农业干旱指标研究与进展

介绍了评价农业干旱的降水量指标，土壤含水量指标，作物旱情指标及综合性指标。讨论了各类指标的研究进展及其应用于农业生产中的适用性与实用性，最后对农业干旱预报及其评价指标的研究发展作了简要介绍。     

基于水分亏缺指数的陕西冬小麦干旱特征分析

以陕西1961—2010近50 a 22个站点的逐日气象数据为基础资料,计算其冬小麦生育期各旬需水量(ETi)以及作物缺水指数(CWDI),并根据农业干旱等级计算出研究区干旱频率,分析陕西冬小麦各生育期内干旱指数时空分布特征。结果表明:陕西冬小麦各生育期干旱频率为拔节抽穗期灌浆成熟期返青期冬前生长期越冬期;冬小麦重旱以上频率的空间分布由北向南逐渐减少;冬小麦干旱指数的年代际变化呈上升趋势,20世纪70年代和90年代干旱指数较高,1968年为突变年份。     

陇东地区冬小麦水分亏缺特征研究

利用陇东地区15个县(区)气象资料,计算各县(区)1967～2008年冬小麦生长期间逐旬参考作物蒸散量( ET0)、需水量(ETc)和作物水分亏缺指数(CWDI),确定农业干旱等级,研究陇东地区冬小麦生育期间水分亏缺时空分布特征.结果表明,陇东冬小麦生长期间各类干旱尤其是重旱发生频繁.冬小麦营养生长阶段干旱频率低,生殖...     

新疆内陆河流水文干旱特征浅析

以水文干旱的基本指标──干旱历时和干旱烈度的定义及其概率分布和统计参数的计算，对新疆内陆河流域部分河流的多年及季节性（月）水文干旱历时和烈度的概率统计特征作了初步分析。     

东北地区玉米干旱时空特征分析

利用1961～2007年东北地区124个气象站日气象数据,采用彭曼-蒙特斯方程计算参考蒸散量、作物需水量及玉米水分亏缺指数,按玉米生长的不同发育期确定不同干旱等级玉米水分亏缺干旱指标并计算了干旱频率,并就其时空分布及其年际变化特征进行分析.结果表明:东北地区玉米生长季内干旱呈现明显的季节性和区域性,干旱发生频率较高的时...     

太行山前平原冬小麦生育期干旱分析——以保定市为例

对冬小麦生育期干旱进行精细分析,可以为农业生产和水资源管理提供参考信息,为降水、地下水动态以及作物耗水关系提供研究基础。采用有效降水和综合气象干旱指数(CI)方法,分析了太行山前平原冬小麦56个生育期及各生育阶段(苗期、越冬期、返青期、拔节～成熟期)的平均有效降水和气象干旱发生频率。研究发现冬小麦生育期平均有效降水为55.43 mm,分别占年有效降水和生育期降水量的13.6％和52.5％。其中,5月和10月是生育期有效降水的主要贡献月,平均有效降水量分别占到生育期有效降水量的35.7％、27.1％。生育期平均缺水350 mm以上,并且有效降水的月际、年际间差异明显。逐月旱涝级别和频率分布显示,生育期干旱平均发生频率为58.5％,逐月发生干旱的频率均在50％以上。12月易发生轻旱,2、3月易发生中旱,4月易发生重旱。总体上,太行山前平原冬小麦生育期及各生育阶段的有效降水都表现出非稳定性,逐月平均有效降水量均不同程度小于需水量,干旱发生频率冬后大于冬前。     

基于SPI的陕西关中地区气象干旱时空特征分析

采用标准化降水指数(SPI)作为研究干旱的指标,根据陕西关中地区30个气象站41 a的气象资料,在计算年、季和月不同时间尺度SPI的基础上,采用克里金插值法获取SPI空间栅格数据,分析关中地区气象干旱的时空特征.结果表明,总体上年均SPI呈下降趋势,气象干旱程度加剧.关中地区年内呈夏季气象干旱减少、秋季增加趋势,除6月...     

甘肃不同强度降水日数变化对干旱灾害的影响

采用甘肃省60个地面气象站1961～2004年3～10月日降水量,统计了历年3～10月的降水量,小雨、中雨、大雨、暴雨日数和连阴雨次数;用相关分析方法研究了干旱气象灾害对不同强度降水日数变化的响应.结果表明,降雨量印小雨、中雨、大雨、暴雨日效和连阴雨次数都呈减少趋势;干旱面积和粮食减产量呈增加趋势;降水量、连阴雨次数、中雨日数与干旱面积和粮食减产量之间呈显著负相关,小雨和大雨次之;连阴雨次数和中雨日数减少,是造成干旱面积扩大、粮食大幅度减产的重要因素.     

江苏省苏北地区季节性干旱特征及动态风险评价研究

利用江苏省统计年鉴提供的气象资料,通过标准化降水指数(SPI)计算苏北地区近25 a(1989—2013年)的季节干旱指标,分析江苏省苏北地区五市的季节性干旱时空特征和发生规律,并对其进行动态干旱风险评价。基于危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力这四个影响因子构建相应干旱风险评价指标体系,选取适合苏北五市的气象、水文、地理、社会经济方面相关二级指标,组合运用熵权法和CRITIC法确定各指标综合权重,通过加权综合评价法对苏北五市进行动态旱灾风险评价。结果表明:苏北地区干旱时间特征存在明显的季节性差异,发生干旱多为轻旱和中旱,且多发生于春夏秋三季,盐城市冬季发生中旱和重旱相对较频繁;干旱强度变化趋势和干旱频率趋势大体一致,五市发生春旱的频数和强度总体都呈增加趋势,而秋季情况略有好转。近年来,苏北地区五市的旱灾风险具有一定的稳定性,风险排名依次为:淮安连云港宿迁徐州盐城,其中,防灾减灾能力对于干旱风险的动态变化体现出较强相关性。     

三种气象干旱指标的应用比较研究

利用前人的研究成果对当前国内外常用的降水距平百分率、标准化降水指数和帕默尔干旱指数这三种气象干旱指标进行比较分析,指出了各指标的基本原理,并总结各指标的优缺点以及其适用性.结果显示:降水距平百分率计算简单,所需资料易获取,但对干旱的响应慢,不能反映干旱的内在机理,在实际应用中尤其是在西北地区有很大的局限性;标准化降水指标适用于任意时间尺度,计算稳定,对于干旱的反应较灵敏,但没有考虑水分的支出,在实际应用中可满足不同地区的需求,能够为不同时间尺度的干旱监测服务;修正的帕默尔指标考虑了前期降水、水分供给、水分需要、实际蒸散量等因素,不仅可以反映干旱程度,而且也包含了干旱的起止时刻,实际应用广泛,是目前最为成功的干旱指标,具有广阔的发展前景.     

三种气象干旱指标在内蒙古地区的适用性分析

用近五年(2006～2010)内蒙古地区的气象观测资料,对降水距平百分率(pa)、相对湿润度干旱指数(M)和标准化降水指数(SPI)三种气象干旱等级指标的适用性进行了对比分析。发现在作物生长季,pa指标和SPI指数对旱情的评判结果高度一致,而冬春季节则是pa指标和M指数的评判结果比较一致。在多雨季节,可能蒸散量通常比同期降水量小,因此M指数对内蒙古夏季旱情评判等级偏低,不宜使用。同时指出应该将不同时间段干旱影响上的差异,以及干旱灾害的累积效应问题,加入到干旱等级指标的改进中。     

Index-based assessment of agricultural drought in a semi-arid region of Inner Mongolia, China

Agricultural drought is a type of natural disaster that seriously impacts food security.Because the relationships among short-term rainfall,soil moisture,and crop growth are complex,accurate identification of a drought situation is difficult.In this study,using a conceptual model based on the relationship between water deficit and crop yield reduction,we evaluated the drought process in a typical rainfed agricultural region,Hailar county in Inner Mongolia autonomous region,China.To quantify drought,we used the precipitation-based Standardized Precipitation Index(SPI),the soil moisture-based Crop Moisture Index(CMI),as well as the Normalized Difference Vegetation Index(NDVI).Correlation analysis was conducted to examine the relationships between dekad-scale drought indices during the growing season(May–September)and final yield,according to data collection from 2000 to 2010.The results show that crop yield has positive relationships with CMI from mid-June to mid-July and with the NDVI anomaly throughout July,but no correlation with SPI.Further analysis of the relationship between the two drought indices shows that the NDVI anomaly responds to CMI with a lag of 1 dekad,particularly in July.To examine the feasibility of employing these indices for monitoring the drought process at a dekad time scale,a detailed drought assessment was carried out for selected drought years.The results confirm that the soil moisture-based vegetation indices in the late vegetative to early reproductive growth stages can be used to detect agricultural drought in the study area.Therefore,the framework of the conceptual model developed for drought monitoring can be employed to support drought mitigation in the rainfed agricultural region of Northern China.     

河北省环境旱化的气候分析

河北省历史上有“十年九旱”之称 ,干旱对农业生产影响很大。其气候原因一是降水少且时空分布不均 ;二是气温偏高 ,蒸发剧烈。利用承德围场站 195 1- 1999年降水量、平均气温和蒸发量的实测资料 ,对年降水量随时间变化进行分析 ,得到年际演变规律。在此基础上进一步分析了降水、气温和蒸发量异常的时空变化特征与河北省环境旱化之间的关系。在初步分析全省环境旱化成因后 ,提出若干治理干旱的对策措施———建立健全干旱监测预警措施、加快水利建设、充分利用空间水资源、推广旱作节水农业技术、开展高效特色农业开发。     

基于降水距平的黄淮平原夏玉米干旱评估指标研究

以降水和产量资料为基础,研究确定了夏玉米干旱评估指标。首先对历史产量序列进行处理,利用三次多项式拟合趋势产量,分离相对气象产量;分析不同生育阶段降水距平和相对气象产量的相关关系,结果表明,玉米出苗~抽雄期降水距平与相对气象产量呈显著的正相关;通过统计分析,建立了它们之间的回归方程,并结合农业干旱划分标准,确定了夏玉米生长季不同等级的农业气象干旱指标,即降水负距平<20%、20%~50%、50%~80%、>80%时,分别出现轻旱、中旱、重旱和严重干旱,产量分别减少<10%、10%~20%、20%~30%、>30%。     

基于核熵成分分析的综合干旱指数的构建与应用

针对传统单变量干旱指数难以全面表征干旱及部分综合干旱指数难以反映多变量之间的非线性关系等问题，采用标准化降水蒸散发指数（SPEI）、标准化径流指数（SRI）及标准化土壤湿度指数（SSMI）3个单变量指数分别表征气象干旱、水文干旱和农业干旱，利用核熵成分分析法（KECA）构造综合干旱指数（SMDI），采用M-K趋势检验、小波分析及典型历史旱情验证等方法分析干旱的时空变化特征以及干旱指数的适用性。以黑河流域中上游为例，结果表明：研究区全年77.6%的区域表现为干旱不显著加重的趋势；在流域尺度上，干旱存在43 a的长周期，15~23 a的中周期，3~8 a的短周期；20世纪90年代夏、秋两季及21世纪以来春、冬两季干旱发生频率较高，且整体夏旱发生频率最高；1969年春、1997年秋和2009年冬的典型历史旱情验证表明SMDI优于其他3种单变量干旱指数。说明基于KECA构建的SMDI是一种有效的干旱监测指数，在黑河流域中上游干旱监测中有好的适用性。     

山西南部季节性干旱特征及综合防御技术

采用标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了山西省运城市49年(1958—2007年)各月干旱指数,并在此基础上分析了山西南部地区季节性干旱特征。研究表明,干旱强度与干旱频率在不同年代际表现特征不同。与运城地区49年同期均值相比,进入20世纪90年代后,春旱发生频率、干旱强度分别提高了29.0%、5.1%;夏旱发生频率提高41.9%,干旱强度下降了7.4%;秋旱发生频率下降了23.8%,干旱强度提高了7.7%;冬旱发生频率下降了26.6%,干旱强度下降了37.5%。干旱的季节性特征为春旱和夏旱有加重趋势,秋旱和冬旱有减弱趋势。春旱(3—5月)和伏旱(7—8月)作为可预见性干旱,可采用土壤墒情监测、干旱预警、制定系统性抗旱措施等综合防御技术。对于不可预见类型干旱,可采用建立抗旱水源、储备抗旱机械等策略。     

Performance of different drought indices for agriculture drought in the North China Plain

The Palmer drought severity index(PDSI), standardized precipitation index(SPI), and standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) are used worldwide for drought assessment and monitoring. However, substantial differences exist in the performance for agricultural drought among these indices and among regions. Here, we performed statistical assessments to compare the strengths of different drought indices for agricultural drought in the North China Plain. Small differences were detected in the comparative performances of SPI and SPEI that were smaller at the long-term scale than those at the short-term scale. The correlation between SPI/SPEI and PDSI considerably increased from 1-to 12-month lags, and a slight decreasing trend was exhibited during 12-and 24-month lags, indicating a 12-month scale in the PDSI, whereas the SPI was strongly correlated with the SPEI at 1-to 24-month lags. Interestingly, the correlation between the trend of temperature and the mean absolute error and its correlation coefficient both suggested stronger relationships between SPI and the SPEI in areas of rapid climate warming. In addition, the yield–drought correlations tended to be higher for the SPI and SPEI than that for the PDSI at the station scale, whereas small differences were detected between the SPI and SPEI in the performance on agricultural systems. However, large differences in the influence of drought conditions on the yields of winter wheat and summer maize were evident among various indices during the crop-growing season. Our findings suggested that multi-indices in drought monitoring are needed in order to acquire robust conclusions.     

柴达木盆地干旱时空变化特征

利用柴达木盆地气象站收集的降水和气温数据,计算了SPI和SPEI两种干旱指数,并用于评价研究区不同时间尺度的干旱特征。然而,由于测站分布稀疏,两种指数在区域干旱评价方面存在不足。在此基础上基于全球范围内的scPDSIpm数据集,并用PDSI指数分析了干旱演变特征及时空分布规律,研究发现：①温度在年际尺度对研究区的干旱情况影响较大,而在月尺度和半年尺度上对研究区干旱情况影响不明显;②PDSI指数与SPEI和SPI干旱指数的相关系数较高（0.7以上）,与两者具有较好的一致性,PDSI更适宜于无资料地区的干旱评价;③研究区中部干旱状况最为严重,东部边缘和西北部干旱频次相对较少,但2000年以来这种趋势得到改善。本研究对评价不同干旱指数的适用性及资料缺乏地区的干旱评价具有重要的指导意义。