改进的综合气象干旱指数在福建省的适用性分析

选取1961-2009年福建省5个气象站逐日气温和降水资料,引入线性递减非等权重方案计算综合气象干旱指数CI_new,通过比较分析CI_new与等权重方案计算的CI_old在干旱过程描述能力、干旱频率以及干旱年际变化特征上的差异,了解CI_new的改进效果及其在福建省的适用性.结果表明,CI_new与CI_old均能较合理地反映福建干旱频率分布特征和干旱强度变化特征,但CI_new在干旱监测过程中的不合理跳跃次数明显减少,有效克服了CI_old表现的不合理旱情加剧的问题;CI_new表现的缓解干旱的过程较CI_old敏感.因此,CI_new可以作为气象干旱监测业务和评估的指标之一.     

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。     

综合干旱指数构建及其在不同草原类型中的应用

干旱指数是评估旱情等级、制定防旱减灾对策的重要指标。该研究从干旱发生的物理机制出发,基于CRITIC(Criteria Importance Through Inter-criteria Correlation)客观赋权法,综合考虑气象标准化降水蒸散指数(Standard Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)、植被供水指数(Vegetation Supply Water Index,VSWI)和日光诱导叶绿素荧光指数(Solar-induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)在干旱发展过程中的作用机制,构建融合多源信息的综合干旱指数,探究其在不同草原类型干旱中的适用性和敏感性,进而分析干旱的时空分布及演化特征。结果表明:综合干旱指数既能敏锐捕捉气象干旱的早期开始,亦能从水文和牧业干旱角度综合反映旱情的持续过程和时间,相比单一干旱指数,具有综合表征多尺度干旱演化特征的优势;2007—2018年,内蒙古锡林郭勒草原干旱频率呈波动中下降趋势,干旱强度主要以轻中旱为主,重旱及以上干旱集中在春秋两季;空间分布上从西北向东南逐渐降低,呈现荒漠草原典型草原草甸草原,典型草原中北部旱情严重的特征。该研究对蒙古高原不同草原类型干旱事件精准监测及旱灾防御具有重要意义。     

综合气象干旱指数改进及其适用性分析

为准确开展区域干旱监测,该研究对综合气象干旱指数(ComprehensiveMeteorologicalDroughtIndex,CI)进行了改进,使其更适用于干旱的长期监测。研究以湖北省区域为典型研究对象,利用高精度气象格网数据以及历史灾情数据,运用游程理论、相关性分析和M-K趋势检验等方法,对几种常用干旱指数的灾害识别能力、干旱演变趋势等进行了分析和比较。结果表明:改进后的综合干旱指数(The Improved Comprehensive Drought Index,CIn)能够识别湖北省的多数历史重大旱灾;CIn与实际的旱灾受灾面积和旱灾成灾面积的相关系数分别达到0.69和0.67,均优于CI指数和SPEI指数;由CIn得到的干旱历时、干旱烈度的空间分布也与文献资料相符合。在湖北省区域内取得的干旱时空演变趋势分析中发现,CIn和SPEI6的M-K测试结果中干旱趋势发生显著变化的面积比例为40.19%和53.99%(P0.05),明显高于CI和SPEI1指数的26.40%和18.93%,表明CIn和SPEI6对长期的气候变化更为敏感,由此说明,在旱灾趋势分析中应选择合适的干旱监测指标。该研究可为区域气象干旱监测的指标选取提供指导和参考。     

我国五大粮食主产区农业干旱态势综合研究

受气候变化影响,我国干旱灾害加剧,威胁国家粮食安全。对农业干旱态势进行综合评价分析,有助于清楚地掌握我国农业受旱程度的空间分布及区域差异。为评价我国五大粮食主产区农业干旱综合态势,本文提出了"作物干旱综合指数"概念及其计算方法。根据全国1982—2011年的日值气象数据及主要农作物分布数据,首先计算了不同作物水分敏感期的作物干燥度,进而采用面积加权综合法计算作物干旱综合指数,分别分析了各粮食主产区的作物受旱情况和综合农业干旱态势。结果表明:三江平原和松嫩平原农业干旱综合态势较为严峻,且三江平原的春小麦以及松嫩平原春小麦、玉米、水稻的受旱程度均不容忽视。黄淮海平原农业干旱态势为5区中最严重,特别是冬小麦旱情最重,一季稻及玉米以轻度和中度旱情为主。长江中游及江淮地区农业干旱综合态势以轻度干旱为主,冬小麦、早稻和晚稻种植区均呈现不同程度旱情,以中度及其以下为主,晚稻受旱较为明显。四川盆地农业综合旱情为5区中最轻,各作物中一季稻和玉米旱情较轻,而冬小麦种植区旱情相对比较严重。     

浙西南地区逐日干旱综合指数的动态变化特征

计算了浙西南地区50多年的历史气象干旱综合指数,并利用该指数对浙西南地区干旱的发生频率、发生范围及多年变化趋势和Ci指数干旱过程的评估等进行了统计和分析。分析结果表明:浙西南干旱主要发生在夏秋季节,冬、春旱较少发生。空间分布上,北部较南部容易发生干旱。由于气象干旱综合指数的计算只需输入逐日气温和降水,很容易获得,便于在干旱预报和预警等业务服务中应用。每日的气象干旱综合指数还可作为一项重要的气象指标,进行浙西南地区实时气象干旱监测和历史同期气象干旱评估。同时它还在辅助指导农业生产中具有一定的适用价值,可以为当地政府应对干旱提供一定的决策依据。     

黔中地区气象水文干旱演变特征及其响应关系

黔中因其地形地貌特殊,干旱情势复杂,研究其干旱特征以及传播过程,能有效预防干旱延续,为该区域干旱监测和预警提供科学依据。基于黔中地区1970—2016年的降水以及径流数据,计算标准化降水指数(SPI)与标准化径流指数(SSI),采用相关分析方法,分析该地区气象水文干旱的演变特征以及两者之间的响应关系。结果表明:(1)不同时间尺度的SPI与SSI具有不同的时间振荡频率。在较短的时间尺度上干湿交替频繁,而较长的时间尺度可以检测连续的干旱与潮湿时期。(2)近47年来,黔中地区干旱化态势增强,干旱发生的频率上升,重度干旱以及极端干旱频率增加明显。(3)该地区气象与水文干旱在不同年代际呈现不同的空间分布特征,气象干旱主要发生在黔中南部、中部和西部等地区。20世纪水文干旱化态势最明显的地区主要在黔中中部,而21世纪最明显的干旱化地区则在黔中西北部。(4)SSI—SPI相关性显著,不同时间相关系数的变化趋势不一致,并且它们的响应关系呈季节变化,其相关系数为夏季>秋季>冬季>春季,这与黔中地区降水的时空分布不均以及地貌特征有关。综上,黔中地区气象水文干旱日趋严重,极端干旱频发,气象干旱加剧了水文干旱旱情,两者关系密切。     

典型喀斯特聚集区不同地貌类型干旱时空特征

为探究西南典型喀斯特聚集区不同地貌类型干旱时空特征,研究选取贵州省作为研究区,基于贵州19个气象站点1951—2020年的气象数据,利用SPI指数、M-K突变检验等方法研究贵州近70 a降水与气温在不同时间尺度变化规律,探讨不同地貌分区干旱的年、季时空尺度耦合特征。结果表明：(1)贵州近70 a的年均降水量整体呈缓慢下降趋势、气温呈现上升的趋势。(2)不同地貌分区干旱情况差异较显著,其中非喀斯特和峰丛洼地地貌背景下干旱呈现微弱上升趋势,其他分区干旱均呈下降趋势。(3)各分区在夏、秋季干旱指数均呈减少态势,冬季干旱指数呈增加态势。除岩溶高原和岩溶断陷盆地外,春季其他地貌分区旱情均呈加剧趋势。旱情加剧程度最大出现在岩溶槽谷春秋季和岩溶断陷盆地夏冬季,旱情加剧程度最小出现在非喀斯特地区的夏秋季和岩溶高原地区冬春季。(4)岩溶槽谷和非喀斯特的SPI12均值无明显突变点,岩溶峡谷的SPI12值在1987发生突变,岩溶高原和峰丛洼地分别在2002年和2019年前后发生显著性跳跃,岩溶断陷盆地在置信范围内发生三次突变。综上,研究结果可以为同类型干旱防灾减灾提供一定的参考依据。     

基于深度学习算法的京津冀地区综合干旱评估模型构建

及时准确的干旱评估对社会经济发展和农业生产具有重要的指导意义,当前的干旱评估指标通常仅考虑植被或降水等单方面影响因素,在实际干旱评估中存在一定的局限性。本研究综合考虑降水、温度、地形等多个干旱致灾因子,以主要产粮基地京津冀地区为例,基于2007-2017年地表温度（Land Surface Temperature,LST）、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）以及降水等多源数据,利用深度学习框架Tensorflow构建以标准化降水蒸散发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）为目标值的综合干旱评估模型。利用决定系数（R2）和均方根误差（RMSE）对模型进行测试;利用站点标准化降水指数（Standardized Precipitation Index,SPI）、土壤相对湿度数据以及2016年京津冀地区的气象灾害数据,从时间和空间上对模型的可靠性进行验证。结果表明：模型的训练集和测试集在不同月份上均表现较好（R2均大于0.5而RMSE均小于0.55）。模型输出的综合干旱指数（Comprehensive Drought Index,CDI）在密云站上与SPI和SPEI接近,变化趋势基本一致,并且与站点SPI和土壤相对湿度的相关系数分别大于0.7和0.4,均通过了0.01水平的显著性检验。空间上,相较于SPEI,CDI计算的2016年3-7月京津冀地区干旱事件结果与实际情况符合度更高,表明该模型适用于京津冀地区干旱评估。     

Y干旱指数在冀东春旱监测中的应用

利用唐山地区3个国家基准站1971—2000年的春季逐日降水、日最高气温资料,从干旱实时监测气象服务的需要出发,考虑了近期降水、土壤底墒（前期降水）和气温三种要素,计算Y干旱指数,并制定了干旱等级标准。对Y干旱指数与土壤湿度干旱指数、降水百分率干旱指数进行了同期对比分析;利用没有参加干旱指标划分的2006、2007年春季的土壤湿度资料对制定的干旱指标进行检验。结果表明,Y干旱指数对冀东春旱具有很好的监测能力,Y干旱指数能够客观的反映唐山地区春季各月的干旱状况,并填补了土壤湿度监测的盲区,能较好的划分唐山地区春季干旱趋势和等级;在一段时间内降水时空分布均匀的情况下,用降水距平百分率干旱指数进行监测,效果较好。在2006—2007年的检验中,Y干旱指数与土壤干旱指数表现一致,在没有土壤测墒的地区和时段,利用Y干旱指数可代替土壤湿度监测,实现干旱无缝隙监测。     

海南冬种瓜菜干旱风险评估与区划

利用海南省18个地面气象站1998-2011年的逐日气象观测资料,结合海南冬种西瓜、豇豆、辣椒和丝瓜的种植面积和产量资料,运用自然灾害风险分析原理和方法测算海南冬种瓜菜的干旱气候风险、灾损减产风险和防旱抗旱能力,同时综合以上3个指标得到干旱综合风险指数,并基于干旱综合风险指数进行干旱风险区划。结果表明,海南岛冬种瓜菜干旱综合风险指数基本呈由东北向西南递增的趋势,高风险区集中在其西部和南部地区,主要包括东方市、昌江县和乐东县等。经检验,风险区划结果与生产实际基本相符。研究结果可为海南冬种瓜菜防旱减灾风险管理提供科学依据。     

2006年四川盆地旱情及其对农业的影响评估

2006年四川盆地遭受了严重的春、夏、伏旱,伴随伏旱出现了持续的高温天气,农业损失惨重。本文分别选择春旱、夏旱、高温伏旱直接影响干旱程度的多个气象指标,采用主成分分析法确定各指标的权重,构建量化评估指数包括春旱指数、夏旱指数、伏旱指数和综合干旱指数,并据此对2006年的干旱程度进行评估。考虑到不同时期干旱对农业生产的影响不同,再次分配权重构建了农业综合评估干旱指数,并进行了分析。     

华北冬小麦干旱产量损失评估方法

根据气候相似、农业生产水平相近的原则将华北分成15个亚区,利用1970-2010年华北逐日气温和降水资料计算逐日综合气象干旱指数（CI指数）,采用线性内插法将相邻土壤墒情观测资料处理成逐日数据,通过对比逐日CI指数与土壤墒情资料,分区域和发育阶段对冬小麦发生干旱时的CI指数评判标准进行订正,并基于该指标建立冬小麦干旱累积标准指数,同时结合冬小麦单产资料,构建冬小麦干旱产量损失评估模型。结果表明,冬小麦生育期内CI指数与对应的土壤墒情变化趋势基本一致;各亚区修订后的冬小麦干旱指标均与直接用CI指数判别干旱的指标存在较大差异,且不同亚区冬小麦干旱指标不一致,其中豫西、鲁北、鲁东南、京津、豫中东干旱指标较小,鲁中、冀东北、冀中、冀南干旱指标较大;华北15个亚区冬小麦干旱产量损失评估模型均通过0.05水平的F检验,冬小麦干旱累积标准指数与干旱产量损失具有显著的相关性,其中京津、晋中、晋南、鲁中、鲁东南、豫西等亚区的模型历史评估结果与对应的干旱产量损失相关性显著。模型能较准确地评估冬小麦发生干旱时的产量损失,具有一定的应用和深入研究价值。     

基于综合气象干旱指数的干旱状况分析——以锡林河流域为例

降水量与气温是引起干旱的主要气象因子,利用1981—2016年的降水量与气温的逐月数据,绘制最值曲线并对其相关性进行了分析,利用数据计算得到综合气象干旱指数（CI）且用其对锡林河流域干旱状况进行了分析。结果表明:研究区内在1981—2016年中,逐月平均气温最值曲线的变化趋势比较微弱,最高温度与最低温度分别为24.94,-23.53℃。最大降水量的变化趋势呈现出减小的状态,而最小降水量基本无变化,降水量的最大值与最小值分别为178.1,0 mm。36年中,CI指数只有在春季、夏季和秋季3个季节中不为0,在月尺度上只发生轻旱事件共121次,其中春季发生的干旱事件最为频繁;秋季次之;夏季发生干旱事件的频次最少。干旱发生频次呈现出微弱的降低趋势。     

IMERG卫星降水产品在中国的干旱监测效用评估

GPM(Global Precipitation Measurement)时代,高时空分辨率的IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)是最主流的卫星遥感反演降水产品。该研究以地面网格CPAP(China Gauge-based Monthly Precipitation Analysis Product)数据为基准资料,选用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)、标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和综合气象干旱指数(Composite Index of Meteorological Drought,CI),评价了最新版回顾性IMERG降水产品在干旱监测方面的应用能力及比较了其计算的干旱指数间的差异性。结果表明:1)IMERG能较好地捕捉中国月均降水量的空间格局;其与CPAP数据具有较高的一致性,相关系数高于0.9的区域占大陆面积的73.7%。2)基于IMERG的干旱指数具有良好的可靠性,它与CPAP计算结果的区域平均相关系数在大部分地区超过0.8。总体上,SPEI较SPI和CI的适用性更好。3)在西南地区,IMERG可准确再现干旱随时间的变化过程并捕获典型干旱事件的空间特征,同样SPEI表现优于SPI和CI。总之,回顾性IMERG降水产品在中国干旱监测中表现出很好的应用潜力,但不同干旱指数会影响它的精度。在全球变暖条件下,基于IMERG的SPEI指数应用于干旱监测与评估整体上优于仅考虑降水因子的SPI指数,以及考虑降水和气温因子的CI指数。     

基于HJ-1A/1B数据的天然橡胶干旱监测

为对橡胶林进行干旱动态监测及其影响定量评估,提高农作物干旱监测的准确性和实时性,该文基于HJ-1A/1B数据和地面气象观测数据,以标准化植被供水指数及综合气象干旱指数为变量,通过与同步实测土壤含水量的数据融合构建天然橡胶干旱监测综合模型。经检验,模型的相对均方根误差、纳什效率系数、一致性指数分别为11.02%、0.40、0.85,模型具有较高的精度。应用模型对2010年5月至7月海南农垦国营阳江农场橡胶林干旱进行了监测。结果表明,干旱存在较明显的空间差异,西部重于东部、北部重于南部。5月上旬起旱情持续加重,7月上旬达到旱情高峰,直至监测末期(7月下旬)干旱虽然有所缓解,但旱情依然严重。干旱对橡胶树生长有明显的抑制作用。干旱对橡胶树归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、净初级生产力(net primary production,NPP)的影响存在滞后效应,滞后长度约1旬。干旱对NPP的影响从当旬开始有效,并延续3旬左右,干旱对NPP的延续效应较对NDVI明显。干旱对橡胶树产胶潜力、干胶产量的影响从当旬开始有效,并延续3旬左右,干旱对干胶产量的影响较对产胶潜力更为直接和长效。阳江农场橡胶林77.22%的像元产胶受抑与综合旱情指数呈现负相关性,其中26.70%为显著负相关。该文为天然橡胶干旱监测及评估提供参考。