典型干旱指数在干旱内陆河流域的适用性分析

以中国西北内陆开都-孔雀河流域(以下简称开孔河流域)为研究区,采用1979～2016年该流域的逐日气象观测资料和逐月径流数据,计算了5种气象水文干旱指数:温度降水均一化指标(TPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、径流距平百分比(R_a)、水文干湿指数(d_i)和标准化径流指数(SRI),在比较了干旱指数评价效果的基础上,分析了不同时间尺度下该流域干旱的特征及气象干旱与水文干旱的关系。结果表明:SPEI反映的气象干旱情况比TPI更为接近实际;与R_a、d_i相比,SRI的评价结果与历史水文干旱情况更加吻合;SPEI与SRI间的相关性随着时间尺度的增大而先增加后略降低,在12个月时间尺度下达到最大;开孔河流域不同等级水文干旱出现的频率具有一定的稳定性,它不随SRI在不同时间尺度下的变化而显著变化。     

典型干旱指数在干旱内陆河流域的适用性分析

以中国西北内陆开都-孔雀河流域(以下简称开孔河流域)为研究区,采用1979～2016年该流域的逐日气象观测资料和逐月径流数据,计算了5种气象水文干旱指数:温度降水均一化指标(TPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、径流距平百分比(Ra)、水文干湿指数(di)和标准化径流指数(SRI),在比较了干旱指数评价效果的基础上,分析了不同时间尺度下该流域干旱的特征及气象干旱与水文干旱的关系.结果 表明:SPEI反映的气象干旱情况比TPI更为接近实际;与Ra、di相比,SRI的评价结果与历史水文干旱情况更加吻合;SPEI与SRI间的相关性随着时间尺度的增大而先增加后略降低,在12个月时间尺度下达到最大;开孔河流域不同等级水文干旱出现的频率具有一定的稳定性,它不随SRI在不同时间尺度下的变化而显著变化.     

基于标准化降水蒸散指数的干旱敏感性分析——以呼伦贝尔市为例

为研究气象因子变化对标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)的影响,利用呼伦贝尔市5个气象站点1960~2015年逐日气象数据,通过FAO Penman-Monteith公式计算标准化降水蒸散指数,在分析月尺度干旱特征基础上,利用Sobol′全局敏感性方法分析SPEI对平均温度、温差、相对湿度、风速、冠层表面净辐射量和降水的敏感性。结果表明:呼伦贝尔市近56a来平均干旱强度为-1.19,且平均干旱强度以-0.03·10a-1速率不显著递减。极限干旱强度累计值多年波动范围为-7.33~-0.80,且每10a递减速率为-0.12。多年干旱频率波动范围为8%~58%,平均干旱频率为33%。尽管呼伦贝尔市整体上呈现不显著的干旱化趋势,但进入21世纪后,极端干旱事件发生频率增加较为明显。Sobol′全局敏感分析表明,除降水最敏感外,SPEI在春季、夏季、秋季、冬季次敏感因子分别为:平均温度、相对湿度、风速、平均温度。年际SPEI对降水、平均温度、相对湿度、风速、温差、冠层表面净辐射量的总敏感性分别为:0.71,0.13,0.12,0.11,0.03,0.01。年际SPEI与温差、相对湿度、降水的相关系数分别为-0.671(p0.01),0.551(p0.01),0.872(p0.01),相关性强;平均温度、冠层表面净辐射量、风速与SPEI的相关系数分别为-0.151,0.086,-0.150,呈弱相关。通过SPEI与气象因子的敏感性及相关性分析可知,呼伦贝尔市年际SPEI受降水、相对湿度的影响较大,受冠层表面净辐射影响较小。     

基于SPEI的陕北黄土丘陵区干旱特征及影响因素分析

为探讨陕北黄土丘陵区干旱特征及其影响因素,借助绥德2000-2014年逐日的气象数据,基于Hargreaves、Thornthwaite和Penman-Monteith蒸散模型及同一套降水资料计算,获得不同时间尺度(月、半年和年)3种标准化降水蒸散指数(SPEI),对比分析上述3种SPEI的差异并选取适宜于陕北黄土丘陵区的SPEI,而后采用SPEI分析干旱特征,并利用通径法分析气象因子对SPEI敏感性。结果表明:1)基于Penman-Monteith蒸散模型的SPEI(SPEI-PM)能够准确反映陕北黄土丘陵区干旱事件,与SPEI-PM相比,基于Hargreaves和Thornthwaite的SPEI值偏低,计算误差为0.26～0.38;2)干旱变化呈现减弱趋势,短时间尺度上(1和6个月)SPEI-PM值变化频繁,长时间尺度上(12、18和24个月)SPEI-PM值变化幅度小且变化周期长;3)在月、半年和年尺度上对SPEI-PM影响程度最大的气象因素分别为气温和相对湿度。     

基于SPEI干旱指数的西北地区干旱时空分布

基于中国西北地区145个国家基本气象站1960—2017年逐月降水量数据和逐月平均气温数据,通过计算不同时间尺度下的逐月标准化降水蒸散发指数(SPEI),分析了不同时间尺度下的西北地区的不同季节、年际以及年代际下的干旱时空分布,并采用Mann-Kendall检验、小波分析以及样条函数空间插值等方法对西北地区57a的干旱时空变化特点进行了探讨。结果发现,从年际变化来看,西北地区整体SPEI呈下降趋势,表明该地区干旱情况逐渐加重。从季节变化来看,西北地区四季极度干旱和重度干旱频率均随时间尺度的增加而有所增加,但随着时间尺度的增加,中度干旱频率除秋季干旱频率一直增加外,春、夏、冬3季干旱频率均呈现先下降后增加的趋势。由小波分析可知,西北地区在年际上存在着3～8a的周期的小尺度信号,在年代际上存在着12～15a和28～30a的大尺度信号,而7a和14a这2个周期在西北地区过去57a的干旱变化中起了主要作用。由Mann-Kendall检验法可知,西北地区SPEI值在1995年发生突然减小的变异点,说明西北地区在1995年后由湿润转变为干旱,西北地区SPEI值下降趋势在2000年附近达到0.05显著水平,表明西北地区在2000年后干旱化加重趋势明显。与历史资料对比发现SPEI干旱指数在表征西北地区干旱状况有较好的适用性。     

基于SPI的1961～2016年陕西省干旱特征分析

根据1961~2016年陕西省35个标准气象站的逐日降水数据,利用标准降水指数法(SPI),分析了陕西省在年、季时间尺度上气象干旱的变化特征,以及基于干旱范围等级的干旱频率和干旱强度的空间分布特征。结果表明:(1)从1961年至2016年,陕西全省整体上呈干旱化趋势,且干旱范围逐步扩大,春、秋季干旱化较为明显。但自2000年以来,干旱化趋势得到缓解,干旱范围有所减少;(2)根据干旱范围等级得到的各地区干旱频率的空间分布特征,有整体一致、南北相反、中部相反和东西相反等类型;(3)关中地区在全省发生全局干旱时,其干旱频率和强度为省内最高,而在全省发生局部干旱时,其干旱频率和强度为省内最低;而陕北风沙区的干旱特征与关中地区相反。     

基于SPI的1961～2016年陕西省干旱特征分析

根据1961²016年陕西省35个标准气象站的逐日降水数据,利用标准降水指数法(SPI),分析了陕西省在年、季时间尺度上气象干旱的变化特征,以及基于干旱范围等级的干旱频率和干旱强度的空间分布特征。结果表明:(1)从1961年至2016年,陕西全省整体上呈干旱化趋势,且干旱范围逐步扩大,春、秋季干旱化较为明显。但自2000年以来,干旱化趋势得到缓解,干旱范围有所减少;(2)根据干旱范围等级得到的各地区干旱频率的空间分布特征,有整体一致、南北相反、中部相反和东西相反等类型;(3)关中地区在全省发生全局干旱时,其干旱频率和强度为省内最高,而在全省发生局部干旱时,其干旱频率和强度为省内最低;而陕北风沙区的干旱特征与关中地区相反。     

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。     

沙颍河流域季节性干旱的时空分布特征

干旱是沙颍河流域最严重的自然灾害之一。选取该流域1961—2010年的月降水和月平均气温资料,计算3个月尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),采用Mann-Kendall法和Morlet小波分析探讨其季节干旱特征。结果表明,近50 a来沙颍河流域春秋季干旱发生频率较高,干旱有加强趋势,且秋季干旱变化趋势显著,夏冬季干旱发生频率较低,干旱有减弱趋势。流域季节性干旱的空间分布差异较大。四季SPEI序列分别存在8、8、17、20 a的第一主周期特征。研究结果可为沙颍河流域防灾减灾提供参考依据。     

江西省森林活动的时空变化及其对干旱的响应

基于江西省87个气象站1960²014年实测资料计算的标准化降水蒸散指数(SPEI)和20002014年实测资料计算的标准化降水蒸散指数(SPEI)和2000²014年MODIS NDVI数据,结合线性趋势分析、最大相关系数等方法,分析了江西省近50年干旱和近10年来森林活动的时空变化特征,以及江西省森林活动对不同时间尺度干旱的响应特征。结果表明:进入21世纪后,江西省受旱程度较以前有所增加,从2009年开始,干旱与湿润年份交替存在;20002014年MODIS NDVI数据,结合线性趋势分析、最大相关系数等方法,分析了江西省近50年干旱和近10年来森林活动的时空变化特征,以及江西省森林活动对不同时间尺度干旱的响应特征。结果表明:进入21世纪后,江西省受旱程度较以前有所增加,从2009年开始,干旱与湿润年份交替存在;2000²014年江西省森林NDVI在波动中呈微弱增加的趋势,自2008年以来森林NDVI明显增加,增速为0.03/10 a(P<0.01)。森林年均NDVI的年际变化主要取决于春季平均NDVI的变化,两者间的相关系数高达0.92;在春季和秋季,干旱导致对应季节森林NDVI下降,而在夏季,轻度干旱会使森林NDVI呈现增加趋势;在海拔较高地区,干旱对森林NDVI的滞后影响多持续在6个月以上,而在其他地区一般少于3个月。     

干旱对庐山日本柳杉径向生长量的影响

【目的】研究选用SPEI(标准化降水蒸散指数)分析庐山自然保护区干旱状况,及其对日本柳杉(Cryptomoria japonica)径向生长的影响,为庐山日本柳杉的生长和林分经营等提供一些理论依据。【方法】通过建立STD(树轮年表)的树轮宽度指数来反映庐山日本柳杉的径向生长量情况,计算分析SPEI来反映庐山自然保护区近几十年来的干旱变化情况。采用Mann-Kendall突变检验、相关性检验分析、小波分析、多元回归等方法探讨研究庐山日本柳杉径向生长量以及干旱变化。【结果】研究发现:(1)在1967—1970年、1977—1981年、2004—2012年庐山日本柳杉生长情况低于预期标准;(2)标准化降水蒸散指数随时间尺度的增大,波动周期越来越长较长,相对而言,SPEI12更为集中、波动较小,能够更好更准确的反映干旱年变化特征。SPEI12反映出庐山1967—1970年达到重旱程度,1978—1980年特旱,2002—2003年中旱,2005—2013年中旱至重旱;(3)树轮宽度指数与月尺度、半年尺度标准化降水蒸散指数呈显著正相关,与年尺度标准化降水蒸散指数呈极显著正相关关系。同时树轮宽度指数与上年8月至当年6月年尺度标准化降水蒸散指数呈显著正相关,其中与当年5月呈极显著正相关。【结论】日本柳杉生长量的周期变化与干旱周期变化接近,日本柳杉生长量变化相对干旱的变化会持续一到两年左右。     

基于SPEI的滇中季节性干旱时空特征分析

【目的】干旱缺水是制约滇中发展的重要因素之一,评价滇中干旱变化规律对制定区域抗旱对策、应对干旱缺水问题十分必要。【方法】以近40年来滇中45个气象站的月降水、气温资料作为基础数据,采用降水蒸发差值(P-PET)初步衡量滇中地区水分盈亏状况,然后以标准化降水蒸发指数(SPEI)作为干旱指标计算了滇中旱季SPEI的总体变化趋势、周期特征,分析滇中地区干旱的时空变化特征。【结果】过去40年,滇中地区冬春两季、干季水分亏缺较为严重,除春季SPEI呈微弱上升趋势外,冬季、干季均以下降趋势变化;干季周期变化为11、18、29年,春季周期变化为6、12、24年,冬季为8、12、18年。滇中各季SPEI空间上具有较好的一致性,表现为总体一致型。【结论】该研究结果可为滇中地区制定抗旱策略、科学合理配置水资源提供参考依据。     

海南岛干旱的气象特征及监测指标

为科学制定应对干旱措施,减轻干旱对海南生态和生产的影响,从降水分布、干旱成因、干湿状况、水分平衡及监测指标等角度描述海南岛干旱的气象特征。结果表明,海南岛降水时空分布不均匀：冬春少、夏秋多,空间上东多西少;从干湿指数看,11月到翌年4月气候干燥,5月开始逐渐变湿,8、9、10月最为湿润。地表实际蒸散发量中间山区高,四周平原台地低。从月降水满足实际蒸散发需水量的能力来看,海南岛的冬春季节降水充沛月比例较低,普遍在20%以下;南部和西部尤为严重,监测海南岛干旱发生发展,旱季适宜用6个月或12个月时间尺度的SPEI指数,而雨季适宜用3个月时间尺度的SPEI指数。     

基于标准化降水蒸散指数研究干旱对北京地区作物产量的影响

利用华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植典型区域北京地区1962—2011年逐月降水、温度资料计算多尺度标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),分析干旱对作物产量的影响。结果显示:1)在过去50年内,SPI与SPEI所评判的干旱演变有巨大的不同,SPEI对气候变暖的响应是造成上述现象的主要原因。2)1990—2011年干旱指数与作物产量的关系显著(P<0.05),短时间尺度的SPI₃-8和SPEI₃-8与玉米气候产量呈曲线关系,所建立的回归方程可以解释60.0%和60.1%的玉米产量变异,适宜的干湿状态在-0.8到3.2(SPI)和-0.9到2.1(SPEI)之间。3)长时间尺度的SPI₂₄-5和SPEI₂₄-5与冬小麦气候产量呈线性相关,可以解释其51.8%和51.2%的产量变异。研究结果符合北京地区玉米以雨养为主、冬小麦以地下水补灌为主的实际情况。4)利用12或24个月尺度的干旱指数判断区域水分状况,可以帮助决断冬小麦返青后的灌水次数和灌水量,在防范产量风险的同时,提高水资源的利用效率。本研究表明,选择适合的时间尺度和月份的SPI和SPEI可以用来评价华北平原旱涝状况对农业生产的影响。降水量缺乏仍然是导致北京地区作物减产的主要因素。但华北平原由于气温升高导致干旱化的趋势明显,未来研究华北平原干旱对作物产量的影响,需更加注重运用综合了降水和蒸散因素的干旱指数,以提高评价干旱对产量影响的准确性。     

基于SPEI指数的甘肃河东地区近56年干旱时空变化分析

干旱在中国发生较为频繁,对农业以及社会经济的发展影响较大。以甘肃省河东地区作为研究区,基于1960~2015年20个气象站点的气温与降水数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),分析河东地区四季和年际的干旱时空分布变化特征,以及极端干旱和中度干旱的发生频次。结果表明,(1)随着时间尺度的不断增加,标准化降水蒸散指数的持续性在加强。(2)20世纪90年代以前,河东地区的SPEI数值处于波动状态,但总体偏向于湿润,从90年代后期,开始呈干旱化态势,虽出现干湿适中的年份,但为数不多。(3)20世纪60~80年代,春季和冬季SPEI指数波动比较频繁,变化趋势不显著。春季80年代中期至90年代初、秋季60年初代至70年代末、冬季80年代末至90年代中期是河东地区的相对湿润期,从春、夏季80年代中期,秋季70年代末期、冬季90年代末期至20世纪整体呈现干旱化特征。(4)空间年际变化南部和北部干旱趋势显著,西北部较弱;季节变化春季和夏季的干旱化趋势显著,秋季和冬季干旱趋势较弱。     

南北过渡带典型地区参考作物蒸散估算方法适用性评价

基于南北过渡带典型地区蚌埠市1954—2019年的气象观测资料,运用FAO-56 Penman-Monteith(PM56)、Irmak-Allen(IA)、Makkink(Ma)和Priestley-Taylor(PT)等4种方法估算各站点参考作物蒸散量(ET0).以PM56计算结果为标准,利用线性回归法(R)、均方根误差(RMSE)等不同数据模型开展蚌埠市年、月尺度蒸散计算精度评价.结果表明:年尺度上,PT法存在较大误差,IA法相关性较差,均不适于研究区;月尺度上,IA法在2月、5月、7—9月,Ma法在1—2月、10—12月,PT法在1—2月、11—12月适用性较好,其余月份误差较大.     

气象科技服务在山东省干旱风险管理与防控中的应用

运用山东省1981—2015年实测月降水和月平均气温数据,基于标准化降水蒸散指数(SPEI指数)分析山东省干旱时空演变规律,提出了应对旱灾的干旱风险管理概念,并论述其含义和作用,总结了气象科技服务具体的应对措施.结果表明:(1)干旱事件在秋季和春季的发生频率最高,在夏季发生频率最低;(2)干旱事件在山东省西北部地区的发生频率明显高于东南部地区;(3)区域干旱灾害管理应由危机管理向风险管理转变;(4)从开展和推广旱灾气象指数保险产品、加强旱灾预警网络、建立并加强干旱监测业务水平和平台、加强防旱抗旱基础设施建设和完善干旱管理法律框架5个方面改善山东和全国的干旱灾害应对体系.研究有助于对干旱实现风险管理,降低旱灾危害,促进社会经济可持续发展,并为国家制定防治干旱风险区域战略计划提供科学依据.     

基于SPEI的东北地区农作物生长季干旱特征分析

利用1968—2017年东北地区89个站点的月值数据,采用Penman-Monteith模型计算了潜在蒸散,进而计算出标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI).分析多尺度SPEI与作物因旱受灾面积的相关关系,结果表明,8月份的4个月尺度SPEI与受旱面积的关系最为密切,故以此代表东北地区农作物生长季干旱.对东北地区生长季SPEI进行突变和趋势分析,发现以1983年为突变点由干转湿,且总体上呈现出湿润化的趋势.月时间尺度的SPEI表明,除9月份出现干旱化趋势且不显著外,其他月份均呈现变湿趋势,其中4和10月份湿润化显著.空间上,大部分区域表现为SPEI增加的趋势,其中SPEI显著增加区域主要分布在东北中西部地区,SPEI减小的站点主要分布在南部区域,但均未通过0.05的显著性检验.生长季不同月份干旱的高发区各不相同.     

新疆阿克苏地区气象干旱特征研究

研究区域干旱特征规律能够为干旱风险管理提供技术支撑,利用研究区内9个气象站点1960 ～ 2007年日降水数据,计算SPI 4个时间尺度3、6、9、12个月的干旱指数,分析该地区的干旱程度.在此基础之上,利用马尔可夫链预测随后3年阿克苏地区干旱的概率,与实际情况做比较.结果表明,①12个月时间尺度的结果表明,干旱强度最高的是沙雅,相对干旱频率最大的是库车;6个月时间尺度的结果表明,干旱强度最高的是柯坪,相对干旱频率最大的是拜城和库车.②年平均降水量呈上升趋势,基于SPI的马尔科夫模型的计算结果与阿克苏地区2008 ～ 2010年的气象情况一致.③SPI-12和SPI-6空间分布整体变化趋势一样,但是12个月时间尺度的结果干旱的整体趋势大致是东部比西部要严重;而6个月时间尺度的结果干旱20世纪60年代、80年代、90年代西部的干旱要比东部的严重.     

基于SPEI和RDI的曲靖大型灌区干旱趋势研究

干旱演变趋势对灌区水资源开发利用及防灾、减灾具有重要意义。以曲靖大型灌区为研究对象,收集灌区内沾益、陆良、曲靖3个气象站近40年月平均降水、月平均温度数据,计算得到12个月尺度的标准化降水蒸发指数(SPEI)和干旱侦测指数(RDI)的干旱指数,以Man-Kendall等趋势检测方法分析曲靖灌区干旱趋势,同时借助于Hurst指数,分析趋势的持续性。研究表明,采用考虑温度影响的SPEI与RDI计算3个站点的干旱指数是较为合理;3站发生的干旱次数大致相同,且灌区总体趋于干旱化,同时,干旱化趋势具有持续性。