基于SVDI的吉林省中西部干旱识别及干旱危险性分析

[目的]在农作物生育期期间对吉林省中西部地区进行干旱的识别和量化,进行干旱危险性分析,为该地区农作物防旱减灾工作的展开提供参考。[方法]利用2005—2014年5—8月旬气象站数据和MODIS的NDVI 10d合成产品,采用空间植被干旱指数(SVDI)研究典型年吉林省中西部干旱时空分布特征,并结合农业干旱减产及粮食产量分析其适用性,进一步利用逐旬SVDI概率密度分布计算旬时间尺度的干旱危险性及月时间尺度的干旱危险性分布。[结果](1)与VCI指数相比,在作物生长前期和后期农业干旱减产和产量波动与SVDI呈现出更高的相关系数;(2)2005—2014年吉林省中西部重旱面积波动较为明显,重旱区域呈现出向中部和西南部地区转移的趋势;(3)吉林省中西部地区内5月上旬、下旬,6和8月下旬干旱发生概率较高;8月上旬和6月下旬干旱危险性较大;通榆县5—8月间干旱危险性较高。[结论]利用SVDI指数进行干旱的识别和量化是可行的,且在吉林省中西部作物生育期不同阶段干旱有明显的区域性。     

黄河流域近40年土地利用/覆被时空变化特征

[目的]研究土地利用/覆被时空变化特征对于黄河流域土地资源保护与合理开发具有重要意义,可为黄河流域生态保护与高质量发展战略实施提供重要参考。[方法]基于黄河流域1980—2021逐年土地利用/覆被数据,采用Mann-Kendall和滑动t检验、地学信息图谱、标准差椭圆和重心迁移模型等方法,探究近40年黄河流域土地利用/覆被变化特征。[结果](1)1980—2021年林地、灌丛、水域、建设用地显著增加,耕地、草地、湿地显著减少。(2)流域土地利用/覆被变化时段可划分为1980—1992年,1993—2001年,2002—2012年,2013—2021年,数量结构逐渐呈现快速变化特点,建设用地、湿地和水域变化敏感。土地利用结构均衡度逐渐增强,呈现的阶段性变化与实施的重大战略措施关联性高,并与划分的阶段较符合。(3)流域中上游以2012—2021年和间歇变化型、耕地和草地的相互转换为主,下游以2001—2012年和2012—2021年变化型、耕地转为建设用地和草地为主。流域内宁夏北部、内蒙古东部及部分沿黄河水系分布的地区变化频繁。(4)湿地、水域和建设用地的重心向西迁移,分别呈现向西南集中分...     

1979-2020年深圳市不透水面信息提取及其时空格局变化分析

[目的] 分析不透水地表比的时空分布,探究城市的发展潜力,为城市水土保持等规划与后续发展提供参考意见。[方法] 以深圳市作为研究区,选取1979—2020年9期共18景Landsat 3/5/7/8影像为主要数据源影像提取不透水面比例作为参考数据,结合不透水面平均中心、标准差椭圆和景观格局指数分析深圳市不透水面时空格局分布。[结果] ①1979—2020年深圳市整体不透水面比例呈增长趋势,1990—2010年增长速率和增长强度最高,后逐渐变缓; ②由于深圳市发展的不平衡,1979—2000年,发展重心持续向着东北方向移动,随后2000—2010年,重心向西北方向迁移,2010年后,重心在东西方向上有所移动。总的来看,深圳市的发展方向主要为东—西; ③景观格局变化显示各等级不透水面景观分布渐趋均衡,分布趋势从破碎到聚集度越来越高,连接性在逐渐增强。[结论] 不透水面增长的不同阶段具有不同的时空分布规律,不同密度不透水面分别有各自的变化特点,降低高密度不透水面的聚集程度对城市未来发展具有积极影响。     

基于TVDI和Landsat-8的喀斯特峡谷区干旱监测

[目的]探索适用于喀斯特地表干旱遥感监测的技术方法,为石漠化治理监测以及抗旱减灾工作提供技术参考。[方法]运用大气校正法反演地表温度(Ts)和归一化植被指数(NDVI),构建花江峡谷区2013年、2014年和2015年旱季的温度—植被干旱指数(TVDI),并结合地面实测数据对TVDI作为旱情指标进行了验证。[结果](1)反演的TVDI与同时期实测的0—10cm土壤体积含水量数据呈显著的负相关关系(p0.05)。(2)3个时期的干旱等级以轻旱为主;轻旱、干旱和重旱累计面积占全区比重大,呈现2014年旱情重于2015年和2013年的特点。(3)3个时期的旱情在空间分布上,湿润和正常等级在地形上主要分布在海拔900～1 100m地带,15°～35°的斜坡和缓陡坡,以及阴坡和半阳坡;在石漠化等级上,主要分布在无石漠化区、轻度石漠化区和潜在石漠化区;在土地利用类型中主要分布在有林地、旱地、灌木林地和其他林地。轻旱、干旱和重旱在地形上主要分布在海拔500～900m,6°～25°的缓坡和斜坡,以及阳坡和半阳坡;在石漠化等级上,轻旱和干旱主要分布在轻度石漠化区、潜在石漠化区、中度石漠化区和强度石漠化区,重旱主要分布在非喀斯特区;在土地利用类型上,轻旱、干旱和重旱主要分布在旱地、园地和其他林地。[结论]TVDI可作为研究区的干旱监测指标,基于TVDI和Landsat-8数据的干旱监测方法在喀斯特峡谷区具有一定适用性。     

基于GAMLSS模型的青海省非平稳NSPEI干旱时空特征分析

[目的]识别气象变量在气候变化影响下出现的非平稳特征，揭示青海省气象干旱特征的时空演变规律，进而为青海省抗旱减灾提供一定的技术支持。[方法]基于GAMLSS模型构建以气候因子为解释变量的非平稳NSPEI,通过与传统SPEI对比遴选一种更适合青海省的气象干旱指数，并利用游程理论与Copula方法分析了不同情景下干旱重现期的分布特征。[结果]NSPEI较SPEI能更准确地识别青海省不同干旱程度，尤其对于较严重干旱事件。1961—2020年青海省干旱频率呈下降趋势且主要发生中度干旱和轻度干旱，干旱频率高发区为柴达木盆地西北部，青南牧区西南部为干旱低频区；干旱历时、干旱烈度分别以0.018 9/a, 0.016 6/a的速率减小，两干旱特征时空变化较同步，均由西北向东北部递减。在中旱情景下，Tor平均为2.79 a一遇，Tand平均为7.52 a一遇；重旱Tor平均为4.11 a一遇，Tand平均为16.22 a一遇，青海省西南部是中、重旱高风险集中区，而东部农业区为重、中旱低风险集中区。[结论]青海省降水、气温序列的平稳性不复存在，考虑以气候因子为协变量NSPEI在揭示青海省时空变化趋势方面...     

1901-2017年黄土高原地区气候干旱的时空变化

[目的] 分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率，为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据。[方法] 基于高空间分辨率长时间序列的气候数据，计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散指数（SPEI），依次分析了该区气候干旱的趋势变化和发生频率。[结果] 1901-2017年，整个黄土高原的气候经历了"湿润-干旱-湿润-干旱"的交替过程，年SPEI变化趋势未达到显著性水平，且无显著突变年份。1981-2010年干旱呈显著加剧趋势的区域分布在黄土高原腹地以及中西部，面积比例为3.43%。1901-2017年干旱呈显著减轻趋势的区域主要分布在东、西部边缘区域，面积比例为1.05%；呈显著加剧趋势的区域分布在西北部，面积比例为4.16%。近30 a，黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高。在历史时期的两个时间段内，黄土高原西北部大部分地区重旱发生频率较低，未有极端干旱发生。[结论] 在黄土高原地区，随着干旱程度的不断加重，干旱频率的空间变异程度逐渐降低；不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征。     

2002-2016年锡林郭勒草原干旱时空特征

随着气候变暖,干旱越发普遍,关于干旱的研究一直是国内外学者关注的热点。采用MODIS产品数据计算温度植被干旱指数TVDI,反演2002—2016年锡林郭勒草原植被生长期土壤干湿状况,对干旱的时空分布特征进行了研究。结果表明:锡林郭勒草原在各时相几乎都处于一种干旱的状态,但主要以轻旱和中旱为主,重旱现象较少。从时间上看,6月、8月和9月份易出现大规模干旱,中旱占较大比例,而7月、10月上旬容易发生大面积的轻旱。空间上,西部地区以轻旱为主,中旱及重旱现象较少;中东部、南部地区干旱事件的发生频率较高,且大面积的中旱及局部的重旱现象较为普遍;中部及北部地区也常常会发生不同等级的干旱现象,出现严重干旱的频率也较高。     

基于植被状态指数的甘肃省2000—2019年干旱时空特征分析

农业发展受干旱影响极为敏感。为了为制定科学的应对措施和干旱缓解措施提供科学依据,利用NDVI作为基础数据,将植被状态指数(VCI)作为表征干旱的指标,通过分析VCI的变化趋势、计算干旱频率和干旱面积占比、分析VCI与降水量的相关性,探讨2000—2019年不同空间尺度甘肃省干旱的时空分布特征,并且结合土地利用类型分析了不同用地类型发生不同程度旱情的可能性。结果表明:甘肃省农业干旱高发于春季,其次是秋季; 空间上以全域性干旱为主,即研究时段内甘肃省干旱面积占比大于50%为主,并呈现西北高东南低的空间格局; 植被状态指数与当月降水量的相关系数最大,达到了0.827; 林地和草地发生干旱的比例最低,未利用地发生干旱的比例最高。综上,甘肃省旱情以全域性干旱为主,且时空分布不均,整体旱情呈现逐渐缓解的趋势。     

华北平原不同等级干旱对冬小麦产量的影响

华北平原是中国重要的粮食生产基地,其中冬小麦播种面积和产量均居中国首位,在国家粮食安全中具有重要作用,干旱是影响该区域冬小麦产量的最主要农业气象灾害。该研究基于华北平原44个气象站点1981—2017年的逐日气象数据以及作物、土壤和田间管理资料,以作物水分亏缺指数为农业干旱指标,基于调参验证后的农业生产系统模型(Agricultural Production Systems Simulater,APSIM),评估了冬小麦生长发育中后期各生育阶段不同等级干旱对冬小麦单产和总产的影响。结果表明,冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱造成冬小麦减产率空间上均呈北高南低的分布特征,且开花-成熟阶段干旱引起的减产率(26.8%)高于拔节-开花阶段干旱引起的减产率(19.1%),区域间比较均表现为干旱对京津冀地区冬小麦单产影响最大,对河南省冬小麦单产影响最小;随着干旱等级的加重减产率增大,开花-成熟阶段轻旱、中旱和重旱的减产率分别为16.5%、32.8%和44.9%,拔节-开花阶段轻旱、中旱和重旱的减产率分别为10.3%、18.8%和28.6%。结合冬小麦实际播种面积得到各生育阶段干旱对总产的影响,区域间比较均表现为干旱对山东省冬小麦总产影响最大,对河南省冬小麦总产影响最小。     

陕西渭北旱塬区耕地时空格局变化分析

渭北旱塬区人地矛盾突出,准确认识该区耕地时空格局演变规律,有利于为耕地资源合理利用,粮食及生态安全保障提供决策依据。该研究基于1995—2020年耕地空间分布信息,采用重心模型、标准差椭圆、空间自相关和地学信息图谱等方法,从耕地总量变化特征、耕地空间变化特征和耕地LISA频率图谱特征3个方面开展,揭示陕西渭北旱塬区耕地空间分布特征与变化趋势。结果表明:1)与1995年相比,2020年渭北旱塬区耕地面积减少5.58%,耕地净流失区域不断扩大。25a间,研究区耕地变化动态度始终维持在中等水平,全区耕地资源稳定性减弱,位于北部高原区的耕地资源稳定性较差。2)耕地重心总体在东北方向发生偏移。耕地标准差椭圆空间分布格局同研究区分布方向一致,向东北方向偏移,椭圆面积增加1 904.93km2,标准差椭圆面积主要经历"增加-减少"的变化过程,耕地空间分布趋于分散,且分散速率减小。3)1995—2020年研究区耕地面积比例局部空间自相关异质性较为显著,大多区域面积比值呈现高值或低值聚集状态。LISA频率图谱中,稳定不变与低频区域占比高达89.58%,耕地空间格局呈相对稳定状态。中高频区转变方式主要以"低-低"聚集、"低-高"聚集转变为不显著,研究区耕地衰减较为明显。     

基于SPEI指数分析河西走廊气象干旱时空变化特征

利用河西走廊1965-2017年21个气象站点逐日气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算不同时间尺度的SPEI,分析河西走廊气象干旱的变化趋势、发生频率和持续时间等时空变化特征。结果表明：（1）近53a来河西走廊月、季、年尺度SPEI均呈显著上升趋势,即干旱有显著减弱趋势,但个别站点干旱持续时间较长,其中武威站在2013年持续时长达到11个月;（2）河西走廊四季均存在变湿趋势,且冬季变湿显著,其中春、夏、秋季干旱呈不稳定变化,而冬季在1989年前后发生突变,由干旱向湿润突变;（3）河西走廊干旱的空间分布具有明显的区域特征,干旱区域主要集中在西北部,湿润区域主要集中在南部;（4）不同时间尺度各等级干旱发生频率的变化规律具有一致性,轻中旱发生频率远高于重特旱,且年、季尺度重特旱发生相对高频区空间分布特征与轻中旱正好相反。总之,近53a来河西走廊干旱呈减弱趋势,有利于当地的农业生产开展和生态环境改善,但该区域气候变化较复杂,需要注意局部干旱情况。     

碳酸氧镧改性生物炭材料的合成及对磷酸盐去除性能

为高效去除废水中过量的磷酸盐为目的，该研究将研究利用艾草生物质与镧溶液共生共热的方法制成具有大量纳米级碳酸氧镧突起的镧基复合生物炭材料，研究了材料投加量、初始磷酸盐浓度、吸附时间、初始溶液pH值和共存离子对其吸附磷酸盐性能的影响及饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）对生菜种子发芽率的试验。试验结果表明：La-CB2最佳投加量为1 g/L，最佳吸附温度为25 ℃，对磷酸盐的吸附主要为多分子层吸附，Langmuir模型模拟最大吸附容量为126.82 mg/g，并在12h内达到吸附平衡，酸性至中性水环境中La-CB2吸附性能更优，并对碱性水环境的pH值具有缓冲作用，在pH值为3时La³⁺浸出率为7.66%，其他pH值条件下仅为0.029%左右，在磷吸附过程中La-CB2的DOC溶出量随着初始溶液pH值的升高呈先增后减的趋势，在多种共存阴离子中对磷酸盐具有很强的选择性吸附，水体中的腐殖酸会大幅度降低La-CB2对磷酸盐的吸附性能。饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）能够作为磷缓释肥显著促进生菜发芽，对La-CB2在富营养水体的磷吸附及资源回收提供了大量的理论基础。     

基于SPI指数的近50年重庆地区干旱时空分布特征

[目的]揭示重庆地区年和季度干旱发生的频率和强度的演变特征,为该区应对干旱灾害,制定针对性减灾措施提供科学依据和参考。[方法]基于重庆地区34个气象观测站1964—2011年逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)干旱指标方法进行研究。[结果]干旱强度频率方面,重庆地区干旱发生的频率具有较明显的区域性和季节性;其中年、春、夏和冬季干旱发生频率相差不大,在25.9%~35.1%范围,秋季的发生频率范围幅度较大,介于16.7%~40.0%之间。干旱强度方面,在年和季节尺度上整体呈现一定的增加趋势,其中秋季和年度相对趋势更明显,近50a研究区年度和四季主要以轻旱和中旱为主,整体上夏季和秋季干旱强度比另外两个季度和年度表现更强一些。[结论]标准化降水指数(SPI)适用于重庆地区,可以作为气候变化的监测指标;重庆地区干旱发生的频率具有较明显的区域性和季节性。     

宁夏干旱的时空特征与大气环流响应关系

[目的]探究宁夏地区干旱时空变化特征及其原因,对于干旱预防与应对决策具有重要意义。[方法]基于宁夏自治区24个气象站点逐日资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)。运用MK非参数检验与反距离权重插值分析了不同尺度下的干旱时空变化,通过Person相关系数分析定量分析了宁夏干旱指数对于大气环流的响应,[结果](1)1982—2020年各尺度SPEI干旱指数经历了增大—减小—增大的过程,并在1990—2010年旱频发。(2)季尺度干旱指数空间分布差异明显,春季干旱频率较大,主要分布在北部的引黄灌区,且中旱、重旱较多,春季、夏季的干旱呈明显加重趋势,秋、冬季则呈湿润趋势,但秋、冬季干旱烈度相对春、夏季更为强烈。(3)ENSO暖事件期间宁夏SPEI值有减小趋势,ENSO冷事件期间SPEI指数有增加趋势,ENSO暖事件期间相对于ENSO冷事件期间更为干旱。(4)宁夏全境受到NAO与AO指数影响明显,无滞后关系,SOI指数滞后4个月与宁夏SPEI值相关性最大,主要影响宁夏的北部地区,PDO指数滞后6个月相关性最为显著,MEI指数滞与ENSO指数分别滞后3个月与5个月相关性最好,但与宁夏地区干旱相关性较弱。[结论]干旱是宁夏的主要气象灾害,分析宁夏地区的干旱的时空变化与大气环流的响应关系,可为宁夏地区的干旱事件预防和气候变化区域适应对策提供参考。     

土壤湿度农业干旱指数的改进及其适用性

准确监测农业干旱是保障粮食安全的基础。针对土壤湿度农业干旱指数(soil moisture agricultural drought index,SMADI)在干旱半干旱地区旱情监测不准确的问题,对SMADI进行了改进,同时修正了改进后的土壤湿度农业干旱指数(modified soil moisture agricultural drought index,SMADI_M)的干旱等级划分标准,并从全区与局部尺度、时间和空间尺度、以及对干旱响应的时效性三方面对SMADI_M的可靠性进行了验证。结果表明：SMADI_M改进了SMADI在低植被覆盖区存在的旱情高估的问题,弥补了SMADI的不足,可用于任意植被覆盖区的旱情监测;SMADI_M能够准确捕捉不同时间尺度(年、季、月)和空间尺度(全局、局部)的旱情信息,有效提高了农业干旱监测精度;与植被条件指数(vegetation condition index,VCI)和标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotransp...     

基于SPI指数的白洋淀流域干旱演变特征分析

为探究白洋淀流域在气候变化背景下的干旱时空演变特征,基于1979—2018年0.1°分辨率降水格点数据,采用年尺度和季节尺度的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI),结合Mann-Kendall趋势检验法研究了白洋淀流域干旱频次、干旱面积的时空演变特征。结果表明:(1)研究区发生轻旱的频次最高,中旱、重旱、特旱发生的频次依序减少,春季和夏季是干旱频次发生较高的季节,但特旱主要分布在秋季和冬季。(2)研究区年尺度下干旱程度呈不显著减缓趋势,干旱面积略有减少; 春季和夏季干旱程度呈不显著增加趋势,干旱面积略有增加; 秋季和冬季干旱程度呈显著减缓趋势,秋季干旱面积显著减少。(3)轻旱和中旱在整个流域内分布广泛,下游平原区的发生频率高于上游山区,大清河山区的北部和西部以及流域的东南边缘是重旱和特旱的高发地带。综上,白洋淀流域整体呈干旱缓和趋势,但春夏季干旱情况在未来可能会加重。     

近30年吴桥县冬小麦生育期水分亏缺变化趋势分析

为了给地处黑龙港地区的河北省吴桥县制定冬小麦稳产灌溉制度提供理论依据,本文利用1981—2013年吴桥县的气象数据和SIMETAW模型,分析了冬小麦全生育期及播种—返青期、返青—拔节期、拔节—开花期、开花—成熟期4个生育阶段的降水量、需水量、耗水强度及水分亏缺指数(CWDI)的变化趋势;同时利用5年滑动平均法将分析年份冬小麦实际产量分为趋势产量和气象产量,计算了不同降雨年型下冬小麦减产率的变异系数。结果表明,近30年河北省吴桥县冬小麦生育时期的水分亏缺指数和需水量均呈现轻微的上升趋势;冬小麦发生干旱的概率为93.75%,其中,中旱和重旱发生概率为65.52%。冬小麦生育时期的平均日降雨量呈现从冬小麦生育中期向后期转移的趋势,日耗水强度表现为从生育后期向生育中期移动的趋势,这是导致返青—拔节期和拔节—开花期水分亏缺指数较大的重要原因。冬小麦减产率的变异系数的绝对值在缺水年最大,为154.241;在丰水年最小,为1.999;正常年份为24.776。因此,冬小麦拔节—开花期的及时灌溉对于保障冬小麦的稳产增产具有重要作用。建议在缺水年份调整冬小麦的水分管理制度,在冬小麦拔节初期一次性充分灌溉或在拔节初期和中后期分次进行少量灌溉。     

基于空间计量分析安徽省冬小麦灾损风险的时空分布

安徽省是我国最重要的冬小麦生产省份之一,研究其灾损风险的时空变化对区域防灾减灾有着重要意义。依托74个区县1973—2014年冬小麦单产资料构建了气候减产率的逐年序列,采用空间计量分析与气候诊断探讨了灾损风险的时空分布特征。结果表明:(1)基于多年平均减产率,高灾损区域的空间分布呈现出明显的年代际变化,其中沿淮地区是安徽省冬小麦灾损的首要高风险区域;(2)基于重心迁移模型,1973—2014年灾损重心经度的年际变化呈现出强烈的短期振荡,而重心纬度则呈现出显著的减少趋势;(3)基于Mann-Kendall趋势检验与Hurst指数,1973—2014年安徽省北部的冬小麦灾损风险呈现出较强的下降趋势,而南部的灾损风险呈现出上升趋势,且未来短期仍将持续该趋势。总体而言,安徽省冬小麦灾损风险的时空演变呈现出显著的南北差异格局,其中南部将会是灾损的高风险区域。     

北方农牧交错带气候变化与旱涝响应特征

依据北方农牧交错带1961-2012年46个气象站气温、降水数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall检测及Kring插值法,对该区气候变化及旱涝时空特征进行了分析。结果表明:(1)近52 a,北方农牧交错带气候呈现暖干化趋势,1986年后暖干化趋势有所加强。(2)不同区域不同时段,气温、降水表现出不同的变化特征。(3)全区及3个子区旱涝等级均呈上升趋势,不同区域旱涝等级变化趋势差异显著。(4)北方农牧交错带大涝呈"片状"分布,大旱呈"斑点状"分布。全区整体相对较易发生大旱,东北段相对更易发生大涝,华北段更易发生大旱。