现了空报,对川东地区和川西高原的监测结果偏小,SPEI指数在达县、巴中一带结果偏小,而SPI指数在成都、绵阳一带的结果偏小。2006年伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数比M指数效果稍好,但结果仍然偏小;SPI指数和SPEI指数监测出的干旱特征与实际一致;2009年-2010年的冬春连旱,SPEI指数效果最好,M指数次之,SPI指数效果最差。SPEI指数最能反映四川省典型干旱年干旱的空间分布特征。     

标准化径流指数在阿克苏河水文干旱特征识别中的应用

阿克苏河位于丝绸之路经济带重要通道,是典型的中亚跨境河流,阿克苏丰富的水资源成为沿岸各国争夺的焦点。针对阿克苏河未来水资源评估和管理的迫切需要,以阿克苏河干流月径流为数据基础,结合径流距平百分比,采用标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI)辨识阿克苏河水文干旱事件,并验证了水文干旱识别的合理性。结果表明:SRI丰枯等级划分临界值在阿克苏河能够有效地识别水文干旱事件及其干旱等级,SRI趋势分析发现未来阿克苏河春、夏季洪水和冬旱现象的可能性在逐渐增大,水资源季节差异将越来越明显,这将是未来水资源合理利用和管理的一个新挑战。