基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58 a演变特征

近年来南方地区季节性干旱频繁发生,对农业生产造成了严重影响。分析其演变特征和发生规律,能为应对全球气候变化背景下制订抗旱减灾对策提供理论依据。该研究利用中国南方15个省（市、区）的气象台站降水资料,选择采用标准化降水指数（SPI）为干旱指标,计算了南方地区最近58 a（1951－2008年）各月干旱指数,在此基础上分析了全年及各季季节性干旱的站次比（发生干旱站数与总站数之比）和干旱强度的年际变化。研究结果表明：干旱程度在时间尺度上呈不同程度增加趋势;干旱的季节性特征为春旱和秋旱有加重的趋势,而夏旱和冬旱有减轻的趋势。季节性干旱空间演变特征表现为：长江中下游地区、西南地区、华南地区等各区域季节性干旱变化与整个南方总体干旱变化表现基本一致。在当前气候变化背景下,我国南方干旱整体上呈现对农业生产的不利影响加重的趋势。研究和验证表明标准化降水指数（SPI）能很好地体现季节性干旱的年际变化特征。     

基于SPI指数的近50年重庆地区干旱时空分布特征

[目的]揭示重庆地区年和季度干旱发生的频率和强度的演变特征,为该区应对干旱灾害,制定针对性减灾措施提供科学依据和参考。[方法]基于重庆地区34个气象观测站1964—2011年逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)干旱指标方法进行研究。[结果]干旱强度频率方面,重庆地区干旱发生的频率具有较明显的区域性和季节性;其中年、春、夏和冬季干旱发生频率相差不大,在25.9%~35.1%范围,秋季的发生频率范围幅度较大,介于16.7%~40.0%之间。干旱强度方面,在年和季节尺度上整体呈现一定的增加趋势,其中秋季和年度相对趋势更明显,近50a研究区年度和四季主要以轻旱和中旱为主,整体上夏季和秋季干旱强度比另外两个季度和年度表现更强一些。[结论]标准化降水指数(SPI)适用于重庆地区,可以作为气候变化的监测指标;重庆地区干旱发生的频率具有较明显的区域性和季节性。     

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI（standard precipitation index）值（标准降水指数）研究了该地区1952－2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水（1999－2008年）的响应。1952－2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数（SPI）将1952－2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a（1999－2008）大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份（2003年,SPI值=1.5）能够显著增加土壤含水量（639.70 mm）,而在极端干旱的年份（2004年,SPI=-2.6）土壤含水量达到了最低值（512.21 mm）。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。     

基于SPI的近53 a宁夏干旱时空演变特征研究

利用宁夏回族自治区9个气象站点1959-2011年的逐月降水数据计算其标准化降水指标(standardized precipitation index,SPI)值,并结合干旱站次比、干旱强度、气候倾向率及ArcGIS中反距离加权插值等方法,分析了研究区干旱的时空变化特征。结果表明,近53 a来,宁夏回族自治区年SPI在波动中呈降低的趋势,其变化倾向率为-0.131/10 a,呈更加干旱趋势,且干旱增幅以21世纪最大;从季节SPI变化来看,春、夏、秋季干旱呈增重趋势,但冬季有所缓解。从干旱发生的范围和强度来看,宁夏回族自治区重旱发生范围略有扩大,而轻旱和中旱略有减小,强度微呈减弱趋势;四季中,总体呈现出冬季干旱强度略增,范围缩小,春季干旱范围扩大。强度增强,而夏秋干旱范围缩小。宁夏回族自治区存在季节连旱频发现象,持续时间长,尤其是春、夏、秋跨季节连旱对农业生产影响最大。年和季节SPI的空间差异明显,表现为由北向南干旱的加重幅度逐渐增大,尤以南部山区对区域干旱变化的响应最为敏感。     

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.     

近百年来关中平原旱涝振荡多尺度分析

结合西安旱涝等级和关中平原洪涝记录,利用经验模态分解方法(EMD),对西安标准SPI降水指数进行分析,研究了1926-2008年西安标准化降水指数值(SPI)对于关中平原旱涝事件的敏感性.结果表明:西安SPI序列所反映的近百年来旱涝事件与洪涝记录、旱涝等级间相互印证很好,西安SPI指数对关中平原的旱涝年很敏感.西安SPI振荡呈现出多时间尺度特征,主要变化为3～5 a和年代际的振荡.3～5 a体现关中平原的洪涝灾害平均特征,旱涝经历了"剧烈-和缓-剧烈"的变化,当前正在波幅较强时期,旱涝变率增大.SPI呈现了"低-高-低"的年代际变化,体现了关中平原经历了"旱-涝-旱"交替变化,当前正处于较为干旱的时期,具有变湿的趋势,但不显著.     

1981-2010年重庆地区季节性干旱时空变化特征分析

根据重庆市34个气象观测站点的实测气象数据,选择标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了1981-2010年各气象站点逐年逐月SPI值,统计30年间各站点的干旱情况,在此基础上从年、季两个尺度分析了重庆市各地区的干旱频率、干旱强度和干旱范围(干旱站次比),研究其干旱的时空变化特征.研究结果表明:(1)重庆市年尺度干旱发生频率呈西高东低的分布特点,干旱发生强度整体主要为中等强度,渝东北干旱强度最高,中西部和渝东南强度较低,干旱发生范围在30年间呈逐渐增大趋势,年际干旱站次比差异性大,基本与历史上的重大干旱年份相吻合;(2)季尺度冬旱频率最高,夏旱次之,春旱最低;夏旱强度最高,秋旱稍低,春旱强度最低.春、夏、冬旱的强度和频率空间分布较为相似.干旱演化在春、冬季呈下降趋势,夏、秋季呈上升趋势,说明对夏、秋干旱的防灾御灾工作需要进一步加强;(3)结合年、季尺度,从总体上看,干旱主要频发于渝东北和中西部,其强度也较大,渝东南干旱发生的频率和强度都较低.     

澜沧江流域干旱变化的时空特征

干旱是澜沧江流域的突出自然灾害,研究气候变化背景下的流域干旱变化特征具有重要科学意义与应用价值。该文基于澜沧江流域及其周边35个气象站点1960－2005年的日降水数据,利用多时间尺度下的标准化降水指数（SPI）分析了流域干旱变化的时空特征。研究发现,主成份分析与K-means聚类的多元统计方法可分别将流域在空间上分为4个具有不同干旱演化特征的区域,2种分区方案具有很高的空间一致性。对划分的4个区域典型站点的小波分析表明,流域干旱变化的周期一般在3～6 a。研究结论可为相关部门的决策提供参考。     

基于SPEI_PM指数的渭河流域气象干旱时空演变特征

利用渭河流域25个气象站点1980−2018年月值气象数据集，基于Penman-Monteith蒸散模型计算多个时间尺度的标准化降水蒸散发指数（SPEI），分析渭河流域气象干旱的演变、趋势、影响范围、发生频率和持续时间等时空变化特征，以期为渭河流域防灾减灾管理提供科学依据。结果表明：（1）近39a来渭河流域有明显的干湿周期变化，但整体上呈变干的趋势，干旱时段主要集中在1995−2009年，其中以2000−2009年的干旱站次比最大，平均达到36%，且干旱持续时间最长，约3.6个月，1980−1989年干旱持续时间最短，约1.6个月；（2）渭河流域秋季总体呈湿润变化趋势，而春季和夏季干旱在不断加剧，是区域年际干旱的主要驱动力；（3）渭河流域干旱以危害性较小的轻中旱为主，但2000年前后出现严重及极端干旱的站次相对较多，其中1997年研究区内发生的干旱程度较高，影响范围较广；（4）不同时间尺度各等级干旱发生频率的变化规律表现一致，均呈现出干旱等级越高发生频率越低的态势，且极端干旱在年际尺度内发生次数较为频繁，从空间上看渭河流域东北部是干旱多发区。总之，近39a来渭河流域总体干旱较为严重的时段为2000−2009年，且研究区内干旱呈北重南轻特征，因此北部地区仍需加强防灾管理。     

1951-2016年长江荆南三口地区旱涝演变与急转特征分析

根据荆南三口地区22个气象站点1951—2016年月降水资料，采用标准化降水指数（SPI）及夏季长周期旱涝急转指数（LDFAI），辅以EOF分析、小波分析、M-K检验等相关分析方法，分析荆南三口地区66年旱涝的变化特征。结果表明：（1）旱涝年际变化较大，20世纪50年代前涝后旱、60—70年代整体干旱、80年代旱涝交替、90年代洪涝、21世纪前涝后旱，且四季均可发生旱涝事件。（2）空间尺度可分为3个区域类型，东南部（湿润区）、中部（降水均匀区）、西北部（偏干区），且季节空间分布上存在较大差异，西北部的五峰、宜昌、荆州等地四季干旱较多，中部的安乡、南县、华容等地四季洪涝较多。（3）年与四季多以5年、10年周期为主，并具有30~35年的长周期。（4）旱涝急转指数在1981年和2015年发生显著变化，而旱涝强度在1972年和2014年发生显著突变。（5）宜昌、石门、澧县等夏季多为旱转涝；五峰、宁乡、安乡、华容、常德等地夏季多为涝转旱。     

海南省东方市60年来降雨量及降雨侵蚀力变化趋势

[目的]分析海南省东方市降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力在不同时间尺度上的趋势变化及其相关性,为该区生态环境建设、水土流失治理及土壤侵蚀机理研究提供科学支持。[方法]根据该地区1956-2015年60a的逐日降雨量数据资料,采用变异系数、趋势系数和气候趋势率分析不同时间尺度的降雨、侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的变化趋势。[结果](1)东方市1956—2015年60a来年均降雨量、年均侵蚀性降雨量、年均降雨侵蚀力分别为982.9±36.9mm,816.1±37.6mm和9 441.7±554.2 MJ·mm/(hm~2·h·a),变异系数分别为29.1%,35.7%,45.5%。(2)60a来降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力年际变化均呈一定的增加趋势,趋势系数分别为0.129,0.156,0.198。季、月尺度上变化差异较大,但总体变化格局相似,均呈单峰型分布。(3)降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力两两之间有极强的线性相关性,且乘幂方程较线性回归方程能更好的反映两两之间的关系。[结论]60a来降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力均呈现较明显的年际增加趋势,且两两之间呈幂函数关系。     

基于日雨量的长武县53年来降雨量及侵蚀力演变趋势分析

用长武县1957—2009年日雨量数据,对该地区侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力不同时间尺度变化趋势及其协同性进行系统分析,为该区水土流失治理及生态环境建设提供科学支持。结果表明:(1)长武县53a来多年平均降雨量577.8mm,侵蚀性降雨量340.7mm,降雨侵蚀力1 691.2(MJ.mm)/(hm2.h)。3要素变异系数、集中程度逐渐增大,变异系数分别为22.5%,34.4%,43.2%。分别有76.1%,83.4%和85.8%的量集中于夏、秋两季,53.2%,65.5%,70.1%的量集中于7—9月。(2)53a来年降雨量和年侵蚀性降雨均呈不显著减少趋势,受极端降雨事件发生次数增多的影响,降雨侵蚀力呈不显著增加趋势。季节间的变化格局类似,夏、秋两季均呈不显著的增、减趋势,春、冬两季均呈显著减、增趋势。4月、6月呈显著的减、增趋势。(3)对全年降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力年际变化的贡献程度,季节尺度上均受夏、秋两季尤其夏季影响较大,月尺度上则以7—9月尤其8月影响较大。影响程度在3要素间逐渐增强。53a来3要素的演变特征既有差异,又有巨大协同性。     

Precipitation and Erosivity in Southern Portugal: Seasonal Variability and Trends (1950–2008)

Southern Portugal experiences the lowest amounts of annual precipitation and the highest level of susceptibility to soil erosion, drought events and desertification phenomena in mainland Portugal. The first goal of this paper was to analyse spatial variability and trends in annual precipitation and erosivity in southern mainland Portugal for the period 1950/1951–2007/2008. The second objective was to evaluate seasonality in relation to precipitation distribution, erosivity and concentration over the same period and to evaluate and detect possible changes in the time trend for precipitation erosivity. In order to achieve these objectives, the annual and seasonal precipitation figures, corresponding to data from 90 rain gauges, were analysed and the Modified Fournier Index and Precipitation Concentration Index calculated for each station. The results obtained revealed distinct behaviour patterns for yearly precipitation, erosivity and concentration trends. Decreases in annual precipitation and erosivity figures accompanied by increases in precipitation concentration were found. Nevertheless, no generalised significant trends have been detected for these variables. In seasonal terms, there was a general trend towards an increase in amount, concentration and precipitation erosivity in autumn and summer, and a significantly reducing in winter. The increase in precipitation erosivity, particularly in the autumn, the most water‐erosive season, suggests a rising in potential soil erosion risk in southern Portugal. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

2008-2020年成都地区盛夏降水时空分布特征

为获得成都盛夏降水的时空分布特征,通过2008—2020年中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料,分析了成都地区盛夏7月、8月降水的时空分布特征。结果表明:(1)成都地区盛夏平均降水量总体呈西高东低的分布趋势。(2)成都盛夏以夜间降水为主,雨带明显向东传递,降水峰值主要出现在3:00—4:00,并且中东部在午后还存在一个次峰值。(3)小时强降水的降水量和降水频次的贡献率在空间上分布基本一致,最大值区均位于大邑和邛崃的交界处,低值区出现在西部高海拔地区和简阳地区。(4)2013年、2018年、2020年小时强降水的次数明显偏多,这是由于副高异常偏西偏北导致。(5)成都西部地区小时强降水的频次明显多于其他地区,但极值却偏小,成都地区极端强降水事件更容易出现在3:00左右。综上,通过对成都盛夏降水的研究,为该地区降水监测、城市防洪和防灾减灾等提供决策依据。     

大豆作物降水利用率与生产潜力的研究

结合《国家旱作农业示范区建设项目》的实施,在内蒙古东部区四盟市的七个示范区旗市开展了该项研究工作。历时三年,调查了1978～2001年的降水和粮食产量资料,并进行了相关分析,建立了大豆作物的降水生产潜力模型。     

1960—2019年河南省降水结构时空变化特征

为了研究河南省降水结构变化特征,基于1960—2019年河南省17个气象站点逐日降水数据,运用数理统计、GIS及Mann-Kendall等方法对河南省不同降水历时和降水等级时空变化特征及其变化趋势进行了分析。结果表明:(1)河南省降水发生率随降水历时的增加呈减少趋势,短历时(1～2 d)降水发生率达74.03%,居主导地位。≥5 d降水贡献率最大(26.73%),其次为2 d(26.20%),3 d(18.68%),4 d(14.43%)和1 d(13.96%); 降水发生率随降水等级增加而降低,各等级降水贡献率为23.36%～28.20%,分布较为均衡;(2)降水结构空间差异显著,短历时降水发生率和贡献率呈由南往北逐渐增加趋势,3 d以上历时降水由南向北减少; 小雨发生率和贡献率由东南向西北递增,暴雨发生率和贡献率由东南向西北递减;(3)Mann-Kendall趋势分析表明,各历时降水发生率和贡献率变化趋势基本一致,表现为中短历时(1～3 d)降水上升,长历时降水下降; 各等级降水变化趋势方面,小雨发生率、贡献率呈下降趋势,大雨、暴雨发生率和贡献率呈上升趋势。近60 a来河南省降水结构有向极端强降水转移的态势。     

1960—2017年黄土高原昼夜降水变化特征

为了探究黄土高原气候暖干化背景下的昼夜降水变化规律,利用黄土高原55个气象观测站1960—2017年逐日降水数据,使用线性拟合和空间分析法研究了年际及雨季(5—10月)降水量、降水日数、降水强度及夜雨率等降水指标的变化特征。结果表明:(1)黄土高原历年和雨季的昼夜降水量、降水日数均呈下降趋势,降水强度则呈上升趋势。历年降水量和降水日数下降幅度高于雨季,降水强度上升幅度低于雨季。(2)黄土高原地区雨季昼夜降水指标的空间格局差异明显。雨季降水量和降水强度自东南向西北递减,昼降水日数呈西南和东北偏多、西北偏少,夜降水日数呈西南偏多、西北偏少的空间特征。(3)黄土高原历年及雨季的平均夜降水率分别为50.44%,50.34%。晋豫交界及六盘山以西区域夜雨率高于50%; 陕西西部及中北部、内蒙包头至呼和浩特、祁连山以东等区域夜雨率呈上升趋势,山西中部及东北部、宁夏银川至内蒙鄂托克旗等区域下降趋势明显。综上,黄土高原地区未有明显的夜雨现象。     

气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析

中国北方地区降水资源空间差异较大且种植结构迥异,细致分析北方不同干湿区降水资源的变化规律和分布特征,可为北方地区合理利用降水资源,调节种植结构,适应气候变化提供科学参考。该文利用中国北方15个省市308个气象站点1961-2010年逐日降水资料,以1981年为时间节点,将过去50 a分为1961-1980年和1981-2010年两个时段,基于干旱区、半干旱区和半湿润区划分标准,明确了与1961-1980年相比,1981年以来北方干旱区、半干旱区和半湿润区空间变化特征;依据中国气象局降水量等级标准及春夏秋冬四季划分标准,系统分析了北方三大区域内小雨、中雨、大雨及暴雨各等级降水量和降水日数在全年降水量和降水日数中的比例,以及降水在一年四季中的分配特征。研究结果表明:气候变化背景下,1981年以来西北地区的干旱区面积减少,东北地区的半湿润区面积减少,而半干旱区面积扩大明显。研究时段内干旱区年降水量呈显著增加趋势,最近30a各等级降水量和降水日数均高于1980年之前的20a,其中小雨、中雨等级增加幅度最大;季节变化中,尤以冬季最明显。半干旱区和半湿润区年降水日数均呈显著下降趋势,最近30 a小雨等级降水量和降水日数均有明显下降;夏季和秋季降水量和降水日数均减少,半干旱区夏季降水减少更明显,半湿润区则以秋季减少最为显著。北方地区年内发生的降水事件95%以上是小雨和中雨,小雨和中雨量总计占全年降水量的75%;研究时段内北方地区的小雨频率有不同程度下降,而中雨频率呈升高趋势,干旱区表现尤其明显,其对作物生长季内降水有效利用影响较小。各季节降水分配的变化中,干旱区和半干旱区春季降水贡献率升高,半湿润区秋季降水贡献率降低;干旱区仅夏季降水频率有下降;半干旱区各季节降水频率指标变动最突出,春冬季节降水频率有增加而夏秋季节降水频率在下降;半湿润区春季和冬季降水频率有所增加,而秋季降水频率下降;研究区域内各降水指标极大值主要集中南北两端;干旱区与半干旱区内北疆地区及内蒙古东北部的强降水量、强降水日数大于区域内青海、甘肃、宁夏的中部和南部。所得结论可为明确中国北方地区不同干湿区降水资源变化及种植结构和作物布局调整提供参考。     

气候变化对嘉兴农业的影响及对策

通过对嘉兴市50年来地面观测气象资料及粮食产量资料处理分析,得出:20世纪90年代暖冬多雨水,对春粮生产不利,3-4月雨水多光照少且年际变化大,是春粮产量不稳的重要原因;梅汛期降水增加且集中,对早稻生产形成威胁;9-10月温度适宜,降水较少,光照丰富,对晚稻生产有利。因此,应改变嘉兴农业生产布局、完善熟制改革,以达到充分利用嘉兴农业气候资源优势、增加农业效益的目的。     

基于空间插值逐日降水格点数据的福建省降水时空变化分析

构建可靠的高时空分辨率降水数据集,揭示全球变暖背景下的降水时空变化特征,对于水资源管理与水土流失预防与治理至关重要。利用组合空间插值方法,以福建省1979—2018年400余个站点观测逐日降水数据为原始数据源,得到研究区0.05°×0.05°高空间分辨率逐日降水格点数据集。以此数据集为基础,计算8个极端降水指数和3个降水集中程度指标,分析福建省降水时空变化特征。结果表明：提出的组合空间插值方法可以有效提高逐日降水插值精度,并且数据精度高于目前常用的再分析与卫星遥感降水数据产品;福建沿海地区、闽江下游1日最大降水量、5日最大降水量、强降水量、降水总量、降水强度5个极端降水指标有大面积显著上升趋势;全区域降水集中期以鹫峰山脉-闽江下游-戴云山脉一线为界,西北地区早于6月11日,东南地区则晚于6月11日,与福建省前后汛期时段基本相符;西北地区前汛期雨季有后推趋势,东南地区后汛期雨量有增多趋势。