渭河流域多尺度干旱时空特征分析

基于渭河流域23个气象站1959—2014年的实测资料,对比分析了标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)在渭河流域的适用性,得出SPEI的稳定性更佳。继而采用标准化降水蒸散指数(SPEI)研究该流域干旱发生频率与干旱强度,分析了近55年渭河流域不同时间尺度干旱的时空变化特征。结果表明:尺度越大,SPEI波动的幅度越小。渭河流域SPEI在1991年发生突变,1991年后干旱加剧,干旱的发生存在14 a和7 a左右周期变化。年尺度干旱的发生频率呈东高西低的分布,中度以上干旱频率最高的地区为西吉、武功和天水周边,频率分别为14.28%、14.28%、12.5%;季尺度上整体的秋旱相比其它季节的干旱发生频率高,中度以上春、秋、冬三季干旱发生的频率天水盆地均最高,频率分别为21.4%、19.6%和8.9%,中度以上夏季干旱发生频率最高的是平凉,其频率为16.1%;月尺度上干旱强度的分布总体上是由东向西减小,其中干旱强度最大的是南部佛坪地区,干旱强度为30%,天水和海源地区近55年发生连续干旱过程的次数最多,可达22 a,该过程中连续干旱的月数大多为3~4个月,而吴旗站存在一次长达9个月的持续干旱过程。     

利用多波段遥感干旱监测方法研究

目前对大尺度、复杂地表覆盖类型的区域干旱监测研究仍然是一个难点。文中尝试选择近红外、短波红外、热红外波段组合成新的干旱指数,并选取甘肃定西市、庆阳市、平凉市、宁夏固原市等为研究区。在比较各种不同的干旱指数优缺点的基础上,采用MODIS 1B数据的第2,6波段和LST(Land Surface Tempera-ture)产品合成多波段干旱指数。并用降雨量计算SPI(Standardized Precipitation Index),以及日均相对湿度与多波段干旱指数进行全面比较。结果发现在干旱年份,该指数与气象数据有较好的相关性,说明其在大尺度、较复杂地表覆盖类型区域旱灾监测有一定前景。     

SRES A1B情景下东北地区未来干旱趋势预估

利用区域气候模式PRECIS(providing regional climates for impacts studies)输出的SRES A1B情景的日平均气温及降水资料,通过计算相对湿润度指数,分析2011-2100年东北地区作物生长季(5-9月)的干旱趋势。结果表明：A1B情景下,2011-2100年东北地区农作物生长季将呈现明显干旱化趋势,相对气候基准时段(1971-2000年),未来吉林中南部及辽宁省将变湿润,其余地区将变干燥;就干旱发生范围而言,2011-2100年东北地区农作物生长季的干旱发生范围将呈显著增大趋势,2011-2040年、2041-2070年和2071-2100年的30 a平均值较气候基准时段依次变化了-1.3%、17.4%及38.4%;就干旱频率而言,[JP2]未来干旱发生频率较高的区域主要集中在黑龙江的齐齐哈尔与大庆、吉林的白城以及辽宁的朝阳地区,而低频率区主要位于吉林东部及辽宁丹东地区,相对气候基准时段,未来干旱频率预计在辽东湾地区降低2%,黑龙江西南部与吉林西部增加8%~10%,其余地区增加2%~6%。     

CMIP5多模式集合对黄土高原地表辐射的模拟

利用WCRP CMIP5提供的20个全球气候模式的模拟结果,采用多模式集合分析方法,分析了我国黄土高原地区1861-2005年地表辐射的变化特征。结果表明:黄土高原地区地表短波辐射和净辐射呈减小趋势,长波辐射呈增大趋势。向下短波和向上短波辐射下降幅度分别约为6.73W·m-2·100a-1和1.69W·m-2·100a-1,向下长波和向上长波辐射增加幅度分别约为5.3W·m-2·100a-1和2.53W·m-2·100a-1,地表净辐射下降幅度大约为2.26W·m-2·100a-1。地表净辐射变化主要以向下短波辐射的影响为主。全球变暖,温度升高,引起了天空总云量增加、降水增加、蒸发增强、表层土壤湿度降低、LAI增大、积雪覆盖面积缩小等变化,这些变化共同作用引起地表辐射变化,最终反馈给气候系统,导致气候进一步变化。     

基于标准化降水指数与Z指数的洮河流域干旱趋势分析

采用洮河流域22个站点1951-2010年的逐月降水资料,就标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)与Z指数在流域干旱趋势分析中的应用进行对比研究.结果表明:2种指数在12个月尺度旱情分析方面具有很高的一致性,在单月尺度上,SPI的干旱分析能力较强,对重旱的反映能力优于Z指数.应用SPI指数就洮河流域不同地理—生态区间干旱趋势进行研究,发现冬季是流域干旱的主要分布时段,黄土片区发生干旱的频率和持续的时间均高于青藏片区.1951-2010年,青藏片区总体趋于湿润,黄土片区干旱趋势加重.近30 a,洮河青藏片区西部湿润趋势明显,东南部和下游黄土片区干旱趋势加重.近10 a来,青藏片区东南部旋窝一带干旱范围有所减小,黄土片区中孚一带干旱范围有所扩大.研究结果可为大流域尺度干旱评估提供理论方法借鉴,也可为地方抗旱减灾措施的制定提供数据支撑.     

基于CMIP6多模式预估数据的石羊河流域未来气候变化趋势分析

石羊河流域地处我国西北干旱区和季风区边缘,流域内绿洲农业的快速发展导致水资源开发利用程度极高,生态环境脆弱,未来气候变化加剧了流域水资源的不确定性,对粮食安全与经济发展构成威胁。本文基于观测数据,评估第6次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的11个气候模式在石羊河流域的模拟能力,用等距离累积分布函数法对气候数据进行降尺度,得到该流域的未来气候变化趋势。结果表明：（1）CMIP6模式数据在石羊河流域具有良好的适用性,多模式集合平均数据对石羊河流域降水和气温的模拟性能均优于其他模式。（2）未来不同情景下（2023—2100年）,流域内降水量、气温和潜在蒸散发量均呈显著上升趋势,且随着辐射强迫增加而增大。（3）未来时期石羊河流域的干燥度指数整体减小,流域气候趋向暖湿化,且民勤盆地是流域内对气候变化最敏感的地区。研究结果对于石羊河流域应对气候变化、保障经济和农业可持续发展具有重要的参考价值。     

基于干旱指数与主成分分析的干旱评价——以锡林河流域为例

利用锡林河流域逐月气象数据,分析了历年降水与气温的最值变化;计算了标准化降水指数(SPI)与综合气象干旱指数(CI)并用其对研究区干旱状况进行表征;利用主成分分析法对锡林河流域的干旱情况进行评价。结果表明:1981-2016年的最高气温变化呈微弱的升高趋势,最低气温的变化趋势基本持平。最大降水量的变化趋势是减小的,各月的最小降水量基本趋于0。CI指数表明,36 a中只出现过轻旱事件,且春季最多,其次为秋季,夏季发生的最少。SPI指数表明,36 a中出现了重涝、中涝、轻涝、重旱、中旱、轻旱事件,且事件的危害程度越高发生的概率相对越小,冬季发生的旱涝事件大多危害程度相对较高。主成分分析结果表明,研究区气象因素的第一主成分主要反映水分胁迫对干旱的影响,第二主成分主要反映日照对干旱的影响,第三主成分主要反映气温对干旱的影响;综合得分结果表明,各地的干旱情况排名为:扎鲁特>巴林左旗>翁牛特旗>多伦县>化德>西乌珠穆沁>锡林浩特>林西县>东乌珠穆沁>朱日和>阿巴嘎旗>二连浩特>苏尼特左旗。     

基于SPI指数与R/S分析的曲靖市干旱特征研究

利用云南省曲靖市典型水文站1960—2009年的月平均降水量数据资料,计算多时间尺度标准化降水指数(SPI)值,分析了曲靖市近50 a的干旱分布和干旱等级的时空变化特点。在此基础上,利用重标极差分析法(R/S分析法)计算Hurst指数,对曲靖市发生干旱灾害的规律进行研究。研究表明,曲靖市是干旱频发地区,全年平均至少有1/3的月份会发生不同程度的干旱灾害,不同时间尺度SPI指数的H值均大于0.5,说明曲靖市干旱灾害具有长期记忆性,且时间尺度越大,这种长期记忆性越强。因此,曲靖市干旱未来的总体趋势将与过去特征相关,具有自相似性并且发生干旱灾害的周期在15~17 a之间,这与曲靖市的实际情况基本一致。     

21世纪开都-孔雀河流域未来气候变化情景预估

利用Downscaled CMIP3 and CMIP5 Climate and Hydrology Projections (DCHP)提供的31个 CMIP5降尺度数据和CRU逐月气温、降水格点数据集,通过评估PLS(偏最小二乘回归)、RR（岭回归）和EE（等权平均）3种多模式集合平均预估模型对历史气候变化的模拟能力,确定最优集合方法,进而预估开都-孔雀河流域21世纪气候变化情景。结果表明：① 所建立的PLS模型对流域的气温和降水具有较好的模拟能力,尤其对气温的模拟, r值均达到了0.64以上,明显优于降水（0.19~0.36）,但存在空间异质性;② 21世纪开都-孔雀河流域各子区气温呈显著增加趋势,且RCP8.5情景下的增温速率〔0.58~0.67 ℃·（10a）-1〕是RCP4.5情景下〔0.25~0.31 ℃·（10a）-1〕的2倍以上,21世纪中叶是2种情景产生明显差异的开始。整个流域增温速率由西北山区向东南荒漠区逐渐增大;③ 未来降水在不同排放情景下变化速率的分布状况略有不同,但均呈显著增加趋势,且RCP8.5情景下的增加速率〔1.22%~1.54%·（10a）-1〕总体上高于RCP4.5〔0.80%~1.32%·（10a）-1〕。     

西北地区多尺度气象干旱对环流因子的响应研究

基于西北地区118个气象站1980-2015年的逐月气象数据计算气象干旱指数SPEI,结合70项逐月环流指数资料,采用REOF、EEMD、随机森林等方法分析西北地区近36年各分区干旱年际、年代际特征及对不同环流指数的时空响应。结果表明:(1)依据干旱特征的变化,西北地区可划分为北疆区、南疆区、中部区、高原区、东部北端区和东部南端区六个区;(2)北疆和东部南端区由干旱转向湿润,中部区和南疆干旱情况明显加剧,高原区和东部北端干旱变化幅度较低。西北地区整体干旱周期以年际为主,北疆和高原区表现出明显的年代际周期特征,趋势贡献较高的为东部南端和南疆,中部和东部北端干旱的年代际和趋势的贡献相对平衡,区别为前者均较高,后者均较低。(3)在月、年际和年代际尺度上中部区与PDO关系最强,南疆区干旱与太阳黑子活动关系最大。月尺度干旱上,北极涛动AO的影响覆盖大部分西北地区,年际和年代际尺度上,对西北的主要影响因子分别为ENSO和太阳黑子。结果可为西北地区气象干旱的预报提供依据。     

基于CMIP5的中国区域气溶胶变化及其对降水的影响

基于第5次国际耦合模式比较计划(CMIP5)提供的气溶胶光学厚度(AOD)数据和气溶胶单因子历史试验降水数据,采用线性趋势分析、相关分析、经验正交分解(EOF)方法,从时间和空间维度上分析了自工业革命以来中国AOD的变化及其对降水的影响。1860-2000年,中国区域的AOD整体呈显著增加的趋势(P<0.001),AOD的增加趋势以胡焕庸线为界呈现出"东高西低"的空间分布格局,并在1945年以后AOD的增加趋势〔0.3807·(100a)^-1〕显著大于1945年以前的趋势〔0.0290·(100a)^-1〕。在气溶胶单因子驱动试验中,中国有89.1%区域的降水呈显著减少的趋势(P<0.001),其中东南部、四川盆地以及青藏高原东南部是降水减少最明显的区域,西北地区降水减少趋势较弱,并在1962年以后降水的减少趋势〔118.04mm·(100a)^-1〕显著大于1962年以前的趋势〔26.67mm·(100a)^-1〕。气溶胶主要通过抑制弱降水显著降低了降水事件发生的频率与降水强度,降低速率分别为3.160d·(100a)^-1、0.1624mm·d^-1·(100a)^-1。研究工业革命以来气溶胶对降水的气候效应,为更好的应对区域气候变化问题提供科学依据。     

塔城地区干旱时空分布及变化特征

利用干旱Z指数对塔城地区1961~2005年旱涝等级进行划分,分析了塔城地区干旱时空分布及变化特征,得出以下结论:1)EOF第1、2特征向量分别反映了塔城地区干旱的一致变化及南北两气候区干旱气候的不同特点;2)20世纪60年代干旱指数围绕平均值小幅振荡,70年代为旱期,80年代前半期偏旱,后半期偏涝,振幅增大,90年代以后干旱有所缓解,但极端旱涝事件发生频率和强度增大;3)近45 a气象干旱的影响范围呈不显著减少的趋势;4)干旱Z指数序列存在着18 a、7~8 a、6 a、4 a、2-3 a的振荡周期;5)ENSO事件与塔城地区次年夏季降水存在着遥相关关系。     

北方地区干旱变化趋势分析

以气象干旱给农业带来的危害为出发点，对我国东北、华北、西北区15个省（市、自治区）建国以来的历史受旱面积、成灾面积、受旱率、成灾率等进行了分析，结果表明，50－90年代，干旱对农业的危害程度呈增加趋势，东北区尤为明显，受旱率增大4．7倍，成灾率增大3．8倍。研究结果还表明，灌溉对减轻旱灾损失起着重要作用，旱灾发生频率、受旱率和成灾率都随灌溉率的增加而减小。     

新疆北部不同类型土壤光谱特征及对有机质含量的预测

对北疆地区淡栗钙土、冷钙土、石灰性黑钙土、石膏灰棕漠土等4种土壤类型的反射光谱进行分析,研究土壤有机质含量与光谱反射率之间的关系。结果表明,石灰性黑钙土的反射率明显低于其它土壤类型。有机质含量高于14 g·kg^-1时光谱反射率与有机质含量呈负相关,有机质含量很低（<8 g·kg^-1）时,土壤的光谱反射率与有机质含量之间呈正相关。分别采用593.6 nm波段的原始光谱反射率、661 nm波段的反射率去除包络线和547.4 nm波段反射率的一阶微分与土壤有机质含量建立回归模型,经检验三种模型均能较好地预测有机质的含量,其中光谱的一阶微分预测精度相对较高,可较好地预测北疆主要类型土壤的有机质含量。     

川渝地区夏季干旱气候特征及成因分析

利用1979—2011年英国东英吉利大学气候研究中心（CRU）整理的地面月降水资料和日本气象厅（JMA）加工的全球高空等压面月平均气象场再分析资料,采用标准化降水指数（SPI）,确定了川渝地区典型干旱年,讨论了川渝地区夏季典型干旱的气候特征及其大气环流特征。结果表明：川渝地区夏季典型干旱年具有气温高、降水少的气候特征;东亚中纬度盛行纬向气流,西风锋区偏北,冷空气多偏北东移,川渝地区及其我国北方大部分地区受大陆带状高压控制。500 hPa带状高压与100 hPa南亚高压中心位置基本一致,且500 hPa高压中心与温度场的暖中心相对应,是持续性川渝夏季干旱具有近似正压结构的典型环流特征;同时川渝地区夏季干旱年对流层低层从云贵高原到四川盆地的西南气流明显偏弱,风场距平合成表明,云贵高原到川渝地区为东北距平风,距平风场上华南地区为明显的气旋式环流;川渝地区夏季典型干旱年整层西南气流水汽输送与常年比较明显偏小。     

陕北地区气温突变及其对旱涝灾害的影响

利用陕北地区1959～2009年50年以来延安、榆林、定边、吴旗、横山、绥德等6个气象站点的逐年气温、降水资料,通过年平均气温距平变化、非参数Mann-Kendall检验方法,对陕西省陕北地区气温年平均温度变化、年平均最高气温变化、年平均最低气温变化特征进行了分析,揭示了陕北地区近50年来气温变化趋势,并且结合陕北地区...     

1961-2012年滦河流域干旱演变分析

采用滦河流域16个气象站1961-2012年的逐月气象要素观测数据,计算了滦河流域的年标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),并利用线性趋势法、非参数Man-Kendall法和Morlet小波方法分析了流域近50年来干旱的演变趋势和周期变化规律.结果表明:SPEI指数可以很好的描述滦河流域的干湿变化趋势;1961-2012年滦河流域气温上升降水减少,呈暖干化态势;50年来滦河流域的干旱事件随时间变化呈频率增加、强度增强的趋势;干湿变化的主周期是14年.年平均气温及年降水和SPEI指数均呈显著相关,年降水对SPEI的影响更为显著,但气温变化的影响同样不可忽视.     

Projections of temperature extremes based on preferred CMIP5 models:a case study in the Kaidu-Kongqi River basin in Northwest China

The extreme temperature has more outstanding impact on ecology and water resources in arid regions than the average temperature. Using the downscaled daily temperature data from 21 Coupled Model Inter-comparison Project(CMIP) models of NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections(NEX-GDDP) and the observation data, this paper analyzed the changes in temporal and spatiotemporal variation of temperature extremes, i.e., the maximum temperature(Tmax) and minimum temperature(Tmin), in the Kaidu-Kongqi River basin in Northwest China over the period 2020–2050 based on the evaluation of preferred Multi-Model Ensemble(MME). Results showed that the Partial Least Square ensemble mean participated by Preferred Models(PM-PLS) was better representing the temporal change and spatial distribution of temperature extremes during 1961–2005 and was chosen to project the future change. In 2020–2050, the increasing rate of Tmax(Tmin) under RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 will be 2.0(1.6) times that under RCP4.5, and that of Tmin will be larger than that of Tmax under each corresponding RCP. Tmin will keep contributing more to global warming than Tmax. The spatial distribution characteristics of Tmax and Tmin under the two RCPs will overall the same; but compared to the baseline period(1986–2005), the increments of Tmax and Tmin in plain area will be larger than those in mountainous area. With the emission concentration increased, however, the response of Tmax in mountainous area will be more sensitive than that in plain area, and that of Tmin will be equivalently sensitive in mountainous area and plain area. The impacts induced by Tmin will be universal and farreaching. Results of spatiotemporal variation of temperature extremes indicate that large increases in the magnitude of warming in the basin may occur in the future. The projections can provide the scientific basis for water and land plan management and disaster prevention and mitigation in the inland river basin.     

四川盆地夏旱多因素综合评估方法探讨

通过对四川盆地夏旱定量评估方法的探索,分析影响干旱程度的主要气象因子,根据它们之间的关系,建立了多因子综合影响的单站和区域干旱定量评估模式,开发了干旱评估业务系统.利用新评估模武建立了单站和区域夏旱程度评估序列,通过新旧评估结果的对比分析,发现新干旱指数与以前评估指数存在较大差异.由于新方法综合考虑了旱期多气候因子对评估影响的结果,新评估结果更符合客观实际,在业务中应用收到良好的效果.     

气候变化条件下石羊河流域农业灌溉需水量的模拟与预测

根据石羊河流域及周边共11个气象站点1959—2012年的逐日气象资料,利用大气环流模型Had CM3的输出和SDSM统计降尺度模型,生成A2、B2两种排放情景下未来石羊河流域各站点2020 s,2050 s和2080 s的ET0和降水日值;使用作物系数法,扣除有效降雨量,计算现状和未来不同作物净灌溉定额、流域净灌溉需水量和耗水量;应用反距离加权插值法(IDW)研究作物净灌溉定额的空间分布特征。结果表明,石羊河流域小麦、玉米、甜椒、棉花、胡麻和苹果的多年平均作物净灌溉定额都呈现从西南到东北递增的趋势,预测未来气候变化情景下,6种典型作物净灌溉定额呈增加趋势;多年平均流域净灌溉需水量为12.65×108m3,多年平均耗水量为15.42×10~8m~3;在种植结构维持现状条件下,预计2020 s,2050 s和2080 s,在Had CM3模式的A2情景下净灌溉需水量分别为13.45×108m3、15.02×10~8m~3、16.94×10~8m~3,耗水量分别为15.53×10~8m~3、16.65×10~8m~3、18.18×108m~3,B2情景下净灌溉需水量分别为13.55×108m3、14.63×10~8m~3、15.51×10~8m~3,耗水量分别为15.56×10~8m~3、16.34×10~8m~3、17.00×108m3~,未来流域净灌溉需水量和耗水量都呈明显上升趋势,且A2情景下的上升幅度大于B2情景。石羊河流域的农业灌溉需水在未来将持续增加,2050 s之后增加趋势更为显著。