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。     

基于温度植被干旱指数的云南干旱遥感监测

土壤水分是干旱监测的一个重要指标,应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据,利用归一化差值植被指数(NDVI)和分裂窗法反演的地表温度建立的NDVI-Ts特征空间中,得到温度植被干旱指数(TVDI),很好地表征了土壤水分的空间分布,从而实现干旱的监测。对云南省2009年1月、3月和2010年1月、4月干旱的时间、空间特性进行监测,监测结果表明冬春季旱情分布比较广,受旱面积均超过70%,其中重旱主要发生在滇西南和滇中北部,并且从冬季到春季,整个旱情均出现由南向北发展的趋势,发生干旱总面积在减少,但旱情等级在提高,春季重旱比冬季重旱面积大。应用相关研究成果对干旱监测结果进行验证,结果表明利用温度植被干旱指数(TVDI)进行干旱监测,干旱发生范围与实际干旱发生情况是基本吻合的,其中重旱的主要集中区域在空间分布上是基本一致的,监测结果可信,能够为相关决策部门提供有力的信息支持。     

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...     

TRMM卫星降水产品和SPDI在河南省干旱监测中的适用性

本文选取河南省15个具有代表性的气象站点,根据其1998—2019年的逐月气象观测资料和TRMM 3B43V7逐月卫星降水数据,运用多种统计指标评估TRMM 3B43V7卫星降水产品在河南省的适用性;采用卫星降水数据代替地面降水资料计算标准化帕尔默干旱指数(SPDI),并寻求最优时间尺度;结合历史干旱事件记载,评估SP...     

应用中值融合模型的条件植被温度指数降尺度转换研究

为获得基于Landsat卫星遥感数据更为精确的定量化干旱监测结果,以陕西省关中平原为研究区域,基于Aqua MODIS数据反演的1 km空间分辨率的条件植被温度指数(VTCI)的定量化干旱监测结果(MODIS-VTCI)和Landsat OLI/TIRS数据反演的30 m空间分辨率的VTCI相对干湿监测结果(Landsat-VTCI),应用降尺度的中值融合模型(MFM)将基于MODIS数据反演的VTCI降尺度至30 m空间分辨率的VTCI定量化干旱监测,并对其结果进行验证。结果表明,应用降尺度的中值融合模型转换的VTCI定量化干旱监测结果(MFM-VTCI)与Landsat-VTCI的空间分布及纹理特征相似,两者间的相关系数和结构相似度均较大,均方根误差、差值影像及差值频数分布图所呈现的结果与定量化干旱监测结果和相对干湿监测结果间的系统误差相符,表明Landsat-VTCI与MFM-VTCI间的可比性较强。MFM-VTCI与累计降水间的相关性和MODIS-VTCI与累计降水间的相关性相近,均大于Landsat-VTCI与累计降水间的相关性,表明MFM-VTCI是定量化的干旱监测结果。     

基于随机森林偏差校正的农业干旱遥感监测模型研究

以3个月尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI3指数)为因变量,采用融合多源遥感数据的随机森林(RF)算法构建淮河流域2001—2014年作物生长季(4—10月)的农业干旱监测模型,采用简单线性回归、偏差估算法、旋转残差法和最优角度残差旋转法4种方法进行模型结果校正,以决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)及干旱等级监测准确率对模型监测能力进行评估。选取最优校正方法,构建随机森林偏差校正干旱监测模型(Bias-correcting random forest drought condition,BRFDC),通过站点实测土壤相对湿度及干旱事件记录对模型干旱监测能力进行验证。结果表明:采用最优角度残差旋转法校正后,模型模拟精度指标R2和RMSE分别为0.897、0.874和0.335、0.362,优于其他校正方法;偏差估算法对各类干旱等级监测更为准确,尤其是对极端干旱的监测准确率最高,达到33.3%～50.0%,最终采用偏差估算法作为最优校正方法,构建BRFDC模型;相比SPEI3,BRFDC模型计算指数与大部分站点土壤相对湿度的相关性更加显著(P 0.01),适于农业干旱监测; BRFDC模型能够准确监测淮河流域2001年严重干旱事件的时空演变过程,并能有效识别极端旱情。该模型可为淮河流域农业抗旱工作的有效开展提供科学依据。     

甘肃省农业干旱对多尺度气象干旱的响应

基于气象站点和卫星遥感数据,以标准化降水蒸散发指数(SPEI)和植被状态指数(VCI)分别表征气象干旱和农业干旱,利用统计方法和Arcgis技术分析了甘肃省气象及农业干旱的时间变化趋势和空间分布特征,采用最大相关系数法分析了不同时间尺度的SPEI指数对VCI指数的响应关系。结果表明:气象干旱在春、夏、秋及生长季干旱发生频率最高的地区分别为:陇东地区、河西地区、陇东与河西地区、陇东地区。大部分地区气象干旱呈增加趋势,而农业干旱呈减缓的趋势。农业干旱发生频率表现出西北部和东部高,中部和南部低的空间格局。SPEI与VCI相关性特征表明,空间上SPEI与VCI在林地和草地的相关性最大;时间上VCI指数与SPEI-3相关性最大,即农业干旱对3个月尺度的气象干旱响应最灵敏。研究结果可为甘肃省的农业防旱工作提供参考。     

考虑多种气候指数的淮河流域气象干旱预测

干旱是一种形成机制复杂的自然灾害,其对人类社会造成的严重危害促使干旱预测技术的发展。为提高淮河流域的干旱预报水平,通过标准化降水蒸散发指数(SPEI)监测干旱状态,利用Regular vine(R-vine)Copula模型建立多维变量联合分布,将厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、中部型ENSO(ENSO Modoki)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和北极涛动(AO)作为预报因子以提高基于SPEI的干旱等级转移的预报精度。分析结果表明R-vine Copula在评价气候指数对转移概率的影响上表现良好,且多维指数较单维指数更能提升预报精度,这与区域气象干旱同时受多种气候因子调节的事实相一致。为多维气候指数影响下干旱转移行为的研究提供了新的认识。     

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。     

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。     

GRACE卫星数据在国内陆地水储量反演中的应用综述

GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)重力测量卫星自2002年3月发射以来,已经提供了地球重力场十多年的观测资料,该卫星通过测量全球不同地区因质量异常所引起的重力起伏来获取陆地水储量变化的总体分布信息,为监测表层或深层水储量变化提供了新方法。系统综述了利用GRACE卫星重力数据进行水储量变化研究的国内进展,重点介绍了GRACE重力卫星及其在国内湖泊流域、河流流域和高原冰川等区域水储量变化反演的研究,并从气候因子和人口社会经济因子分析了我国水储量变化的特点,同时还探讨了GRACE在研究我国水资源储量中的技术瓶颈、可能的解决方案和未来展望。     

多时间尺度干旱对青海省东部农业区小麦的影响

利用青海省东部农业区1967—2006年逐月降水、温度资料计算多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了干旱对小麦的影响。结果表明,SPEI对表征青海省东部农业区干旱具有良好的适用性,多时间尺度SPEI具有季节至年际振荡特征;整个农业区未来干旱有加重趋势,其中东南干旱加重趋势较快,西北干旱加重趋势较慢;在小麦生育期内,气候产量与SPEI6-5的相关性最高,当SPEI=-0.5时,可增产最大达200kg/hm2,SPEI在-0.1~0之间时,小麦气候产量为正值,当SPEI-0.1或SPEI0时,小麦气候产量变为负值;在小麦生育期内,东部农业区发生轻微干旱的概率为32.3%,中等干旱的概率为11.92%,严重干旱和极端干旱发生的概率分别为4.47%和1.31%,所以未来有必要加强对干旱事件的预防与监测。     

基于多源数据的武陵山区干旱监测研究

由于地表复杂性和气候环境等因素影响,针对采用遥感指标进行旱情监测具有一定局限性,利用EOS/MODIS数据建立遥感旱情监测指标———温度植被干旱指数(TVDI),结合地面气象因子的降水量距平指数(PPAI),构建线性加权形式的综合干旱监测指数(IMDI),应用该指数和TVDI指数在2010年4月中旬和2011年4月下旬对武陵山区进行了干旱监测试验研究,通过与10 cm深度土壤水分拟合及标准化降水指数(SPI)关系对比分析,认为IMDI和TVDI能够进行该区域的干旱监测,IMDI较TVDI更具稳定性,而SPI在干旱发生时易加重旱情判定结果。     

韶关市近50年干旱与烟草需水量变化特征研究

基于1971-2020年韶关市8个气象观测站逐日气象数据,计算不同时间尺度标准化降水蒸散发指数(SPEI),并采用MMK趋势检验和作物系数法等方法,研究了近50年韶关地区干旱与烟草需水量变化特征.结果表明:①2000s后,韶关的干旱程度有增强的趋势,且年干旱影响范围在不断扩大;②从空间分布来看,年干旱发生频率总体呈"北多南少"的分布规律,韶关曲江是季节尺度干旱事件易发生地;③韶关地区的干旱化主要由气温和降水共同作用,其中降水占主导因素;④韶关南雄烟草生长期需水量以5.98 mm/10a的速率显著递增,与SPEI指数呈负相关.总的来看,韶关市干旱渐趋严重,且呈四季干旱多发,中部受灾严重以及春冬季易旱涝急转的特征.其中韶关南雄由于干旱化有加剧趋势,需特别在烟草生长期内做好水资源配置和规划管理工作.     

云南省土壤墒情监测系统的设计与实现

为准确获取云南省的土壤墒情,在分析传统墒情监测系统的基础上,设计了一种能够自动获取和处理多源土壤墒情数据且能不断提高数据精度的土壤墒情自动监测系统。系统利用温度-植被干旱指数(TDVI)对遥感影像进行反演,为不断改进反演算法,将反演结果与固定站点监测数据及其他相关数据进行了对比分析。以参数配置形式实现遥感影像自动下载、土壤墒情自动反演和旱情自动分析。结果表明,系统可以得到较高精度的土壤墒情数据,能够满足有关部门对于墒情监测的需要。     

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。     

农业干旱卫星遥感监测与预测研究进展

干旱是影响农业生产的主要气候因素.传统的农业干旱监测主要是基于气象和水文数据,虽然能提供监测点上较为精确的干旱监测结果,但是在监测面上的农业干旱时,仍存在一定的局限.遥感技术的快速发展,尤其是目前在轨的卫星传感器感测的电磁波段涵盖了可见光、近红外、热红外和微波等波段,为区域尺度农业干旱监测提供了新的手段.充分利用卫星遥...     

基于标准化土壤湿度指数的贵州省农业干旱评价

在全球气候变化与人类活动影响不断加剧的背景下,干旱已成为制约我国社会经济可持续发展的关键因素,严重威胁了国家粮食安全、用水安全以及生态安全。基于中国气象局全球陆面再分析产品,提取了贵州省月尺度土壤含水量数据,计算了月尺度标准化土壤湿度指数,评价了该指数对农业干旱识别的适用性、对历史典型干旱过程模拟的准确性,分析了干湿长期演变趋势,统计了干旱最可能发生的时间。结果表明：月尺度标准化土壤湿度指数对研究区干旱的表征结果与中国水旱灾害公报的记录情况基本相符,不仅干旱历时描述准确,而且干旱强度判别合理;月尺度标准化土壤湿度指数具备较好的干旱过程监测能力,不仅能准确地模拟干旱发生、发展直至消除的全过程,而且还能实时地反映旱情的时间与空间变化特征,尤其是对重旱以上旱情过程监测方面精度更高;贵州省干湿演变规律特征明显,即自西向东呈现出由湿变干的总格局,其中,变湿地区主要集中在研究区西北部,而东南部等地变干趋势显著;贵州省干旱发生时间主要集中在春冬两季,其中,西北地区多发于1月份,东部及东南地区干旱多发于2月份,中部地区干旱多发于3月份与4月份,西南地区干旱多发于4月份。研究成果可为贵州省农业干旱评价与...     

青海东部旱区自然降水特征及旱害发生关系

通过对长期自然降水资料的统计分析,结合田间定位试验和微区试验,对土壤水分平衡关系分析的基础上,提出评估旱害的4项指标:贫水指数、凋萎指数、降水指数和干旱指数,并依据干旱指数对浅山地区1961～1999年的粮食生产进行了年型分类,其结果是:39年间共发生特大旱年1年、大旱年3年、中旱年19年、轻旱年11年、平水年5年,发生机率分别为2.6%、7.69 %、48.72%、28.21%、12.82%.同时认为青海东部地区旱田作物需水和耗水参数矛盾突出,干旱是年年发生,唯轻重之别,具有明显的不可预测性、多变性和不可控性.抵御干旱的有效措施是实施农田外部人为亏缺补水.     

辽西北地区旱情等级标准研究

基于典型干旱指标的基本概念和构建方法,结合辽西北地区的历史干旱资料,对现有旱情等级标准中不同干旱指标的等级界值进行了修订,建立了辽西北地区气象、水文、农业及社会经济4大类干旱、9个典型代表指标的旱情等级标准,增加了旱涝指数Z、径流距平百分比和水库蓄水距平百分比3个指标,并选择2006年、2007年和2009年3个典型干旱年对旱情等级标准的适合程度进行了验证,评价结果与辽西北地区实际干旱情况吻合率达到85%以上,为辽西北地区准确识别、分析、评价旱情提供了技术支撑。