三种气象干旱指标在内蒙古地区的适用性分析

用近五年(2006～2010)内蒙古地区的气象观测资料,对降水距平百分率(pa)、相对湿润度干旱指数(M)和标准化降水指数(SPI)三种气象干旱等级指标的适用性进行了对比分析。发现在作物生长季,pa指标和SPI指数对旱情的评判结果高度一致,而冬春季节则是pa指标和M指数的评判结果比较一致。在多雨季节,可能蒸散量通常比同期降水量小,因此M指数对内蒙古夏季旱情评判等级偏低,不宜使用。同时指出应该将不同时间段干旱影响上的差异,以及干旱灾害的累积效应问题,加入到干旱等级指标的改进中。     

气象干旱监测指标在青海高原的适用性分析

基于1986—2013年青海高原114个干旱个例和1981—2015年逐月、四季和年SPI指数、PA指数、K指数和MCI指数,通过对比逐年、四季不同等级干旱出现频率和实际干旱的吻合情况,评估不同干旱监测指数对典型干旱发展过程的刻画能力,主要得出以下结论：（1）SPI指数和K指数对总干旱发生频率的年代际变化具有很好的监测效果,但SPI对不同等级干旱的监测能力最强,K指数次之,PA指数、MCI指数对干旱年代际变化的监测能力较差。（2）SPI指数和K指数对春旱和夏旱的监测效果很好,对秋、冬季的干旱监测效果不理想,PA指数和MCI指数对四季干旱的监测结果有较大偏差。（3）SPI能很好地监测出干旱的发生区域和干旱的程度,K指数和PA指数监测的干旱程度有偏差,而MCI指数对干旱范围和程度均有很大的偏差。（4）SPI指数和K指数的监测结果符合干旱发生、发展过程,对干旱发生、发展过程的刻画较为合理,而PA指数和MCI指数基本不能反映干旱的发生发展过程。（5）综合来看,SPI指数对春旱和夏季监测效果最优,K指数次之,PA指数和MCI指数最差。     

干旱指标在陕西省适用性研究

选取陕西地区1951~1999年间发生的442个典型干旱个例作为代表,根据全省96个气象台站的气象观测资料,计算降水距平百分率等6个气象干旱指标的干旱等级,并与实际干旱灾情进行对比分析,判断干旱指标适用与否。另外,在对每个干旱指标本地化适用性分析基础上,又对所有指标在陕西适用性进行了对比分析,统计每个指标在陕西不同区域、不同季节的适用频率,选取适用频率最高的1个(或多个)指标作为该区域、该季节最佳指标,从而建立一套适合陕西的分区域、分季节干旱指标体系;最后选用2000~2005年发生在陕西的48个干旱独立样本对干旱指标体系进行检验。结果表明:本研究所建立的干旱指标体系在陕西不同区域、不同季节具有较好的适用性,该指标体系将为陕西干旱监测预警评估业务平台的建立提供可靠的技术支撑。     

干旱指标在典型草原的适用性分析

从天气、土壤、植被等角度筛选出5个在内蒙古典型草原区使用较多的干旱指标,按照其计算方法和干旱等级标准,计算了多个站点1981-2010年间生长季(4-9月)旬尺度的干旱情况,依据干旱资料验证各指标的准确性,最终确定指标适用的时空尺度。基于单站点指标的适用性分析结果,对应用较好的指标进一步做区域干旱评价的一致性分析。结果表明:在单站点的春秋季,土壤相对湿度指标最好用,降水距平百分率指标可以作为补充,但该指标在呼盟境内的鄂温克春季不可用;夏季以降水距平百分率和草地旱情指数两个指标对干旱的评价最好,但是由于草地旱情指数计算所需因子较多且复杂,在实际业务应用中应首选降水距平百分率。对降水距平百分率和相对蒸降差指标在典型草原干旱评价的一致性进一步做了分析,发现对干旱的评价存在明显的区域性。通过分区研究,在呼伦贝尔温凉半干旱牧业区降水距平百分率在夏秋季优用于相对蒸降差指标,锡林郭勒温凉半干旱牧业区对春夏季的干旱评价应优先使用降水距平百分率指标。     

三种不同干旱动态监测指数在陕西省的适用性研究

运用陕西省96个站1981—2012年近32年的逐日气温、降水、风速、相对湿度等资料,分别计算出各站逐日(向前滚动30天)的三种干旱动态监测指数：降水距平百分率(P_a)、相对湿润干旱指数(MI)、标准化降水指数(SPI),并将陕西省按地域由北至南分为陕北、关中、陕南,按季节分为春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月),分别统计出不同干旱动态监测指数对应的干旱发生的频率并与历史记载中实际干旱情况进行比对,对三种干旱动态监测指数在陕西省的适用性进行分析。结果表明：夏季MI指数得到的干旱频率最高,P_a指数最低,冬季MI指数得到的干旱频率最低,P_a指数最高; 在春、冬季节P_a指数的适用性较好,在夏、秋季节MI指数的适用性较好; 陕西省夏季容易发生局地强降水,而在秋、冬季容易出现长时间的无降水,导致SPI指数在夏、秋、冬季节的适用性不太好。     

不同时间尺度条件植被温度指数干旱监测方法的适用性分析

以陕西省关中平原为研究区域,选取2003—2013年3—5月的Aqua-MODIS遥感数据、降水量和土壤含水量数据,探究10 d、16 d、32 d和48 d时间尺度条件植被温度指数(VTCI)干旱监测方法的适用性。结果表明:随着时间尺度增大,VTCI与降水量和土壤含水量的相关性均逐渐减小,说明VTCI干旱监测方法的适用性随时间尺度的增大而减小,且48 d时间尺度VTCI不适用于监测某一地区的受旱程度。不同时间尺度VTCI干旱监测结果的对比分析表明,旬尺度VTCI干旱监测的准确性最高。     

三种复合干旱指数在我国三大农业主产区的适用性分析

利用多源遥感数据,通过与SPI-3的线性相关分析及实际旱情的对比,研究了三种复合干旱指数(PADI、OVDI、TVDI)在我国三类(冬小麦、夏玉米、水稻)农业主产区的适用性。结果表明:三种复合干旱指数不适用于水稻区的干旱监测;在三类农业区的干旱监测中,指数PADI、TVDI对干旱量化结果较为准确(干旱持续时间、严重程度、空间分布等),OVDI对旱情严重程度的判断偏重;指数TVDI、OVDI适合大范围的旱情监测,且TVDI监测结果更为准确;PADI指数由于结合了作物信息,对干旱的量化更全面,适宜于小范围的旱情监测,但对输入信息的要求较高。     

归一化水体指数用于河南省干旱监测适用性分析

利用30 m分辨率的归一化植被指数（NDVI）图像信息熵对河南省气象站周边地表异质性进行分析,选取观测站周围地表较为均匀的站点实测土壤水分数据,通过计算归一化水体指数（NDWI）与实测土壤水分之间的相关系数,分析比较NDWI用于干旱监测的适用性。研究表明：信息熵方法可有效地对土壤水分观测数据进行筛选;在时间序列上,各站点实测值与NDWI具有负相关关系,在增强型植被指数EVI>0.4时相关性更高,说明在植被覆盖高的区域NDWI对土壤水分的反演更为敏感;空间上,根据地形将河南省分为北部、中部、南部和西部4个区域并选取第121、201、313天的土壤水分数据来分析与NDWI之间的相关性,在地形较为平坦的中北部地区NDWI与土壤水分之间负相关性最稳定且相关系数较高。根据NDWI空间分布可知,2014年河南省大部分地区均遭受了干旱,且干旱地区大部分位于平原,特别是北方地区受灾严重。总体来说,NDWI用于平原地区对作物进行干旱监测精度较高,并可预测干旱发展趋势及程度。     

气象、农业干旱指标综述

介绍了以降水量统计特征作为指标和以降水量、气温统计特征作为指标的气象干旱指标,以土壤含水量、作物旱情、作物需水量、供需水比例、作物水分综合统计特征为指标的农业干旱指标.列出气象、农业干旱指标计算公式,介绍计算方法和干旱指标的详细等级标准,并对各指标计算所需统计资料观测、收集的难易程度,各指标的优缺点、适用性及其适用区域范围评述,为干旱的监测、评估、预警和研究提供依据.     

三种气象干旱指标的应用比较研究

利用前人的研究成果对当前国内外常用的降水距平百分率、标准化降水指数和帕默尔干旱指数这三种气象干旱指标进行比较分析,指出了各指标的基本原理,并总结各指标的优缺点以及其适用性.结果显示:降水距平百分率计算简单,所需资料易获取,但对干旱的响应慢,不能反映干旱的内在机理,在实际应用中尤其是在西北地区有很大的局限性;标准化降水指标适用于任意时间尺度,计算稳定,对于干旱的反应较灵敏,但没有考虑水分的支出,在实际应用中可满足不同地区的需求,能够为不同时间尺度的干旱监测服务;修正的帕默尔指标考虑了前期降水、水分供给、水分需要、实际蒸散量等因素,不仅可以反映干旱程度,而且也包含了干旱的起止时刻,实际应用广泛,是目前最为成功的干旱指标,具有广阔的发展前景.     

Performance of different drought indices for agriculture drought in the North China Plain

The Palmer drought severity index(PDSI), standardized precipitation index(SPI), and standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) are used worldwide for drought assessment and monitoring. However, substantial differences exist in the performance for agricultural drought among these indices and among regions. Here, we performed statistical assessments to compare the strengths of different drought indices for agricultural drought in the North China Plain. Small differences were detected in the comparative performances of SPI and SPEI that were smaller at the long-term scale than those at the short-term scale. The correlation between SPI/SPEI and PDSI considerably increased from 1-to 12-month lags, and a slight decreasing trend was exhibited during 12-and 24-month lags, indicating a 12-month scale in the PDSI, whereas the SPI was strongly correlated with the SPEI at 1-to 24-month lags. Interestingly, the correlation between the trend of temperature and the mean absolute error and its correlation coefficient both suggested stronger relationships between SPI and the SPEI in areas of rapid climate warming. In addition, the yield–drought correlations tended to be higher for the SPI and SPEI than that for the PDSI at the station scale, whereas small differences were detected between the SPI and SPEI in the performance on agricultural systems. However, large differences in the influence of drought conditions on the yields of winter wheat and summer maize were evident among various indices during the crop-growing season. Our findings suggested that multi-indices in drought monitoring are needed in order to acquire robust conclusions.     

中国北方春玉米干旱灾害风险评估

开展农业干旱灾害风险评估是实施干旱灾害风险管理、减轻旱灾损失和影响的必要途径,如何揭示成险因子变化及其相互作用是开展风险评估的关键。本文以中国北方春玉米为研究对象,利用我国北方各地春玉米产量和气象数据,以及地形、土地利用和土壤有效灌溉面积等数据,基于自然灾害风险评估原理,构建北方春玉米干旱灾害危险性指数,在地理信息系统(GIS)平台下结合春玉米种植的暴露度和其他影响抗灾能力因子对中国北方春玉米干旱灾害进行风险评估区划。结果表明,春玉米干旱较高或高风险地区主要位于内蒙古中部、宁夏、甘肃、辽宁西部和新疆部分地区,风险指标值在0.73以上;春玉米干旱较低或低风险地区主要位于黑龙江西南部、吉林中部、辽宁北部、河北南部和陕西中部等地区,风险指标值在0.72以下。该研究有助于深化认识风险评估中成险因子相互作用,研究结果对指导北方春玉米干旱灾害风险管理具有科学意义。     

Spatial-temporal characteristics of drought detected from meteorological data with high resolution in Shaanxi Province,China

The spatial pattern of meteorological factors cannot be accurately simulated by using observations from meteorological stations (OMS) that are distributed sparsely in complex terrain. It is expected that the spatial-temporal characteristics of drought in regions with complex terrain can be better represented by meteorological data with the high spatial-temporal resolution and accuracy. In this study, Standard Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) calculated with meteorological factors extracted from ITPCAS (China Meteorological Forcing Dataset produced by the Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences) was applied to identify the spatial-temporal characteristics of drought in Shaanxi Province of China, during the period of 1979-2016. Drought areas detected by SPEI calculated with data from ITPCAS (SPEI-ITPCAS) on the seasonal scale were validated by historical drought records from the Chinese Meteorological Disaster Canon-Shaanxi, and compared with drought areas detected by SPEI calculated with data from OMS (SPEI-OMS). Drought intensity, trend and temporal ranges for mutations of SPEI-ITPCAS were analyzed by using the cumulative drought intensity (CDI) index and the Mann-Kendall test. The results indicated that drought areas detected from SPEI-ITPCAS were closer to the historical drought records than those detected from SPEI-OMS. Severe and exceptional drought events with SPEI-ITPCAS lower than -1.0 occurred most frequently in summer, followed by spring. There was a general drying trend in spring and summer in Shaanxi Province and a significant wetting trend in autumn and winter in northern Shaanxi Province. On seasonal and annual scales, the regional and temporal ranges for mutations of SPEI-ITPCAS were different and most mutations occurred before the year 1990 in most regions of Shaanxi Province. The results reflect the response of different regions of Shaanxi Province to climate change, which will help to manage regional water resources.     

基于多元逐步回归分析的葡萄园干旱监测模型

为明确葡萄园区干旱评价标准,制定了一种具有区域适用性的干旱指数,通过在渭南市临渭区葡萄研究所葡萄试验田进行干旱胁迫对比试验,得出一种结合植物生长图像与环境要素的干旱监测模型;使用逐步回归分析法,计算出土壤湿度与众多影响因素间的关系,得到干旱监测模型。试验结果表明：回归方程的确定系数（R-square）可达0.91,模型精确,拟合效果较好。搭建了一个干旱监测与预警平台,可以实时监控作物的生长状况,为精准灌溉提供决策。     

基于SPEI的四川省盆地区季节性干旱时空变化特征分析

基于四川省盆地区1961-2012年57个台站逐月气温和降水数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)对盆地区近52 a季节性干旱的时空分布特征及变化趋势进行分析。结论表明,(1)在季节性增暖和少雨趋势协同作用下,盆地农区春夏秋冬四季干旱化加剧,其中秋季增温率达0.154℃·10 a~(-1),且降水以15.22 mm·10 a~(-1)的速率减少,干旱化趋势在四季中最为显著。(2)对比不同等级的干旱,秋季中旱站次的增加趋势最为突出;从1990 s后期开始春夏秋冬四季重旱和特旱站次大体上呈增加趋势,极端干旱灾害影响扩大。(3)四季盆地区域干湿分布特征和变化趋势均存在显著的空间差异,其中盆西平丘区、盆中丘陵区和部分盆南缓丘区是季节性干旱化倾向较为明显、干旱影响面积较大的地区,需要加强防灾减灾措施,以规避干旱事件增多带来的不利影响。