基于相对湿润指数的贵州省气象干旱时空变化特征研究

为探究贵州省各区域干旱发生频率、强度及不同等级干旱的时空分布特点,基于贵州省17个气象站1981—2019年逐日气象数据,利用相对湿润指数,同时结合Couple二维分布函数,探讨了干旱强度和干旱频率的联合、条件概率特征,以揭示贵州省气象干旱的时空分布规律。结果表明:(1)贵州省1981—2019年气象干旱强度呈减弱—增强趋势,整体上呈减弱的趋势,干旱频率呈上升趋势。(2)贵州省年与季尺度发生干旱强度在空间上分布有所不同,季尺度中,冬旱强度最强,秋旱和夏旱次之,春旱强度较弱;(3)年及冬、春季节干旱频率在空间上呈西高东低的分布格局,夏、秋季节分布较为一致; 季尺度中,干旱频率呈冬季最高,春、秋季次之,夏季最低;(4)在干旱联合特征中,季尺度的联合特征值呈春季>冬季>秋季>夏季,在各季节干旱强度的条件下,各季节干旱频率的条件概率特征值表现为夏季>秋季>冬季>春季。综上,贵州省气象干旱强度逐渐降低,干旱频发,呈春旱高频率、高强度,夏旱低强度、高频率。     

基于SPEI_PM指数的渭河流域气象干旱时空演变特征

利用渭河流域25个气象站点1980−2018年月值气象数据集,基于Penman-Monteith蒸散模型计算多个时间尺度的标准化降水蒸散发指数（SPEI）,分析渭河流域气象干旱的演变、趋势、影响范围、发生频率和持续时间等时空变化特征,以期为渭河流域防灾减灾管理提供科学依据。结果表明：（1）近39a来渭河流域有明显的干湿周期变化,但整体上呈变干的趋势,干旱时段主要集中在1995−2009年,其中以2000−2009年的干旱站次比最大,平均达到36%,且干旱持续时间最长,约3.6个月,1980−1989年干旱持续时间最短,约1.6个月;（2）渭河流域秋季总体呈湿润变化趋势,而春季和夏季干旱在不断加剧,是区域年际干旱的主要驱动力;（3）渭河流域干旱以危害性较小的轻中旱为主,但2000年前后出现严重及极端干旱的站次相对较多,其中1997年研究区内发生的干旱程度较高,影响范围较广;（4）不同时间尺度各等级干旱发生频率的变化规律表现一致,均呈现出干旱等级越高发生频率越低的态势,且极端干旱在年际尺度内发生次数较为频繁,从空间上看渭河流域东北部是干旱多发区。总之,近39a来渭河流域总体干旱较为严重的时段为2000−2009年,且研究区内干旱呈北重南轻特征,因此北部地区仍需加强防灾管理。     

1960-2011年西南地区干旱时空格局分析

基于西南地区130个气象站1960-2011年气象资料,计算了各站不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),并采用Mann-Kendall趋势分析法和反距离加权插值等方法,分析了该区近52a以来干旱发生的时空变化特征。结果表明:(1)各区域干旱存在明显的年际变化波动且线性变化趋势较为显著,近12a来干旱次数明显增多。大部分区域干旱指数在春夏秋季均呈减少趋势,秋季最为明显,冬季反之。(2)空间分布方面,横断山地、广西丘陵、四川盆地东部和贵州高原南部春旱频率较高。夏旱主要发生在横断山地北部,若尔盖高原,四川盆地的西部和南部,云南高原中部和广西丘陵。云南高原南部,横断山地西南部,贵州高原和广西丘陵的秋旱频率较高。冬季干旱频率高值区主要集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一带。     

基于农业干旱参考指数的西南地区玉米干旱时空变化分析

西南地区是中国玉米主要产区之一,干旱是该地区最主要的农业气象灾害,研究干旱时空分布特征及规律对西南地区玉米种植布局和防旱减灾有重大意义。该文收集西南地区玉米种植区60个代表气象站50a(1960年-2010年)的气象资料和玉米作物资料,选用基于土壤-植被-大气系统并以天为时间尺度的农业干旱参考指数(ARID)作为干旱指标,研究西南地区玉米生育期内干旱频率空间分布特征,并分析近50a干旱发生的年代际变化,验证ARID在西南地区的适用性。结果表明:1)近50a来西南地区发生的干旱具有显著的区域特征,高发区位于云南中北和东北部以及四川南部;其次为川东北的广元地区、川西南山地以及滇西北、滇南部的元江地区;少发区位于重庆大部、贵州北部等地区。2)阶段性干旱明显,受旱频率最高的时段为出苗至拔节期,受旱频率最低在抽雄至灌浆期,且随着发育进程,干旱有向东部转移的趋势。3)西南地区各分区玉米生长季内ARID变化差异较大,总体上来看干旱程度大多处于轻旱,个别区域处于中旱,或者在轻旱与中旱之间波动。4)ARID的年际变化特征表明:20世纪80年代受干旱影响最低,21世纪初受干旱影响最严重。     

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。     

基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析

季节性干旱是影响湖南春玉米生产最突出的气象灾害,分析其时空分布特征和发生的规律,可为湖南春玉米生产的发展和合理布局提供技术支持。该文基于湖南省96个气象站点1961－2007年地面气象观测资料,采用FAO于1998年推荐的Penman-Monteith 方法计算了参考作物蒸散量、玉米的作物需水量。考虑盈余降水对水分亏缺指数的影响,修正了的水分亏缺指数计算方法,并依据玉米的水分亏缺指数,分析了季节性干旱发生频率的时空特征。并选取不同区域典型站点分析了水分亏缺指数年代际变化特征。结果表明,湖南春玉米生长季节内干旱呈现明显的季节性和空间区域分布特征：干旱频率较高的时段主要在玉米抽雄－吐丝阶段及其后的生育阶段,且随生育期后移干旱频率明显增加,以轻旱程度为主。空间分布特征是以湘中南的衡阳及周边一带干旱频率最高,其次为湘东、湘北一带次高,湘西等地春玉米干旱频率低。各年代之间比较,以20世纪80年代干旱较严重,90年代干旱相对较轻。     

近50年重庆市气象干旱时空分布特征研究

根据重庆市34个气象站点1960—2009年的气温、降水、日照时数等诸多气象因子观测资料,利用相对湿润指数法对重庆市近50年的气象干旱频率和干旱强度进行统计分析。通过ArcGIS空间插值、滑动t检验以及小波分析等方法分析了重庆市干旱频率和干旱强度的空间分布、突变年和振荡周期。结果表明:(1)近50年重庆市年、春、夏、伏、秋、冬干旱频率和干旱强度均呈现出明显的区域差异,干旱频率和强度均是冬季最高,夏季最低;(2)经滑动t检验发现,重庆市年干旱频率突变点为1982年前后的由多变少,年干旱强度突变点为1978年前后的由弱变强,其他季节各有不同;(3)重庆市年及各季节的干旱频率和干旱强度各具有不同的振荡周期。     

甘肃半干旱区季节性干旱分布特征研究

根据甘肃省兰州市、白银市、定西市、临夏市、平凉市和庆阳市1981 — 2010年共30 a的气象站数据,依据各季节各站点累积降水量平均值划分干旱等级,分析了甘肃半干旱区季节性干旱的分布特征。结果表明,特大干旱、严重干旱、轻度干旱、中度干旱在甘肃半干旱区春季、夏季和秋季均有发生,其中春季以严重干旱和中度干旱为主,夏季以中度干旱和轻度干旱为主,秋季以中度干旱和轻度干旱为主。     

RDI指数在辽西干旱时空分布特征评价中的应用

选用RDI指数对辽宁西部区域的干旱进行时间和空间分布特征的评价。研究结果表明:RDI干旱指数在辽宁西部地区干旱评价结果和实际干旱情况较为吻合,可用于辽西地区干旱评价。研究区域各气象站点年发生干旱的总频率为23.77%~35.80%,严重干旱均在夏季较易发生。区域干旱空间分布特征受降水分布影响,RDI干旱指数空间上呈现南小北大的趋势,即南部发生干旱的频率大于北部区域。研究成果对于区域干旱时空评价可提供参考。     

泉州市干旱时空分布特征及防灾减灾措施

根据泉州海岸带干旱历年(1961~2001年)实测资料,通过分析得出泉州海岸带干旱灾害的时间分布特征(年内变化、年际变化)和空间分布特征,并生成了泉州海岸带干旱等级区划图,在此基础之上提出了防灾减灾措施,以期对泉州海岸带的防灾减灾工作有一定的借鉴和参考价值.     

川中丘陵区季节性干旱时空分布特征及成因分析

为了减轻季节性干旱对四川省农业生产造成的影响,根据川中丘陵区8个气象站点1960-2011年的月降雨资料,基于标准降水指数（SPI）研究了该区季节性干旱时空分布特征,并分析了干旱成因。研究结果表明：对川中丘陵区影响较大的中旱、重旱及极旱主要集中在冬季和春季;近52 a来区内各站点的SPI值在9-11月呈下降趋势,宜宾在8-9月的SPI值显著下降（α=0.05）;区内四季SPI值的Hurst指数几乎都大于0.5,SPI值有很好的持续性;6月尺度（冬、春季）的SPI值显示出了5、11和28 a的周期,其中11 a的周期震荡最强,为第1周期。同时,一年四季中不同干旱等级的干旱频率也在不同地域上显示出了差异性。通过对月尺度SPI值和影响干旱的因素进行相关性分析,发现SPI与降水集中程度、日照时数呈极显著负相关（α=0.01）,是影响川中丘陵区干旱的主要因素。该研究为四川省的防旱减灾提供参考。     

西南地区综合干旱监测模型构建与验证

在全球极端天气事件越来越多的大背景下,准确监测西南干旱对区域农业可持续发展具有重要的现实意义。该文选取降水距平百分率(percentage of precipitation anomaly index,Pa)、标准化降水指数(standard precipitation index,SPI)、相对湿润指数(relative moisture index,MI)等3种气象类干旱监测模型以及植被供水指数(vegetation water supply index,VWSI)与归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)等2种遥感类干旱监测模型,并分别与实测土壤湿度作相关分析,在此基础上选取相关系数最高的相对湿润指数与归一化植被指数为自变量建立综合干旱监测指数(comprehensive drought monitoring index,DI)。结果表明,综合干旱指数与土壤水分实测值有较好的相关性,监测精度可达88.38%;在不同海拔高度内,综合干旱指数的拟合效果比单一指数效果更好,精度更高;在分析2009-2010年西南特大干旱旱情发展的时空演变过程中,综合干旱监测结果与实际干旱情况有较好的空间一致性,监测效果佳。研究成果为西南丘陵山区干旱监测提供了一种新的方法。     

基于综合干旱指数的毛乌素沙地腹部土壤水分反演及分布

为了克服单一干旱监测指数在复杂覆盖类型的适用性问题,以复杂覆盖类型的毛乌素沙地腹部乌审旗为例,在传统归一化干旱指数(normalized difference drought index,NDDI)、土壤湿度监测指数(soil moisture monitoring index,SMMI)、温度植被干旱指数(temperature vegetation drought index,TVDI)3个单一干旱监测指数的基础上,通过层次分析法确定各指数的权重,结合野外不同覆盖类型实测的土壤含水率数据,分别进行回归分析,建立多指数综合干旱监测模型,基于此模型分析研究区表层土壤水分的空间分布。结果表明:3个单一干旱指数在一定程度上均能客观反映旱情特征,与表层土壤含水率呈现不同程度的负相关,温度植被干旱指数相关性最好为0.604。引入结合多指数的综合干旱监测指数模型,在8月、9月草地和沙地与表层土壤含水率指数模型的决定系数R2均在0.7以上,高于基于单一指数模型的拟合精度。基于该模型,研究区研究区表层土壤含水率整体较低,体积含水率不高于0.15 cm~3/cm~3的面积分别占96.47%(8月)和94.8%(9月)。总体上从东到西,由北到南土壤含水率逐渐降低,与实测表层土壤样本的描述性统计结果有较好的空间一致性。     

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...     

泾河流域耕地-人口-粮食系统与耕地压力指数时空分布

根据泾河流域1990-2005年耕地、人口和粮食的数据动态变化情况,计算了流域内31个县(区)的耕地压力指数,在此基础上分析了该指数在时间上的变化和在空间上的区域差异,并进一步探讨了以上变化和差异产生的原因。分析结果表明:耕地面积总体呈持续减少趋势,人均粮食产量呈上升趋势,这与粮食单产的提高有很大关系;最小人均耕地面积逐年减少,耕地压力总体减小,但旱灾期间突变性增大;流域内各县(区)耕地压力差异较大,西北部的丘陵沟壑区和六盘山地区耕地压力相对较大,中下游的南部丘陵沟壑区和冲积平原地区的耕地压力相对较小;复种指数、人口密度、粮食作物播种面积比例、粮食单产等要素对各县(区)指数的作用强度存在差异。最后提出了解决耕地压力的一些有效措施和方法,并对此领域的研究方向提出展望。     

基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58 a演变特征

近年来南方地区季节性干旱频繁发生,对农业生产造成了严重影响。分析其演变特征和发生规律,能为应对全球气候变化背景下制订抗旱减灾对策提供理论依据。该研究利用中国南方15个省（市、区）的气象台站降水资料,选择采用标准化降水指数（SPI）为干旱指标,计算了南方地区最近58 a（1951－2008年）各月干旱指数,在此基础上分析了全年及各季季节性干旱的站次比（发生干旱站数与总站数之比）和干旱强度的年际变化。研究结果表明：干旱程度在时间尺度上呈不同程度增加趋势;干旱的季节性特征为春旱和秋旱有加重的趋势,而夏旱和冬旱有减轻的趋势。季节性干旱空间演变特征表现为：长江中下游地区、西南地区、华南地区等各区域季节性干旱变化与整个南方总体干旱变化表现基本一致。在当前气候变化背景下,我国南方干旱整体上呈现对农业生产的不利影响加重的趋势。研究和验证表明标准化降水指数（SPI）能很好地体现季节性干旱的年际变化特征。     

超高产夏玉米根系时空分布特性

比较不同产量水平夏玉米品种根系时空分布的差异,探讨超高产夏玉米品种的根系时空分布特性,为制定高产栽培管理措施提供依据。以超高产夏玉米品种登海661（DH661）为试材,普通品种郑单958（ZD958）为对照,在大田条件下采用土壤剖面取样方法研究了超高产夏玉米DH661与ZD958根系时空分布的差异。在整个生育时期,超高产夏玉米DH661根系干重、根系TTC还原强度、根系TTC还原总量、根系总吸收面积及活跃吸收面积均显著高于ZD958（P0.05）,且抽雄后DH661根系干重、吸收面积及活跃吸收面积在60200 cm土壤深层中所占比例显著高于ZD958（P0.05）,表明DH661的根系在土壤深层分布多,与土壤接触的有效面积大,生育后期仍保持较高的根系活力,对养分的吸收转运能力强。超高产夏玉米DH661具有发达的根系,且土壤深层根系数量多,根系活力高,有利于吸收深层土壤中较多的水分和养分。与土壤接触的有效面积大,对养分吸收转运能力强,有利于根系获得较多的营养物质,促进地上部光合性能的提高,为地上部籽粒的充实提供保障。     

中国秸秆养分资源及还田的时空分布特征

中国农作物秸秆资源丰富,但不同地区秸秆及其养分资源数量、还田利用状况以及随时间的变化特征仍不清楚。该研究基于官方统计数据和文献资料,分析了中国不同年代各省秸秆资源和氮磷钾养分资源量及其还田利用状况,为秸秆养分资源的合理利用和化肥零增长下作物养分管理提供科学依据和参考。结果表明:从1980s到2010s,中国秸秆及其养分资源总量分别增长了85.5%和10~4%,西北地区以及西藏、黑龙江增幅明显。华北、长江中下游、四川盆地以及黑龙江地区的秸秆及其养分资源占全国的2/3以上。到2010s秸秆资源和氮磷钾养分资源分别达到9.01×10~8和2 485.63×10~4 t,相当于单位耕地面积上6 665.52和183.91 kg/hm~2,比1980s分别增加1 601.18和56.85 kg/hm~2。各种作物秸秆及其养分资源所占比例各地区差异较大,2010s谷类作物秸秆及其养分资源分别占全国的69.86%和56.47%,东北地区谷类作物秸秆比例最高;果蔬类作物秸秆及其养分资源分别占9.67%和21.99%,东南地区果蔬类作物秸秆比例最高;豆类、薯类、油料类、棉麻纤维类和其他类作物秸秆及其养分资源占比相对较小。从1980s到2010s,秸秆直接还田量持续增加,燃烧还田量从1980s到2000s增加,2010s则下降。然而,秸秆养分还田量持续增加,氮磷钾还田总量从1980s的583.92×10~4 t(N 97.81×10~4 t、P_2O_5 40.10×10~4 t和K_2O 446.01×10~4 t)增加到2010s的1 770.66×10~4 t(N 574.53×10~4 t、P_2O_5 105.53×10~4 t和K_2O 1 090.60×10~4 t),相当于单位耕地面积从60.89 kg/hm~2(N 10.20 kg/hm~2、P_2O_5 4.18 kg/hm~2、K_2O 46.51 kg/hm~2)增加到131.02 kg/hm~2(N 42.51 kg/hm~2、P_2O_5 7.81 kg/hm~2、K_2O 80.70 kg/hm~2)。1980s、1990s、2000s、2010s秸秆氮磷钾养分还田率分别为47.92%、56.16%、60.11%和71.24%。内蒙古、新疆、黑龙江省秸秆养分还田率增加明显,但华北、长江中下游和四川盆地秸秆养分还田量占全国秸秆养分还田总量的2/3以上。