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。     

1961—2020年东北三省干旱时空分布特征

【目的】分析1961—2020年东北三省干旱时空分布格局。【方法】基于1961—2020年东北三省的86个气象站实测数据,计算1961—2020年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并结合游程理论、Mann-Kendall检验、经验正交函数（EOF）分解等方法对东北三省的干旱时空变化特征进行分析。【结果】年尺度上,SPEI均呈缓慢减小趋势,但整体上高于-2.0,无显著突变点,干旱发生频率为25.5%～37.6%,中旱、重旱、特旱发生的频率自西向东呈“高-低-高”、“中间高两边低”、“逐渐降低”的分布规律;季尺度上,春夏秋季呈下降趋势,冬季呈现上升趋势,这表明冬季东北三省干旱有所减轻,而春夏秋三季的干旱有所加重,干旱在空间上发生的频次为春季>冬季>夏季>秋季;干旱历时越长其干旱烈度越小,代表站点越干旱;年际尺度上EOF分解得到的前4个特征向量和四季尺度分解得到的第一个特征向量的主要空间模态表现为全区一致、南北反向分布特征。【结论】东北三省除春季和冬季外,年和其余两季SPEI都呈现出下降趋势,其中南部干旱有加重趋势,北部呈现湿润趋势。     

甘肃省1961―2018年降水量时空分布与变化研究

【目的】研究甘肃省降水量时空分布与变化,获得在暖湿趋势下甘肃省降水量变化特征。【方法】选取甘肃省1961―2018年59个气象站降水量为基础数据,采用PCI指数、小波分析、M-K检验等方法对甘肃省降水时空分布特征、降水周期、突变年份及趋势变化进行分析。【结果】甘肃省年降水量在空间上自东向西呈现逐渐减少的规律,降水量年内分配不均匀程度逐渐增加;在时间上,甘肃省存在28、22、12、5a降水变化周期,其中以28a周期震荡最强;降水量突变主要发生在20世纪60年代中期、70年代初期、80年代中期以及90年代初期。甘肃省西部地区的降水量整体呈增加趋势,增加率为0.45mm/a,中部、南部、东部地区呈下降趋势,下降率分别为-0.82、-0.81、-0.93 mm/a。【结论】甘肃省近60a降水量的长时间尺度周期显著,突变年份与极端降水及干旱事件相对应,西部与中东部地区降水量变化趋势存在较大差异,20世纪90年代后,甘肃省降水量显著增加。     

基于作物水分亏缺指数的云南省夏玉米不同生育期干旱时空特征分析

【目的】研究云南省夏玉米不同生育期干旱变化规律,为该区夏玉米合理布局和防御生育期内阶段性干旱提供科学依据。【方法】利用云南省1960—2014年32个典型气象站点逐日气象资料,计算夏玉米生育期逐旬作物水分亏缺指数(crop water deficit index,CWDI),采用线性趋势和M-K检验分析了云南省不同地区夏玉米干旱的时空变化特征,并探究了CWDI与夏玉米产量的关系。【结果】①云南省夏玉米初始生长期、快速生长期、生长中期、生长后期和全生育期平均干旱站次比分别为50.30%、12.36%、5.88%、6.00%和10.35%。②1960—2014年夏玉米初始生长期干旱站次比和CWDI均呈减小趋势,快速生长期、生长中期、生长后期和全生育期则均呈上升趋势,且快速生长期和生长中期干旱面积和强度上升幅度相对较大,上升趋势主要集中在滇西南。③云南省夏玉米各生育阶段不同等级干旱发生频率整体上表现出中部高四周低的分布特征,其中滇中干旱频率最高,滇西南最低;云南省夏玉米各生长阶段干旱强度上升幅度较大区域主要集中在滇西南和滇东北,上升幅度较小区域主要集中在滇中中西部和滇西北。④云南省夏玉米生长中期水分供需状况对夏玉米产量影响较大。【结论】一定幅度的干旱强度上升,有利于云南省西部夏玉米增产,尤其是滇西南地区;但会导致中东部夏玉米减产,尤其是滇东北。     

河南省夏玉米生育期间主要气象灾害发生频率分析与未来预估

基于19个气象站点实测降水资料和RCP4.5情景下5个全球气候模式降水预估数据,采用集合论的方法定义单一和同时发生的气象灾害事件及其组合,分析了河南省夏玉米生育期间历史(1961-2015年)和未来30年(2021-2050年)主要气象灾害发生频率的时空分布特征及其变化。结果表明:1961-2015年河南省夏玉米生育期间初夏旱发生的频率最大、卡脖旱次之、花期阴雨最小,且具有较为明显的空间分布特征。与基准期(1971-2000年)相比,21世纪以来(2001-2015年)旱灾发生的频率呈增加趋势,花期阴雨发生的频率有所减少。但RCP4.5情景下气候模式预估2021-2050年降水量较基准期明显增加,气象灾害发生频率的变化趋势可能将发生改变。受花期阴雨发生频率增幅较大的影响,发生主要气象灾害的频率增加5.8%;而两种主要气象灾害同时发生的频率则减少5.2%。同时,主要气象灾害发生频率的变化在空间分布上可能将更为不均。     

基于SPI的云南省多尺度干旱时空演变特征识别

【目的】识别云南省多尺度干旱的时空演变特征。【方法】基于云南省36个气象站31 a的气象数据,基于标准化降水指数（SPI）,结合GIS空间分析、非参数Mann-kendall趋势检验,识别云南省多尺度气象干旱时空分布及演变特征。【结果】(1)SPI在年尺度、季节尺度均呈波动变化趋势,除春季SPI略有增长外,夏季、秋季、冬季和年尺度的SPI均表现为减小趋势,秋季SPI变幅最大,冬季变幅最小。(2)年尺度干旱频率分布在32.26%～50.00%之间,主导的干旱等级为轻微干旱和极端干旱,干旱频率高值区主要分布在文山、红河、昆明、楚雄、德宏。(3)春、夏、秋、冬4个季节的干旱频率分别为39.86%、39.83%、38.43%、41.33%,尽管季节间干旱频率差异较小,但不同季节主导性干旱等级差异较大。除春季外,各季节的主导性干旱等级均包含极端干旱。(4)年尺度上,除5个站点干旱呈增强趋势外,其余站点均无显著变化趋势;春季大部分站点干旱演变呈减小趋势,而夏季、秋季、冬季则分别有11、6、2个站点呈显著增强趋势。【结论】云南省年尺度和季节尺度干旱频率分布及演变趋势呈明显的时空分异特征,区域干旱以季...     

基于标准降水指数的黑龙江省气象干旱特征分析

以黑龙江省27个气象站点1959-2014年的逐月降水数据为基础,计算不同时间尺度的标准降水指数,结合主成分分析法分析该省气象干旱的严重程度、影响范围、时空分布的多时间尺度特性。结果表明,黑龙江发生气象干旱的频率约为30%,省内气象干旱影响范围在1980年前呈扩大趋势之后逐渐缩小,2000-2014年干旱范围轻微增大后趋于稳定。气象干旱空间分布格局主要存在整体一致型和西北-东南对立分布两种态势。随着时间的变化,黑龙江在1980年后极端事件发生较多,2000年后旱化趋势显著。该结论可为研究区内的水资源分配及农业发展提供理论指导作用。     

基于标准化降水指数的近45年吉林省干旱特征分析

选用吉林省地区45个气象站近45 a逐月降水资料,以标准化降水指数(SPI)为干旱指标,详细分析吉林省范围内干旱强度、影响范围和发生频率的时空演变特征。分析结果表明:过去的45 a中,吉林省地区干旱整体呈增强的趋势。吉林西部和中部地区是年、季尺度干旱高发地区,干旱发生频率明显高于东部地区。从站次比上来看,年尺度干旱站次比呈阶段性先减后增的变化形式,且全省范围内多发全域性干旱。不同季节中,春、冬两季中的站次比出现下降,夏、秋两季中站次比有所增加。夏旱多为局域性干旱,其余季节中则均为全域性干旱。年尺度干旱强度变化呈增强趋势,且以中旱为主。不同季节中干旱强度和站次比变化形式有所不同,春、夏两季中干旱的作用强度减弱,秋、冬季中干旱强度呈增强趋势。     

基于SPEI的南盘江流域近40年冬春干旱时空特征研究

以标准化降水蒸发指数(SPEI)作为干旱指标,根据SPEI的总体变化趋势、干旱覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,分析南盘江流域冬春干旱的时空分布特征。结果表明,1971—2010年,南盘江流域年均SPEI处于下降趋势且存在6、10年的周期变化;干旱覆盖范围逐渐扩大,轻旱呈下降趋势,中旱及重旱呈上升趋势;流域各地区发生不同程度干旱,轻旱由西南向东北方向递减,重旱与之相反,中旱则以西南至东北方向中部最低;流域内冬春干旱多为中旱。     

基于标准化降水指数的云南冬春干旱特征分析

冬春干旱是云南的主要自然灾害之一,对云南冬春干旱变化规律的研究,可为减灾防灾提供依据。利用云南120个气象站1960-2010年的月降水量计算11月至翌年4月6个月尺度的标准化降水指数值,分析各站点50 a间不同程度干旱的频率和站次比,采用EOF、REOF、M-K方法分析云南冬春干旱变化特征,结果表明:滇中是云南冬春干旱的主要发生区域,滇西北的冬春干旱频率相对较小;中旱和重旱是云南冬春干旱的主要类型,其影响范围呈缓慢增加的趋势;轻旱和特旱影响范围较小且呈减小的趋势;云南冬春干旱具有一致的特征,滇中是主要的干旱中心,滇东南和滇西北的冬春干旱互为旱涝反向对应的结构;可把云南分为滇中、滇东南、滇西北3个冬春干旱区,滇中和滇西北冬春季有向多雨转变的趋势,尤以滇中多雨趋势较为显著,滇东南冬春季则有向少雨转变的趋势。     

基于SPI和云模型的海河平原区干旱特征研究

根据海河平原20个气象站1955—2019年逐日降水量计算了年尺度和季尺度的标准化降水指数(SPI),对各尺度不同等级的干旱频率及其时空特征进行分析;以年尺度SPI为样本,采用正态云发生器算法和多步还原逆向云变换算法构建云模型,分析了干旱的随机性和稳定性。结果表明,海河平原区干旱频率主要分布区间为[0.28,0.31],呈现轻旱高频、重旱低频的特点;春旱发生频率最高,冬旱频率最小,夏季地区间及年际间差异最大。年际间SPI云模型的3个特征参数均呈减小趋势,其中熵呈显著减小趋势,且超熵与熵呈显著正相关,即SPI分布的随机性和不均匀性变化趋势一致;空间上各站点超熵和熵则呈极显著负相关,随机性和不均匀性呈相反趋势;云特征的年际差异大于站点间差异,即云模型能够更好地反映区域年际间SPI在空间上的随机性和稳定性。海河平原整体上有趋于干旱的趋势,各站点SPI的随机性显著减小,且变化趋于稳定。     

气温突变下内蒙古大兴安岭林区旱涝演变

【目的】探明内蒙古大兴安岭林区气候变化趋势及旱涝演变特征。【方法】基于内蒙古大兴安岭林区11个气象站1971—2015年年平均气温和月降水连续观测数据,利用一元线性回归、Mann-Kendall法以及标准化降水指数(SPI)方法进行了研究。【结果】(1)内蒙古大兴安岭林区年降水量在近1971—2015年来整体呈波动上升趋势,年际变化倾斜率为8.86 mm/10 a,但未通过显著性检验;年平均气温也呈上升趋势,并且通过0.001的显著性水平检验,年际变化率为0.4℃/10 a;(2)林区年平均气温在1987年发生增温突变,气温突变以后年降水量倾向率明显减小;(3)1971—2015年来林区旱涝频繁发生,20世纪70年代与21世纪00年代SPI12多小于0,这2个时期干旱发生较为频繁,而20世纪80年代至90年代以及21世纪10年代降水较多,这2个时期相对湿润,旱灾发生频率较低。【结论】1987年增温突变以后,林区旱涝事件发生更加频繁,并呈向极端干旱和极端湿润的方向发展;年时间尺度的SPI反映林区降水变化情况比较理想。     

利用累积湿润指数评估湖北棉花生育期内旱涝灾害特征

【目的】揭示湖北省棉花生育期内旱涝灾害特征,为棉田旱涝灾害防控工作提供依据。【方法】基于湖北省1961―2019年26个典型气象站点逐日气象资料计算了棉花生育期内旬累积湿润指数,以此分析棉花各生育期内旱涝变化特征,并揭示各生育期内旱涝强度与棉花气象产量的关联性。【结果】湖北省平均涝渍强度除棉花蕾期外,苗期、花铃期和吐絮期均呈下降趋势,平均干旱强度在除吐絮期外的其余生育期均呈下降趋势。平均涝渍强度在1965年苗期发生显著(p0.05)增强,在1965年和1985年吐絮期分别发生显著增强和减弱;平均干旱强度在1975年吐絮期发生1次显著的降低。湖北棉花旱涝灾害以涝为主,干旱次数较少且强度较低。棉花易在苗期和蕾期受涝,湖北省平均涝渍频率分别为58.42%和48.98%;易在花铃期和吐絮期受旱,湖北省平均干旱频率分别为10.59%和11.00%。涝渍频率整体呈西南部最高的特征,干旱频率整体呈现中北部高、西南部低的特征。棉花在花铃期最易因涝减产,且仅在该时期内气象产量与涝渍强度极显著(p0.01)相关;此外,涝害的减产作用大于干旱。荆门市、孝感市和黄石市蕾期为因涝减产的高风险地区/时段;黄冈市花铃期为因旱减产的高风险地区/时段。【结论】湖北省棉田旱涝防治工作以除涝为主,尤其需注意在蕾期和花铃期内及时灌溉和排水;各地区的旱涝防治工作因旱涝形式和发生时期而异。     

太子河流域降水及旱涝时空演变特征分析

为研究太子河流域降水及旱涝演变特征,依据太子河流域19个雨量站1956-2006年逐日降雨资料,采用数理统计结合GIS空间分析技术,引入了降水距平百分率Pa、标准化降水指数SPI、长周期旱涝急转指数LDFAI等指标进行分析。结果表明,太子河流域降水量呈现非显著下降趋势,线性倾向率为-12.96 mm/(10 a),并且具有明显的空间差异性;太子河流域旱涝演变过程大致经历了4个阶段,20世纪90年代以来为干旱期,干旱发生的频率较高,多尺度SPI的综合应用能够较好地反映太子河流域旱涝演替过程;太子河流域旱涝急转现象频繁,典型年份旱涝急转强度具有明显的空间差异性。总体来说,涝转旱事件发生频率大于旱转涝事件发生频率,而旱涝急转事件主要发生在太子河流域下游区域,需重点关注旱转涝事件带来的影响。     

降水时空分布及变化特征分析——以安徽省为例

【目的】探究安徽省降水时空分布及其变化规律。【方法】基于1960—2019年安徽省24个气象站点的降水日值数据,采用趋势分析、突变检验等方法分析安徽省降水时空分布特征和变化趋势。【结果】降水量自北向南递增,夏季降水量约占全年降水量的40%;降水日呈“南频北稀”、“山区多,平原少”的空间分布格局,降水量和降水日的高值中心出现在皖南和大别山区域,低值中心位于淮北平原。年降水量呈上升趋势,增加的站点共22个。总降水日呈减少趋势,中、小降水日显著减少,大雨和暴雨的降水日呈增加趋势。安徽省共12个站点存在降水突变年,仅江淮平原和皖南山区的降水量存在潜在突变年。【结论】安徽省降水较为集中,极端降水和洪涝风险存在增长趋势,本研究可为安徽省水资源规划利用及旱涝灾害防控提供借鉴。     

基于粒子群优化小波神经网络模型的春玉米生育阶段干旱预测

【目的】为更好地开展区域性作物生长季气候干旱预测,指导春玉米高效节水补灌生产。【方法】采用皮尔逊相关系数方法选取了与干旱指数最相关的因子,利用阜新市阜蒙县1965—2019年逐日气象数据,探索建立了粒子群算法优化的小波神经网络模型(PSO-WNN),将春玉米不同生育阶段的水分亏缺指数结果进行对比验证模型精度,并利用模型模拟预测未来5 a干旱发生情况。【结果】通过模型验证,春玉米5个生育阶段(播种—出苗阶段、出苗—拔节阶段、拔节—抽雄阶段、抽雄—乳熟阶段、乳熟—成熟阶段)的均方根误差(RMSE)分别为0.0419、0.0174、0.0481、0.0297、0.0421,决定系数R2分别为0.8402、0.9853、0.8990、0.9575、0.9177,且预测结果与实际干旱等级相符。【结论】文中构建的模型适用于阜新地区春玉米干旱预测,未来5 a该地区春玉米在播种—出苗阶段可能无旱或轻旱,出苗-拔节阶段可能发生中旱甚至特旱,生育后期干旱程度逐渐减弱,拔节—抽雄和抽雄—乳熟两个阶段出现轻旱概率较高,乳熟—成熟阶段出现干旱的概率较低,程度较小,表明未来几年该地区春玉米生产应该更多关注出苗—拔节阶段的旱情。     

基于植被健康指数的内蒙古干旱时空特征分析及驱动因素研究

【目的】探究内蒙古地区1982—2020年干旱时空演变特征及驱动因素。【方法】基于1982—2020年内蒙古植被健康指数（VHI）,从时间、空间及时空耦合角度分析该区域干旱时空特征,采用交叉小波方法分析厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）、太阳黑子对干旱的驱动作用。【结果】(1)内蒙古地区干旱总体呈增加趋势,夏季干旱化趋势最明显。内蒙古干旱呈现出一定的交替性特征,第一主周期、第二主周期分别为8、12 a。(2)内蒙古中部偏北地区的旱情较为明显。(3)干旱明显加重地区主要位于内蒙古中部及东北部少许地区,南部呈干旱减轻趋势。(4)1982—2020年,内蒙古西部、中部、东部地区分别发生了23、20、17场干旱事件。最严重的干旱事件发生于1988年12月—1990年3月。(5)大气环流因子及太阳黑子与内蒙古干旱间均存在相关关系,ENSO对干旱的影响最大,太阳黑子对干旱的影响最小。【结论】1982—2020年,内蒙古干旱表现出加重趋势,具有周期性特征,且ENSO对干旱的影响最大。     

1959-2017年安徽省夏季降水的时空变化及其影响因素研究

【目的】探究安徽省区域水热动态变化趋势,对区域水旱灾害发生的夏季降水时空分布变化特点、分配特征及变化规律进行分析。【方法】利用1959―2017年安徽省16个气象站逐月降水资料,采用气候倾向率法、滑动平均法、Mann-Kendall突变检验法并基于克里金插值法,对安徽省1959-2017年夏季降水的时空分布特征及影响因素进行分析。【结果】研究区年均夏季降水540.1 mm,占年均降水总量45.9%,夏季降水量变幅为275.7~1 137.0 mm;1959-2017研究区年均降水量和夏季降水量总体上都呈增加趋势,其中夏季降水量变化率为23.01 mm/10 a,略高于年均降水变化速率(21.31mm/10a);夏季降水作为年降水极值的重要构成,在1975年存在显著突变点,20世纪70年代末到20世纪90年代中期突变情况复杂多变,存在多个突变年份,突变年份与厄尔尼诺年具有较强关系。安徽省夏季降水与年降水在空间分布上都呈现出南多北少的同步趋势;年降水量呈现237.0~753.2 mm的降水梯度,夏季降水出现426.4~1 045 mm的降水梯度。【结论】安徽省夏季降水变化特点表现为集中性和突变性共存的特点,降水呈现增多趋势是全球气候变暖背景下复杂的水热响应关系以及以厄尔尼诺现象为代表的异常气候事件共同作用的结果;安徽省区域气候过渡性和复杂下垫面地形条件造成了区域降水显著分异。     

基于SPI和Copula的湟水流域干旱趋势研究

为了研究湟水流域干旱趋势变化,选取该区17个气象站的1959-2006年的日降水数据,计算得到1960-2006年的标准化降水指数,并依据干旱等级和游程理论判定出干旱事件。然后采用Mann-Kendall趋势检验法对各站各月的、干旱历时以及干旱严重程度序列进行趋势分析,最后选用Archimedean Copula函数族的3种常用函数联合干旱历时和干旱严重程度序列,优选出拟合最佳的Copula函数构造两者的联合分布,并计算中度干旱和重度干旱情境下的联合重现期。从时间尺度上分析,湟水流域年内湿润化趋势集中在6-9月,干旱化趋势集中在12月到次年3月,出现了干旱的季节更干旱,湿润的季节更湿润的两极化情况,可能会加重流域的夏旱严重程度。在空间分布上看,整体上湟水流域东南部的干旱风险要高于西北部,并且低等程度的干旱在流域东南部发生可能性增大。     

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。