基于SPI的黄河流域干旱时空特征分析

利用黄河流域65个站点,近60a(1958—2012年)的日降水资料,采用标准化降水指数(SPI)对黄河流域的干旱时空特征做了初步分析,并对流域降水变点(1979年)前后的特旱时空分布特征进行了对比研究。结果表明:随着时间尺度的增加,SPI指数随机性减弱,持续性加强。黄河流域干旱的发生发展缓慢、持续时间久、影响范围广;9月SPI检测特旱发生概率比较高的地区主要集中在黄河流域西部,12月SPI检测特旱发生概率比较高的地区集中在黄土高原地区;黄河流域降水变点前,特旱发生概率较高的地区集中在流域南部,降水变点后,特旱发生概率较高的地区集中在流域西部、中部与东北部。变化环境下,黄土高原和黄河下游特旱事件的频率变大。     

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...     

基于标准化降雨蒸散指数的水稻生育期干旱特征分析

基于气候变化下南方干旱灾害发生频繁和影响不断加剧的事实,收集了典型水稻种植区高邮站点1951—2015年65 a逐月的降雨、气温数据资料,基于标准化降雨蒸散指数(standardized precipitation evaporation index,SPEI)和Mann-Kendall(MK)趋势检验方法,研究和分析了水稻作物不同生育期内干旱发生频率、影响程度及其变化规律,结果表明:整个生育期内轻度干旱发生率最大,其中返青期和拔节抽穗期各为轻度干旱和重度干旱发生概率最大的生育期;从70年代至今干旱生育期次比呈上升趋势且集中在14%～28%波动,干旱生育期次数增多,干旱发生影响范围加大;在SPEI指数时间分布特征上,返青期、分蘖期和拔节抽穗期均呈现上升的趋势,乳熟期和黄熟期则均呈现下降的趋势,说明除乳熟期干旱程度呈现加强的趋势,返青期、分蘖期和拔节抽穗期干旱程度均呈现减小趋势;显著性分析表明,除拔节抽穗期为极显著性,乳熟期为显著性外,其余均呈不显著变化.研究成果可以有效地指导抗旱和灌溉,对水稻需水期尤其是关键需水期受旱影响评估提供参考,尽早做出灌溉决策,避免水稻作物受旱减产.     

基于SPEI指数的金沙江流域气象干旱时空特征分析

金沙江流域水能资源丰富,是长江经济带重要的水源地,分析其干旱时空演变规律特征,对水资源管理规划及下游的农业生产具有重要的指导意义。基于金沙江流域28个气象站1960-2020年逐月降水和气温资料,计算了年尺度和季尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）,定量分析了季尺度和年尺度不同等级气象干旱发生频率的年代变化规律及空间分布特征,并采用云模型分析了年尺度气象干旱时空分布的随机性与稳定性。结果表明,年尺度上,金沙江流域主要以轻旱和中旱为主,呈现轻旱高频和重旱低频的特点,且整体趋于干旱化;季尺度上,四个季节干旱频率均在30%左右,主要以春季和夏季干旱为主;空间分布上,丽江一带干旱发生频率较高。云模型分析结果表明,年尺度上,SPEI指数时间分布的离散程度较空间分布的大,不均匀性更加不稳定;时间分布上站点间干旱程度差异随年际变化增大,且不均匀性趋于不稳定;空间分布上,随着熵值的增大,超熵值减小,期望越低的站点相对多年平均干旱程度波动越大,其干旱程度的不均匀性越稳定。     

不同生育期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

用盆栽对冬小麦不同生育阶段进行不同程度不分调亏试验结果表明：拔节－孕穗期、抽穗－扬花期和灌浆－成熟3个阶段内RW上限为40％、50％、60％的水分亏缺均引起了产量的极显著下降，而且水分亏缺越严重，产量降低越大。在3个生育阶段内进行RW上限为40％的水分调亏减产幅度都很大，而且3个生育阶段之间差异不明显；进行50％、60％水分调亏，其减产程度则与生育期有关。灌浆－成熟期的减产程度大于前二个时期，这可能与前二个阶段复水后作物的补偿生长有关。不同生育期水分亏缺对冬小麦产量构成因素的影响也不同，拔节－扬花期水分亏缺主要减少了穗粒数，灌浆－成熟阶段的水分亏缺主要减少了千粒重。     

不同生育期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

用盆栽对冬小麦不同生育阶段进行不同程度水分调亏试验结果表明 :拔节—孕穗期、抽穗—扬花期和灌浆—成熟 3个阶段内 RW上限为 4 0 %、5 0 %、60 %的水分亏缺均引起了产量的极显著下降 ,而且水分亏缺越严重 ,产量降低越大。在 3个生育阶段内进行 RW上限为 4 0 %的水分调亏减产幅度都很大 ,而且 3个生育阶段之间差异不明显 ;进行 5 0 %、60 %水分调亏 ,其减产程度则与生育期有关。灌浆—成熟期的减产程度大于前二个时期 ,这可能与前二个阶段复水后作物的补偿生长有关。不同生育期水分亏缺对冬小麦产量构成因素的影响也不同 ,拔节—扬花期水分亏缺主要减少了穗粒数 ,灌浆—成熟阶段的水分亏缺主要减少了千粒重     

淮北平原冬小麦土壤含水率时空特征分析

[目的]探讨淮北平原冬小麦生育期内土壤水分的时空变化特征,为冬小麦灌溉和田间水分管理提供科学依据.[方法]基于1992—2018年淮北平原砂姜黑土区的土壤含水率数据和适宜土壤含水率阈值,采用Mann-Kendall检验法(M-K检验法)、滑动T检验法、克里金插值法等方法分析了淮北平原冬小麦生育期内土壤含水率时空变化规律...     

山西省农业干旱时空变化特征

【目的】通过遥感快速准确地获取土壤湿度数据,为农业旱情的监测提供科学依据。【方法】选择山西省为研究区,以2009-2018年夏季的MODIS地表温度和植被指数数据为基础,通过TVDI模型获取农业旱情状况,并通过趋势分析、稳定性分析、H指数等方法研究山西省农业干旱时空变化特征。【结果】2009-2018年山西省夏季农业旱情总体呈现出正常偏干旱分布,且干旱主要集中在晋南地区。趋势变化表明,山西中部部分地区湿润程度逐步提高,而晋南地区湿润程度则逐步降低,此外TVDI值与高程和坡度负相关,高程越低,坡度越小的地区越干旱。研究区2009-2018年夏季时节的TVDI值变化趋于中度稳定。H指数表明,山西省晋中部分地区将继续显著湿润,而晋南地区继续轻微干旱。【结论】未来山西省夏季农业旱情除晋南会呈现出一种稳定持续轻微干旱外,大部分地区仍然处于一种稳定持续湿润的状态。     

河南省冬小麦各生育期水分亏缺的空间分布及降水量突变检验

为探明河南省冬小麦不同生育阶段缺水量情况,将其冬小麦生育阶段划分为生育前期(播种—三叶期)、分蘖—越冬期、返青—成熟期,根据河南省20个基准气象站点1951—2013年旬值气象资料,利用CROPWAT模型计算了冬小麦不同生育阶段有效降水量,用P-M公式计算了冬小麦需水量,进而得到了冬小麦缺水量;利用Arc GIS10.0绘制了有效降水量、需水量、缺水量空间分布图,并分析了其空间变异性;利用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法分析了冬小麦各生育阶段降水量时间序列变化趋势。结果表明,(1)不同生育阶段有效降水量整体呈由东南向西北递减趋势,部分地区略高于周边地区;不同生育阶段冬小麦需水量整体呈由西北向东南递减趋势,分蘖—越冬期降水量分布无明显规律;不同生育阶段缺水量整体呈由西北向东南递减趋势,部分地区略低于周边地区;(2)冬小麦全生育期、生育前期、分蘖—越冬期、返青—成熟期多年平均有效降水量分别为201.80、25.04、45.91、130.85 mm,多年平均需水量分别为432.52、39.23、104.22、289.07 mm,多年分别平均缺水量分别为230.72、14.19、58.31、158.22 mm;(3)Mann-Kendall检验结果表明,冬小麦全生育期降水量随时间整体呈降低趋势;而生育前期降水量则整体呈升高趋势;分蘖—越冬期降水量整体呈降低趋势;返青—成熟期降水量整体呈降低趋势,期间各生育阶段降水量亦随UF曲线变化而变化。故河南省冬小麦返青—成熟期缺水量较多,西北部安阳、新乡等地缺水量严重,南部驻马店、信阳等地水分充足;除生育前期外,各生育期降水量随时间整体呈下降趋势。     

基于TVDI的黄土高原干旱时空变化与其影响因素

为探讨黄土高原地区2001—2020年间干旱时空变化特征及其影响因素,利用MODIS增强植被指数(Enhanced vegetation index, EVI)以及地表温度(Land surface temperature, LST)数据,构建温度植被干旱指数(Temperature vegetation dryness index, TVDI)模型,探究黄土高原地区2001—2020年TVDI指数时空动态、变化趋势并利用地理探测器模型分析TVDI空间分异性的驱动因子。结果表明：2001—2020年间黄土高原TVDI空间分布具有较强的空间分异性,总体上呈现从西向东旱情逐渐增加的趋势,黄土高原多年平均TVDI为0.522,整体上处于轻旱状态。从TVDI多年变化趋势上分析,超过64%的区域有干旱加剧的趋势,且存在明显的地域分异规律,黄土高原西北部的内蒙古、宁夏北部以及山西部分地区旱情大多呈加剧趋势,而旱情缓解区域较为集中,多分布于陕西中部、宁夏南部和甘肃北部。各土地利用类型的TVDI年际变化均呈现不同程度上升的趋势且各土地利用类型年均TVDI差异明显,从大到小依次为：未利用地(0.571)...     

考虑气候分区的甘肃省干旱时空分布特征分析

甘肃省地处生态脆弱区,气候条件复杂,干旱发生概率高、范围广。为了更好地研究甘肃省干旱时空变化特征,综合考虑甘肃省气候类型和地理特征将其划分为4个气候分区（Ⅰ区,河西大陆性气候区;Ⅱ区,陇中北部季风气候区;Ⅲ区,陇南-陇中南部季风气候区;Ⅳ区,甘南高寒气候区）,并采用甘肃省26个国家气象站点的气象资料,计算其近60年（1960—2019年）的月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI-1、SPEI-3、SPEI-12）,结合气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、空间插值等方法探讨甘肃省近60年的干旱时空演变特征。结果表明：从时间变化角度看,不同时间尺度的SPEI均呈减小变化趋势,且随时间尺度的增大,SPEI波动幅度越小;在四季变化上,春、夏、秋季SPEI在甘肃省各气候分区都呈现在波动中下降的趋势,且下降趋势明显,表明干旱趋势显著,冬季SPEI在各气候分区呈现在波动中上升的趋势,表明有湿润化的趋势。从空间变化角度看,甘肃省Ⅰ区呈干旱减缓趋势,Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区呈干旱加剧趋势,且春季各气候分区干旱加剧趋势明显,夏、秋季次之,而冬季基本上都呈现干旱减缓趋势;甘肃省不同气候分区不同等级干旱发生频率分布差异大且不均衡,干旱频率由小到大依次为：特旱、中旱、重旱、轻旱。     

基于遥感和积温的冬小麦生育期提取方法

为了给监测作物长势和产量预测提供重要的基础数据,以河北、河南、山东三省冬小麦为研究对象,利用中等分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)的叶面积指数(Leaf area index,LAI)产品,采用Savitzky-Golay上包络线滤波重构2015年MODIS LAI时间序列,提取抽穗期;基于Logistic函数拟合LAI时间序列提取返青期;根据提取的2015年返青期和抽穗期,基于多年历史积温法分别提取当年拔节期和开花期。利用研究区域内64个农业气象站点(简称农气站点)的生育期观测值对提取值进行验证,结果表明,采用农气站点观测值验证,提取的生育期精度较高,返青期、拔节期、抽穗期和开花期的平均误差分别为7. 4、4. 5、4. 4、3. 8 d。二阶导数的方法对混合像元及Logistic函数拟合准确度敏感,对拔节期、抽穗期、开花期的提取精度较高。研究表明,基于时间序列MODIS LAI数据,采用Logistic函数拟合提取大面积冬小麦生育期具有很好的可行性。     

基于SPI和Copula的湟水流域干旱趋势研究

为了研究湟水流域干旱趋势变化,选取该区17个气象站的1959-2006年的日降水数据,计算得到1960-2006年的标准化降水指数,并依据干旱等级和游程理论判定出干旱事件。然后采用Mann-Kendall趋势检验法对各站各月的、干旱历时以及干旱严重程度序列进行趋势分析,最后选用Archimedean Copula函数族的3种常用函数联合干旱历时和干旱严重程度序列,优选出拟合最佳的Copula函数构造两者的联合分布,并计算中度干旱和重度干旱情境下的联合重现期。从时间尺度上分析,湟水流域年内湿润化趋势集中在6-9月,干旱化趋势集中在12月到次年3月,出现了干旱的季节更干旱,湿润的季节更湿润的两极化情况,可能会加重流域的夏旱严重程度。在空间分布上看,整体上湟水流域东南部的干旱风险要高于西北部,并且低等程度的干旱在流域东南部发生可能性增大。     

新疆塔里木盆地绿洲区生育期ET_0时空变化分析

参考作物蒸散量是表征大气蒸散能力,评价气候干旱程度、植被耗水量的重要指标。本文根据新疆塔里木盆地周边绿洲区的5个典型气象站近50余年的逐日气象资料,采用PM公式计算各站生育期ET0,使用经典统计学理论、气候倾向率及Mann-Kendall非参数法,对研究区生育期ET0时空变化特征进行分析。结果表明:不同区域的年生育期ET0数据均服从正态分布规律,且其变异系数相差不大,均属于中等偏弱程度变异;对不同站点ET0多年均值进行显著性检验,喀什站与和田站、阿克苏站ET0多年均值无显著差异,其他站点之间ET0多年均值存在显著性差异;塔里木盆地北缘与西南缘绿洲生育期ET0通过了时间序列MK趋势检验,递减值分别为-3.23、-2.07与-2.76mm/a。     

基于植被健康指数的内蒙古干旱时空特征分析及驱动因素研究

【目的】探究内蒙古地区1982—2020年干旱时空演变特征及驱动因素。【方法】基于1982—2020年内蒙古植被健康指数（VHI）,从时间、空间及时空耦合角度分析该区域干旱时空特征,采用交叉小波方法分析厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）、太阳黑子对干旱的驱动作用。【结果】(1)内蒙古地区干旱总体呈增加趋势,夏季干旱化趋势最明显。内蒙古干旱呈现出一定的交替性特征,第一主周期、第二主周期分别为8、12 a。(2)内蒙古中部偏北地区的旱情较为明显。(3)干旱明显加重地区主要位于内蒙古中部及东北部少许地区,南部呈干旱减轻趋势。(4)1982—2020年,内蒙古西部、中部、东部地区分别发生了23、20、17场干旱事件。最严重的干旱事件发生于1988年12月—1990年3月。(5)大气环流因子及太阳黑子与内蒙古干旱间均存在相关关系,ENSO对干旱的影响最大,太阳黑子对干旱的影响最小。【结论】1982—2020年,内蒙古干旱表现出加重趋势,具有周期性特征,且ENSO对干旱的影响最大。     

基于连续干旱游程的干旱特征分析与应用

干旱是复杂的自然灾害,了解干旱的演变规律对旱情的防治、水资源的规划和管理意义重大。根据榆林市5个气象站1960-2016年的逐月标准化降水指数,通过不连续干旱游程(UDR)与连续干旱游程(CDR)方法提取干旱变量,应用Copula函数分析干旱发生概率与重现期。结果显示:(1)与UDR方法相比,CDR方法提取的数据系列含有较多极端数据,有助于减小最优理论分布与实测数据的尾部拟合误差;(2)干旱历时与干旱烈度的联合最适分布为:绥德站为Frank Copula,榆阳站和横山站为Gumbel Copula,神木站和定边站为Gaussian Copula。(3)榆林市干旱联合累积概率随干旱历时与干旱烈度增大而增大;组合重现期随干旱历时与干旱烈度的增大而呈先缓后陡的增加趋势。     

雅砻江流域降水时空变化特征分析

为研究雅砻江流域降水的季节和年变化趋势及周期的时空分布特征,利用1960—2018年雅砻江流域9个气象站点的年季平均降水量,采用Mann-Kendall(M-K)检验和小波分析对降水时间序列进行分析.结果表明:流域降水年、季空间分布不均匀,总体呈现出从西北向东南递增的趋势;1960—2018年流域年降水量呈增长趋势,春...     

基于云模型和相对湿润度指数的干旱时空分布特征分析

根据川中丘陵区8个典型站点1960—2011年逐月气象资料计算相对湿润度指数,并引入云模型,在年、季时间尺度上分析该研究区的干旱时空分布特性。结果表明,1994年为突变年,干旱开始呈持续加重趋势,干旱强度的时间分布较均匀且稳定;冬季干旱最严重,春季次之,冬季干旱强度的时间分布最均匀也最稳定;夏季和秋季不干旱,但夏季干旱强度的时间分布最不稳定,秋季干旱强度的时间分布最离散,且干旱呈显著加重趋势。除冬季干旱强度的空间分布的离散程度比时间分布的离散外,其余时段都比时间分布均匀,但稳定性比时间分布的小。因此,川中丘陵区主要为季节性干旱,特别应在冬季做好防旱减灾工作。