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...     

对近50a云南降水量的时空变化特征分析

利用云南省124个国家气象站1961-2010年的月降水量资料,运用倾向率分析和EOF分析方法,研究了云南最近50a来降水量变化的基本特征。通过倾向率变化分析表明:云南冬季降水量倾向率呈东部和北部为正,西南部为负的分布趋势,变化幅度在4个季节中最小;春季大部地区降水量呈增加的趋势,增加的幅度西部地区大于中东部地区;夏季全省大部倾向率均为负;但倾向率数值各地差异较大;秋季云南西北部降水量有增加而东南部降水量减少的趋势。EOF分析表明:第1主分量序列可表征云南年降水量变化趋势,1999和2001年是近50a云南降水量最多年份,2009年是最少的年份。近50a来第1主分量波动下降,表明云南年降水量呈减少趋势;第2特征向量在云南西北部为负,东南部为正,对应的第2主分量也呈波动下降的趋势变化,表明近50a来云南西北部降水增加、东南部降水量减少,这与云南秋季降水量的变化特征相符。     

中国不同气候区模拟土壤含水量的时空特征分析

基于水文模型（VIC）模拟的1951~2010年逐日土壤含水量数据,分析了全国土壤含水量的空间分布特征及不同气候区土壤含水量年内变化规律、持续性特征和年际变化趋势。结果表明：1）空间分布上,全国土壤含水量由西北向东南递增,与降水分布较一致;2）年内变化上,湿润区季节变化最大,半干旱区次之,干旱区不明显;3）持续性上,干旱区最强,半干旱区次之,湿润区最弱,且各气候区深层土壤含水量持续性比浅层强;4）年际变化趋势上,干旱区呈增加趋势,半干旱区呈先增后减趋势,而湿润区变化不显著。不同气候区土壤含水量的时空特征对干旱指标选取和干旱特征分析有十分重要的意义。     

郑州市土壤相对湿度变化特征及影响因素分析

土壤相对湿度是表征农业旱情的重要指标之一,系统分析土壤相对湿度变化特征有助于准确预报农业干旱状况。利用1994-2013年郑州市逐旬土壤相对湿度和逐月降水、气温数据,应用统计学方法分析了郑州市土壤相对湿度变化特征,初步探明了土壤相对湿度变化与降水和气温的关系。研究结果显示,郑州市近20年土壤相对湿度呈逐年减小趋势,减小速率为每年0.44%;10、20、50cm土层土壤相对湿度最大的年份分别为2006、1996、1996年,最小的年份分别为2010、2008、1995年,土壤相对湿度呈逐年减小趋势,减小速率分别为每年0.29%、0.48%、0.13%;土壤相对湿度与降水呈正相关、与气温呈负相关,且与降水的相关性更强;随着土壤层次的增加,土壤相对湿度与降水的相关性先增强后减弱,与气温的相关性则逐渐减弱;0~20cm土层土壤相对湿度较其他层次与降水和气温的关系最密切,研究结果可为区域农业抗旱减灾工作提供参考。     

近52年渭河流域气候变化及极端干湿事件演变特征分析

利用渭河流域及其周边区域23个站点1959—2010年的逐日气象数据,通过Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量(ET0)和湿润指数。采用气候倾向率、标准化指数、相关分析等方法就该地区气候变化和极端干湿事件的变化特征及其影响因素进行了分析。结果表明,①渭河流域气温分布呈东南向西北递减格局,近52年呈升温趋势(0.2℃/10a,P<0.001),升温较快的区域位于子午岭林区、陇东和丘陵沟壑区一带。降水分布东南高西北少,52年来呈减少趋势(-2.2mm/10a,P>0.1),减幅较大的区域位于关中和陇东一带。②湿润指数整体呈下降趋势,由南向北干旱化加剧,黄土高原丘陵沟壑区最干,秦岭和关中地区最湿。③极端干旱事件频率在波动中增加,频率5次及以上的年份占48%,极大值出现在20世纪90年代中期;极端湿润事件频率在波动中减少,20世纪60年代至今气候干湿演替规律依次为湿—干—湿—干—干。     

韶关市近50年干旱与烟草需水量变化特征研究

基于1971-2020年韶关市8个气象观测站逐日气象数据,计算不同时间尺度标准化降水蒸散发指数(SPEI),并采用MMK趋势检验和作物系数法等方法,研究了近50年韶关地区干旱与烟草需水量变化特征.结果表明:①2000s后,韶关的干旱程度有增强的趋势,且年干旱影响范围在不断扩大;②从空间分布来看,年干旱发生频率总体呈"北多南少"的分布规律,韶关曲江是季节尺度干旱事件易发生地;③韶关地区的干旱化主要由气温和降水共同作用,其中降水占主导因素;④韶关南雄烟草生长期需水量以5.98 mm/10a的速率显著递增,与SPEI指数呈负相关.总的来看,韶关市干旱渐趋严重,且呈四季干旱多发,中部受灾严重以及春冬季易旱涝急转的特征.其中韶关南雄由于干旱化有加剧趋势,需特别在烟草生长期内做好水资源配置和规划管理工作.     

松山区气象变化特征分析及对农业的影响

本文利用1991～2022年松山区平均气温、降水和日照时数观测资料,分析松山区气象变化特征,并探究了气候变化对农业的影响。结果表明：近32年来松山区平均气温以及春季、夏季、秋季平均气温均呈增加的变化规律,冬季平均温度呈减少变化趋势。松山区四季中年际间温差最大的季节为冬季,而松山区平均气温整体呈增温变化趋势主要是由春、夏、秋三个季节的气温变化共同造成的。1991～2022年松山区降水量变化大致表现为减少变化规律。松山区年内降水量存在显著的干、湿季之分,降水量最多的季节为夏季,占年平均降水量的67.08%;春季次之,占年降水量的15.50%;冬季降水量最少,仅占1.29%。近32年来松山区的年日照时数为增加的变化规律,四季日照时数分布比较均匀。松山区气温、降水以及日照的波动起伏会影响到农作物的生长发育、产量,尤其是气温的上升会加剧农业病虫害以及气象灾害的发生,给农业造成严重的损失。     

2000—2012年科尔沁沙地植被与气候因子间的响应关系

利用2000—2012年气温、降水量、归一化植被指数（NDVI）数据,对科尔沁沙地气候与植被变化特征及其定性与定量响应关系进行了分析。结果表明,研究区植被长势自东向西逐渐变差有28.56%的面积呈变差趋势,其余呈变好趋势;多年植被长势呈变好趋势,降水呈微弱增加趋势,气温变化趋势不明显。累积2~3个月降水量、当月及平均2~3个月气温对植被影响较大;降水量增多、年内4—11月份气温升高、4—8月份单月年际变化中4月最低气温升高和6—8月份平均、最高气温降低,均促进植被生长;水热同期比单独因子变化对植被影响更大。NDVI在0.03~0.33时受气温影响显著;在0.33~0.43时受降水量影响显著;在0.43~0.62时受水热共同影响显著;在0.53~0.62时气温升高会抑制生长。当降水、气温分别在一定范围内变化,或在一定范围内变化时的水热共同作用下,NDVI响应于一定范围,且部分响应范围间有共同的重叠响应区域。     

贵州省2001—2015年植被覆盖NDVI时空演变及其对SPEI的响应

引起植被覆盖变化的气候因子占据主导地位。研究探讨了贵州省近15年来植被指数长时间序列的变化特征、基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的干旱时空变化特征及两者之间的相关关系,可为区域植被覆盖保护与恢复提供一定的理论依据。选择2001—2015年MODIS NDVI（1 km）及19个气象站点气温、降水数据,采用一元线性回归的方法探究贵州省近15年来植被覆盖NDVI在年、月尺度下时空演变特征,及其与气温、降水和标准化降水蒸散指数（SPEI）的相关关系。结果表明:贵州西北至东南地区多年平均NDVI呈低中高分布格局,p<0.01上的生长速率为0.051/（10 a）,呈显著增加的趋势;多年平均气温、降水量的空间分布从西北到南方向呈现出低-中-高的特征,其易发生干旱的地区主要集中在贵州的西北地区,干旱在区域内的空间差异较大,黔西北、黔西南地区为易旱集中区;年均NDVI与年均SPEI、年均气温和年均降雨量的相关系数均为正值,表示NDVI与其响应因子具有一定的相关性,但与SPEI的相关性不显著,与气温和降水的相关性在p<0.01上呈显著性的正相关,且相关系数均大于0.5以上,相关程度较高;1—6月大致（p<0.01显著）呈现不显著的负相关,7—9月和11月表现为除9月（p<0.01显著）外均呈现不显著的正相关。      

近50a来黄河流域温度和降水基本特征和变化趋势分析

利用黄河流域87个代表气象站1961－2010年的逐日温度和降水观测资料,采用算术平均、线性倾向估计、滑动平均方法对流域年、季和年代际温度和降水特点和变化趋势进行分析。结果表明：流域多年平均温度为6.96℃,总体呈东高西低、南高北低的空间分布特征。年平均温度呈明显上升趋势,线性倾向率为0.03℃/a;流域季节温度均呈明显增加趋势,冬季温度增加较为明显,夏季温度增加相对较低。流域多年平均降水为448mm,降水空间分布由东南向西北呈带状递减趋势。流域年平均降水呈不显著的增加趋势,线性倾向率为-0.97mm/a,流域季节降水增减变化趋势不明显,变化较为复杂。     

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。     

基于干旱指数法的星星哨灌区旱涝状况研究

利用星星哨灌区1954-2009年的降水资料,计算降水距平百分率指标(Pa指数)和标准化降水指标(SPI),划分出灌区历年的干旱等级,研究了灌区各干旱等级的变化情况及发展趋势,并运用权马尔可夫链模型预测了灌区未来6年的降水量。研究结果表明:在星星哨灌区56年间,降水量有明显减少趋势,重旱重涝灾害增多,其中:夏季降水量略呈下降趋势,干旱等级略有上升,且旱涝灾害程度加重;秋季降水量减少明显,干旱等级明显上升,旱灾发生次数增加。预测结果表明:在2010-2015年间,灌区降水量总体呈下降趋势,将对灌区农业生产带来较大影响。     

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。     

五种干旱指数在云南省的适用性分析

干旱指数是研究干旱的核心和基础,但其计算表达方式多样,并且不同的干旱指数具有一定的使用条件和范围,因此筛选适合云南省干旱监测的干旱指数,对干旱预警及该地区的干旱研究具有重要意义。利用云南省29个气象站点1960年1月—2014年12月降水和气温的月平均资料,在月尺度上计算并对比分析了5种干旱指数在不同地区、不同季节的适用性。结果表明,冬春季,在滇西北和滇东北地区,优先选择SPI;在滇中地区,建议选用SPI和Pa;在滇西南地区,Pa的适用性优于其他4种指数;在滇东南地区,CInew的监测效果较好。夏秋季,除在滇西北地区建议使用SPI外,在其他地区SPEI的适用性更强。SPI对2009年11月—2010年3月冬春连旱干旱演变过程的描述能力略优于其他4种指数。     

加权马尔可夫链在铜川地区降水量预测中的应用

为了全面分析铜川地区降水的时间分布特征,为该区域水资源预测提供依据,基于铜川市1960—2013年年降水量资料,采用样本均值-均方差分组方法,确定了其分级标准及状态,并根据马尔可夫理论,运用统计学原理,验证了该降水序列具有马尔可夫性,建立了适用于该地区的加权马尔可夫链对降水量的预测模型,并根据已有资料验证了预测结果的真实有效性;再结合模糊集理论的级别特征值,对降水量做了具体预测。结果表明,采用1~5阶时间步长预测时,相对误差较小,更符合要求;2014、2015年均为正常年,2014年的降水量为585.82 mm,2015年的降水量为649.21 mm;正常年和偏枯年出现的概率较大,枯水年出现的可能性最小。     

气候变化背景下山西省气象干旱时空演变特征

干旱频发对生态资源、农业发展造成了严重影响,为揭示山西省干旱时空演变特征,基于1971—2020年山西省24个气象站点的逐月气象资料,利用改进的Mann-Kendall方法检验各气象因子的年变化趋势,采用FAO56 Penman-Monteith公式计算参考作物腾发量（ET0）,分析单个气象因子变化情况下ET0的变化特征和对气象因子的敏感性,比较各时间尺度（月、季、年尺度）不同干旱指数（降水距平百分率（Pa）、标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI））对山西省干旱灾害监测能力。结果表明：ET0与相对湿度呈负相关,气象因子对ET0的敏感性由大到小依次为相对湿度、日最高气温、2m处风速、日最低气温、日平均气温,ET0呈波动下降趋势。SPEI能够在多时间尺度上有效反映山西省干旱状况,是该地区干旱监测的有效工具。在月、季、年尺度下,比较3个干旱指数, Pa检测效果较差,〖JP2〗SPI和SPEI在某些地理区域存在较大差异,整体而言,SPEI在多数地区检测干旱的性能更好;SPEI-1〖JP〗尺度下,各干旱等级发生频率由大到小依次为轻旱（14.8%）、中旱（10.6%）、重旱（5.6%）、特旱（1.9%）,3月干旱发生率最高（34%）,12月发生率最低（31.8%）,吕梁市、晋中市、大同市干旱情况较为严重;SPEI-3尺度下,季节发生干旱频率由大到小依次为秋季（33.5%）、夏季（32.5%）、春季（31.9%）、冬季（31.4%）,大同市、长治市特旱发生频率最高,旱情最为严重,忻州市轻旱频率、朔州市中旱频率、吕梁市重旱频率最高;SPEI-12尺度下,轻、中、重、特旱频率分别为14.8%、10.5%、5.4%、2.3%,SPEI-12相较SPEI-1和SPEI-3识别重旱、特旱的站点更多,并基于游程理论得出,山西省南部干旱频次更多,东部干旱历时更长、干旱严重程度更大,干旱峰值主要出现在山西省南北部,由于年均降水呈波动性下降,年均气温整体上升,山西省的气候趋于暖干化,南北部旱情将有所加重,中部地区旱情有所减缓,全域性干旱仍有很大发生可能。     

气候变化对黑龙江省生育期内玉米产量的影响

以玉米为研究对象,基于黑龙江省长时间的气象站点观测数据,结合标准化降水蒸散发指数(SPEI),研究黑龙江省玉米生长季内降水、气温、区域干湿变化特征及对玉米产量的影响。结果表明:黑龙江省降水变化趋势不显著,但最高气温、平均气温和最低气温变化趋势显著。湿润化的趋势主要集中在黑龙江省西北部和东南部,干旱化趋势主要集中在黑龙江省自东向西大部分地区。玉米的气象产量主要受SPEI3-8影响,气温是影响黑龙江省生育期内玉米产量的主要因素。研究结果可为区域水资源合理规划和优化农业种植结构提供参考。     

沈阳地区水资源平衡及变化特征分析

使用沈阳东陵区气象局1951-2010年的月平均气温、月降水量序列资料,用高桥浩一郎陆面蒸发经验公式估算蒸发量;采用Mann—Kendall秩次相关检验和线性趋势等分析方法,分析了降水量、蒸发量和水资源平衡变化特征。结果显示：在农作物生长季期间自然降水资源趋势明显减少,气候倾向率为-2．1162mm／a;蒸发量呈微弱减少趋势;水资源平衡降蒸差在下降,气候倾向率-1．7905mm／a。夏季水资源丰富,秋季次之,春季和冬季最少。降水量、蒸发量和降蒸差各月变化趋势呈一致性,其中1月最小,7月最大。气候变暖引起自然降水量的减少,造成水资源平衡的下降,从而存在农业供水不足和干旱的威胁,农业项目及农作物调整和布局势在必行。     

基于SPEI的贵州省分区干旱时空演变特征

[目的]干旱对贵州省水循环及水资源管理系统造成严重破坏,科学合理地认识干旱时空演变对抗旱减灾及社会稳定至关重要。[方法]利用贵州省18个气象站点1960 2012年逐月降水和平均气温数据计算标准化降水蒸散指数SPEI评估干旱,采用M-K趋势检验、B-G分割法、极点对称模态分解法ESMD和反距离权重插值法分析了贵州省分区分时段干旱时空演变特征。[结果]贵州省月、季和年尺度SPEI序列均呈波动下降趋势,其中夏季和冬季SPEI序列变化未通过显著性检验,且20世纪60 90年代,贵州省各分区干湿变化具有较强的一致性,21世纪各分区的干湿变化不具有明显的一致性;以黔西北年SPEI为例,基于ESMD分解法得到3个模态分量IMF和1个趋势项R,从R看出干旱指数整体上呈波动“减小-增大”趋势,分析IMF1-IMF3振荡可得黔西北地区干旱具有2.1、7.6和26.5a的周期特征,且年代际周期26.5a在干旱变化中起主导作用,ESMD法在非线性、非平稳时间序列周期及趋势分析中应用效果较好;依据B-G分割法检测结果,得到1960 1986年、1987 2003年和2004 2012年3个研究时段,2004 2012年黔西北地区的冬旱强度和黔西南地区的春旱频率达到最大,分别为1.82和77.78%,2004 2012年四季干旱强度明显增大,且1986 2012年贵州省高强度干旱呈现由北向南转移趋势,1960 2003年四季干旱高频区呈现由东南向西北转移趋势,1960 2012年各分区四季干旱频率呈现增加趋势。[结论]贵州省各分区呈干旱化趋势,且干旱频率和强度呈现不同程度的增加。