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。     

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.     

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。     

基于SPI的旱涝气候演变及对洪湖水位的影响分析

利用洪湖市气象站逐月降水数据和洪湖水位站水位资料,计算不同时间尺度标准化降水指数(SPI)及其干旱等级,分析洪湖市旱涝气候演变及不同时间尺度旱涝气候事件演变特征,探讨降水量、不同时间尺度SPI与洪湖水位的相关性。结果表明,洪湖市近62年来干旱年和洪涝年频次和等级均相差较小,不同季节旱涝变化及等级频次分布存在一定差异,洪湖市呈湿润化演变趋势,SPI以0.086/10年的速率弱增长,春、秋季SPI呈下降趋势,干旱略加剧,夏、冬季SPI呈增长趋势,洪涝加剧;洪湖水位与降水变化趋势一致,但时间上有所滞后,洪湖水位与SPI具有较好的相关性,相关程度因SPI的时间尺度存在一定差异,其中SPI_3与水位相关性最好,利用3个月时间尺度的SPI_3来监测洪湖水位变化,两者具有很好的一致性,可以采用SPI_3指数监测洪湖水位。     

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。     

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MI分析陕西省干旱特征及趋势变化

【目的】目前干旱研究多为基于历史干旱事件分析成因与变化趋势,而结合过去与未来长时间序列数据更能揭示干旱变化特点。寻找在基于CMIP5模型输出未来气象数据时模拟干旱指数方法并探究陕西省过去与未来干旱变化特点,为陕西省未来农业水资源管理提供依据。【方法】根据陕西省18个气象站历史数据以及CMIP5模式输出未来气象数据,比较了3种模型模拟参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）,并基于参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）和降水数据计算标准降水蒸发指数（SPEI）和相对湿润指数（MI）反映干旱程度,比较过去（1958—2018年）与未来（2019—2100年）干旱的时空变化特点。【结果】多元线性回归模型（Multiple Linear Regression, MLR）能较准确的模拟参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）（RMSE=0.457 mm·d ^-1）;在RCP2.6和RCP8.5情景下未来干旱指数呈现上升趋势,在RCP8.5情景下,21世纪40年代存在干旱指数的突变年份;陕西省未来干旱程度降低,年内干旱分布更加不均匀;未来时期夏玉米生长季干旱程度减小,冬小麦生长季干旱程度增加。【结论】在不同RCP情景下,未来干旱变化特征存在差异,相同RCP情景下,SPEI和MI反映的干旱特征变化基本一致,但部分时段存在变化差异。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应当增强土壤蓄水保墒能力,尤其加强冬小麦生长季的抗旱工作。     

基于SPEI的河北省南部棉花生长季干旱特征分析

旨在为棉花干旱灾害的监测、预报预警及防御提供理论依据。利用河北省南部8个气象站点1962—2020年的逐月气温、降水量数据，采用标准化降水蒸散指数(SPEI)，通过回归分析、Mann-Kendall检验等方法，分析了河北省南部棉花生长季（4—10月）干旱变化特征。结果表明，河北南部棉花全生育期的干旱频率为25%，其中重旱以上发生频率为6.8%;播种期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮期干旱频率分别为35.6%、30.5%、32.2%、30.5%和32.2%;苗期气候在1976年发生干湿变化突变，1976年后呈显著湿润化趋势;蕾期气候在1968年发生干湿突变，1968年后呈显著湿润化趋势;棉花花铃期气候1982年后呈干旱化趋势，变化趋势越来越显著;棉花吐絮期气候1989年后呈干旱化趋势;棉花全生育期气候1982年后呈现持续干旱化趋势。20世纪90年代以来，棉花苗期、蕾期气候呈湿润化趋势，花铃期呈干旱化趋势，作物品种培育和栽培技术措施改进应重视这种变化趋势。     

海南岛森林植被NEP季节性时空变化规律及气候驱动因素分析

为了探究海南岛森林净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity,NEP）的时空变化以及与气候、地形等因素的关联,本研究利用时间序列分析方法以及一元线性回归方法描述了近20年来不同季节NEP的时空变化特征,并基于增强回归树（Boosted Regression Trees,BRT）分析气候因子和地形因子的贡献度。结果表明:（1）海南岛森林NEP表现出明显的季节性变化,整体来看近20年NEP呈现不显著的下降趋势,有机碳的变化率为?0.57 g·m?2 ·a（P>0.05）;海南岛森林在年际、干季、湿季3个时间尺度上均为碳汇状态,并且湿季的碳汇强度高于干季;空间上,年际NEP和湿季NEP呈显著增长趋势集中在海南岛东北部,呈显著下降趋势集中在海南岛中西部;（2）BRT的结果显示了海拔对于NEP的贡献度分别为年际（45.46%）,干季（40.58%）,湿季（21.88%）;（3）通过趋势相关性与多元线性回归分析,发现NEP与降雨有显著趋势相关性。海南岛低海拔森林NEP受温度和降水的影响。在干季时,降雨对海南岛低海拔森林NEP有显著的负向贡献,贡献度为?53%（P<0.05）;在湿季时,温度对海南岛低海拔森林NEP有显著的正向贡献,贡献度为90%（P<0.05）。     

季节性干湿气候对茶园坡面土壤硝态氮淋失的影响

气候变化背景下,季节性干湿对土壤NO_3~--N淋失产生重大影响。本文以太湖流域典型茶园为研究对象,基于1960—2019年降雨数据,提取每个季节十年一遇干旱、十年一遇湿润和最接近平均降雨量的气象数据,组合成31种降雨情景,并采用DNDC模型模拟不同情景下NO_3~--N淋失通量,探讨季节性干湿气候对土壤NO_3~--N淋失的影响。结果表明:湿润季节越多,NO_3~--N的淋失通量越大,反之则越小;NO_3~--N淋失容易发生在降雨集中的季节、施肥之后的雨期或干旱之后的雨期。春季和秋季干旱会导致NO_3~--N淋失通量大幅减小,减幅分别为83.9%和63.4%;秋季或冬季干旱时,如果后续季节遇到降雨,NO_3~--N淋失通量均有明显增加。春季湿润导致NO_3~--N淋失通量大幅增加,增幅为50.5%左右;而秋季湿润对NO_3~--N淋失通量无明显影响。季节性干旱情景下,NO_3~--N淋失存在滞后效应,对后续季节NO_3~--N的淋失影响显著,到来年夏季结束;季节性湿润情景下,NO_3~--N淋失存在提前效应,但对后续季节NO_3~--N淋失影响较小,到来年秋季结束。本研究有助于气候变化背景下面源氮素损失的风险评估和精准农业管理。     

基于CROPWAT模型的橡胶树需水量

为了计算和测定橡胶树的需水量,利用海南省儋州市1954—2020年的气候资料,采用CROPWAT模型,研究了不同水文年橡胶树的需水量及其与有效降水量的耦合度.结果表明:(1)橡胶树年均需水量为1069.8 mm,该区橡胶树年均有效降水量为1048.3 mm.(2)以旱季即11月至翌年4月的降水量为依据可较好划分当地水文...     

内蒙古中部区干旱指数演变及其对马铃薯产量的影响

为了解内蒙古中部马铃薯主产区干旱发生程度对马铃薯产量的影响，选用内蒙古中部马铃薯主产区23个气象站1961—2017年逐日降水量数据，统计分析了近50年的降水集中度（PCD）、降水集中期（PCP）、标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）的时空特征及其与马铃薯产量变化的响应关系。结果表明，从年际变化来看，PCD呈下降趋势，突变年份为1998年，表明研究区区域降水量年度内的分配更趋近于均匀；PCP、SPI和SPEI无明显趋势变化。从区域变化来看，PCD与马铃薯生长季的降水量呈负相关关系，即降水越少的地区降水越集中；东部的PCP要早于西部，平均值出现在6月25—30日之间；SPI和SPEI低值区主要位于中部。SPI和SPEI气候倾向率的空间分布表征西北部地区干旱程度有所缓解，东南部地区有所增强。PCD>0.37、PCP>39 候、SPI<0.13或SPEI指<0.34的年景马铃薯产量可能因干旱出现减产；PCD>0.48、PCP>41 候、SPI<-0.54或SPEI<-0.29的年份可能因干旱成灾。研究结果为内蒙古马铃薯干旱的防灾减灾提供了科学的决策依据。     

1961-2010年中国主要麦区冬春气象干旱趋势及其可能影响

【目的】近年来,连续发生的冬春连旱事件已经严重威胁到冬小麦的安全生产和粮食增产,本研究以中国主要麦区为研究对象,分析1961-2010年中国北方主要麦区冬春季降水、无降水日数和极端干旱频率的变化趋势及其对当地冬小麦生产的可能影响,揭示冬春干旱在当前气候背景下的演变趋势,为科学应对冬春干旱提供依据。【方法】采用线性倾向估计与Robust F线性显著性检验分析1961-2010年中国北方各站点冬春季降水、冬春季无降雨日数的线性倾向与显著性,揭示冬季、春季和冬春季的降水和无降雨日数的年代际变化趋势;根据气象干旱等级的国家标准GB/T 20481-2006将干旱5个等级中的重旱和特旱定义为极端干旱,基于降水距平的滑动平均,计算1961-2010年各年冬春季极端干旱频次的线性倾向,分析极端干旱发生频次的年际变化趋势和干旱风险剧增区降水的时间变化,揭示干旱时间动态趋势。【结果】(1)1961-2010年,华北为中心的冬麦区冬春气象干旱呈加剧趋势,其中心区域山西、河北和山东西北部冬春两季极端干旱的频次呈现增加趋势,陕西东部和湖北西北部春极端干旱的频次也呈增加趋势;(2)1961-2010年华北冬麦区的冬季降水呈减少趋势,且无降水日数呈增加趋势,即冬季气象干旱呈加剧趋势,其他区域的冬季降水呈增加趋势,无降水日数呈减少趋势;(3)1961-2010年华北冬麦区、黄淮冬麦区中南部和西北春麦区南部的春季降水均呈减少趋势,且无降水日数呈增加趋势,其他区域春季降水呈增加趋势,无降水日数呈显著减少趋势;(4)从重点区域降水的时间动态看,近20来华北地区的冬季和春季降水呈急剧下降趋势,无降水日数呈显著增加趋势,冬春气象干旱风险呈剧增趋势;近50年来黄淮冬麦区和长江中下游冬麦区的冬季降水呈增加趋势,而春季降水呈下降趋势,无降水日数呈增加趋势,长江中下游麦区20世纪70年代中期以后春季降水呈持续下降趋势。【结论】华北地区冬春季降水呈急剧下降趋势,无降水日数呈增加趋势,华北冬小麦冬、春干旱势必由于地下水位的持续下降和抗旱成本的增加而导致干旱风险加大;黄淮冬麦区南部和长江中下游冬麦区的春季降水尽管也呈下降趋势,由于该区域春季平均降水量对小麦来说以偏多为主,降水减少还不会影响到小麦生长,该区域降水的减少可能对冬小麦生长有利;气候干旱区东北和内蒙春麦区、西北春麦区西部50年来的冬春季降水呈增加趋势,有利于春小麦生产。     

湖南省长沙市湿润指数定量分析

根据1954～2010年长沙市气候资料,计算潜在蒸散量和湿润指数,分析长沙市地表干湿状况变化规律,结果表明：57年来,长沙市年湿润指数总体略有增加,但自20世纪90年代的丰水期结束后,进入21世纪以来出现了典型干旱年——2007年,该年份的出现与降水量和平均气温的异常变化有直接关系。在分季节分析极值过程中发现,年降水量距平极值与春秋冬季湿润指数极值出现时间吻合,年潜在蒸散量距平极值与夏季湿润指数极值出现时间吻合,长沙市春季湿润指数下降明显,伏秋连旱对农业生产影响严重。