基于标准化降水指数的汉江流域干旱时空分布特征

随着流域内经济社会快速发展以及南水北调中线一期工程调水,汉江流域水资源需求日益加大,流域管理面临较大挑战。从干旱角度分析汉江流域缺水状况,根据汉江流域13个国家基本气象站44a收集得到的月降水量资料,用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,从干旱频率、干旱站次比、干旱强度以及气象变化趋势率4个方面对汉江流域的干旱时空分布特征和演变规律进行分析。结果表明:年度、春季和秋季干旱站次比呈轻微增加趋势,夏季和冬季干旱站次比呈轻微减小趋势;春季、秋季和冬季干旱强度呈轻微增加趋势,年尺度和夏季干旱强度呈轻微减小趋势;区域内主要发生的是全域性和局域性干旱,干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主;春季干旱频率较高的地区主要在流域西部的汉中等地和南部的房县、老河口、天门等地,夏季干旱频率较高的地区主要集中在流域北部的佛坪、尚州、西峡等地,秋季干旱频率较高的地区主要集中在流域南的老河口、枣阳、钟祥等地,冬季干旱频率较高的地区主要集中在流域南部的房县、老河口、枣阳、安康等地。     

赣江流域气象水文干旱传播特征分析

探究气象水文干旱传播规律对水文干旱的提前预警和减灾具有重要意义。基于赣江流域1960～2018年逐月降水量、气温和径流量资料,分别计算不同时间尺度上的标准化降水蒸散发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）、标准化降水指数（Standardized Precipitation Index,SPI）和标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）,利用游程理论和Copula函数条件概率方法对比分析气象水文干旱特征及其干旱传播规律。结果表明：赣江流域年和季节尺度上的气象干旱与水文干旱变化过程相似,变化趋势一致,干旱指数反映流域春旱和冬旱呈现加重趋势,而夏旱和秋旱呈现减弱趋势,SPEI指数描述的夏旱强度要重于SPI和SRI指数,而反映的冬旱强度则弱于其他两种干旱指数;SPEI和SPI评估的赣江流域气象干旱事件分别为87和75次,SRI评估的水文干旱事件为65次,虽然气象干旱事件多于水文干旱,但水文干旱事件有着更长的历时和更高的烈度;干旱传播时间年内波动较大,雨季传播时间在1～2个月间...     

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。     

南方季节性干旱特征分析——以湖北漳河灌区为例

为探讨南方地区季节性干旱特征,利用湖北漳河灌区1953—2016年钟祥站逐日气象资料,分别计算了月标准化降水指数(SPI)、相对湿润度指数(M)以及帕默尔干旱指数(PDSI),经与漳河灌区实际干旱记录对比并分析季节性干旱特征,结果表明:3种干旱指数在不同方面各有优势,从吻合度来看,SPI与实际干旱吻合率最高;从不同历时的干旱来看,SPI和M对短期干旱反应迅速,而PDSI则对长期干旱较为灵敏;从不同季节来看,M适用于春、夏季,SPI适用于秋季,而PDSI则适用于冬季.漳河灌区季节性干旱特征表现为单一季节干旱比季节连旱频繁,但干旱程度轻于连旱.单一季节干旱中,夏旱出现频率最高,其次是秋旱和春旱,冬旱最少,其中夏旱和秋旱干旱等级高,危害程度更大.季节连旱中,夏秋连旱发生最频繁,干旱等级也最高,秋冬连旱和春夏连旱出现频率较少,春夏秋连旱最少;与北方干旱易受降雨因素影响相比,南方对降雨依赖性小于北方,在降雨较多的夏秋季亦经常遭遇干旱,影响机制更为复杂.     

基于SPEI的南盘江流域近40年冬春干旱时空特征研究

以标准化降水蒸发指数(SPEI)作为干旱指标,根据SPEI的总体变化趋势、干旱覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,分析南盘江流域冬春干旱的时空分布特征。结果表明,1971—2010年,南盘江流域年均SPEI处于下降趋势且存在6、10年的周期变化;干旱覆盖范围逐渐扩大,轻旱呈下降趋势,中旱及重旱呈上升趋势;流域各地区发生不同程度干旱,轻旱由西南向东北方向递减,重旱与之相反,中旱则以西南至东北方向中部最低;流域内冬春干旱多为中旱。     

基于Copula函数的川中丘陵区干旱风险分析

根据川中丘陵区内8个代表性站点1958—2014年月降水资料计算标准降水指数(SPI),通过游程理论识别不同类型的干旱事件,引入Copula函数计算不同类型干旱事件的联合概率以分析川中丘陵区内的干旱风险。结果表明,川中丘陵区内发生季内轻旱、跨季轻旱、跨季中旱、跨季极旱,尤其是半年以上极旱事件的风险较高;区内不同类型干旱事件的分布特征不同,内江和宜宾站所在区域是季内重旱和季内极旱的高风险区,而巴中和阆中站所在区域是半年以上干旱事件的高风险区。     

太子河流域降水及旱涝时空演变特征分析

为研究太子河流域降水及旱涝演变特征,依据太子河流域19个雨量站1956-2006年逐日降雨资料,采用数理统计结合GIS空间分析技术,引入了降水距平百分率Pa、标准化降水指数SPI、长周期旱涝急转指数LDFAI等指标进行分析。结果表明,太子河流域降水量呈现非显著下降趋势,线性倾向率为-12.96 mm/(10 a),并且具有明显的空间差异性;太子河流域旱涝演变过程大致经历了4个阶段,20世纪90年代以来为干旱期,干旱发生的频率较高,多尺度SPI的综合应用能够较好地反映太子河流域旱涝演替过程;太子河流域旱涝急转现象频繁,典型年份旱涝急转强度具有明显的空间差异性。总体来说,涝转旱事件发生频率大于旱转涝事件发生频率,而旱涝急转事件主要发生在太子河流域下游区域,需重点关注旱转涝事件带来的影响。     

基于标准化降水指数的近45年吉林省干旱特征分析

选用吉林省地区45个气象站近45 a逐月降水资料,以标准化降水指数(SPI)为干旱指标,详细分析吉林省范围内干旱强度、影响范围和发生频率的时空演变特征。分析结果表明:过去的45 a中,吉林省地区干旱整体呈增强的趋势。吉林西部和中部地区是年、季尺度干旱高发地区,干旱发生频率明显高于东部地区。从站次比上来看,年尺度干旱站次比呈阶段性先减后增的变化形式,且全省范围内多发全域性干旱。不同季节中,春、冬两季中的站次比出现下降,夏、秋两季中站次比有所增加。夏旱多为局域性干旱,其余季节中则均为全域性干旱。年尺度干旱强度变化呈增强趋势,且以中旱为主。不同季节中干旱强度和站次比变化形式有所不同,春、夏两季中干旱的作用强度减弱,秋、冬季中干旱强度呈增强趋势。     

基于降水距平百分率的安徽省近50a干旱时空分布特征分析

基于安徽省1965-2014年15个气象站点的降水资料,以降水距平百分率(Pa)为干旱指标,从年和季(3个月)时间尺度定量地分析安徽省时空变化特征。研究结果表明:安徽省干旱在空间尺度上分布不均,北部和西南地区干旱发生频率高,中部和东南地区发生频率较低,自北向南干旱频率逐渐降低。通过对季节尺度干旱结果的比较可知,秋旱发生频率最高、强度最大、干旱范围最广,其次是夏旱、冬旱和春旱。其中春旱和秋旱有加重趋势,而夏旱和冬旱趋势不明显。     

1960―2018年吉安地区干旱特征分析与短期预测

【目的】深入探索吉安地区干旱的时空分布特征、演变趋势以及未来干旱状况。【方法】基于吉安地区13个区县气象站点1960―2018年降水量的不同时间尺度SPI值,利用反距离权重法对干旱频率进行空间插值,分析了年、四季干旱的空间分布特征;采用线性回归法、Mann-Kendall趋势检验法、干旱站次比和游程理论分析了干旱变化趋势、发生时序特征、影响范围和严重程度;通过加权Markov模型对降水量状态进行了预测。【结果】吉安地区年尺度干旱的频率和高频范围从轻旱到特旱逐渐减小;秋旱和冬旱较为严重,发生频率均在30%左右,夏旱地区分布差异大;多地春旱有加重倾向,夏旱呈减弱趋势;全流域干旱事件容易集中在短时间内发生,干旱范围以20 a为周期缩小明显,严重程度也有所减弱;最后,预测2019年和2020年偏枯的区县为6个和8个。【结论】吉安地区应重点做好秋冬季节的防旱工作,并且关注可能发生在21世纪20年代初期的大范围干旱事件。     

基于SPI指数和CI指数的东北地区降水集中度与旱涝关系研究

研究以东北地区43个气象站1976-2015年逐日降水量数据为基础,采用降水集中度指数CI描述降水集中程度,标准化降水量指数(SPI)描述旱涝状况,以分析全年以及不同季节的降水集中度与旱涝关系为目标开展研究。结果表明:①东北地区年降水集中度高于各个季节的降水集中度,四季中冬季降水集中度最低;②在丘陵山地地区年CI指数与年尺度SPI正相关关系显著,降水多的年份降水分布也更为集中,更容易造成洪涝灾害;③不同季节之间,春、秋季有超过半数的站点的降水集中度与SPI正相关关系显著,春季在降水少的年份由于降水分布均匀,无效降水多,加剧了干旱。研究结果对于深入理解东北地区不同季节降水分布特征及对旱涝事件影响具有重要意义。     

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。     

基于波文比和降水的综合干旱指数的构建及应用

针对地表植被覆盖差异对遥感监测区域干旱精度的影响问题,通过GLDAS获取1978-2017年吉林省44个区县的降水、潜热通量和显热通量数据,以此构建了标准化波文比指数(SBI),在此基础上结合标准化降水指数(SPI),通过Copula函数构建出反映土壤水分和降水的综合干旱指数(MSBP),并用其分析吉林省的干旱时空特征,通过比较SBI、SPI和MSBP在历史干旱严重年份上的表现,以及分析3种指数与粮食产量之间的相关性,以此评估不同干旱监测指数的应用效果。结果表明:①MSBP在描述干旱特征和干旱对粮食产量影响上更加全面和准确。②MSBP能较为准确地刻画出干旱过程的持续时间以及不同时间下的干旱强度。③在历史干旱严重的年份上,MSBP所刻画的干旱特征和实际发生的干旱过程较为一致。④MSBP能较好地反映出干旱对粮食产量所引起的波动变化。以上研究结果为区域干旱监测提供参考。     

基于SPI和云模型的海河平原区干旱特征研究

根据海河平原20个气象站1955—2019年逐日降水量计算了年尺度和季尺度的标准化降水指数(SPI),对各尺度不同等级的干旱频率及其时空特征进行分析;以年尺度SPI为样本,采用正态云发生器算法和多步还原逆向云变换算法构建云模型,分析了干旱的随机性和稳定性。结果表明,海河平原区干旱频率主要分布区间为[0.28,0.31],呈现轻旱高频、重旱低频的特点;春旱发生频率最高,冬旱频率最小,夏季地区间及年际间差异最大。年际间SPI云模型的3个特征参数均呈减小趋势,其中熵呈显著减小趋势,且超熵与熵呈显著正相关,即SPI分布的随机性和不均匀性变化趋势一致;空间上各站点超熵和熵则呈极显著负相关,随机性和不均匀性呈相反趋势;云特征的年际差异大于站点间差异,即云模型能够更好地反映区域年际间SPI在空间上的随机性和稳定性。海河平原整体上有趋于干旱的趋势,各站点SPI的随机性显著减小,且变化趋于稳定。     

淮河流域1960-2014年水文、气象干旱指数及其与历史旱灾的关系

基于淮河流域1960-2014年的逐月降水数据、1956-2000年的逐月天然径流数据和1960-2000年的洪旱灾害受灾面积数据,借助SPI和SSI干旱指数,采用MK趋势分析、相关分析等方法探求区域气象和水文干旱的时间特征,揭示水文干旱对气象干旱的响应规律,并分析干旱指数与历史旱灾的关系.结果表明:SPI指数反映出的...     

两种气象干旱指标的应用比较研究

基于两种常用的气象干旱指标计算方法--Z指数和标准化降水指数（SPI指数）,改进了两种干旱指标的区域化计算方法。通过比较分析两种不同干旱指标方法,结果表明SPI指数与Z指数具有较好的一致性。同时,SPI指数计算较Z指数简单,资料容易获取,其借助概率密度函数转化计算,消除了降水资料的时空分布差异,具有良好的稳定性,能有效地反映区域的旱涝状况,为区域水资源评估及旱涝灾害预测预警提供了可靠的依据。     

贵州省玉米不同生育阶段干旱灾害风险分析

选取玉米不同生育阶段的降水距平百分数为干旱指标,进行不同生育阶段旱情等级的划分;基于信息扩散理论分析贵州省玉米不同生育阶段干旱灾害风险。结果表明,干旱灾害风险发生的概率以播种—出苗期最高,出苗—拔节期最低;播种—出苗期、抽穗—灌浆期发生特旱的概率较高,出苗—拔节期发生轻旱的概率较高;拔节—抽穗期、抽穗—灌浆期、灌浆—成熟期、全生育期发生中旱的概率较高。贵州省中部播种—出苗期旱灾风险较高,西北部出苗—拔节期、全生育期旱灾风险较高,西南部拔节—抽穗期旱灾风险较高,北部出苗—拔节期旱灾风险较高,东部抽穗—灌浆期、灌浆—成熟期、全生育期旱灾风险较高。应用信息扩散理论进行玉米不同生育阶段干旱灾害风险评估是可行的。     

基于VMD-GRU的大型灌区干旱预测模型研究

灌区干旱灾害的频繁发生严重制约了当地经济的发展，为了实现灌区内水资源的合理调配和利用，需对灌区未来的干旱情况进行有效预测，从而有针对性的采取预防措施降低干旱事件所造成的影响。基于“先分解，后重构”的思想，将能够对非线性、非平稳时间序列进行预处理的变分模态分解VMD(Variational Mode Decomposition)与门控循环单元网络GRU(Gated Recurrent Unit)相结合，建立VMD-GRU干旱预测模型，针对赵口大型灌区4个气象站点1981-2017年的逐月降水数据构建标准化降水指数SPI时间序列并采用所建干旱预测模型和3个单一预测模型对SPI值进行预测，研究采用3个月的时间尺度计算标准化降水指数SPI进行干旱事件识别和等级划分。结果表明：4个气象站点VMD-GRU干旱预测模型SPI值预测结果的平均相对误差在18.7%～20.6%之间，预测误差较为稳定。VMD-GRU干旱预测模型的平均绝对误差MAE、均方误差MSE、均方根误差RMSE均为4种模型中最小，不同气象站点的3个评价指标值均分别接近，所建模型不存在过拟合或者欠拟合问题。利用游程理论识别干旱历时和干旱...     

基于1961—2100年SPI和SPEI的云南省干旱特征评估

干旱是一个缓慢发展持续时间长的极端气候事件,而气候变化对干旱的影响尤为显著,评估气候变化对云南省干旱特征的影响尤为重要。使用多时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准降水蒸散指数（SPEI）分析了云南省的干旱状况,运用非超越概率和游程理论分别分析了SPI和SPEI的季节性变化和研究区域内的干旱特征。结果表明：1961—1995年冬季SPEI(1)小于等于-1.0的非超越概率为5.2%,但在2066—2100年增加到18.4%;SPEI(6)小于等于-1.0的非超越概率从4.4%增加到21.4%,SPEI(24)从7.0%增加到25.7%。表明由于气候变化,未来有可能发生严重干旱,且中长期干旱比短期干旱更严重。气候变化在1961—1995年和2066—2100年的冬季和夏季造成严重干旱,且中长期干旱严重程度在整个冬季和夏季尤为明显。将SPI和SPEI的时间序列应用于游程理论,发现1961—1995年SPEI(1)的干旱烈度为28.3,到2066—2100年达到60.9,表明气候变化使未来干旱加剧。本研究结果对云南省干旱预测、评估及其风险管理和应用决策具有指导性和实用性,同时可为未来旱作农业生态管理提供一定的依据。     

基于气象指标优化模型的自贡地区干旱等级评定

以自贡地区季节性干旱为研究对象,基于区域综合干旱评价中不同指标评价结果具有不确定性,利用逐日平均气温、降水量、土壤湿度等单项气象指标资料,选取降水距平百分率、湿润度指数、土壤含水量、标准化降水指数4种干旱评价指标,运用加权法判定各评价指标的权重,并采用改进的TOPSIS评价模型,按照《气象干旱等级》(GB 20481-2006)评价标准,对自贡地区2017年1-6月旱情进行综合指标评价。研究结果表明:1月和2月为特大干旱,3月为轻旱,6月为无旱,与自贡地区同期气象干旱实况监测一致;由于评价与监测时间尺度不同以及降水时空分布不均,使得4月和5月的评价结果与实况重旱不完全一致,但在统一评价时空尺度时改进TOPSIS模型评价结果客观并且符合自贡地区实际情况。