宁夏干旱的时空特征与大气环流响应关系

[目的]探究宁夏地区干旱时空变化特征及其原因,对于干旱预防与应对决策具有重要意义。[方法]基于宁夏自治区24个气象站点逐日资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)。运用MK非参数检验与反距离权重插值分析了不同尺度下的干旱时空变化,通过Person相关系数分析定量分析了宁夏干旱指数对于大气环流的响应,[结果](1)1982—2020年各尺度SPEI干旱指数经历了增大—减小—增大的过程,并在1990—2010年旱频发。(2)季尺度干旱指数空间分布差异明显,春季干旱频率较大,主要分布在北部的引黄灌区,且中旱、重旱较多,春季、夏季的干旱呈明显加重趋势,秋、冬季则呈湿润趋势,但秋、冬季干旱烈度相对春、夏季更为强烈。(3)ENSO暖事件期间宁夏SPEI值有减小趋势,ENSO冷事件期间SPEI指数有增加趋势,ENSO暖事件期间相对于ENSO冷事件期间更为干旱。(4)宁夏全境受到NAO与AO指数影响明显,无滞后关系,SOI指数滞后4个月与宁夏SPEI值相关性最大,主要影响宁夏的北部地区,PDO指数滞后6个月相关性最为显著,MEI指数滞与ENSO指数分别滞后3个月与5个月相关性最好,但与宁夏地区干旱相关性较弱。[结论]干旱是宁夏的主要气象灾害,分析宁夏地区的干旱的时空变化与大气环流的响应关系,可为宁夏地区的干旱事件预防和气候变化区域适应对策提供参考。     

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。     

锡林河流域水文干旱演变特征及影响因素分析

利用1982—2018年锡林浩特气象站和水文站的降水、气温、径流等数据,通过计算气象水文干旱指数,并采用交叉小波分析、累积距平、游程理论等方法探究锡林河流域水文干旱演变特征及主导因素。结果表明:1982—2016年,锡林河流域降水量与潜在蒸散发量呈逐年增加的趋势,而径流深则呈现逐年减小的趋势;锡林河流域上游区域夏季和冬季的旱情等级较高,自2000年以来,甚至出现夏季与冬季连旱的情况,故高温和低温均是可能引发锡林河流域干旱的重要原因;交叉小波分析发现,气象干旱与水文干旱的滞后关系会有所改变,不是所有区域都表现出水文干旱滞后于气象干旱;人类活动和气候变化在1990—1998年、1999—2016年对出现水文干旱的影响程度分别为67.7%,55.6%和32.3%,44.4%,呈逐年减小的趋势。     

不同时间尺度下气象干旱向水文干旱传播过程

利用黔中地区1970—2016年逐月降水以及径流计算标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SSI）,分别表征气象、水文干旱,采用游程理论等方法分析了该地区不同时间尺度的气象水文干旱动态变化特征,并以交叉关联函数以及干旱传播阈值等方法探求不同时间尺度上气象干旱向水文干旱传播时间。结果表明：（1）黔中地区气象水文干旱化态势以上升趋势为主,重度和极端干旱发生的频数增加,长时间尺度上,气象与水文干旱特征具有一定的同步性。（2）不同季节上干旱传播时间（PT）不同,春季PTs在1~5个月,夏季PTs在1~3个月,秋季PTs在1~4个月,冬季PTs为1~3个月。（3）在地形地貌影响下,不同时间尺度的PTs不同。3个月时间尺度下,阳长、高车和麦翁的PTs为1.36,2.00,1.58个月;6个月时间尺度下,PTs为2.75,2.55,3.00个月;12个月时间尺度下,PTs为3.33,2.56,7.17个月。     

云贵高原区干旱遥感监测中各干旱指数的应用对比

为从年和月尺度上监测云贵地区2000—2014年的干湿变化情况以及蒸散发在干旱中的作用,该文利用MODIS MOD16遥感观测和GLDAS数据模拟逐月实际蒸散发(ETa)与潜在蒸散发(ETp)数据,结合气象站观测降水数据计算3种干旱指数(标准化降水指数SPI,侦测干旱指数RDIst及蒸散发胁迫指数ESI),通过Mann-Kendall趋势检验方法分析了云贵地区近15 a的干湿变化特征,并以2009—2010年西南干旱为例来分析干旱期间蒸散发的作用。结果表明:1)2000—2014年云南中部存在明显的干旱化现象;2)云贵地区2009—2010年干旱期间,ETa和ETp在干旱发展前期的作用较小,但在干旱的演变过程中,逐渐对干旱有加剧作用,其中ETa比ETp对干旱的影响时间更长;3)干旱指数SPI和RDIst受控于降水量的变化,一致反映云贵地区2009—2010年严重干旱的准确发生时间为2009-09—2010-02,而基于ETa和ETp的干旱指数ESI则显示云贵地区干旱发生在2009-11—2010-06,更符合实际干旱演变情况,说明同时考虑ETa和ETp的干旱指数比考虑单一蒸散发因素的干旱指数在监测干旱方面更有效。该研究为提高气象干旱监测可靠性提供了参考。     

基于改进帕默尔干旱指数的中国气象干旱时空演变分析

近几十年来随着全球变暖的不断加剧,中国多地频繁发生干旱灾害,经济损失也越来越大,因而研究干旱的时空演变对社会经济发展具有重要的现实意义。论文基于改进帕默尔干旱指数(sc PDSI)分析了1961—2009年间年和四季干湿变化,并利用旋转经验正交函数(rotated empirical orthogonal function,REOF)探讨了中国气象干旱的时空演变特征。结果表明:1)近49 a来,整体上中国年和四季均呈显著变湿趋势,且均在20世纪70年代初期发生了由干变湿的突变;2)年及四季均存在2~8 a的振荡周期,其中夏季主周期为4.4 a,其余主周期均为6.2 a;3)根据REOF时空分解的前8个空间模态,将中国划分成8个干湿特征区域,其中大兴安岭地区、东南地区、西北地区和青藏高原南部地区有变湿趋势,后两个区域变湿趋势显著;东北—内蒙古高原区、青藏高原北部地区、中部地区和黄淮海平原地区呈变干趋势,前3个区变干趋势显著,黄淮海平原分区干湿变化不明显;各分区普遍具有2~9 a的振荡周期;4)极涡指数、印度洋偶极子和太平洋涛动与部分地区气象干旱有较好的相关关系。研究结果可为研究区防旱、抗旱与干旱预测提供参考依据。     

近40年三江平原极端降水时空变化特征分析

研究区域尺度极端降水时空格局有助于区域整体性评估降水可能带来的风险。以三江平原21个气象站点1979—2014年逐日降水量观测资料为基础,选取了11个极端降水指数,应用气候倾向率、克里金插值法、Mann-Kendall非参数检验、累积距平、R/S分析法和相关分析法,从降水强度、降水频率等方面分析了近40 a三江平原极端降水时空变化特征,并对极端降水指数进行了趋势预测。研究表明:(1)近40 a三江平原极端降水指数整体呈减少趋势,且降水量减少主要表现为降水强度降低;其中持续干燥日数(CDD)、普通日降水强度(SDII)、5日最大降水量(RX5day)存在明显突变现象,均在2000年左右发生"由多到少"的突变;(2)极端降水指数变化趋势存在显著空间差异,RX1day,RX5day,R99p呈减少趋势的站点所占比例分别为52.4%,61.9%,61.9%;年降水总量(PRCPTOT)整体呈现"西北、东南地区上升趋势显著,东北、西南地区以下降趋势为主"的降水分布格局,极端降水总量(R99P)上升幅度较大的地区主要集中于平原中部的宝清县;(3)根据极端降水指数的历史变化趋势与Hurst指数叠加结果预测可知,未来极端降水指数基本呈上升趋势。研究结果可为三江平原农业区充分利用天然降水、预估农业气象灾害影响提供科学依据。     

基于信息扩散和分形技术的玉米干旱特征分析

为研究区域农业干旱时空分布特征,以及干旱对作物产量的影响,建立了基于信息扩散和分形技术的农业干旱特征量化分析模型。以西安市为典型研究区,根据1951—2010年降水、气温资料和1949—2015年玉米产量等数据,利用该文提出的评估指标和技术方法对西安市玉米干旱特征分析计算,验证了模型的有效性。结果表明:1)60年来,西安市玉米共发生30次气象干旱,平均2年1次。2001—2010年以来,频次增多,平均1.25年1次。气象干旱发生的时间具有分形特征,经大量试验,发现当计算样本数量约14时,重标极差方法可取得很好效果。2)玉米气象干旱的程度呈现很缓慢上升趋势,Hurst指数0.930 7,而玉米趋势产量波动上升,玉米当前(2011—2015年)平均趋势产量为5 468 kg/hm~2,作物干旱程度(减产率)呈缓慢下降趋势。3)玉米气象干旱程度和作物干旱程度相关性不明显,但两者变化周期基本相同,经信息扩散技术处理后,趋势呈现明显波峰、波谷交替变化。4)预测西安市2023年(第40个干旱年)气象干旱程度约1.2,按照当前的抗旱能力和技术水平,产量损失估计约1.35%,预估玉米单产约5 394 kg/hm~2。该研究尝试基于信息扩散和分形技术对西安市玉米干旱发生时间和程度的特征进行分析,为该地区玉米干旱防灾减灾提供技术参考。     

基于农业干旱参考指数的西南地区玉米干旱时空变化分析

西南地区是中国玉米主要产区之一,干旱是该地区最主要的农业气象灾害,研究干旱时空分布特征及规律对西南地区玉米种植布局和防旱减灾有重大意义。该文收集西南地区玉米种植区60个代表气象站50a(1960年-2010年)的气象资料和玉米作物资料,选用基于土壤-植被-大气系统并以天为时间尺度的农业干旱参考指数(ARID)作为干旱指标,研究西南地区玉米生育期内干旱频率空间分布特征,并分析近50a干旱发生的年代际变化,验证ARID在西南地区的适用性。结果表明:1)近50a来西南地区发生的干旱具有显著的区域特征,高发区位于云南中北和东北部以及四川南部;其次为川东北的广元地区、川西南山地以及滇西北、滇南部的元江地区;少发区位于重庆大部、贵州北部等地区。2)阶段性干旱明显,受旱频率最高的时段为出苗至拔节期,受旱频率最低在抽雄至灌浆期,且随着发育进程,干旱有向东部转移的趋势。3)西南地区各分区玉米生长季内ARID变化差异较大,总体上来看干旱程度大多处于轻旱,个别区域处于中旱,或者在轻旱与中旱之间波动。4)ARID的年际变化特征表明:20世纪80年代受干旱影响最低,21世纪初受干旱影响最严重。     

基于传统干湿指数的省域长历时气象干旱变化特征及其对旱作粮食单产的影响

干旱是陕西省主要的气象灾害之一,干旱频发对农业生产、社会经济发展和生态环境等诸多方面均造成了严重影响。通过选取陕西省22个气象站点1960—2017年逐日地面气象数据,基于传统的潜在蒸散与降水量之比构成的干湿指数,由FAO56-PM潜在蒸散量对干旱指标进行重新界定,从长时序上分析了陕西省气象干旱的时空变化特征。结果表明:(1)由FAO56-PM公式重新界定的湿润、半湿润、半干旱、干旱、干燥气候分区界限值分别为0.58,1.17,1.77,2.36,4.74,全省大多数地区年干燥度呈增加趋势,主要集中在陕北南部与关中地区;(2)全省各站点多年平均年干燥度整体呈由北向南逐渐减小分布,干湿气候界线年代际波动较明显;(3)全省多年干旱发生频率整体呈增加趋势,分布情况为从陕北向关中先逐渐减小后又略微增大,再从关中向陕南又逐渐减小。春、秋、冬季干旱频率都为增加趋势,夏季为减少趋势;(4)省内北部干旱程度大于南部,不旱年数从陕南向陕北依次减少,微旱多发于陕南地区,中旱为关中地区,大旱为陕北地区,微旱和中旱多发于夏季,大旱主要发生于冬季与春季;(5)以旱作为主的陕北地区干燥度与降水量对单位面积粮食产量的影响较为显著。     

三江平原土壤湿度变化及其对气象条件的响应

了解土壤湿度的时空变化特征与规律,对充分利用土壤水分资源及应对气候变化有重要意义。基于三江平原23个农业气象站1982—2017年土壤湿度、同期气温、降水等数据,采用统计分析、M-K突变检验等方法,分析了0—50 cm土壤湿度的趋势变化特征及其与气温、降水气候因子的关系。结果表明:(1)近37年来三江平原地中0—30 cm,40—50 cm土壤相对湿度呈显著降低趋势,并呈阶段性变化,突变年在1997年;30—40 cm土壤相对湿度无显著变化;各层土壤相对湿度垂直方向呈现中间层(30—40 cm)土壤相对湿度最大,上下层递减的趋势。土壤相对湿度的空间分布存在差异,土壤相对湿度由北到南、由东到西递减趋势。(2)三江平原气温、降水量对各层土壤相对湿度影响程度不同。0—20 cm土壤相对湿度主要受4—9月生长季气温、降水量的协同作用影响,20—30 cm和40—50 cm土壤相对湿度分别受4—9月生长季的气温和降水作用的影响;而30—40 cm土壤相对湿度受气温和降水作用的影响不大。总之近37年来三江平原土壤相对湿度的变化存有差异,1982—1996年、1997—2013年、2014年后各层土壤相对湿度分别处于相对较高(偏湿)、较低(正常)、较高(偏湿)阶段。4—9月生长季的气温和降水是影响三江平原土壤相对湿度变化的主要气象因子。     

基于Copula函数的湘江流域气象干旱向水文干旱传播特性

水文干旱的发生往往与气象干旱的发生密切相关,因此揭示两者间的响应关系对干旱预警及水资源管理具有极其重要意义。该研究以湘江流域为研究对象,采用标准化降水指数(standard precipitation index,SPI)和标准化径流指数(standard runoff index,SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,采用皮尔逊相关系数确定干旱响应时间,并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,分析湘江流域上、中、下游不同季节干旱的趋势性及周期性,最后建立基于Copula函数耦合贝叶斯网络模型的气象-水文干旱特征响应概率曲线。结果表明:湘江流域气象干旱到水文干旱的传播时间为2个月,阈值组合[0.5、0、-0.5]相较于组合[0、-0.3、-0.5]识别得到的干旱事件更优;下游发生水文干旱的情况最为严重,中游气象干旱最为严重,整体上水文干旱发生历时和烈度的最大值均大于气象干旱;流域整体有湿润化趋势,但是在夏季和秋季,存在干旱化的趋势;干湿变化存在几个较为明显的震荡周期,分别为3～5、6～10和18～21 a;对于联合分布函数,除了上游和下游气象-水文干旱烈度的最优联合分布为Gumbel C...     

基于图像三维连通性识别方法的长江流域干旱事件特征

全球变化背景下,干旱事件频发给区域水资源管理和社会经济可持续发展带来了巨大挑战,科学合理地辨识干旱发生发展过程一直是干旱研究领域的前沿与难点。该研究将图像三维连通性识别方法应用于气象干旱事件的识别和提取。在长江流域的应用表明此方法识别出的干旱事件与历史记录的吻合度较高,能有效识别气象干旱事件。基于1960—2015年标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI),长江流域共发生281场气象干旱事件,其中长历时干旱事件(历时大于4个月)64场。长历时干旱事件在流域中部发生次数多于东部和西部,2000年之后的发生频次、干旱面积和干旱强度大于2000年之前,单场事件发展方向以西北和东南为主。整体上,干旱事件发生频次和干旱强度在长江流域中部呈增加趋势,在流域东部和西部呈减小趋势。该研究有助于探索长江流域干旱事件发展演变规律。     

近50年气候驱动下三江平原粮食生产潜力时空演变分析

三江平原作为中国重要的商品粮基地,近年来区域气候变化显著。运用GAEZ模型定量测算了1961—2010年三江平原粮食生产潜力,从整体状况、年际变化、县域差异等角度对近50年以来气候变化导致其粮食生产潜力演变的时空格局进行了分析,旨在为该区种植结构调整及产能保护提供依据。结果表明:(1)1961—2010年三江平原粮食平均生产潜力整体呈现波动性增长态势,每10a粮食生产潜力增长量为140.39kg/hm2,年均增长率为0.60%;1991—2010年的粮食生产潜力呈增加态势但稳定性较低,波动频繁且幅度较大;(2)三江平原粮食生产潜力变化具有显著的县域差异性,北部的友谊县、富锦市等县域粮食生产潜力较大,而南部的穆棱市、勃利县等县域粮食生产潜力较低,且集贤县、密山市、虎林市等县域粮食生产潜力的年均增长率较高,均在0.70%以上,但穆棱市粮食生产潜力年均增长率最小,仅为0.24%;(3)三江平原粮食生产潜力除西部和南部部分区域呈负增长趋势外,其余地区均呈正增长趋势;各地区正向增长的程度有所差异,东南部的部分区域的正向增长程度较高,中部的部分区域的正向增长程度较低。     

华南晚稻干旱影响评估及其时空变化规律

根据华南(广东、广西)174个县晚稻产量及生育期资料,采用逐日气象干旱指数(DI)计算各个生育期干旱指数,建立晚稻干旱灾害评估模型并对干旱灾害时空特征进行分析。结果表明:(1)近30a(1981-2010)华南平均晚稻干旱年频率为7.1%,以轻旱为主,中旱及以上干旱基本不发生,区域平均干旱减产率为0.66%。晚稻干旱主要发生在播种-三叶期和乳熟-成熟期。(2)华南晚稻干旱频率及减产率均呈西高东低分布,干旱频率大于10%且减产率大于1%的区域主要集中在广西东北部。(3)近30a华南晚稻干旱减产率最大的6a依次为1992、1990、1989、1991、2009、2004年。区域平均看,近30a华南晚稻播种-三叶期干旱有显著减轻趋势,但乳熟-成熟期及全生育期干旱无显著变化趋势。(4)空间分布看,晚稻全生育期干旱趋于增强的站点占69%,但仅3.4%的站点增强趋势达显著水平。乳熟-成熟期干旱趋于增强的站点占94.8%,其中增强趋势显著的占36.2%,主要分布在广西大部和广东偏北地区。播种-三叶期干旱趋于减轻的站点占75.9%,其中减轻趋势显著的占16.1%,分布在广西的崇左至梧州一带。研究结果可为开展防旱减灾工作、制定气候变化适应政策和环境外交提供科学依据。     

山东省干旱时空分布特征及其与ENSO的相关性

基于山东省15个气象台站1964—2010年的逐月降水和平均气温资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了山东省不同时间尺度干旱发生频率,利用Mann-Kendall非参数检验法和Arcgis软件,对近50年山东省干旱的时空变化趋势进行分析。为了研究厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)对山东省干旱的影响,运用连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析SPEI与ENSO指数(多变量ENSO指数,MEI)的相关关系和周期特征。结果表明:多时间尺度的SPEI值可以较好地反映山东省的干旱情况;不同时间尺度的SPEI值随时间变化的敏感性存在明显差异,时间尺度越小,变化幅度越大。近50年山东地区呈现明显的增暖趋势,其中东部增温最为显著,降水减少和温度升高使山东气候趋于"暖干化",加剧山东省干旱程度。空间变化趋势上,山东省年SPEI和山东省年降水的空间分布具有一致性,总体有西部变湿润、东部变干的趋势。在干旱发生时间尺度上,月尺度干旱发生频率高于年尺度干旱发生频率,四季中春、秋季干旱最为严重。春旱和秋旱以鲁西和鲁西北平原发生频率最高,各地区之间差异明显。ENSO暖事件时,山东易旱;ENSO冷事件时,干旱减少。SPEI存在1~2.5 a尺度的年际振荡周期特征,呈现了与MEI指数相似的变化特征。高能量区,SPEI和MEI存在5~6 a的共振周期,SPEI较MEI提前1~2个月;低能量区,SPEI与MEI存在3~3.8 a呈负相位的共振周期。     

淮河上游植被对气象干旱的响应

淮河流域是我国重要的农业基地之一,探究植被对气象干旱的响应规律有助于指导该地区的农业生产及生态保护。基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和植被状态指数(VCI),采用线性趋势法探讨了淮河上游王家坝以上流域2000—2014年气象干旱及植被时空变化,并通过年最大相关系数(YR_(max))和季最大相关系数(SR_(max))分析了植被在年际和不同季节对气象干旱的响应特征。结果表明:(1)研究区SPEI整体以-0.089/a速率呈非显著干旱化趋势,淮河以北地区干旱化趋势相对明显;(2)研究区VCI整体以0.053/a速率呈显著上升趋势,整体植被状况逐渐好转,VCI显著下降的区域多分布于城镇附近;(3)年际上,78.4%的区域内VCI与SPEI显著相关,不同植被受气象干旱影响程度和敏感性整体差异不大;(4)春季和冬季植被受气象干旱影响的面积较广,分别有68.9%和64.8%的区域内VCI与SPEI显著相关,分布于流域西南、南部、北部和东部。夏季和秋季分别有31.3%和15.0%的区域内VCI与SPEI显著相关,夏季集中分布于流域中部,而秋季分布则比较零散;(5)春季和冬季不同植被的SR_(max)整体差异较小,春季冬小麦和草地对气象干旱比较敏感,而冬季各类植被的敏感性差异不大。夏季和秋季各类植被的SR_(max)整体上存在一定差异,但均未表现出显著相关性,植被普遍对4个月以下尺度的气象干旱敏感。2000—2014年淮河上游地区植被对气象干旱响应特征的空间差异性较大,研究结果可为变化环境下的农业生产和生态保护政策制定提供理论支撑。     

基于2种标准化干旱指数分析秦皇岛近50年干旱状况

为了分析SPEI是否相对于SPI更适合于气候变暖背景下秦皇岛的干旱监测与评估,为更精确地诊断该区干旱发生状况提供依据,以河北秦皇岛1964—2014年逐日降水及温度资料为基础,分析比较标准化降水指标(SPI)和标准化降水蒸散指标(SPEI)对秦皇岛干旱监测的差异及秦皇岛地区近50年干旱变化趋势。结果表明:50年来秦皇岛干旱发生的频次逐渐增多,且干旱程度也较过去有所加重,春季、夏季、冬季呈干旱化趋势,秋季呈增湿趋势;两个指数在同一季节指示的干湿状况演变趋势是一样的;1989年以前,秦皇岛市气温距平值基本为负值,在这期间SPI与SPEI数值变动趋势较为一致且在发生干旱的年份SPI与SPEI数值之间差异不大,但在1989年以后,随着秦皇岛市气温距平值由负转为连续多年正值,两个指数差异增大,SPEI在监测到干旱发生时,干旱程度较SPI监测的结果更重也更接近实际情况,所以得出SPEI更能有效地反映出全球变暖背景下秦皇岛干旱发生发展情况。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。     

基于Copula函数的汉江流域水文干旱风险研究

研究汉江流域水文干旱风险及驱动因素,为区域干旱预警和水资源管理提供参考。选用1964—2016年汉江流域白河、黄家港和沙洋3个水文站逐月实测径流资料,采用标准化径流指数SRI进行水文干旱分析,基于游程理论进行干旱特征变量识别,运用Copula函数计算干旱特征变量之间的联合累积概率,分析了联合重现期和同现重现期。结果表明:(1)在1964—2016年,白河站共发生水文干旱事件54次,干旱发生频繁但旱情较轻; 黄家港和沙洋站分别发生干旱事件34,32次,发生频次相对较少但旱情较重,旱情总体呈现从上游向下游加重的趋势;(2)随着干旱特征变量值增大,联合累积概率值也增大,但增大趋势变缓;(3)两变量重现期随着单变量取值增大而增大,但在相同增幅情况下,同现重现期的增幅要明显高于联合重现期;(4)当白河站干旱历时和烈度达到最大时,水文干旱事件的联合重现期为50 a左右,同现重现期为1 600 a左右,黄家港与沙洋站呈现出与白河站大致相同的趋势;(5)人类活动是1991年以来汉江流域径流减少的主要原因,对白河和沙洋站径流变化的贡献率分别为59.6%和69.2%,是汉江流域水文干旱加重的主导因素。研究显示汉江流域下游旱情较上游重,且持续受人类活动影响,应增强变化环境下区域干旱风险应对能力。