干旱指标SPI在通辽地区干旱监测评估中的应用

利用标准化降水指数SPI长时间尺度系列,分析了通辽市近50年来年际干旱变化趋势特征,并以科尔沁区为例,分别以1、3、6、12个月为时间尺度分析了近年来的重大旱情,通过对其他台站多次旱情资料分析表明,通辽地区对5—9月的干旱监测,采用1～3个月时间尺度的SPI值,1—4月、10—12月利用6～12个月时间尺度的SPI值作为判断旱情标准比较恰当。该指标计算简便,资料容易获取。     

近50年我国干湿时空变化特征分析

干旱与雨涝是我国影响最大、最常见的气象灾害,分析其发生规律和演变特征,对农业生产、人民生活等各种人类活动有重要意义。本文利用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和帕默尔干旱指数(The Palmer Drought Severity Index,PDSI)对我国近50年干湿趋势的时空变化进行了全面分析。结果表明:SPI和PDSI在表现我国干湿状况上具有较为一致的结果。过去50年我国干湿变化以东经103°为主要分界线,分界线以东呈现自北向南的东北—华北—西南干旱带,而西北的天山及其以北区和青藏高原东部区域为显著变湿的区域。从季节上看,年际的干旱化趋势主要出现在秋季。干旱频率的年代际分布表现为先分散后集中,以60年代最为严重;雨涝则表现为先集中后分散,频率和强度逐年代增加,90年代达到最大值。     

基于SPI的旱涝气候演变及对洪湖水位的影响分析

利用洪湖市气象站逐月降水数据和洪湖水位站水位资料,计算不同时间尺度标准化降水指数(SPI)及其干旱等级,分析洪湖市旱涝气候演变及不同时间尺度旱涝气候事件演变特征,探讨降水量、不同时间尺度SPI与洪湖水位的相关性。结果表明,洪湖市近62年来干旱年和洪涝年频次和等级均相差较小,不同季节旱涝变化及等级频次分布存在一定差异,洪湖市呈湿润化演变趋势,SPI以0.086/10年的速率弱增长,春、秋季SPI呈下降趋势,干旱略加剧,夏、冬季SPI呈增长趋势,洪涝加剧;洪湖水位与降水变化趋势一致,但时间上有所滞后,洪湖水位与SPI具有较好的相关性,相关程度因SPI的时间尺度存在一定差异,其中SPI_3与水位相关性最好,利用3个月时间尺度的SPI_3来监测洪湖水位变化,两者具有很好的一致性,可以采用SPI_3指数监测洪湖水位。     

典型干旱指数在干旱内陆河流域的适用性分析

以中国西北内陆开都-孔雀河流域(以下简称开孔河流域)为研究区,采用1979～2016年该流域的逐日气象观测资料和逐月径流数据,计算了5种气象水文干旱指数:温度降水均一化指标(TPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、径流距平百分比(R_a)、水文干湿指数(d_i)和标准化径流指数(SRI),在比较了干旱指数评价效果的基础上,分析了不同时间尺度下该流域干旱的特征及气象干旱与水文干旱的关系。结果表明:SPEI反映的气象干旱情况比TPI更为接近实际;与R_a、d_i相比,SRI的评价结果与历史水文干旱情况更加吻合;SPEI与SRI间的相关性随着时间尺度的增大而先增加后略降低,在12个月时间尺度下达到最大;开孔河流域不同等级水文干旱出现的频率具有一定的稳定性,它不随SRI在不同时间尺度下的变化而显著变化。     

典型干旱指数在干旱内陆河流域的适用性分析

以中国西北内陆开都-孔雀河流域(以下简称开孔河流域)为研究区,采用1979～2016年该流域的逐日气象观测资料和逐月径流数据,计算了5种气象水文干旱指数:温度降水均一化指标(TPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、径流距平百分比(Ra)、水文干湿指数(di)和标准化径流指数(SRI),在比较了干旱指数评价效果的基础上,分析了不同时间尺度下该流域干旱的特征及气象干旱与水文干旱的关系.结果 表明:SPEI反映的气象干旱情况比TPI更为接近实际;与Ra、di相比,SRI的评价结果与历史水文干旱情况更加吻合;SPEI与SRI间的相关性随着时间尺度的增大而先增加后略降低,在12个月时间尺度下达到最大;开孔河流域不同等级水文干旱出现的频率具有一定的稳定性,它不随SRI在不同时间尺度下的变化而显著变化.     

基于SPI和SRI的马别河流域气象与水文干旱相关性分析

利用马别河流域1982—2015年逐月降水量和径流量资料,采用标准化降雨指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)分析马别河流域气象与水文干旱特征,并探索气象与水文干旱之间的相关性。结果表明,1982—2015年,马别河流域每2～3年会出现1次不同程度的干旱,年尺度上,气象干旱变化趋势不显著;季尺度上,秋旱有显著加重趋势,春、夏、冬三季变化趋势不显著;年尺度上,水文干旱有显著加重的趋势,2000年后水文干旱频率明显增加,干旱年数占1982—2015年水文干旱年数的70%。马别河流域气象与水文干旱之间有紧密的相关性和一定的时滞性,1、3、6、12个月的时间尺度中,12个月尺度的SPI12与SRI12相关性最好,水文干旱滞后气象干旱1个月。     

新疆阿克苏地区气象干旱特征研究

研究区域干旱特征规律能够为干旱风险管理提供技术支撑,利用研究区内9个气象站点1960 ～ 2007年日降水数据,计算SPI 4个时间尺度3、6、9、12个月的干旱指数,分析该地区的干旱程度.在此基础之上,利用马尔可夫链预测随后3年阿克苏地区干旱的概率,与实际情况做比较.结果表明,①12个月时间尺度的结果表明,干旱强度最高的是沙雅,相对干旱频率最大的是库车;6个月时间尺度的结果表明,干旱强度最高的是柯坪,相对干旱频率最大的是拜城和库车.②年平均降水量呈上升趋势,基于SPI的马尔科夫模型的计算结果与阿克苏地区2008 ～ 2010年的气象情况一致.③SPI-12和SPI-6空间分布整体变化趋势一样,但是12个月时间尺度的结果干旱的整体趋势大致是东部比西部要严重;而6个月时间尺度的结果干旱20世纪60年代、80年代、90年代西部的干旱要比东部的严重.     

黑河流域蓝绿水在典型年份的时空差异特征

蓝绿水研究目前主要集中在蓝绿水资源量及其时空分布评价方面,在流域尺度上考虑气候因素的蓝绿水时 空差异研究甚少。 本文选取中国西北干旱内流河地区的黑河流域,采用标准化降水指数( SPI) 和降水距平指数 (M) 2 个指标确定典型年份,并分析不同典型年份(干旱年、湿润年、平水年)的流域蓝绿水时空差异特征。 结果表 明:1)黑河流域的蓝水与绿水的合计深度从降雨量较高的上游到降雨量较低的下游呈现递减趋势;2) 蓝绿水总量 在湿润年份(1998 年,252. 72 亿 m3 )明显大于干旱年份(1978 年,167.73 亿 m3 );3)绿水系数,即蒸散发占水资源总 量的比例,在干旱年份(90.30% )明显高于湿润年份(85.41% )。 同时,降水较低的年份(干旱年份) 或地区( 下游) 绿水占水资源的比例明显高于降水较高的年份(湿润年份)或地区( 上游)。 黑河流域的典型年份蓝绿水数量与时 空差异特征的分析可为探讨气候变化下蓝绿水演变及加强中国内陆河流域绿水资源管理提供参考。      

黑河流域蓝绿水在典型年份的时空差异特征

蓝绿水研究目前主要集中在蓝绿水资源量及其时空分布评价方面,在流域尺度上考虑气候因素的蓝绿水时空差异研究甚少。本文选取中国西北干旱内流河地区的黑河流域,采用标准化降水指数(SPI)和降水距平指数(M)2个指标确定典型年份,并分析不同典型年份(干旱年、湿润年、平水年)的流域蓝绿水时空差异特征。结果表明:1)黑河流域的蓝水与绿水的合计深度从降雨量较高的上游到降雨量较低的下游呈现递减趋势;2)蓝绿水总量在湿润年份(1998年,252.72亿m3)明显大于干旱年份(1978年,167.73亿m3);3)绿水系数,即蒸散发占水资源总量的比例,在干旱年份(90.30%)明显高于湿润年份(85.41%)。同时,降水较低的年份(干旱年份)或地区(下游)绿水占水资源的比例明显高于降水较高的年份(湿润年份)或地区(上游)。黑河流域的典型年份蓝绿水数量与时空差异特征的分析可为探讨气候变化下蓝绿水演变及加强中国内陆河流域绿水资源管理提供参考。     

基于VIC模型构建的综合干旱指数在黄河流域的应用

【目的】研究黄河流域年内和年际尺度的干旱特征,为评估干旱、半干旱地区极端气候提供参考。【方法】基于VIC模型划分0.5°×0.5°经纬网,结合黄河流域多年降水资料,将子流域所有网格日径流取均值,采用GPP(Gringorten plotting position)算法构建非参数多变量综合干旱指数(Non-parametric multivariate standardized drought index,NMSDI),并在黄河流域进行了实例应用。【结果】(1)在6个月尺度上,干旱初期NMSDI指数与标准化降水指数(Standardized precipitation index,SPI)类似,末期与标准化流量指数(Standardized streamnow index,SSI)类似。(2)黄河上游及北部干旱较其他区域更为严重,旱灾风险春夏高、秋冬低。(3)黄河流域年内和年际的NMSDI指数以降低为主,但R/S分析表明,降低的趋势在未来有所减缓。(4)黄河流域年际NMSDI系列趋于稳定,仅渭河流域在1991年出现突变,可能是气候变化与人类活动耦合的结果。【结论】与传统的干旱指标相比,NMSDI综合了气象、水文干旱指标的特点且不依赖于假设的分布函数,可以有效捕获干旱状态,同时避免了不同指标之间不能直接比较的不足,在研究流域有较好的适用性。     

1965—2015年海河流域干旱时空变化特征分析

基于海河流域1965—2015年月降水和气温数据,利用标准化降水蒸发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）、Mann-Kendall检验和经验正交函数(Empirical Orthogonal Function, EOF)分析等方法,分析海河流域干旱时空特征。结果表明：1）就时间变化来看,年、春、夏季SPEI序列呈干旱化趋势,秋季呈湿润化趋势,仅夏季干旱变化通过了0.05显著性检验。年、季干旱发生频率表明春旱显著,各年代干旱站次比表明近51年来干旱范围有所增加。2）就空间变化来看,中等干旱在年、夏季集中于永定河系的东部、大清河系及北三河系,春、秋季集中于滦河河系、大清河系及漳卫河系的西部;轻度干旱在年、春、夏季集中于滦河河系、北三河系、大清河系,秋季集中于永定河系、子牙河系及漳卫河系。年、春、夏季在流域范围内呈干旱化趋势,秋季在永定河系、大清河系、北三河系及滦河河系呈湿润化趋势。3）就空间模态来看,近51年来海河流域第一模态的年、季主要时空分布型为全流域一致型,第二模态的年、夏、秋季主要时空分布型为南部—北部反向分布型,春季呈西北部—东南部反向分布型。     

基于综合气象干旱指数的石羊河流域近50年气象干旱特征分析

借助数理统计理论和GIS空间分析技术,利用综合气象干旱指数(composite index,CI),根据石羊河流域5个气象站1961-2010年实测气象资料,对石羊河流域近50a的干旱在时空上的变化特征进行分析.首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度和不同等级干旱发生的多年平均日数.分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,秋季极大值在武威.(2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有22 a、11a,冬季最少只有4a.(3)石羊河流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性.(4)干旱发生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响.研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据.     

华北平原植被动态对气象干旱的响应特征

基于中国华北平原1982—2012年NDVI和不同时间尺度SPI/SPEI数据,分析了植被绿度年际波动对气象干旱时间尺度的响应特征。结果表明:华北平原干旱对春季植被绿度的影响强于夏季,对北部的影响强于南部;植被绿度对长期干旱的响应更明显,但局部和季节差异非常明显,北部植被响应干旱的时间尺度较南部短;生长季水分亏缺是其植被干旱脆弱性的主导因素。     

渭河流域气象干旱向农业干旱的传播研究

为探究渭河流域不同子流域和土地利用类型的气象、农业干旱传播规律,基于研究区1980—2014年的气象数据,使用标准化降水指数和标准化土壤湿度指数分别表征气象干旱和农业干旱,采用皮尔逊相关系数和de Martonne干燥度指数,评估气象和农业干旱的传播时间和响应关系,并通过游程理论提取气象干旱与农业干旱历时、烈度,同时利用 Copula 函数度量气象干旱到农业干旱的传播阈值和农业干旱风险特征。结果表明:1)渭河干流和泾河流域气象干旱向农业干旱的传播时间为3个月,北洛河流域的干旱传播时间为2个月;2)水热条件变化对干旱传播有一定影响,这种影响沿干燥度梯度呈分段变化;3)不同子流域和土地利用类型的抗旱性不同,其中各子流域的草地及泾河、北洛河流域的林地干旱传播阈值较小,易发农业干旱;4)各分区气象干旱传播到农业干旱后历时延长、烈度增大,泾河、北洛河流域耕地的扩大作用最强。本研究可为评估不同干旱类型之间的响应关系,构建流域干旱预警系统提供新思路。     

Comparing water-vegetative indices for rice (Oryza sativa L.)-wheat (Triticum aestivum L.) drought assessment

Drought indices (DI) are an useful tool for assessing different sectarian droughts. Standardized Precipitation Index (SPI) has been used worldwide to assess/monitor the onset, active phase, cessation and severity of drought. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) provides a comprehensive vegetation dynamics, which directly linked with rainfall received in a particular region. Indo-Gangetic Region (IGR), providing employment and livelihood to tens of millions of rural families directly or indirectly and rice (Oryza sativa L.)-wheat (Triticum aestivum L.) (RW) system of the Indo-Gangetic Plains (IGP) contributes 80% of the total cereal production and is critical to food security of the region. This study tries to verify the applicability of water-vegetative indices viz., SPI, Rainfall Index (RI) and NDVI for drought assessment of rice-wheat system productivity over IGR-India. The relationship between monsoon rainfall and NDVI shows that at around 1100 mm rainfall, the NDVI reached saturation point and no further significant increase in NDVI with increase of rainfall is noticed. Even though, there was a positive correlation of seasonal monsoon rainfall and average NDVI, conflicting results are noticed between monthly distribution of rainfall and monthly anomaly of NDVI over IGR States. It is noticed that June dif NDVI (actual NDVI-mean NDVI) contributes more to rice productivity followed by July. However, the combined effect of June, July and August, explains 15% of the variation of Kharif Rice Productivity Index (KRPI). As far as wheat is concerned, statistically significant relation was found between Wheat Productivity Index (WPI) and anomaly NDVI during December-March. This explains 35% of the variability in WPI.     

信阳地区冬小麦生育期水分供需及干旱特征

旱涝灾害是影响信阳地区农业经济发展的重要因素,分析信阳地区近50 a冬小麦生育期水分供需及干旱特征,可为冬小麦生产合理布局、合理用水以及防灾减灾政策的制定提供理论参考。基于信阳地区1962—2011年9个气象站点日尺度数据,通过估算冬小麦全生育期和各生育阶段有效降水量和需水量,计算水分盈亏指数,分析水分供需时空变化特征,并利用不同时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)进行干旱特征研究。结果表明:冬小麦生育期需水量空间分布主要呈现西北部和东南部较高,而中部地区相对较低的特征,变化趋势以增加趋势为主;冬小麦生育期水分盈亏指数表明水分亏缺,西北部相对于中南部水分缺乏更为严重,变化趋势以减少趋势为主;冬小麦全生育期SPI值呈现不显著下降趋势,其变化幅度为0.125·10 a^-1,冬小麦冬前生长期、返青抽穗期和灌浆成熟期SPI值呈现不同程度的不显著减少趋势,而越冬期SPI值则呈现不显著的增加趋势;各生育阶段干旱发生状况存在差异,不同生育阶段轻旱发生频率和中旱发生频率亦存在差异,北部冬小麦生育期发生轻度以上干旱频率较高,西部和南部冬小麦生育期发生中度以上干旱频率较高。综上,信阳地区冬小麦生育期水分呈亏缺状态,各生育阶段的干旱状况存在差异。     

3种旱涝指标在郑州市干旱分析中的对比研究

利用郑州气象站50年（1959-2008）的月降水资料和气温资料,分别计算标准化降水指数（SPI）、Z指数和综合气象干旱指数（CI）,并对这3种旱涝指标的计算结果进行对比分析。结果表明,SPI指数具有优越的计算稳定性,但由于没有考虑水分的支出,则易夸大旱涝的等级;Z指数与降水的时空分布有关,参考的划分界限不适合郑州的实情;CI指数考虑了最近的降水情况,同时考虑了水分的收支情况,能够较好的表征郑州市的旱涝情况,最后选定CI指数作为郑州地区旱涝等级划分的指标。     

安徽省淮河流域农业旱灾风险正态云模型评估

为合理评估农业旱灾风险,文章从危险性、暴露性、灾损敏感性、抗旱能力四个方面分析安徽省各地区农业旱灾风险等级,建立正态云评估模型。结果表明,淮北、亳州、宿州、蚌埠、阜阳农业旱灾风险为中险;淮南、合肥淮河流域、滁州淮河流域、六安淮河流域为轻险。评估模型可实现评语与评估指标值间不确定映射,体现旱灾评估随机性,为安徽省淮河流域农业旱灾防控提供科学决策参考。     

ARIMA模型在河南省PDSI旱度模式预测中的应用(英文)

[目的]构建准确度较高的旱情预测模型。[方法]采用ARIMA回归模型,对已经建立的河南省帕默尔旱度模式(PDSI)时间序列进行分析建模,借助DPS数据处理软件构建未来干旱预测模型。[结果]通过选取合适的参数,能够较好地预测未来干旱发生的可能性。[结论]ARIMA模型在PDSI的干旱的分析和预测上具有一定的实用性和较好的预测精度。     

川渝地区夏季干旱气候特征及成因分析

利用1979—2011年英国东英吉利大学气候研究中心（CRU）整理的地面月降水资料和日本气象厅（JMA）加工的全球高空等压面月平均气象场再分析资料,采用标准化降水指数（SPI）,确定了川渝地区典型干旱年,讨论了川渝地区夏季典型干旱的气候特征及其大气环流特征。结果表明：川渝地区夏季典型干旱年具有气温高、降水少的气候特征;东亚中纬度盛行纬向气流,西风锋区偏北,冷空气多偏北东移,川渝地区及其我国北方大部分地区受大陆带状高压控制。500 hPa带状高压与100 hPa南亚高压中心位置基本一致,且500 hPa高压中心与温度场的暖中心相对应,是持续性川渝夏季干旱具有近似正压结构的典型环流特征;同时川渝地区夏季干旱年对流层低层从云贵高原到四川盆地的西南气流明显偏弱,风场距平合成表明,云贵高原到川渝地区为东北距平风,距平风场上华南地区为明显的气旋式环流;川渝地区夏季典型干旱年整层西南气流水汽输送与常年比较明显偏小。