1961—2020年东北三省干旱时空分布特征

【目的】分析1961—2020年东北三省干旱时空分布格局。【方法】基于1961—2020年东北三省的86个气象站实测数据,计算1961—2020年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并结合游程理论、Mann-Kendall检验、经验正交函数（EOF）分解等方法对东北三省的干旱时空变化特征进行分析。【结果】年尺度上,SPEI均呈缓慢减小趋势,但整体上高于-2.0,无显著突变点,干旱发生频率为25.5%～37.6%,中旱、重旱、特旱发生的频率自西向东呈“高-低-高”、“中间高两边低”、“逐渐降低”的分布规律;季尺度上,春夏秋季呈下降趋势,冬季呈现上升趋势,这表明冬季东北三省干旱有所减轻,而春夏秋三季的干旱有所加重,干旱在空间上发生的频次为春季>冬季>夏季>秋季;干旱历时越长其干旱烈度越小,代表站点越干旱;年际尺度上EOF分解得到的前4个特征向量和四季尺度分解得到的第一个特征向量的主要空间模态表现为全区一致、南北反向分布特征。【结论】东北三省除春季和冬季外,年和其余两季SPEI都呈现出下降趋势,其中南部干旱有加重趋势,北部呈现湿润趋势。     

1983―2015年中国西南地区干旱综合损失率与SPI的关系研究

【目的】揭示1983―2015年中国西南地区干旱综合损失率与SPI的关系。【方法】利用1983―2015年西南地区旱灾资料研究了西南地区旱灾在1983―2015年的变化规律及发生概率;利用40个代表站点1960—2015年的月降水量资料计算月、季和年尺度SPI值,进一步研究了1983―2015年不同时间尺度的干旱综合损失率与SPI的相关关系。【结果】1983―2015年西南地区干旱的受灾率、成灾率、绝收率和综合损失率的多年平均值分别为11.79%、5.84%、1.30%和4.86%,除云南的旱灾呈不显著上升趋势外,其他省份和整个西南地区的旱灾呈下降趋势,各省旱灾情况较为接近,其中云南和贵州的旱灾情况比广西和四川严重,西南地区干旱综合损失率大于6%的概率为29.8%。【结论】除云南省干旱综合损失率与5月SPI值最为相关外,其他省份和西南地区干旱综合损失率都与8月、夏季和年尺度的SPI值的相关性最大。     

基于SPI和云模型的海河平原区干旱特征研究

根据海河平原20个气象站1955—2019年逐日降水量计算了年尺度和季尺度的标准化降水指数(SPI),对各尺度不同等级的干旱频率及其时空特征进行分析;以年尺度SPI为样本,采用正态云发生器算法和多步还原逆向云变换算法构建云模型,分析了干旱的随机性和稳定性。结果表明,海河平原区干旱频率主要分布区间为[0.28,0.31],呈现轻旱高频、重旱低频的特点;春旱发生频率最高,冬旱频率最小,夏季地区间及年际间差异最大。年际间SPI云模型的3个特征参数均呈减小趋势,其中熵呈显著减小趋势,且超熵与熵呈显著正相关,即SPI分布的随机性和不均匀性变化趋势一致;空间上各站点超熵和熵则呈极显著负相关,随机性和不均匀性呈相反趋势;云特征的年际差异大于站点间差异,即云模型能够更好地反映区域年际间SPI在空间上的随机性和稳定性。海河平原整体上有趋于干旱的趋势,各站点SPI的随机性显著减小,且变化趋于稳定。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于标准化降水指数的汉江流域干旱时空分布特征

随着流域内经济社会快速发展以及南水北调中线一期工程调水,汉江流域水资源需求日益加大,流域管理面临较大挑战。从干旱角度分析汉江流域缺水状况,根据汉江流域13个国家基本气象站44a收集得到的月降水量资料,用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,从干旱频率、干旱站次比、干旱强度以及气象变化趋势率4个方面对汉江流域的干旱时空分布特征和演变规律进行分析。结果表明:年度、春季和秋季干旱站次比呈轻微增加趋势,夏季和冬季干旱站次比呈轻微减小趋势;春季、秋季和冬季干旱强度呈轻微增加趋势,年尺度和夏季干旱强度呈轻微减小趋势;区域内主要发生的是全域性和局域性干旱,干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主;春季干旱频率较高的地区主要在流域西部的汉中等地和南部的房县、老河口、天门等地,夏季干旱频率较高的地区主要集中在流域北部的佛坪、尚州、西峡等地,秋季干旱频率较高的地区主要集中在流域南的老河口、枣阳、钟祥等地,冬季干旱频率较高的地区主要集中在流域南部的房县、老河口、枣阳、安康等地。     

基于SPI指数的内蒙古地区干旱演变特征及趋势预测

为探明内蒙古地区历年干旱演变特征及其趋势,利用内蒙古地区43个测站51 a(1960—2010年)的逐日降水资料计算各站的标准化降水指数,在此基础上分析了全年及各季节的干旱发生频率、干旱站次比及干旱强度的年际变化,并通过Hurst指数对内蒙古地区的干旱化趋势进行预测.结果表明:年尺度上干旱频率在10.46%~33.66%,其中呼伦贝尔的干旱频率最高,位于阿拉善盟的额济纳干旱频率最低,干旱发生不明显,各月、季与年的干旱频率基本一致.年尺度干旱站次比最高为45.74%,最低为15.50%,51 a中分别有11,26和14 a发生区域性、部分区域性和局域性干旱.干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主,其中有15 a出现中度干旱,干旱强度最大值是1.14.内蒙古地区春季、夏季和秋季干旱发生频率相对较高,平均为30%左右,冬季干旱频率平均为25.41%,并且冬旱各测站干旱频率分布不均,额济纳等4个测站冬旱的干旱频率为0.干旱站次比夏季和秋季分别以0.177/10 a和0.006/10 a的趋势增加,春季和冬季以0.033/10 a和0.156/10 a的趋势减少.季尺度干旱强度的变化趋势与干旱站次比变化趋势基本一致.内蒙古地区的SPI序列呈明显的Hurst现象,指数值0.568 7大于0.500 0,表明该区干旱化程度还有可能持续一段时间,中旱及以上发生的频率有减少趋势.     

1960―2018年吉安地区干旱特征分析与短期预测

【目的】深入探索吉安地区干旱的时空分布特征、演变趋势以及未来干旱状况。【方法】基于吉安地区13个区县气象站点1960―2018年降水量的不同时间尺度SPI值,利用反距离权重法对干旱频率进行空间插值,分析了年、四季干旱的空间分布特征;采用线性回归法、Mann-Kendall趋势检验法、干旱站次比和游程理论分析了干旱变化趋势、发生时序特征、影响范围和严重程度;通过加权Markov模型对降水量状态进行了预测。【结果】吉安地区年尺度干旱的频率和高频范围从轻旱到特旱逐渐减小;秋旱和冬旱较为严重,发生频率均在30%左右,夏旱地区分布差异大;多地春旱有加重倾向,夏旱呈减弱趋势;全流域干旱事件容易集中在短时间内发生,干旱范围以20 a为周期缩小明显,严重程度也有所减弱;最后,预测2019年和2020年偏枯的区县为6个和8个。【结论】吉安地区应重点做好秋冬季节的防旱工作,并且关注可能发生在21世纪20年代初期的大范围干旱事件。     

基于SPI的河南省冬小麦生育期干旱时空变化特征分析

【目的】探索以SPI监测冬小麦生育期内干旱时空变化、发展趋势和对粮食产量的影响。【方法】基于1961-2015年河南省17个站点的逐月气象资料,利用标准化降水指数(SPI)定量分析了河南省冬小麦生育期干旱时空演变特征及干旱对冬小麦产量的影响。【结果】生育前期干旱发生频率在24.1%~37.0%之间变化,固始和驻马店最低,三门峡和新乡最高;分蘖期干旱发生频率在18.5%~31.5%之间,开封最低而卢氏最高;返青—抽穗—成熟期干旱发生频率在27.8%~38.9%之间,商丘、西华和信阳最低而宝丰最高;全育期干旱发生频率在24.1%~38.9%之间,固始最低、孟津最高。未来河南省冬小麦生育前期、返青—抽穗—成熟期以干旱为主;分蘖期、全育期以湿润化为主。河南省返青—抽穗—成熟期和全育期干旱对冬小麦气候产量的影响较大。【结论】生育前期和返青—抽穗—成熟期未来呈干旱化趋势,应采用针对性措施及时灌溉,有效应对干旱和保障小麦生产。     

基于云模型和相对湿润度指数的干旱时空分布特征分析

根据川中丘陵区8个典型站点1960—2011年逐月气象资料计算相对湿润度指数,并引入云模型,在年、季时间尺度上分析该研究区的干旱时空分布特性。结果表明,1994年为突变年,干旱开始呈持续加重趋势,干旱强度的时间分布较均匀且稳定;冬季干旱最严重,春季次之,冬季干旱强度的时间分布最均匀也最稳定;夏季和秋季不干旱,但夏季干旱强度的时间分布最不稳定,秋季干旱强度的时间分布最离散,且干旱呈显著加重趋势。除冬季干旱强度的空间分布的离散程度比时间分布的离散外,其余时段都比时间分布均匀,但稳定性比时间分布的小。因此,川中丘陵区主要为季节性干旱,特别应在冬季做好防旱减灾工作。     

基于标准化降水指数的近45年吉林省干旱特征分析

选用吉林省地区45个气象站近45 a逐月降水资料,以标准化降水指数(SPI)为干旱指标,详细分析吉林省范围内干旱强度、影响范围和发生频率的时空演变特征。分析结果表明:过去的45 a中,吉林省地区干旱整体呈增强的趋势。吉林西部和中部地区是年、季尺度干旱高发地区,干旱发生频率明显高于东部地区。从站次比上来看,年尺度干旱站次比呈阶段性先减后增的变化形式,且全省范围内多发全域性干旱。不同季节中,春、冬两季中的站次比出现下降,夏、秋两季中站次比有所增加。夏旱多为局域性干旱,其余季节中则均为全域性干旱。年尺度干旱强度变化呈增强趋势,且以中旱为主。不同季节中干旱强度和站次比变化形式有所不同,春、夏两季中干旱的作用强度减弱,秋、冬季中干旱强度呈增强趋势。     

基于Palmer指数的朝阳地区1952-2015年干旱演变特征研究

利用辽宁省朝阳市6个地区的气象站1952-2015年期间64年的逐日降水量、气温等气象数据计算其Palmer干旱指数,并应用小波分解对PDSI指数进行多分辨率分析,从而探究了该地区干旱发生等级、频次、覆盖范围、周期、突变等时间演变特性及发生规律,将为农业生产、抗灾预警、救灾措施制定等工作提供理论依据.研究结果表明,朝阳地区年干旱变化呈明显的5年小周期和10年大周期重复,夏季和秋季发生多次干旱突变,1980s突变较为明显;秋季的干旱情况最为严重、夏季的干旱次之、冬季和春季的干旱程度较轻;年、春、夏、秋、冬干旱发生频次分别为5.72、1.3、1.59、1.56、1.41个月;干旱覆盖范围分别为82.6%、38.0%、48.2%、47.9%和37.0%.     

黄河流域中游地下水干旱演变规律及其对植被变化的响应

【目的】明确黄河流域中游地下水干旱时空演变规律。【方法】基于GRACE/GRACE-FO卫星数据和GLDAS数据计算标准化地下水干旱指数SGDI,利用改进的Mann-Kendall趋势检验研究和识别黄河流域中游的地下水干旱时空演变规律,利用Spearman相关分析研究地下水干旱对植被变化的响应。【结果】(1)黄河流域中游地下水储量异常以-0.027mm/d的速率变化,时空分布极不均匀。(2)地下水干旱时间上分布不均匀,在2018年之后发生中度甚至重度的地下水干旱,且SGDI的Theil-Sen变化率为-4.10×10-4/d,未来地下水干旱有显著的增加趋势。(3)地下水干旱空间上分布不均匀,干旱增加趋势面积占比为63.02%,未来干旱恶化趋势增加,出现自西南向东北加剧现象。(4)植被变化对地下水干旱的驱动作用不显著。【结论】黄河流域中游地下水干旱较严重,地下水干旱对植被变化存在不显著的响应。     

昆明市气温日较差变化特征及其对作物生长的影响北大核心CSCD

【目的】探究气候变化对作物生长的影响。【方法】利用1961—2013年昆明市及其周边24个气象站点逐日最高和最低气温资料,计算了昆明地区的气温日较差(DTR),分析了DTR的时空变化特征及其与作物生长期(GSL)和作物产量的关系。【结果】1961—2013年昆明市年平均DTR呈显著减少趋势,减少幅度为0.134℃/10 a,通过M-K检验得到年平均DTR突变年份约为1986年,且1991年以后DTR呈极显著减小趋势,春季、秋季和冬季DTR呈减少趋势,其中春季DTR减少幅度最大,秋季DTR减少幅度最小,夏季DTR则呈上升趋势;不同时间段上DTR整体上呈现出由东南向西北递增的分布特征,且年平均、春季、秋季和冬季DTR减少幅度基本上呈东高西低的趋势,夏季DTR上升幅度较大的地区主要集中在中南部,减少幅度较大的地区主要集中在东南部和东北部;DTR与GSL基本呈负相关,且春季DTR变化对GSL影响较为显著;昆明市玉米气候产量整体呈增长趋势,且由中部向西北部和东南部气候产量增加趋势越来越显著,相对气候产量与不同时间段内的DTR呈显著或极显著相关。【结论】春季、秋季和生育期DTR减小,夏季DTR增大,均能够促进作物增产。     

昆明市气温日较差变化特征及其对作物生长的影响

【目的】探究气候变化对作物生长的影响。【方法】利用1961—2013年昆明市及其周边24个气象站点逐日最高和最低气温资料,计算了昆明地区的气温日较差(DTR),分析了DTR的时空变化特征及其与作物生长期(GSL)和作物产量的关系。【结果】1961—2013年昆明市年平均DTR呈显著减少趋势,减少幅度为0.134℃/10 a,通过M-K检验得到年平均DTR突变年份约为1986年,且1991年以后DTR呈极显著减小趋势,春季、秋季和冬季DTR呈减少趋势,其中春季DTR减少幅度最大,秋季DTR减少幅度最小,夏季DTR则呈上升趋势;不同时间段上DTR整体上呈现出由东南向西北递增的分布特征,且年平均、春季、秋季和冬季DTR减少幅度基本上呈东高西低的趋势,夏季DTR上升幅度较大的地区主要集中在中南部,减少幅度较大的地区主要集中在东南部和东北部;DTR与GSL基本呈负相关,且春季DTR变化对GSL影响较为显著;昆明市玉米气候产量整体呈增长趋势,且由中部向西北部和东南部气候产量增加趋势越来越显著,相对气候产量与不同时间段内的DTR呈显著或极显著相关。【结论】春季、秋季和生育期DTR减小,夏季DTR增大,均能够促进作物增产。     

基于植被健康指数的内蒙古干旱时空特征分析及驱动因素研究

【目的】探究内蒙古地区1982—2020年干旱时空演变特征及驱动因素。【方法】基于1982—2020年内蒙古植被健康指数（VHI）,从时间、空间及时空耦合角度分析该区域干旱时空特征,采用交叉小波方法分析厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）、太阳黑子对干旱的驱动作用。【结果】(1)内蒙古地区干旱总体呈增加趋势,夏季干旱化趋势最明显。内蒙古干旱呈现出一定的交替性特征,第一主周期、第二主周期分别为8、12 a。(2)内蒙古中部偏北地区的旱情较为明显。(3)干旱明显加重地区主要位于内蒙古中部及东北部少许地区,南部呈干旱减轻趋势。(4)1982—2020年,内蒙古西部、中部、东部地区分别发生了23、20、17场干旱事件。最严重的干旱事件发生于1988年12月—1990年3月。(5)大气环流因子及太阳黑子与内蒙古干旱间均存在相关关系,ENSO对干旱的影响最大,太阳黑子对干旱的影响最小。【结论】1982—2020年,内蒙古干旱表现出加重趋势,具有周期性特征,且ENSO对干旱的影响最大。     

气温突变下内蒙古大兴安岭林区旱涝演变

【目的】探明内蒙古大兴安岭林区气候变化趋势及旱涝演变特征。【方法】基于内蒙古大兴安岭林区11个气象站1971—2015年年平均气温和月降水连续观测数据,利用一元线性回归、Mann-Kendall法以及标准化降水指数(SPI)方法进行了研究。【结果】(1)内蒙古大兴安岭林区年降水量在近1971—2015年来整体呈波动上升趋势,年际变化倾斜率为8.86 mm/10 a,但未通过显著性检验;年平均气温也呈上升趋势,并且通过0.001的显著性水平检验,年际变化率为0.4℃/10 a;(2)林区年平均气温在1987年发生增温突变,气温突变以后年降水量倾向率明显减小;(3)1971—2015年来林区旱涝频繁发生,20世纪70年代与21世纪00年代SPI12多小于0,这2个时期干旱发生较为频繁,而20世纪80年代至90年代以及21世纪10年代降水较多,这2个时期相对湿润,旱灾发生频率较低。【结论】1987年增温突变以后,林区旱涝事件发生更加频繁,并呈向极端干旱和极端湿润的方向发展;年时间尺度的SPI反映林区降水变化情况比较理想。     

利用GRACE重力卫星观测研究近7年云南省水储量变化

基于高斯平滑法对2002年8月-2010年6月共计95个月的GRACE RL04数据反演得到云南省水储量数据,结合云南省122个气象台站的月降水、月气温资料,利用趋势分析方法研究了云南省近7年来的水储量时空变化特征。结果表明,水储量的月变幅变化过程与降水的月变化过程具有一致性,从水储量变幅可以反映出云南省2010年特大干旱事件和2005年比较严重的初夏干旱事件。云南省西北部近7年来降水减少,气温升高使得蒸散发量增加,导致该区域的水储量呈减少趋势,但是东南部受降水增加以及人类蓄水等工程的影响,水储量呈增加趋势。同一区域水储量的年内变化趋势在不同季节有所差异,除夏季有效降水量变化趋势与水储量变化趋势不一致之外,其他季节的水储量与有效降水变化趋势一致。