基于SPI和SPEI内江气象干旱变化特征的研究

基于内江1970—2022年逐日降水、气温资料,采用SPI和SPEI两种干旱指数和线性趋势法、小波分析等数学统计方法对内江年和四季气象干旱趋势性、干旱频率及周期性特征进行研究。研究表明:1)近53a,内江年、夏季、冬季干旱趋势性增强;春季、秋季干旱趋势性减弱。2)两种指数统计分析知,年尺度下干旱发生总频率一致;夏季两种指数干旱发生总频率一致,秋季两种指数干旱发生总频率一致且各干旱等级频率也一致,春季SPI指数统计的干旱总频率大于SPEI统计的;冬季SPEI统计的干旱总频率大于SPI统计的。3)研究相同时间尺度下,两种指数反映的干湿变化基本一致。研究结果为内江市农业生产和抗旱减灾工作提供理论依据。     

江西省森林活动的时空变化及其对干旱的响应

基于江西省87个气象站1960²014年实测资料计算的标准化降水蒸散指数(SPEI)和20002014年实测资料计算的标准化降水蒸散指数(SPEI)和2000²014年MODIS NDVI数据,结合线性趋势分析、最大相关系数等方法,分析了江西省近50年干旱和近10年来森林活动的时空变化特征,以及江西省森林活动对不同时间尺度干旱的响应特征。结果表明:进入21世纪后,江西省受旱程度较以前有所增加,从2009年开始,干旱与湿润年份交替存在;20002014年MODIS NDVI数据,结合线性趋势分析、最大相关系数等方法,分析了江西省近50年干旱和近10年来森林活动的时空变化特征,以及江西省森林活动对不同时间尺度干旱的响应特征。结果表明:进入21世纪后,江西省受旱程度较以前有所增加,从2009年开始,干旱与湿润年份交替存在;2000²014年江西省森林NDVI在波动中呈微弱增加的趋势,自2008年以来森林NDVI明显增加,增速为0.03/10 a(P<0.01)。森林年均NDVI的年际变化主要取决于春季平均NDVI的变化,两者间的相关系数高达0.92;在春季和秋季,干旱导致对应季节森林NDVI下降,而在夏季,轻度干旱会使森林NDVI呈现增加趋势;在海拔较高地区,干旱对森林NDVI的滞后影响多持续在6个月以上,而在其他地区一般少于3个月。     

江西省森林活动的时空变化及其对干旱的响应

基于江西省87个气象站1960~2014年实测资料计算的标准化降水蒸散指数(SPEI)和2000~2014年MODIS NDVI数据,结合线性趋势分析、最大相关系数等方法,分析了江西省近50年干旱和近10年来森林活动的时空变化特征,以及江西省森林活动对不同时间尺度干旱的响应特征。结果表明:进入21世纪后,江西省受旱程度较以前有所增加,从2009年开始,干旱与湿润年份交替存在;2000~2014年江西省森林NDVI在波动中呈微弱增加的趋势,自2008年以来森林NDVI明显增加,增速为0.03/10 a(P0.01)。森林年均NDVI的年际变化主要取决于春季平均NDVI的变化,两者间的相关系数高达0.92;在春季和秋季,干旱导致对应季节森林NDVI下降,而在夏季,轻度干旱会使森林NDVI呈现增加趋势;在海拔较高地区,干旱对森林NDVI的滞后影响多持续在6个月以上,而在其他地区一般少于3个月。     

新疆阿克苏地区气象干旱特征研究

研究区域干旱特征规律能够为干旱风险管理提供技术支撑,利用研究区内9个气象站点1960 ～ 2007年日降水数据,计算SPI 4个时间尺度3、6、9、12个月的干旱指数,分析该地区的干旱程度.在此基础之上,利用马尔可夫链预测随后3年阿克苏地区干旱的概率,与实际情况做比较.结果表明,①12个月时间尺度的结果表明,干旱强度最高的是沙雅,相对干旱频率最大的是库车;6个月时间尺度的结果表明,干旱强度最高的是柯坪,相对干旱频率最大的是拜城和库车.②年平均降水量呈上升趋势,基于SPI的马尔科夫模型的计算结果与阿克苏地区2008 ～ 2010年的气象情况一致.③SPI-12和SPI-6空间分布整体变化趋势一样,但是12个月时间尺度的结果干旱的整体趋势大致是东部比西部要严重;而6个月时间尺度的结果干旱20世纪60年代、80年代、90年代西部的干旱要比东部的严重.     

基于SPEI的新疆干旱变化特征分析

以新疆55个国家气象站1961—2015年逐日气温和降水数据,采用季尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),以国家划分的气象干旱等级为判别标准,分析新疆干旱过程。结果表明,近55年新疆轻旱次数呈西北多东南少的趋势分布;中旱次数呈西北和东北多、南部偏少的趋势;重旱次数呈准噶尔盆地、吐鲁番盆地和塔里木盆地东部干旱次数偏高,其余地区较低的分布趋势;特旱次数呈南多北少的分布趋势。近55年新疆干旱影响范围及干旱强度极差较大,且两者呈正相关。农作物平均受灾率与影响范围年际变化具有较高的一致性。通过REOF时空分布将新疆分成3个模态：第一模态呈北疆与南疆相反格局的特征;第二模态高值区位于北疆北部,负值区位于新疆西南部;第三模态表现为新疆东西部呈相反格局的状态。各模态干旱强度随时间变化趋势也不同。     

基于EOF的渭河流域干旱时空分布特征研究

【目的】探究渭河流域气象干旱的时空分布特征及演变规律,为该流域社会经济的可持续发展提供支持。【方法】以渭河流域1960-2016年20个气象站逐月降水量和月平均气温数据为基础,基于标准化降水蒸散指数定量描述干旱,并运用经验函数正交分析法(EOF)对渭河流域各站点组成的历史干旱指数矩阵进行分解,分离干旱场的时空分布结构;采用具有一定物理意义的互不相关的典型分布模态代替原干旱场研究流域干旱空间分布规律,采用典型分布模态对应的时间系数研究流域干旱的时间分布规律。【结果】渭河流域气象干旱场干旱指数矩阵分解得到的前5个特征值的累积方差贡献率达到86.44%,但仅前2个特征值通过了North显著性检验,累积方差贡献率接近75%;模态一时间系数的线性趋势斜率小于0,且通过了0.01显著性水平检验;模态一时间系数于1984年、1986年、1989年发生3次突变,到1996年达到0.05显著性水平。【结论】渭河流域气象干旱场存在全流域一致型和东南-西北反位相型两种空间分布模态,两种空间分布模态对应全流域干旱少雨、湿润多雨、东南湿润西北干旱、东南干旱西北湿润4种干旱表现形式;模态一时间系数有显著减小趋势,反映流域干旱化趋势日益显著,而模态二时间系数无显著变化。     

基于SPI指数的满洲里市气象干旱特征分析及农牧业影响

本文利用1957-2020年共64年满洲里市气象局逐月降水资料。基于标准化降水指数(SPI),采用线性趋势分析、滑动平均等分析方法对满洲里市气象干旱进行特征分析。分析了满洲里市64年中干旱出现频率为29.69%,轻旱出现频率10.94%,中旱出现频率14.06%,重旱出现频率4.69%;干旱强度在-2.11至2.76之间,SPI值呈减小趋势,干旱强度呈增加趋势,变化率在-0.15/10年。通过春夏秋冬四个季节时间段的标准化降水指数分析显示春季和夏季出现干旱概率最高均为31.25%,特旱在春季出现频率最高为4.69%,重旱在冬季出现频率最高为7.81%,中旱在春季出现频率最高为21.88%。最终分析干旱对满洲里市农业和畜牧业的不利影响。     

干旱对庐山日本柳杉径向生长量的影响

【目的】研究选用SPEI(标准化降水蒸散指数)分析庐山自然保护区干旱状况,及其对日本柳杉(Cryptomoria japonica)径向生长的影响,为庐山日本柳杉的生长和林分经营等提供一些理论依据。【方法】通过建立STD(树轮年表)的树轮宽度指数来反映庐山日本柳杉的径向生长量情况,计算分析SPEI来反映庐山自然保护区近几十年来的干旱变化情况。采用Mann-Kendall突变检验、相关性检验分析、小波分析、多元回归等方法探讨研究庐山日本柳杉径向生长量以及干旱变化。【结果】研究发现:(1)在1967—1970年、1977—1981年、2004—2012年庐山日本柳杉生长情况低于预期标准;(2)标准化降水蒸散指数随时间尺度的增大,波动周期越来越长较长,相对而言,SPEI12更为集中、波动较小,能够更好更准确的反映干旱年变化特征。SPEI12反映出庐山1967—1970年达到重旱程度,1978—1980年特旱,2002—2003年中旱,2005—2013年中旱至重旱;(3)树轮宽度指数与月尺度、半年尺度标准化降水蒸散指数呈显著正相关,与年尺度标准化降水蒸散指数呈极显著正相关关系。同时树轮宽度指数与上年8月至当年6月年尺度标准化降水蒸散指数呈显著正相关,其中与当年5月呈极显著正相关。【结论】日本柳杉生长量的周期变化与干旱周期变化接近,日本柳杉生长量变化相对干旱的变化会持续一到两年左右。     

盘锦作物生长季气象干旱特征分析

引入相对湿润度指数的概念,以20世纪70年代以来气象观测资料为基础,定义M≤-0．40为气象干旱发生的标准,分析了近39年来盘锦地区作物生长季各月的相对湿润度指数的变化趋势和气象干旱发生的频次等特征,并进一步探究了造成该趋势的原因,旨在为当地农业抗旱提供参考。     

SPEI_(PM)-based research on drought impact on maize yield in North China Plain

The calculation method of potential evapotranspiration(PET) was improved by adopting a more reliable PET estimate based on the Penman-Monteith equation into the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) in this study(SPEI PM). This improvement increased the applicability of SPEI in North China Plain(NCP). The historic meteorological data during 1962–2011 were used to calculate SPEI PM. The detrended yields of maize from Hebei, Henan, Shandong, Beijing, and Tianjin provinces/cities of NCP were obtained by linear sliding average method. Then regression analysis was made to study the relationships between detrended yields and SPEI values. Different time scales were applied, and thus SPEI PM was mentioned as SPEI PMk-j(k=time scale, 1, 2, 3, 4,…, 24 mon; j=month, 1, 2, 3,..., 12), among which SPEI PM3-8 reflected the water condition from June to August, a period of heavy precipitation and vigorous growth of maize in NCP. SPEI PM3-8 was highly correlated with detrended yield in this region, which can effectively evaluate the effect of drought on maize yield. Additionally, this relationship becomes more significant in recent 20 yr. The regression model based on the SPEI series explained 64.8% of the variability of the annual detrended yield in Beijing, 45.2% in Henan, 58.6% in Shandong, and 54.6% in Hebei. Moreover, when SPEI PM3-8 is in the range of –0.6 to 1.1, –0.9 to 0.8 and –0.8 to 2.3, the detrended yield increases in Shandong, Henan and Beijing. The yield increasing range was during normal water condition in Shandong and Henan, where precipitation was abundant. It indicated that the field management matched well with local water condition and thus allowed stable and high yield. Maize yield increase in these two provinces in the future can be realized by further improving water use efficiency and enhancing the stress resistance as well as yield stability. In Hebei and Beijing, the precipitation is less and thus the normal water condition cannot meet the high yield target. Increasing of water input and improving water use efficiency are both strategies for future yield increase. As global climate change became stronger and yield demands increased, the relationship between drought and maize yield became much closer in NCP too. The research of drought monitoring method and strategies for yield increase should be enhanced in the future, so as to provide strong supports for food security and agricultural sustainable development in China.     

基于CI指数的陕西干旱时空变化特征分析

利用1961—2010年陕西省72个气象站逐日气温和降水资料,采用综合气象干旱指数法,统计分析了近50年陕西省气象干旱发生的时空分布特征。结果表明：陕西省年及四季干旱发生频次和干旱日数总体上呈北高（多）南低（ 少）分布特征。四季中夏旱频率最高,强度最强,春季其次。各等级干旱日数中轻旱日数最多,中、重和特旱日数依次减少。陕北北部长城沿线及关中中东部既是干旱高发区,也是干旱重发区;近50年陕西区域干旱强度和干旱日数均存在较明显的增加趋势,主要表现为春秋两个季节的变化,而夏季和冬季的变化趋势不明显;近50年陕西共发生32起持续性干旱事件,以春夏连旱为主;20世纪90年代中后期至2002年持续性干旱事件发生的频率高,强度强, 反映出陕西区域极端干旱事件对全球气候变化有明显的响应。     

渭河流域气象干旱向农业干旱的传播研究

为探究渭河流域不同子流域和土地利用类型的气象、农业干旱传播规律,基于研究区1980—2014年的气象数据,使用标准化降水指数和标准化土壤湿度指数分别表征气象干旱和农业干旱,采用皮尔逊相关系数和de Martonne干燥度指数,评估气象和农业干旱的传播时间和响应关系,并通过游程理论提取气象干旱与农业干旱历时、烈度,同时利用 Copula 函数度量气象干旱到农业干旱的传播阈值和农业干旱风险特征。结果表明:1)渭河干流和泾河流域气象干旱向农业干旱的传播时间为3个月,北洛河流域的干旱传播时间为2个月;2)水热条件变化对干旱传播有一定影响,这种影响沿干燥度梯度呈分段变化;3)不同子流域和土地利用类型的抗旱性不同,其中各子流域的草地及泾河、北洛河流域的林地干旱传播阈值较小,易发农业干旱;4)各分区气象干旱传播到农业干旱后历时延长、烈度增大,泾河、北洛河流域耕地的扩大作用最强。本研究可为评估不同干旱类型之间的响应关系,构建流域干旱预警系统提供新思路。     

基于VIC模型构建的综合干旱指数在黄河流域的应用

【目的】研究黄河流域年内和年际尺度的干旱特征,为评估干旱、半干旱地区极端气候提供参考。【方法】基于VIC模型划分0.5°×0.5°经纬网,结合黄河流域多年降水资料,将子流域所有网格日径流取均值,采用GPP(Gringorten plotting position)算法构建非参数多变量综合干旱指数(Non-parametric multivariate standardized drought index,NMSDI),并在黄河流域进行了实例应用。【结果】(1)在6个月尺度上,干旱初期NMSDI指数与标准化降水指数(Standardized precipitation index,SPI)类似,末期与标准化流量指数(Standardized streamnow index,SSI)类似。(2)黄河上游及北部干旱较其他区域更为严重,旱灾风险春夏高、秋冬低。(3)黄河流域年内和年际的NMSDI指数以降低为主,但R/S分析表明,降低的趋势在未来有所减缓。(4)黄河流域年际NMSDI系列趋于稳定,仅渭河流域在1991年出现突变,可能是气候变化与人类活动耦合的结果。【结论】与传统的干旱指标相比,NMSDI综合了气象、水文干旱指标的特点且不依赖于假设的分布函数,可以有效捕获干旱状态,同时避免了不同指标之间不能直接比较的不足,在研究流域有较好的适用性。     

我国不同区域粮食作物产量对有机肥施用的响应差异

探明全国不同气候、土壤和作物类型条件下,化肥配施有机肥对产量的影响及其增产效果的主控因素,可为粮食增产和有机肥的合理施用提供重要的理论依据。本研究通过收集109篇已公开发表的文献,建立了包含不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和化肥配施有机肥（NPKM）处理的402组作物产量的数据库。采用整合分析（Meta-analysis）方法分析了不同施肥处理对小麦、玉米和水稻产量的影响,以及不同土壤性质和气候条件下有机肥的增产差异;采用随机森林（Random forest）方法量化土壤和气候因素对有机肥增产效果影响的重要度。全国来看,与NPK相比,NPKM处理下作物的产量平均增幅4.7%,其中小麦、玉米和水稻的增产率分别为5.6%、7.6%和4.5%;作物的平均增产率在西北地区最高,东北和华北地区次之,南方和华东地区较低。配施有机肥对产量的提升作用在我国温带大陆性气候区和温带季风性气候区显著高于亚热带季风性气候区,其中年降雨量是影响小麦和水稻产量对有机肥响应的主要因素,年均温和无霜期是影响玉米产量对有机肥响应的主要因素。有机质和全氮含量是土壤性状中影响有机肥增产效果的主要因素,其中土壤有机质和全氮含量越低,配施有机肥后产量的增幅越高。总的来说,化肥配施有机肥可显著提高作物的产量,尤其在低温少雨、土壤养分含量较低的地区,可通过化肥配施有机肥来进行增产促产。     

开花期干旱胁迫对不同基因型玉米生理特性和产量的影响

以耐旱性不同的3份玉米自交系为材料,在花期进行干旱胁迫处理,研究了耐旱系廊黄和昌7-2与旱敏感系TS141的花期耐旱性差异。结果表明,花期干旱胁迫后,3份玉米自交系的生长受到抑制,地上部和地下部鲜重以及株高下降,枯叶率升高,相对含水量下降,相对电导率升高,渗透调节剂脯氨酸、可溶性糖含量、保护酶SOD和POD活性增加。但是各个指标在不同自交系内变化的幅度不同。与旱敏感系TS141相比,耐旱系廊黄和昌7-2的生长受抑制程度较小;叶片相对含水量下降、相对电导率升高幅度较小;脯氨酸和可溶性糖含量、保护酶SOD和POD活性升高的幅度较大。干旱胁迫后,3份玉米自交系的开花时间间隔（ASI）延长,雄穗一级分枝数减少,产量降低。与旱敏感系TS141相比 ,耐旱系廊黄和昌7-2的ASI延长时间较短,雄穗一级分枝数减少的幅度较小,产量下降幅度较小,特别是单穗重和穗粒数表现更为明显。     

Influence of surface ozone on crop yield of maize in China

This study investigated the adverse effect of surface ozone on the maize yield using a unique panel from 880 counties in China. To identify the impact of elevated surface ozone concentrations, we constructed an econometric model by controlling the impact of climate variables and related economic variables. This study also considered the potential spatial correlation in the measurement of the impact of surface ozone on maize yield. Results confirmed that the increase of ozone concentration decreased the maize yield. Moreover, maize was found to be the most sensitive to ozone at the end of the second month of the growing season. The average annual loss of maize caused by ozone pollution is about 4.234 million tons in 2013–2015, accounting for 1.9% of the average output.     

气象与农业业务化干旱指标的研究与应用现状

分析了国内目前干旱监测业务中使用的气象干旱指标、农业干旱指标和逐日动态干旱指标的构成要素,讨论了各指标揭示的干旱机理及其在各地使用的效果,并提出了干旱指标的研究正朝着多因子综合、能够用于动态监测并与地理信息系统结合的方向发展。     

近50年中国旱灾的时空变化

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。     

信阳地区冬小麦生育期水分供需及干旱特征

旱涝灾害是影响信阳地区农业经济发展的重要因素,分析信阳地区近50 a冬小麦生育期水分供需及干旱特征,可为冬小麦生产合理布局、合理用水以及防灾减灾政策的制定提供理论参考。基于信阳地区1962—2011年9个气象站点日尺度数据,通过估算冬小麦全生育期和各生育阶段有效降水量和需水量,计算水分盈亏指数,分析水分供需时空变化特征,并利用不同时间尺度标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)进行干旱特征研究。结果表明:冬小麦生育期需水量空间分布主要呈现西北部和东南部较高,而中部地区相对较低的特征,变化趋势以增加趋势为主;冬小麦生育期水分盈亏指数表明水分亏缺,西北部相对于中南部水分缺乏更为严重,变化趋势以减少趋势为主;冬小麦全生育期SPI值呈现不显著下降趋势,其变化幅度为0.125·10 a^-1,冬小麦冬前生长期、返青抽穗期和灌浆成熟期SPI值呈现不同程度的不显著减少趋势,而越冬期SPI值则呈现不显著的增加趋势;各生育阶段干旱发生状况存在差异,不同生育阶段轻旱发生频率和中旱发生频率亦存在差异,北部冬小麦生育期发生轻度以上干旱频率较高,西部和南部冬小麦生育期发生中度以上干旱频率较高。综上,信阳地区冬小麦生育期水分呈亏缺状态,各生育阶段的干旱状况存在差异。