基于标准化降水蒸散指数的甘肃省干旱时空特征分析

为明确气候变化条件下甘肃省不同时间尺度的干旱特征，选用1951-2015年甘肃省33个气象站点逐日气象数据，计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散指数SPEI，同时结合Mann-Kendall突变检验、复小波分析、经验正交函数分解、旋转经验正交函数分解等方法，对甘肃省65 a来干旱时空格局特征进行了分析。结果表明：在年际变化趋势方面，甘肃省干旱情势为由干变湿再变干，近年干旱趋势逐渐加重；四季均呈现由干变湿然后变干的趋势，近年春季变干趋势显著；干旱强度在全省范围内主要为轻旱和中旱等级，并表现为局域性轻旱和全域性中旱。在周期性变化方面，甘肃省的干旱时间周期性强弱依次为39、13、7、22 a尺度，但不同时间尺度表现出了不同的干湿震荡规律。在空间格局方面，甘肃省整体上呈西北部干旱缓解、东南部干旱加剧的趋势；春季干旱加剧最明显，冬季次之，夏季和秋季干湿状况基本相似。按照干旱区域敏感性强弱可将甘肃省分为东南地区东部（Ⅰ区）、西北地区（Ⅱ区）、中部地区（Ⅲ区）和东南地区西部（Ⅳ区），其中Ⅲ区呈干旱缓解趋势，其他地区基本呈干旱加剧的趋势。     

Analysis of Drought Characteristics and Its Trend Change in Shaanxi Province Based on SPEI and MI

【Objective】 At present, most drought studies were based on historical drought events to analyze the causes and trends. This paper sought to simulate the drought index method when outputting future meteorological data based on CMIP5 model, and explored the characteristics of past and future drought changes in Shaanxi Province, which could provide a basis for the future management of agricultural water resources in Shaanxi Province. 【Method】Based on the historical data of 18 meteorological stations in Shaanxi Province and CMIP5 model, the future meteorological data were output. The reference crop evapotranspiration (ET₀) was simulated by comparing three kinds of models. The standard precipitation evaporation index (SPEI) and relative moisture index (MI) were calculated based on the reference crop ET₀ and precipitation data to reflect the drought degree. The spatial and temporal characteristics of drought in the past (1958-2017) and in the future (2018-2100) were compared.【Result】Multiple linear regression (MLR) simulation could accurately predict the reference crop ET₀ (RMSE=0.457 mm·d ^-1). In the RCP2.6 and RCP8.5 scenarios, the future drought index showed an upward trend. Under the RCP8.5 scenario, there was a sudden change in the drought index in the 1940s. The degree of drought would decrease in the future of Shaanxi Province, and the distribution of drought would be more uneven during the year. In the future, the degree of drought would decrease during summer maize growth season, and the degree of drought would increase during winter wheat growth season.【Conclusion】The characteristics and extent of drought change were different under different RCP scenarios. The changes in drought characteristics reflected by SPEI and MI were basically the same, but there were differences in the changes in some time periods. In order to effectively cope with the negative impact of climate change on dry crop yields, it was necessary to enhance soil water storage and conservation capacity, especially to strengthen drought resistance during the winter wheat growing season.     

基于SPEI和TVDI的河南省干旱时空变化分析

近年来干旱在中国频发且影响不断加剧,因此监测干旱对气候变化、农业生产都有重要意义。基于1961-2016年56年的气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量地分析了河南省不同时间尺度(1、3、6和12个月)的干旱发生的时空变化特征和强度;另外采用温度植被干旱指数(TVDI)分析了河南省的区域面积上的干旱空间变化,并探讨了SPEI和TVDI的相关性。结果表明:1961-2016年56 a间,SPEI值在各时间尺度上都呈微弱的湿润化,随着时间尺度的增大,SPEI值波动幅度减小;河南省各地区干旱分布不均匀,发生干旱年的是1961、1965、1966、1968、1972、1976、1978、1981、1986、1988、1997、2001、2013共13年,与实际情况较为一致。在月时间尺度上,SPEI与TVDI的相关性分析表明,SPEI-1与TVDI呈负相关关系,即TVDI越小,SPEI的值越大,干旱程度越轻;TVDI越大,SPEI的值越小,干旱程度越严重。研究结果可为河南省干旱影响评估提供参照标准。     

基于SPEI的新疆干旱时空变化特征

基于新疆地区54个气象站1963—2012年的逐月气象资料,计算得到近50 a来新疆12个月时间尺度的标准化降雨蒸散指数(SPEI)序列,并利用线性趋势、经验模态分解(EMD)及经验正交函数(EOF)等方法,对新疆近50 a干旱时间和空间变化特征进行了分析。结果表明:新疆地区以1987年为界,由普遍干旱期转型为相对湿润期,但近10 a又出现显著的变干趋势,预示着新疆有可能会重新进入干旱期。新疆干旱变化存在2、6、24 a左右的主要振荡周期以及3~4 a的次振荡周期,其中6 a振荡周期最为突出。EOF展开的第一模态反应的是西风系统控制下,新疆全区干旱变化的平均状态。EOF展开的第二模态则反映出由于天山山脉阻隔及地形差异,导致的南北疆干旱呈现反相位变化的空间分布特征。新疆近50 a干旱时空变化整体上存在一致性,局域上又具有异质性。     

基于SPEI的中国西北地区气象干旱变化趋势分析

中国西北地区深居欧亚大陆腹地,是同纬度最干旱的地区之一,如果持续干旱,将对该地区社会经济发展产生严重的影响。因此,深入研究西北地区的干旱特征,为制定改善生态环境,促进西北经济发展有着重要的意义。标准化降水蒸散指数(SPEI)将温度对蒸散的影响融合在内,是全球气候变暖背景下研究干旱的新理想指标。采用1959-2011年西北地区149个具有代表性的气象站点的资料,对西北地区近53 a干旱时空变化进行分析。结果表明,西北地区普遍存在干旱现象。从年际变化来看,该区呈变干趋势,1996年发生突变。从季节的变化来看,春、夏、秋明显变干,冬季有变湿趋势,变湿趋势不明显。春、夏、秋季发生突变,冬季突变不明显。从空间变化来看,春、夏秋大部分地区呈变干趋势,冬季大部分呈变湿趋势。与年鉴资料对比的结果进一步证明SPEI指数在西北地区具有较好的适用性。     

基于SPEI指数分析河西走廊气象干旱时空变化特征

利用河西走廊1965-2017年21个气象站点逐日气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算不同时间尺度的SPEI,分析河西走廊气象干旱的变化趋势、发生频率和持续时间等时空变化特征。结果表明：（1）近53a来河西走廊月、季、年尺度SPEI均呈显著上升趋势,即干旱有显著减弱趋势,但个别站点干旱持续时间较长,其中武威站在2013年持续时长达到11个月;（2）河西走廊四季均存在变湿趋势,且冬季变湿显著,其中春、夏、秋季干旱呈不稳定变化,而冬季在1989年前后发生突变,由干旱向湿润突变;（3）河西走廊干旱的空间分布具有明显的区域特征,干旱区域主要集中在西北部,湿润区域主要集中在南部;（4）不同时间尺度各等级干旱发生频率的变化规律具有一致性,轻中旱发生频率远高于重特旱,且年、季尺度重特旱发生相对高频区空间分布特征与轻中旱正好相反。总之,近53a来河西走廊干旱呈减弱趋势,有利于当地的农业生产开展和生态环境改善,但该区域气候变化较复杂,需要注意局部干旱情况。     

中国亚热带干旱多尺度时空格局及演变趋势

为探讨不同时间尺度下中国亚热带区域干旱的时空特征,利用1 km气象数据计算1959—2019年亚热带区域标准化降水蒸散发指数(SPEI),并且结合干旱线性变化趋势、影响范围、强度及频率,分析了不同时间尺度(1月、3月、6月、12月)下中国亚热带区域干旱的时空特征。结果表明:(1)干旱时期主要集中在2004—2014年,干旱化区域空间上呈现明显的东西对比,时间尺度上秋季的干旱化趋势最为显著;(2)各时间尺度的干旱影响范围都处于不断波动上升的趋势,尤其是在1995年之后,干旱影响范围上升趋势尤为明显;(3)季节和干湿季较大干旱强度零星分布在亚热带西南部及湖南、江西等省,年际较大干旱强度则主要集中在亚热带东南部;(4)秋季发生干旱的频率最高,年际发生中度及以上干旱频率最高,春季高频中度及以上干旱频率集中在四川、西藏等地,秋季和年际主要集中在四川、重庆和贵州的交界处,夏季、冬季以及干湿季则零星分布在亚热带各省份。综上,亚热带总体呈现干旱化趋势,季节、干湿季和年际尺度的干旱影响范围时间序列变化趋势较为相似,但干旱强度和干旱发生频率在空间上存在一定差异。     

基于CanESM2的渭河流域干旱演变特征研究

【目的】解析气候变化下渭河流域干旱事件发生频率与强度以及时空演变趋势,预估未来区域干旱发生发展情势,为渭河流域未来旱灾防控和水安全保障提供参考依据。【方法】基于CMIP5统计降尺度数据集NEX GDDP中的CanESM2全球气候模式数据,采用象限转换校正方法实施校准,并利用游程分析等方法,从干旱指标标准化降水蒸散发指数（SPEI）与干旱事件特征的角度,分析渭河流域历史基准期（1966-2005年）与未来期（2021-2060年）2种排放情景（RCP4.5与RCP8.5）下的干旱时空演变特征,研究渭河流域干旱事件频率的空间特征与持续性变化。【结果】历史基准期与未来期SPEI在年际尺度下均呈下降趋势,其中RCP8.5情景下渭河流域春旱会显著加剧;未来干旱事件发生频率将呈现“两头减少,中间增多”的态势,即轻旱与特旱高频区域减少,中旱与重旱高频区域增多;流域尺度上,未来发生短历时干旱事件的频率有所减小,中长历时干旱事件频率增加,其中流域北部与渭河源头区的长持续性干旱事件发生频率会显著减小;未来不同间隔干旱事件的发生频率变化不大,依旧以1～6个月间隔的干旱事件为主,局地会有一定差异性。【结论】春季与冬季将是渭河流域未来干旱风险防范的重点季节,流域西部是冬旱防范的重点区域;未来轻旱与中旱仍是渭河流域最主要的干旱类型,但要警惕发生频率持续走高的中旱与重旱灾害所带来的风险;未来期流域中长历时干旱事件会有所增加,应采取应对措施减轻长持续性干旱事件给流域工农业生产带来的不利影响。     

基于不同时间尺度的贵州省近50年气象干旱时空演化特征

[目的]基于气候因子分区条件下,分析贵州省不同区域在不同时间尺度下气象干旱的时空演变特征,可为干旱监测和预测、抗洪救灾提供理论依据。[方法]基于贵州省31个气象站点1970—2019年的逐月降水和气温数据,利用主成分分析讨论贵州省降水及气温变化特征,结合SPEI指数研究贵州近50年气象干旱时空演化规律。[结果](1)贵州近50年气温变化由东向西逐渐递增,即西部为气温极端变化和重度变化区、中部和东部为中度变化区、南部和北部边缘为轻度变化区; 贵州省降水变化由西向东逐渐递减,其中西部为极端变化和重度变化区、中部为重度变化区、东部为轻度变化及正常区;(2)贵州省近50年气象干旱强度中度变化区最大、其次是轻度变化区,重度变化区最小; 随着年代的递增及时间尺度增大,气象干旱逐渐增强,并呈现“峰—谷”交替现象,其中1970—1985年及1990—2000年为干旱“低谷”期、1985—1990年及2000—2019年为干旱“峰值”期;(3)贵州近50年逐月干旱频率以中低频为主,主要发生在贵州东部、南部及北部; 轻度变化与中度变化区70s干旱频率最小、变幅最大,10s干旱频率最大、变幅次之,其余年代干旱频率变化相对较小。[结论]气象干旱具有显著的时间尺度特征,干旱的时空演化是气候变化、流域地表及人类活动时空耦合的结果。     

基于SPEI和时空立方体的中国近40年干旱时空模式挖掘

利用1980—2019年中国612个气象站点逐月降水量和温度数据计算多尺度标准化降水蒸散指数(SPEI),根据中国气温条件划分7大地理分区并结合时空立方体、时空热点分析、时空聚类和时空异常值来探究中国近40年多尺度标准化降水蒸散指数SPEI的时空分布特征。结果表明:(1)通过干旱频率的计算,发现轻度干旱和极端干旱最为严重的地区为内蒙古草原地区,严重干旱和中度干旱在西北荒漠地区最为严重。(2)通过时空立方体展示出中国旱情在时空分布上差距较为显著,西北地区最为严重,其次是西南的西部地区和华北的北部地区;(3)对我国近40年SPEI 12的时空热点进行分析可得我国旱情的时空趋势,其中冷点地区和热点地区各有2个,热点主要分布在华中和东北地区的西部,冷点主要分布在华中的中部地区;4)对多尺度SPEI进行局部异常值分析得到,年尺度的华南西部和华中、华南湿润亚热带地区的中部呈低-低聚类,说明该地全年旱情相对更严重。