基于SPEI_KC的华北平原小麦玉米周年干旱特征分析

华北平原是中国重要的冬小麦和夏玉米（麦玉）生产基地，同时也是水资源紧缺的区域，农业生产极易受到干旱的影响。该研究在标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）的基础上，引进作物系数（Kc）改进SPEI指数，并基于改进后的SPEI_KC指数从作物生长季尺度、关键生育期尺度以及麦玉周年尺度分析1961-2017年华北平原冬小麦-夏玉米周年干旱的时空分布和变化特征。结果表明：1）SPEI_Kc指数在华北平原麦玉周年干旱评估中的适用性优于SPEI_TW指数（采用Thornthwaite公式计算的SPEI指数）和SPEI_PM指数（采用Penma-Monteith公式计算的SPEI指数）：在（实际）有旱（指数）评估为有旱情况下，SPEI_Kc指数在代表气象站点的平均准确率为76.13%，较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数均有提高；在无旱评估为无旱情况下，SPEI_KC指数准确率为85.67%，较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数分别均有提高。2）小麦关键生育期和小麦生长季的空间分布均呈轻旱在河北北部较高，重旱在研究区中部较高分布，玉米关键生育期和玉米生长季干旱频率的空间分布均呈中旱在河北北部较高，重旱在山东西部较高分布。总体来说，研究区的东南部干旱频率小于西北部，山东半岛地区和河北中部旱情较轻，河南省干旱严重。3）年代际干旱程度总体呈略微减小的趋势，具体表现为大部分研究尺度的轻旱发生频率增加，所有研究尺度的中旱和重旱发生频率减小；小麦关键生育期、小麦生长季以及玉米生长季的干旱频率减小，玉米关键生育期和麦玉周年尺度干旱频率增加。研究结果能够为正确认识气候变化背景下该地区干旱分布和变化，进而采取合理措施应对气候变化提供理论依据。     

基于SPI指数的白洋淀流域干旱演变特征分析

为探究白洋淀流域在气候变化背景下的干旱时空演变特征,基于1979—2018年0.1°分辨率降水格点数据,采用年尺度和季节尺度的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI),结合Mann-Kendall趋势检验法研究了白洋淀流域干旱频次、干旱面积的时空演变特征。结果表明:(1)研究区发生轻旱的频次最高,中旱、重旱、特旱发生的频次依序减少,春季和夏季是干旱频次发生较高的季节,但特旱主要分布在秋季和冬季。(2)研究区年尺度下干旱程度呈不显著减缓趋势,干旱面积略有减少; 春季和夏季干旱程度呈不显著增加趋势,干旱面积略有增加; 秋季和冬季干旱程度呈显著减缓趋势,秋季干旱面积显著减少。(3)轻旱和中旱在整个流域内分布广泛,下游平原区的发生频率高于上游山区,大清河山区的北部和西部以及流域的东南边缘是重旱和特旱的高发地带。综上,白洋淀流域整体呈干旱缓和趋势,但春夏季干旱情况在未来可能会加重。     

西南地区1902—2018年干旱时空演变特征分析

鉴于西南地区干旱的危害程度及其严峻形势,定量刻画干旱时空特征、揭示干旱发展规律,已成为抗旱防灾、保障农业健康发展的迫切要求。基于1902—2018年标准化降水蒸散指数(SPEI)数据,统计了西南地区不同等级干旱发生频率及干旱强度,并采用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验法和经验正交函数(EOF)分析方法研究了西南地区干旱的时空演变特征,以期为西南地区干旱变化及生态维护提供科学依据。结果表明:(1)1902—2018年西南地区SPEI12整体呈下降趋势,下降速率为0.025/10 a,其中1954—1974年呈干旱—湿润的频繁交替,发生多次不显著突变;(2)西南地区干旱强度均呈增强趋势,其中中旱和重旱强度增强趋势显著;(3)西南地区干旱发生频率存在空间分布差异,其中轻旱发生频率最高,极端干旱最低;(4)西南地区干旱变化趋势以不显著下降为主,占研究区面积的68.22%,表明西南地区百年来呈干旱化趋势;(5)干旱时空模态分析中,3种模态分别反映了研究区干旱全区相同、南北相反、东西相反的分布特征。综上所述,揭示了西南地区干旱的时空变化基本特征。     

2002-2016年锡林郭勒草原干旱时空特征

随着气候变暖,干旱越发普遍,关于干旱的研究一直是国内外学者关注的热点。采用MODIS产品数据计算温度植被干旱指数TVDI,反演2002—2016年锡林郭勒草原植被生长期土壤干湿状况,对干旱的时空分布特征进行了研究。结果表明:锡林郭勒草原在各时相几乎都处于一种干旱的状态,但主要以轻旱和中旱为主,重旱现象较少。从时间上看,6月、8月和9月份易出现大规模干旱,中旱占较大比例,而7月、10月上旬容易发生大面积的轻旱。空间上,西部地区以轻旱为主,中旱及重旱现象较少;中东部、南部地区干旱事件的发生频率较高,且大面积的中旱及局部的重旱现象较为普遍;中部及北部地区也常常会发生不同等级的干旱现象,出现严重干旱的频率也较高。     

2009—2010年贵州省特大气象干旱演变分析

利用贵州省84个气象站1971年1月到2010年4月的逐日气温、降水资料,引入气象干旱综合指数CI,对2009—2010年贵州特大气象干旱从气象干旱的角度分析了不同等级干旱的发生发展时间及其空间分布特征,寻找2009—2010年贵州特大气象干旱发生发展的时间及其空间分布特征,为其综合防治提供科学依据。分析表明:2009年10月发生轻旱到中旱的站点最多,进入11月份干旱发生范围增大,干旱程度进一步加重;12月上旬到2010年1月中旬干旱有所缓解,1月下旬随着降水的持续偏少,重旱到特旱面积迅速扩大。     

基于CWDI蒙冀半干旱区近60a谷子干旱时空变化特征

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站点1961-2019年谷子生长季（5-9月）逐日气象数据,采用作物水分亏缺指数（CWDI）作为干旱指标,结合干旱强度、干旱频率、干旱站次比分析谷子干旱的时空变化特征。结果表明：（1）近60a,蒙冀半干旱区谷子干旱强度呈下降趋势。干旱的发生频率和站次比均随干旱等级的升高而降低。（2）在谷子各生育阶段,干旱强度和干旱频率表现为拔节期>苗期>成熟期>灌浆期>抽穗期。（3）空间分布上,研究区内谷子干旱强度和干旱频率均表现为由西北向东南逐渐降低,其中中旱、重旱和特旱的发生范围均减小。干旱强度和频率的降低有利于蒙冀半干旱区的谷子生产。     

基于MODIS数据温度植被干旱指数干旱监测指标的等级划分

采用2000—2014年每年6—9月的黑龙江省MODIS数据,计算温度植被干旱指数（TVDI）。以过去15 a的全省40个旱作农业站点以旬为单位的土壤相对湿度为研究对象,与MODIS数据得到的TVDI相对应,根据土壤相对湿度的农业干旱等级划分标准,制定TVDI的干旱监测等级。结果显示:TVDI被分为5个等级,TVDI < 0.46为无旱,TVDI在0.46~0.57为轻旱,TVDI在0.57~0.76为中旱,TVDI在0.76~0.86为重旱,TVDI≥0.86为特旱。利用2011年实地测取土壤相对湿度数据对该等级进行验证,结果表明,验证结果准确度达到83%。证实了该等级划分结果的准确性。     

基于标准化降水指数的陕西省干旱时空变化特征分析

干旱作为当今全球范围内危害严重且频发的一种自然灾害之一,对人类和自然系统都产生较大影响.该文基于陕西省长历时的典型测站逐日降水资料,采用标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)、干旱频率、干旱站次比和干旱强度等干旱指标,揭示陕西省干旱时间与空间尺度上的变化特征,为区域水资源合理调配提供参考.结果表明:1)研究区域整体上干旱范围有扩大的趋势,研究时段内干旱较为频繁且持续时间较长,其中,区域内各个站点干旱发生频率均值为70.0%,轻旱和中旱发生频率较高,重旱和特旱发生频率相对较低;2)干旱站次比呈现出季节性特点,其中,春季、冬季干旱站次比呈增加趋势,夏季、秋季干旱站次比呈减少趋势;3)干旱强度变化不明显,其中,春季、冬季的干旱强度呈增强趋势,夏季、秋季干旱强度呈减弱趋势;干旱站次比和干旱强度变化趋势基本一致;4)干旱呈现出较明显的区域变化特征,其中,既有覆盖全省范围的全域性干旱,也有局部地区干旱,并且干旱频率、干旱站次比和干旱强度空间上分布上也存在差异.     

气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变及驱动机制

为全面剖析气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变特征及驱动机制,该研究首先构建黄河流域SWAT分布式水文模型,模拟黄河流域水循环过程,基于标准化土壤湿度指数(Standard Soil Moisture Index,SSMI),识别不同干旱等级下的农业干旱历时、强度及干旱事件,分析黄河流域不同分区农业干旱特征值以及干旱事件频率在年季尺度上的演变特征;在此基础上,通过SWAT模型驱动农业干旱模拟方案集,厘定和量化气候和土地利用变化对黄河流域农业干旱的影响贡献率。结果表明:累积时间尺度越大,农业干旱发生的次数越少,但历时越长,农业干旱开始和结束时间多集中于春季和夏季;黄河流域90年代农业干旱最为严峻,尤其上游C区最容易遭受重旱和特旱,农业干旱频率高达70%～90%;气候变化是驱动黄河流域农业干旱发生的主要诱因,贡献率约为50%～90%,而土地利用变化对农业干旱的影响相对较弱,贡献率约为10%～50%。研究结果可为黄河流域制定合理的农业抗灾措施提供参考。     

基于植被状态指数的县域冬小麦干旱时空变化特征分析

[目的]分析县域冬小麦干旱的时空异质性,为抗旱减灾提供辅助决策支持。[方法]基于GF1,Landsat, Sentinel-2等中高分辨率遥感数据,选取植被状态指数(Vegetation Condition Index, VCI)作为干旱监测指标,计算2011—2021年禹州市冬小麦VCI,逐年分析禹州市冬小麦干旱分布情况,并通过变异系数、线性趋势法、重心迁移和标准差椭圆等方法,对禹州市冬小麦干旱的稳定性、变化趋势、时空变化等特征进行了多维度分析。[结果](1)空间上,2011—2021年禹州市冬小麦干旱主要分布在北部和西部的山岗丘陵区,干旱面积和干旱强度由平原区向山岗区逐渐延展扩大;变异系数与变化百分率均值分别为0.62,13.12%,冬小麦干旱稳定性与变化趋势空间分布一致性高;重心迁移轨迹总距离和标准差椭圆扁率从无旱到重旱逐渐变小,标准差椭圆面积逐渐变大,表明干旱空间分布由集中趋于分散;(2)时间上,禹州市冬小麦每年都有轻旱发生,中旱和重旱平均2～4年发生一次,2012—2014年连续3年旱情较重,中旱和重旱总占比均超过35%,其次为2016年和2018年。[结论]近11年来禹州市...     

基于标准化降水蒸散指数的中国干旱趋势研究

标准化降水蒸散指数(SPEI)通过标准化潜在蒸散与降水的差值表征一个地区干湿状况偏离常年的程度,是分析干旱演变趋势的新理想指标,目前已经广泛应用于干旱评估、水资源管理等领域。用SPEI和1951—2009年中国区域160个站的月降水量及月平均气温资料,对中国59年来干旱化的空间分布、四季干旱趋势变化和全国极端干旱事件发生频次进行了分析,并定性分析了干旱发生的原因。结果表明,我国普遍存在干旱化的事实,西部、华北和东北地区干旱化最为显著。我国四季均呈现干旱化趋势,其中春、秋季干旱化趋势明显,夏季最近15年都处于干旱状态,但干旱化趋势未通过0.05显著性检验;另外全国极端干旱事件发生频率明显增多。东北和华北地区的降水呈现轻微减少趋势,而温度升高趋势明显,降水和温度的共同作用导致了明显的干旱化。四川盆地温度升高趋势不显著,但降水减少显著,降水较少是导致四川盆地干旱化的主要原因。降水频率的减少和集中也导致近几年极端干旱事件明显增多。我国普遍的干旱化趋势和明显增多的极端干旱事件可能对我国经济发展产生阻碍。     

气候变化对东北玉米干旱指数保险纯费率厘定的影响

基于东北三省68个气象站1961-2010年的逐日气象数据,利用Penmen Monteith公式计算玉米生育期内的逐日参考作物蒸散量,结合逐日降水量资料构建干旱指数（CWD）;将整个分析期按照3个准30a周期（1961-1990、1971-2000和1981-2010年）进行统计,计算不同周期内东北地区CWD的理论概率分布函数,分别求得累积概率≤5%、≤15%和≤25%时各站的CWD值作为重旱、中旱和轻旱划分标准的阈值,并以不同时间尺度分别厘定保险纯费率;对3个时段的结果进行对比,以分析气候变化对干旱指数保险产品纯费率厘定的影响。结果表明,干旱指数CWD能很好地指示东北玉米干旱风险,1961-2010玉米生育期内全区干旱风险由东向西递增,西部为常年干旱区;各时段内多数站点表现为旱情加重;从重灾到轻灾,旱情加重的站点减少而旱情减轻的站点增多;基于CWD厘定的玉米旱灾保险纯费率与单产减产率的厘定结果近似（相关系数0.893）,时间变化上表现为先增后降。这说明一种公平科学的保险纯费率应考虑气候变化的影响,随各时段灾害风险的不同作适当调整。     

江淮分水岭区农作物干旱时空变化特征

利用江淮分水岭区17个市、县气象台站1980—2009年降水数据,基于改进的无有效降水连续日数干旱评估指标,分析农作物干旱时空变化特征。结果表明:(1)春播夏收型农作物在寿县、长丰、定远、明光一带以北地区易发生春旱;夏播秋收型农作物在寿县、淮南、长丰、定远、凤阳一线多形成夏秋旱,西南和东北地区也较易发生夏秋旱;春播秋收型农作物生长期内大部分地区秋旱多发,其中寿县、肥东东南部和全椒西南部部分为秋旱高发地区;越冬型作物在明光北部、来安北部、淮南西南部以及寿县北部等地多生秋冬春旱,其他地区也易发生秋冬春旱,且持续时间均较长。(2)从年际演变趋势看,夏播秋收型、越冬型农作物干旱范围和强度均略有增长,春播秋收型农作物干旱强度微增长、范围略减小;春播夏收型农作物干旱强度和范围均呈微减的趋势。总体上,研究区域干旱强度略有上升,且北部高于南部,越冬型作物高于其他类型农作物,研究结果可为区域农业生产防旱提供科学依据。     

基于连续无有效降水日数指标的中国南方作物干旱时空特征

利用中国南方15个省(市、区)气象台站1959-2009年逐日降水资料,以连续无有效降水日数(Dnp)为干旱指标,完善了指标中有效降水临界值和干旱分级标准,利用改进后的连续无有效降水日数干旱指标计算了南方地区春播夏收作物、春播秋收作物、夏播秋收作物、越冬作物近50a的干旱指数,得到干旱频率和干旱持续天数的空间分布特征,并分析其年际变化;同时引入逐日干旱频率,研究作物生育期内逐日干旱动态变化。研究结果表明:春播夏收作物在西南地区西部和淮北地区常发生春旱;春播秋收作物在长江中下游地区多发夏秋旱,在华南东北部多发秋旱,在西南地区东部伏旱明显;夏播秋收作物在长江中下游地区秋旱多发、华南东部秋旱高发;越冬作物在西南地区西部秋冬春旱高发且持续时间长,江北和华南地区也多秋旱和春旱。从年际变化趋势看,春播秋收作物干旱范围略有增大,夏播秋收作物干旱范围显著增大、强度略有增强,越冬作物干旱范围呈较明显增大;其他各作物干旱范围和强度呈不同程度减少、减弱的趋势。     

京津冀平原地区一年两熟条件下农业干旱时空分析*

利用所定义的农业干旱指数和该区内１８个站点连续３０年的资料,分析了旱地农业干旱的区域差异和时间变化规律。根据所建立的指标分析,该区可分为不旱、轻旱、中等干旱和重旱４种年型和４不同的区域,即东北部沿海平原轻旱区、北部及东部沿海中等干旱区、中部及山前平原严重干旱区和黑龙港特旱区。农业干旱风险分析技术的应用则从管理的角度考虑,进一步分析农业生产遭受不同干旱的可能性以及在不同风险水平不会遭受何种程度的农业     

中国亚热带干旱多尺度时空格局及演变趋势

为探讨不同时间尺度下中国亚热带区域干旱的时空特征,利用1 km气象数据计算1959—2019年亚热带区域标准化降水蒸散发指数(SPEI),并且结合干旱线性变化趋势、影响范围、强度及频率,分析了不同时间尺度(1月、3月、6月、12月)下中国亚热带区域干旱的时空特征。结果表明:(1)干旱时期主要集中在2004—2014年,干旱化区域空间上呈现明显的东西对比,时间尺度上秋季的干旱化趋势最为显著;(2)各时间尺度的干旱影响范围都处于不断波动上升的趋势,尤其是在1995年之后,干旱影响范围上升趋势尤为明显;(3)季节和干湿季较大干旱强度零星分布在亚热带西南部及湖南、江西等省,年际较大干旱强度则主要集中在亚热带东南部;(4)秋季发生干旱的频率最高,年际发生中度及以上干旱频率最高,春季高频中度及以上干旱频率集中在四川、西藏等地,秋季和年际主要集中在四川、重庆和贵州的交界处,夏季、冬季以及干湿季则零星分布在亚热带各省份。综上,亚热带总体呈现干旱化趋势,季节、干湿季和年际尺度的干旱影响范围时间序列变化趋势较为相似,但干旱强度和干旱发生频率在空间上存在一定差异。     

新疆阿勒泰地区暖季S干旱指数变化特征分析

运用新疆阿勒泰地区1961-2009年7个测站暖季（4-10月）月降水量与无降水日数定义了S干旱指数,采用Mann-Kendall趋势检验法、Morlet小波变换对该指数进行了分析。结果表明：S指数能较好地反映阿勒泰地区的干旱情况。暖季近49a来极端干旱和极端湿润出现了3a和1a;区域中,东部两站无极端干旱年,其它站有极端干旱年;布尔津和吉木乃站有1a和2a的极端湿润年,其它站无极端湿润年。各季中,春秋季分别出现了2a和1a极端干旱年,无极端湿润年;夏季出现了2a极端干旱年和3a极端湿润年;各区域极端干旱和极端湿润年分布较复杂。暖季20世纪80、90年代以湿润为主,其它时间以干旱为主;春季60年代以干旱为主,其它时间以湿润为主;夏季年代变化基本与暖季一致;秋季608、0年代以湿润为主,其它时间以干旱为主。该地区暖季及各季S指数趋势变化不显著。小波分析表明,S指数存在着明显不同的年代际和年际尺度的周期变化。     

湖南气象干旱日数的时空变化特征

利用湖南88个地面气象站点1960-2009年逐日资料,按照国家标准《气象干旱等级GB/T 20481-2006》中推荐使用的综合气象干旱指数（CI）,采用EOF、REOF和Morlet小波分析等方法,统计分析了1960-2009年湖南气象干旱日数的时空变化特征。结果表明：湖南年平均气象干旱日数呈南多北少的分布特点,高值区位于湘江中上游地区。湘江中上游、常德西北部至怀化一带为轻旱日数相对高值区;中旱日数偏多中心为湘中、湘南北部、湘北部分地区;湘中以南、湘北、湘西为重旱日数偏多区域;湘中衡邵盆地为特旱日数大值中心。EOF和REOF分析表明,湖南气象干旱日数空间分布既有全区一致性,也存在南部与北部、东北与西南相反变化的差异,空间分布大致可分为湘南、湘东北、湘西北、湘西和湘中5个气候区。近50a各气候区气象干旱日数变化趋势均不显著,气象干旱日数的年际变化幅度均较大,但进入21世纪后,除湘西区气象干旱日数有减少趋势外,其余4个气候区均呈增多趋势。Morlet小波功率谱分析表明,气象干旱日数存在2~3a、4~6a的显著性周期变化。研究结果可为湖南制定合理的抗旱对策提供科学依据。