西南大旱的成因及其启示

1旱情形成原因的分析 (1)气候性缺水.全球大气候变暖,复杂的海洋环流和大气环流异常,导致我国西南地区持续干旱;而西南地区的降水,主要是由印度洋和孟加拉湾的水汽输送的.     

基于降水距平百分率的安徽省近50a干旱时空分布特征分析

基于安徽省1965-2014年15个气象站点的降水资料,以降水距平百分率(Pa)为干旱指标,从年和季(3个月)时间尺度定量地分析安徽省时空变化特征。研究结果表明:安徽省干旱在空间尺度上分布不均,北部和西南地区干旱发生频率高,中部和东南地区发生频率较低,自北向南干旱频率逐渐降低。通过对季节尺度干旱结果的比较可知,秋旱发生频率最高、强度最大、干旱范围最广,其次是夏旱、冬旱和春旱。其中春旱和秋旱有加重趋势,而夏旱和冬旱趋势不明显。     

长江流域近七十年空中水资源的时空变化特征

通过1948-2017年NCEP/NCAR的再分析月平均资料,分析了长江流域水汽总量和水汽输送的气候特征。分析表明:①长江流域大气可降水量年平均值和干湿两季可降水量年平均值均呈减少趋势,线性变化率为-0.6、-6.4×10~(-4)和-0.1 kg/(m~2·decade),大气可降水量的峰值期为20世纪60年代初和20世纪90年代,谷值期位于20世纪70年代和21世纪头几年。②从长江流域可降水量空间分布来看,大气可降水量呈现上游少,中下游多的特征,这与长江中下游水汽来源丰富有关,干湿两季大气可降水量的空间分布与年大气可降水量平均分布较为一致,湿季大气可降水量(9～45 kg/m~2)是干季(3～21 kg/m~2)的两倍左右。③长江流域大气可降水量气候倾向率以弱下降为主,长江流域上游地区最大降幅为-0.6 kg/(m~2·decade),长江中下游地区最大降幅为-0.2 kg/(m~2·decade)。④长江流域水汽来源有西太平洋、南海、孟加拉湾、印度洋以及偏西风带来的水汽。受季风的影响,干湿两季水汽输送通道差异较大;长江流域上游和下游均有水汽辐合中心,辐合中心与暴雨区对应关系较好。而流域中游降水的水汽主要贡献量并非来源于其他地区的输送。湿季的辐合区域增大,中心值增大,而干季除上游部分地方为水汽辐合区外,其余地方主要为水汽辐散区。     

利用GRACE重力卫星观测研究近7年云南省水储量变化

基于高斯平滑法对2002年8月-2010年6月共计95个月的GRACE RL04数据反演得到云南省水储量数据,结合云南省122个气象台站的月降水、月气温资料,利用趋势分析方法研究了云南省近7年来的水储量时空变化特征。结果表明,水储量的月变幅变化过程与降水的月变化过程具有一致性,从水储量变幅可以反映出云南省2010年特大干旱事件和2005年比较严重的初夏干旱事件。云南省西北部近7年来降水减少,气温升高使得蒸散发量增加,导致该区域的水储量呈减少趋势,但是东南部受降水增加以及人类蓄水等工程的影响,水储量呈增加趋势。同一区域水储量的年内变化趋势在不同季节有所差异,除夏季有效降水量变化趋势与水储量变化趋势不一致之外,其他季节的水储量与有效降水变化趋势一致。     

灌区干旱指标适用性比较及干旱特征分析

为比较不同干旱指标的适用性,利用漳河灌区1973-2009年气象站逐月降水、蒸发资料,计算月、季尺度标准化降水指数SPI和月尺度标准降水蒸散指数SPEI。采用三阈值法,识别干旱过程,统计干旱历时和干旱烈度,采用适线法确定二者边缘分布,并利用GH Copula函数构造其联合分布,计算各干旱事件的重现期。通过与实际干旱资料进行比较,评价了各指标在漳河灌区干旱分析中的适用性,并采用适用性最好的干旱指标评价灌区干旱特征。结果表明:1在漳河灌区干旱分析中,月尺度SPI的适用性最好,所识别的干旱场次准确度高,干旱特征值合理;2漳河灌区干旱总体季节性特征不突出。严重干旱4a一遇,且多发生在用水高峰期的夏秋季,易导致用水保证率降低,严重威胁粮食安全;3通过月尺度SPI识别出的干旱过程较实际形成的干旱过程历时长,干旱出现时间提前。     

基于降水距平百分比指标的哈尔滨市旱情分析

黑龙江省是我国耕地面积最大的重要商品粮生产基地,干旱的发生严重影响了其粮食产量。然而对其研究相对较少,干旱指数的适用尚不确定。以哈尔滨市为例,基于1951-2014年的长序列降水数据,分析了降水的年内分布情况,并利用降水距平百分比指标分析了不同尺度下干旱的发生情况。结果表明,该指标在哈尔滨市适用性较好,其年代旱情呈现20世纪70年代21世纪20世纪60年代20世纪90年代20世纪50年代、80年代;四季易发生干旱的顺序为冬、春、秋、夏季;4、8、11月易发生特大、中度、轻度干旱,特大干旱在年内发生的概率极不稳定,轻、中度干旱发生的概率较大。     

额尔齐斯河流域干湿特征分析

基于额尔齐斯河流域6个气象站1936~2005年逐月降水资料,利用干旱指标Z指数、M-K秩次相关法、小波分析法对流域的干湿特征进行分析。研究表明：流域各站在春冬两季易发生干旱,夏季偏雨。70年来,流域有由干旱向湿润转化的趋势,这一趋势在冬季最为显著。从小波分析的结果看,流域各站均存在多个湿润期和干旱期交替的现象,以4年、11年和28年左右的周期震荡最为明显。     

基于多维Copula函数的淮河上游气象干旱特征分析

针对单变量干旱特征分析不能很好地表征干旱事件特征的局限性,论文以淮河上游息县以上流域为研究区,利用42个雨量站1976-2016年逐日降水资料计算气象干旱指数SPI,采用游程理论提取干旱历时、烈度以及烈度峰值三个干旱特征变量,并基于4种对称阿基米德Copula函数构建它们的二维和三维联合分布模型,用于推求其组合重现期。结果表明:三参数伽马分布拟合干旱历时的边缘分布最优,而三参数韦伯分布则拟合干旱烈度以及烈度峰值的边缘分布最优; Frank Copula函数拟合二维和三维干旱特征变量的联合分布最优,由此推求得到组合重现期中联合重现期可作为同频率条件下单变量重现期的下限,同现重现期可作为单变量重现期的上限。研究成果可为淮河流域的防旱减灾和其他流域干旱特征分析提供参考。     

1983―2015年中国西南地区干旱综合损失率与SPI的关系研究

【目的】揭示1983―2015年中国西南地区干旱综合损失率与SPI的关系。【方法】利用1983―2015年西南地区旱灾资料研究了西南地区旱灾在1983―2015年的变化规律及发生概率;利用40个代表站点1960—2015年的月降水量资料计算月、季和年尺度SPI值,进一步研究了1983―2015年不同时间尺度的干旱综合损失率与SPI的相关关系。【结果】1983―2015年西南地区干旱的受灾率、成灾率、绝收率和综合损失率的多年平均值分别为11.79%、5.84%、1.30%和4.86%,除云南的旱灾呈不显著上升趋势外,其他省份和整个西南地区的旱灾呈下降趋势,各省旱灾情况较为接近,其中云南和贵州的旱灾情况比广西和四川严重,西南地区干旱综合损失率大于6%的概率为29.8%。【结论】除云南省干旱综合损失率与5月SPI值最为相关外,其他省份和西南地区干旱综合损失率都与8月、夏季和年尺度的SPI值的相关性最大。     

基于气象指标优化模型的自贡地区干旱等级评定

以自贡地区季节性干旱为研究对象,基于区域综合干旱评价中不同指标评价结果具有不确定性,利用逐日平均气温、降水量、土壤湿度等单项气象指标资料,选取降水距平百分率、湿润度指数、土壤含水量、标准化降水指数4种干旱评价指标,运用加权法判定各评价指标的权重,并采用改进的TOPSIS评价模型,按照《气象干旱等级》(GB 20481-2006)评价标准,对自贡地区2017年1-6月旱情进行综合指标评价。研究结果表明:1月和2月为特大干旱,3月为轻旱,6月为无旱,与自贡地区同期气象干旱实况监测一致;由于评价与监测时间尺度不同以及降水时空分布不均,使得4月和5月的评价结果与实况重旱不完全一致,但在统一评价时空尺度时改进TOPSIS模型评价结果客观并且符合自贡地区实际情况。     

基于波文比和降水的综合干旱指数的构建及应用

针对地表植被覆盖差异对遥感监测区域干旱精度的影响问题,通过GLDAS获取1978-2017年吉林省44个区县的降水、潜热通量和显热通量数据,以此构建了标准化波文比指数(SBI),在此基础上结合标准化降水指数(SPI),通过Copula函数构建出反映土壤水分和降水的综合干旱指数(MSBP),并用其分析吉林省的干旱时空特征,通过比较SBI、SPI和MSBP在历史干旱严重年份上的表现,以及分析3种指数与粮食产量之间的相关性,以此评估不同干旱监测指数的应用效果。结果表明:①MSBP在描述干旱特征和干旱对粮食产量影响上更加全面和准确。②MSBP能较为准确地刻画出干旱过程的持续时间以及不同时间下的干旱强度。③在历史干旱严重的年份上,MSBP所刻画的干旱特征和实际发生的干旱过程较为一致。④MSBP能较好地反映出干旱对粮食产量所引起的波动变化。以上研究结果为区域干旱监测提供参考。     

贵州省2001—2015年植被覆盖NDVI时空演变及其对SPEI的响应

引起植被覆盖变化的气候因子占据主导地位。研究探讨了贵州省近15年来植被指数长时间序列的变化特征、基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的干旱时空变化特征及两者之间的相关关系,可为区域植被覆盖保护与恢复提供一定的理论依据。选择2001—2015年MODIS NDVI（1 km）及19个气象站点气温、降水数据,采用一元线性回归的方法探究贵州省近15年来植被覆盖NDVI在年、月尺度下时空演变特征,及其与气温、降水和标准化降水蒸散指数（SPEI）的相关关系。结果表明:贵州西北至东南地区多年平均NDVI呈低中高分布格局,p<0.01上的生长速率为0.051/（10 a）,呈显著增加的趋势;多年平均气温、降水量的空间分布从西北到南方向呈现出低-中-高的特征,其易发生干旱的地区主要集中在贵州的西北地区,干旱在区域内的空间差异较大,黔西北、黔西南地区为易旱集中区;年均NDVI与年均SPEI、年均气温和年均降雨量的相关系数均为正值,表示NDVI与其响应因子具有一定的相关性,但与SPEI的相关性不显著,与气温和降水的相关性在p<0.01上呈显著性的正相关,且相关系数均大于0.5以上,相关程度较高;1—6月大致（p<0.01显著）呈现不显著的负相关,7—9月和11月表现为除9月（p<0.01显著）外均呈现不显著的正相关。      

基于SPEI的贵州省分区干旱时空演变特征

[目的]干旱对贵州省水循环及水资源管理系统造成严重破坏,科学合理地认识干旱时空演变对抗旱减灾及社会稳定至关重要。[方法]利用贵州省18个气象站点1960 2012年逐月降水和平均气温数据计算标准化降水蒸散指数SPEI评估干旱,采用M-K趋势检验、B-G分割法、极点对称模态分解法ESMD和反距离权重插值法分析了贵州省分区分时段干旱时空演变特征。[结果]贵州省月、季和年尺度SPEI序列均呈波动下降趋势,其中夏季和冬季SPEI序列变化未通过显著性检验,且20世纪60 90年代,贵州省各分区干湿变化具有较强的一致性,21世纪各分区的干湿变化不具有明显的一致性;以黔西北年SPEI为例,基于ESMD分解法得到3个模态分量IMF和1个趋势项R,从R看出干旱指数整体上呈波动“减小-增大”趋势,分析IMF1-IMF3振荡可得黔西北地区干旱具有2.1、7.6和26.5a的周期特征,且年代际周期26.5a在干旱变化中起主导作用,ESMD法在非线性、非平稳时间序列周期及趋势分析中应用效果较好;依据B-G分割法检测结果,得到1960 1986年、1987 2003年和2004 2012年3个研究时段,2004 2012年黔西北地区的冬旱强度和黔西南地区的春旱频率达到最大,分别为1.82和77.78%,2004 2012年四季干旱强度明显增大,且1986 2012年贵州省高强度干旱呈现由北向南转移趋势,1960 2003年四季干旱高频区呈现由东南向西北转移趋势,1960 2012年各分区四季干旱频率呈现增加趋势。[结论]贵州省各分区呈干旱化趋势,且干旱频率和强度呈现不同程度的增加。     

贵州省干旱时空变化特征及其对气候变化的响应

为了探究在气候变化背景下不同时间尺度的干旱变化特征,基于贵州省19个代表气象站1960—2013年气象资料,采用标准降水蒸散指数(SPEI),分析了贵州省年度、4个季节以及秋收作物生长季的时空分布特征和发生规律及其对气候变化的响应。结果表明,年度、春季、夏季和秋季的干旱情况呈加重趋势且具有长期持续性;除冬旱外,年度和其余季节的干旱站次比扩大,以局域性和全域性干旱为主,干旱强度增强,以轻度和中度干旱为主;春季和夏季是贵州省干旱的高发时段,春季最易旱区集中在黔西北地区,夏季最易旱区分布在黔东北和黔东南地区;整个研究时域内秋收作物生长季的干旱化趋势上升,尤其是在2001年以后中干旱情况明显加重;干旱易发区呈由东向西的转移趋势;影响贵州省干旱的主要气象要素是降水、相对湿度和日照时数,其次是温度。     

青海湟水流域降水过程的持续性特征与干旱发生趋势

以湟水流域6个气象站点1959-2016年逐月降水量资料为基础,采用距平分析法、Mann-Kendall检验对流域内降水变化特征进行分析,结合重标极差法分析流域未来降水的变化趋势,并用游程理论和马尔柯夫链分析了流域内干旱特征和未来干旱趋势。结果表明:研究区降水年际变化较为明显,过去58 a间全年及4个季节降水量呈增加趋势,其中冬季增加趋势最为显著;多年平均降水量在空间分布不均匀,流域中部地区降水量最大,下游地区降水量最小,Cv空间分布特征与多年平均降水量相似。通过Hurst指数可知,在1 a时间尺度上,流域年降水量表现为较强的持续性特征,在5 a和10 a时间尺度上呈现极强的持续性特征,未来不同时间段内年降水量与4季降水量可能有所增加。从统计结果来看,流域发生连枯水的概率大于连丰水,说明更易发生连枯水现象。根据加权马尔柯夫预测结果可知,2017年湟水流域为平水年。     

基于SPEI指数的金沙江流域气象干旱时空特征分析

金沙江流域水能资源丰富，是长江经济带重要的水源地，分析其干旱时空演变规律特征，对水资源管理规划及下游的农业生产具有重要的指导意义。基于金沙江流域28个气象站1960-2020年逐月降水和气温资料，计算了年尺度和季尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI），定量分析了季尺度和年尺度不同等级气象干旱发生频率的年代变化规律及空间分布特征，并采用云模型分析了年尺度气象干旱时空分布的随机性与稳定性。结果表明，年尺度上，金沙江流域主要以轻旱和中旱为主，呈现轻旱高频和重旱低频的特点，且整体趋于干旱化；季尺度上，四个季节干旱频率均在30%左右，主要以春季和夏季干旱为主；空间分布上，丽江一带干旱发生频率较高。云模型分析结果表明，年尺度上，SPEI指数时间分布的离散程度较空间分布的大，不均匀性更加不稳定；时间分布上站点间干旱程度差异随年际变化增大，且不均匀性趋于不稳定；空间分布上，随着熵值的增大，超熵值减小，期望越低的站点相对多年平均干旱程度波动越大，其干旱程度的不均匀性越稳定。     

多时间尺度干旱对青海省东部农业区小麦的影响

利用青海省东部农业区1967—2006年逐月降水、温度资料计算多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了干旱对小麦的影响。结果表明,SPEI对表征青海省东部农业区干旱具有良好的适用性,多时间尺度SPEI具有季节至年际振荡特征;整个农业区未来干旱有加重趋势,其中东南干旱加重趋势较快,西北干旱加重趋势较慢;在小麦生育期内,气候产量与SPEI6-5的相关性最高,当SPEI=-0.5时,可增产最大达200kg/hm2,SPEI在-0.1~0之间时,小麦气候产量为正值,当SPEI-0.1或SPEI0时,小麦气候产量变为负值;在小麦生育期内,东部农业区发生轻微干旱的概率为32.3%,中等干旱的概率为11.92%,严重干旱和极端干旱发生的概率分别为4.47%和1.31%,所以未来有必要加强对干旱事件的预防与监测。     

1951-2006年丹东地区旱涝特征初步分析

通过对丹东地区4个雨量站1951-2006年降水资料的统计和分析,探讨了丹东地区降水的时空分布特征及其变化趋势.在此基础上,分别运用降水距平百分率、Z指数和降水温度均一化指标3种方法对丹东地区的旱涝特征进行了初步分析.结果表明:丹东地区的多年平均降雨量为1 006.8 mm,雨量充沛,但降水年际、年内变化均较大,分配不均匀.运用三种旱涝指标对丹东地区的旱涝特征进行分析,结果可以看出,尽管三种指标的计算结果均能体现出丹东地区的旱涝等级的变化趋势,但Z指标法的计算结果更为接近实际情况.     

基于Copula函数的川中丘陵区干旱风险分析

根据川中丘陵区内8个代表性站点1958—2014年月降水资料计算标准降水指数(SPI),通过游程理论识别不同类型的干旱事件,引入Copula函数计算不同类型干旱事件的联合概率以分析川中丘陵区内的干旱风险。结果表明,川中丘陵区内发生季内轻旱、跨季轻旱、跨季中旱、跨季极旱,尤其是半年以上极旱事件的风险较高;区内不同类型干旱事件的分布特征不同,内江和宜宾站所在区域是季内重旱和季内极旱的高风险区,而巴中和阆中站所在区域是半年以上干旱事件的高风险区。     

青海东部旱区自然降水特征及旱害发生关系

通过对长期自然降水资料的统计分析,结合田间定位试验和微区试验,对土壤水分平衡关系分析的基础上,提出评估旱害的4项指标:贫水指数、凋萎指数、降水指数和干旱指数,并依据干旱指数对浅山地区1961～1999年的粮食生产进行了年型分类,其结果是:39年间共发生特大旱年1年、大旱年3年、中旱年19年、轻旱年11年、平水年5年,发生机率分别为2.6%、7.69 %、48.72%、28.21%、12.82%.同时认为青海东部地区旱田作物需水和耗水参数矛盾突出,干旱是年年发生,唯轻重之别,具有明显的不可预测性、多变性和不可控性.抵御干旱的有效措施是实施农田外部人为亏缺补水.