北方半干旱区的PDSI和SPI比较研究

以北方半干旱地区老哈河流域为研究区域,利用流域内及其周边15个气象站1957～2008年的长序列日观测资料,计算逐月的帕默尔干旱指标(Palmer Drought Severity Index,PDSI)和不同时间尺度(1、3、6及12月)的标准化降水指标(Standard Precipitation Index,SPI)。结果表明,52年间分别有6段主要的湿润期和干旱期,持续时间都在1年以上,说明老哈河流域旱涝持续性较强。将不同时间尺度的SPI与PDSI进行对比发现,随着时间尺度的增大,SPI对干旱持续性的表现能力增强,12个月时间尺度的SPI与PDSI一致性较好。     

Empirical Orthogonal Function analysis of the palmer drought indices

The aim of the paper is to employ Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis to drought indices including Palmer Drought Severity Index (PDSI), Palmer Hydrological Drought Index (PHDI), Palmer Moisture Anomaly (Z) Index (Z-Index), Weighted Palmer Drought Severity Index (WPDSI), and Water Deficit (P-PET) Index and to compare their resultant spatial patterns across Turkey. In this respect, the PDSI, PHDI, Z, WPDSI, Aridity Index (AI) and P-PET Index values are calculated based on observed monthly temperature and precipitation values of the 96 Turkish meteorological stations for the 1929-2009 period, and gridded available water holding capacities (AWHC) in 1-m soil depth are extracted from the soil data sets of the Oak Ridge National Laboratory Distributed Active Archive Centre (ORNL DAAC). By considering the strong match among the PDSI, PHDI, and WPDSI based on the results of the patterns of the first EOFs (EOF1) with the highest eigenvalue, we suggest that using and applying one of these drought indices could be adequate for a drought analysis in Turkey. On the other hand, it is evident that the significant results from the EOF2, EOF3 and EOF4 loadings of the PHDI and WPDSI indices have a similar pattern across Turkey. Therefore, with respect to the geographical autocorrelation and magnitudes of the loading values, it is explained that the PDSI and WPDSI in particular could have originated from the same physical process, and one may have a preference for the effective usage of a combination of PDSI, PHDI and Z-Index. Consequently, in a multi-purpose medium- and long-term drought management plan for Turkey or in any country having similar climatic and physical geographical conditions, using one of the three drought indices along with the Z-Index could be acceptable for successful applications.     

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。     

土地结构改变对水土资源平衡的影响分析

依据FH69蓝图模型思想和基于微观理论的格子波尔兹曼法(LBM)改进了TOPMODEL,进而构建了基于LBM的栅格型(Grid)TOPMODEL(LBMGTOPMODEL)。在利用LBMGTOPMODEL描述流域水循环的基础上,采用GIS等技术,以栅格为单元,定量计算了挠力河流域1990年不考虑水田的土地分布和2013年考虑水田的土地分布等两类土地利用背景下的帕默尔干旱指数(PDSI),评价了土地结构变化对水土资源平衡的影响。研究结果表明:从1990—2013年期间挠力河流域草地、林地与建筑用地面积变化不大,耕地面积变化主要是未利用地和旱田转化为水田,耕地类型主要是旱地;水稻生育期内的5—8月上旬期间,旱改水田和水田下游坡面处其蒸散发量增加,补水量减小,失水量增加,适宜降雨量增加,使得挠力河流域蒸散常数增大,补水常数减小,径流常数增大,失水常数增大,气候特征常数增大;种植水田处和坡面上水田水流影响处适宜降雨量增加明显,使挠力河流域由轻微湿润地区变为不干不湿地区;在水田生育期的5—7月间随着时间延续,两种情况计算的干旱指数差值在变大;而8—10月间种植水田对干旱指数的影响在逐渐降低。该研究结果可为水田开发对区域水土资源平衡的影响和区域干旱评估提供借鉴和参考。     

PDSI和Z指数在西北干旱监测应用中差异性分析

利用西北地区137个气象台站1961～2003年气象资料,分别计算了西北地区的Z和PDSI两种干旱指数,并对其结果进行了对比分析.结果认为:两种指数在多数地区多数季节可以互相兼容,但Z指数适宜于在雨季表征干湿事件,而PDSI则适宜于西北的所有地区和所有季节,并对当地干旱事件的反映更为敏感;在对不同程度干旱面积的表征上,PDSI对轻旱的表征反映较为敏感,而Z指数对重旱的反映更为敏感;对于中等程度的干旱而言,两种指数表征下的干旱面积较为统一;从西北地区的实际情况出发,PDSI对干旱的表征更为客观.     

PDSI与降水Z指数在贵州省应用的对比分析

本文基于1980～2018年逐日气象资料计算了PDSI干旱指数与降水Z指数并对两种指数场进行了EOF分析并与干旱实况进行了比对。结果表明：(1) PDSI指数能很好地表征贵州省的冬春秋三个季节的干旱特征，降水Z指数在夏季应用效果较好贵州省四季旱涝特征具有全区一致变化的特征。（2）四个季节的年代际变化特征明显，仅冬季和秋季的有由涝变旱的趋势，其中冬季倾向率达到0.2，冬旱有所抬头；夏季的旱情从整体上看还是呈现略有减缓的趋势，但年际变化较大；2011年以后就没有出现过明显的春季旱情，呈现由干变湿的趋势，春旱近些年有所缓解。（3）冬春秋季在1980年前后发生突变后干旱化趋势一度在加重，而春季在2016年、秋季在2014年突变后干旱都有减缓的趋势，夏季则相对复杂多次反复后在2014年再次发生突变，干旱化趋势减缓。（4）Z指数与PDSI指数反映出的周期基本一致，冬春夏有2-3年的周期，秋季有3-4年周期。     

Prediction of meteorological drought in arid and semi-arid regions using PDSI and SDSM: a case study in Fars Province,Iran

Drought is one of the most significant environmental disasters,especially in arid and semi-arid regions.Drought indices as a tool for management practices seeking to deal with the drought phenomenon are widely used around the world.One of these indicators is the Palmer drought severity index(PDSI),which is used in many parts of the world to assess the drought situation and continuation.In this study,the drought state of Fars Province in Iran was evaluated by using the PDSI over 1995-2014 according to meteorological data from six weather stations in the province.A statistical downscaling model(SDSM)was used to apply the output results of the general circulation model in Fars Province.To implement data processing and prediction of climate data,a statistical period 1995-2014 was considered as the monitoring period,and a statistical period 2019-2048 was for the prediction period.The results revealed that there is a good agreement between the simulated precipitation(R2>0.63;R2,determination coefficient;MAE<0.52;MAE,mean absolute error;RMSE<0.56;RMSE,Root Mean Squared Error)and temperature(R2>0.95,MAE<1.74,and RMSE<1.78)with the observed data from the stations.The results of the drought monitoring model presented that dry periods would increase over the next three decades as compared to the historical data.The studies showed the highest drought in the meteorological stations Abadeh and Lar during the prediction period under two future scenarios representative concentration pathways(RCP4.5 and RCP8.5).According to the results of the validation periods and efficiency criteria,we suggest that the SDSM is a proper tool for predicting drought in arid and semi-arid regions.     

联合改进TOPMODEL和PDSI的半干旱区干旱评估模型构建

针对近年来半干旱区春旱不断,严重影响粮食产量,而应用于半干旱区的分布式水文模型和干旱评估模型较少且普遍存在物理基础不强、通用性较差的现状,该文以松嫩平原北部半旱区典型流域为依托,研发半干旱区栅格型水文模型及旱情评估模型。该水文模型的产流过程是运用格子波尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM)建立的非饱和带和饱和带水流运动数值模块,而汇流过程则运用LBM方法求解坡面和河道水流运动方程建立的汇流数值模块,在栅格区域内各模块按松散耦合方式构建了基于LBM的栅格型TOPMODEL(LBMGTOPMODEL)。从水文循环角度,结合水文模型LBMGTOPMODEL和帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI),通过模拟半干旱区典型流域洮儿河的水循环过程各要素的时空变化来建立半干旱地区的干旱评估模型。结果表明:由次洪模拟得径流相对误差绝对值平均值为4.45%、洪峰流量相对误差绝对值平均值为5.00%、确定性系数均值为0.76,可得构建的LBMGTOPMODEL水文模型能较好地模拟洮儿河流域水文循环过程;气象、补水、径流、失水和气候特征等气象水文常数均呈现出一定空间分布状态,其中气候特征常数分布在0~7.23,差异性明显;气象水文常数均值随着计算时段的取值而变化;应用构建的半干旱区评估模型对研究区的干旱情况进行了评估,评估结果与洮儿河流域实际情况接近;将构建的干旱评估模型评估的干旱情况和单一因素干旱指标降水距平指数计算的干旱情况与实际情况相对比,得出基于分布式水文模拟的PDSI指标能更好地反映水文过程中多种因素对干旱的影响和干旱的时空演变过程,为旱情评估提供参考。     

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。     

中南半岛野火变化特征及其与土壤水分的相互作用

[目的]分析野火变化特征并探讨火点数与不同深度土壤水分的关联性,为评价生态文明建设和人类生产生活提供科学依据。[方法]基于SNPP/ⅦRS卫星火点监测、火烧迹地和SMAP土壤水分等数据,使用统计方法多角度对2016—2021年中南半岛野火变化特征进行分析,探讨不同干湿条件下火点数与0—5 cm和0—100 cm 2个不同深度土壤水分的相互作用。[结果](1)中南半岛火点数和火烧迹地年内主要出现在2—4月,二者在时空分布上具有较高的一致性,多集中在缅甸西部与印度接壤区域、缅甸中部以东和老挝北部。(2)2—4月火点主要出现在林地、灌木地和耕地,而易发生在归一化植被指数(NDVI)为如下3个等级的区域：0.2相似文献