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。     

基于SPEI_KC的华北平原小麦玉米周年干旱特征分析

华北平原是中国重要的冬小麦和夏玉米（麦玉）生产基地,同时也是水资源紧缺的区域,农业生产极易受到干旱的影响。该研究在标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）的基础上,引进作物系数（Kc）改进SPEI指数,并基于改进后的SPEI_KC指数从作物生长季尺度、关键生育期尺度以及麦玉周年尺度分析1961-2017年华北平原冬小麦-夏玉米周年干旱的时空分布和变化特征。结果表明：1）SPEI_Kc指数在华北平原麦玉周年干旱评估中的适用性优于SPEI_TW指数（采用Thornthwaite公式计算的SPEI指数）和SPEI_PM指数（采用Penma-Monteith公式计算的SPEI指数）：在（实际）有旱（指数）评估为有旱情况下,SPEI_Kc指数在代表气象站点的平均准确率为76.13%,较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数均有提高;在无旱评估为无旱情况下,SPEI_KC指数准确率为85.67%,较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数分别均有提高。2）小麦关键生育期和小麦生长季的空间分布均呈轻旱在河北北部较高,重旱在研究区中部较高分布,玉米关键生育期和玉米生长季干旱频率的空间分布均呈中旱在河北北部较高,重旱在山东西部较高分布。总体来说,研究区的东南部干旱频率小于西北部,山东半岛地区和河北中部旱情较轻,河南省干旱严重。3）年代际干旱程度总体呈略微减小的趋势,具体表现为大部分研究尺度的轻旱发生频率增加,所有研究尺度的中旱和重旱发生频率减小;小麦关键生育期、小麦生长季以及玉米生长季的干旱频率减小,玉米关键生育期和麦玉周年尺度干旱频率增加。研究结果能够为正确认识气候变化背景下该地区干旱分布和变化,进而采取合理措施应对气候变化提供理论依据。     

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。     

山东省干旱时空分布特征及其与ENSO的相关性

基于山东省15个气象台站1964—2010年的逐月降水和平均气温资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量分析了山东省不同时间尺度干旱发生频率,利用Mann-Kendall非参数检验法和Arcgis软件,对近50年山东省干旱的时空变化趋势进行分析。为了研究厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)对山东省干旱的影响,运用连续小波(CWT)、交叉小波变换(XWT)和小波相干谱(WTC)分析SPEI与ENSO指数(多变量ENSO指数,MEI)的相关关系和周期特征。结果表明:多时间尺度的SPEI值可以较好地反映山东省的干旱情况;不同时间尺度的SPEI值随时间变化的敏感性存在明显差异,时间尺度越小,变化幅度越大。近50年山东地区呈现明显的增暖趋势,其中东部增温最为显著,降水减少和温度升高使山东气候趋于"暖干化",加剧山东省干旱程度。空间变化趋势上,山东省年SPEI和山东省年降水的空间分布具有一致性,总体有西部变湿润、东部变干的趋势。在干旱发生时间尺度上,月尺度干旱发生频率高于年尺度干旱发生频率,四季中春、秋季干旱最为严重。春旱和秋旱以鲁西和鲁西北平原发生频率最高,各地区之间差异明显。ENSO暖事件时,山东易旱;ENSO冷事件时,干旱减少。SPEI存在1~2.5 a尺度的年际振荡周期特征,呈现了与MEI指数相似的变化特征。高能量区,SPEI和MEI存在5~6 a的共振周期,SPEI较MEI提前1~2个月;低能量区,SPEI与MEI存在3~3.8 a呈负相位的共振周期。     

基于SPEI的中国西北地区气象干旱变化趋势分析

中国西北地区深居欧亚大陆腹地,是同纬度最干旱的地区之一,如果持续干旱,将对该地区社会经济发展产生严重的影响。因此,深入研究西北地区的干旱特征,为制定改善生态环境,促进西北经济发展有着重要的意义。标准化降水蒸散指数(SPEI)将温度对蒸散的影响融合在内,是全球气候变暖背景下研究干旱的新理想指标。采用1959-2011年西北地区149个具有代表性的气象站点的资料,对西北地区近53 a干旱时空变化进行分析。结果表明,西北地区普遍存在干旱现象。从年际变化来看,该区呈变干趋势,1996年发生突变。从季节的变化来看,春、夏、秋明显变干,冬季有变湿趋势,变湿趋势不明显。春、夏、秋季发生突变,冬季突变不明显。从空间变化来看,春、夏秋大部分地区呈变干趋势,冬季大部分呈变湿趋势。与年鉴资料对比的结果进一步证明SPEI指数在西北地区具有较好的适用性。     

1960—2020年珠江流域跨季节尺度干旱时空变化

全球气候变化背景下,珠江流域干旱事件尤其是跨季节干旱事件频发,研究珠江流域不同时间尺度下的干旱时空特征对于流域水资源配置和农业结构调整至关重要。为了了解珠江流域跨季节干旱时间时空变化特征,研究基于1960—2020年珠江流域44个气象站逐日气象观测数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数（standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）,结合线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验以及Morlet小波分析,分析了近60 a来珠江流域跨季节干旱时空变化特征。结果表明：1）1960—2020年间珠江流域跨季节干旱事件中,秋冬及秋冬春连旱化趋势显著,呈弱干旱化趋势,且干旱化频率有所上升,连旱强度以中旱和轻旱为主,连旱影响范围以局域性为主,其次为全域性,秋冬春季节连旱在1962年和1997年分布出现由干转湿和由湿转干的突变。2）珠江流域秋冬及秋冬春季节连旱普遍存在9～14 a变化周期,相关分析表明珠江流域干湿变化与同期厄尔尼诺现象显著相关。3）珠江流域秋冬及秋冬春季节连旱尺度下大致呈东西干而中间湿的空间分布格局,红水河至左江及郁江流域连旱化趋势减弱,但连旱化频率仍较高,东江流域秋冬季节连旱化频率高且呈弱连旱化趋势,湿润化速率自西南向东北递减,未来发生季节连旱风险高。研究结果可为珠江流域干旱监测与防灾减灾措施提供指导和建议。     

基于SPEI的宁夏沿黄城市带干旱特征及驱动性分析

宁夏沿黄城市带气候变化敏感,生态环境脆弱,探究区域干旱驱动机制,对进一步研究黄河流域高质量发展,优化区域农业水资源管理具有重要意义。利用研究区1995—2015年的气象资料,采用彭曼蒙特斯模型(P-M模型)和标准降雨蒸散指数(SPEI)获得区域潜在蒸散发量和干旱指数,通过Mann-Kendall突变检测法、滑动t检验和Pettitt突变检验,分析了研究区干旱时间变化周期,利用冗余分析法定量分析宁夏沿黄城市带干旱驱动因素。结果表明：(1)研究区在季节尺度上,单季旱发生频繁,以春季和秋季发生为主,自北向南整体呈现由高到底的趋势,且主要发生在北部地区,整体以0.013/10 a速率呈湿润化趋势;(2)在年尺度上干旱的下降趋势具有全域性,自北向南呈现由高到底的趋势;(3)宁夏沿黄城市带SPEI-12值在研究时段呈现逐年下降的趋势,通过3种突变检测函数,确定2008年出现异常值,这与降水分布一致;(4)各环境因子对SPEI指数的解释率均在75%以上,降水量、温度、地表净辐射是驱动SPEI值主要环境因子。其中,降水量对SPEI的贡献率最高,呈显著正相关关系。     

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。     

黄淮海平原气象干旱的演化特征与时空规律

干旱事件广泛地影响着作物的生长和发育,黄淮海平原是中国主要的粮食产区之一,全面了解该地区干旱变化特征对保障中国粮食安全至关重要。该研究基于标准化降水指数（standardized precipitation index,SPI）、标准化降水蒸散指数（standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI）、自校正帕默尔干旱指数（self-calibrating palmer drought index,scPDSI）、干燥度指数（aridity index,AI）4种干旱指数,对黄淮海平原干旱强度、干旱频率、干旱面积占比、干旱持续时间进行对比分析。结果表明,4种干旱指数均指示出1970—2020年黄淮海平原干旱强度逐渐减弱,干旱面积占比先增加后减少、再增加再减少、再增加的波动变化趋势,且在空间上均呈现出平原中部变湿、东西部变干的趋势。但不同指数在表征干旱空间特征上还存在一定的空间分异。对于干旱频率,SPI和AI指数显示出北部地区干旱频率高达60%,而南部地区低于20%;SPEI和scPDSI指数则显示出的南北差异较小,分别介于25%～40%和30%～50%。对于干旱持续时间,SPI指数监测的南北差异最为明显,而SPEI和scPDSI指数监测的区域差异较小。SPI和SPEI两种干旱指数监测的干旱持续时间较短,scPDSI指数监测的干旱持续时间较长。综合来看,北部区域干旱强度更为严重,且干旱发生频率高、持续时间长,而南部地区则相反。研究可为制定应对干旱的农业政策提供科学的参考依据。     

基于标准化降水蒸散指数的中国干旱趋势研究

标准化降水蒸散指数(SPEI)通过标准化潜在蒸散与降水的差值表征一个地区干湿状况偏离常年的程度,是分析干旱演变趋势的新理想指标,目前已经广泛应用于干旱评估、水资源管理等领域。用SPEI和1951—2009年中国区域160个站的月降水量及月平均气温资料,对中国59年来干旱化的空间分布、四季干旱趋势变化和全国极端干旱事件发生频次进行了分析,并定性分析了干旱发生的原因。结果表明,我国普遍存在干旱化的事实,西部、华北和东北地区干旱化最为显著。我国四季均呈现干旱化趋势,其中春、秋季干旱化趋势明显,夏季最近15年都处于干旱状态,但干旱化趋势未通过0.05显著性检验;另外全国极端干旱事件发生频率明显增多。东北和华北地区的降水呈现轻微减少趋势,而温度升高趋势明显,降水和温度的共同作用导致了明显的干旱化。四川盆地温度升高趋势不显著,但降水减少显著,降水较少是导致四川盆地干旱化的主要原因。降水频率的减少和集中也导致近几年极端干旱事件明显增多。我国普遍的干旱化趋势和明显增多的极端干旱事件可能对我国经济发展产生阻碍。     

黔中地区气象水文干旱演变特征及其响应关系

黔中因其地形地貌特殊,干旱情势复杂,研究其干旱特征以及传播过程,能有效预防干旱延续,为该区域干旱监测和预警提供科学依据。基于黔中地区1970—2016年的降水以及径流数据,计算标准化降水指数(SPI)与标准化径流指数(SSI),采用相关分析方法,分析该地区气象水文干旱的演变特征以及两者之间的响应关系。结果表明:(1)不同时间尺度的SPI与SSI具有不同的时间振荡频率。在较短的时间尺度上干湿交替频繁,而较长的时间尺度可以检测连续的干旱与潮湿时期。(2)近47年来,黔中地区干旱化态势增强,干旱发生的频率上升,重度干旱以及极端干旱频率增加明显。(3)该地区气象与水文干旱在不同年代际呈现不同的空间分布特征,气象干旱主要发生在黔中南部、中部和西部等地区。20世纪水文干旱化态势最明显的地区主要在黔中中部,而21世纪最明显的干旱化地区则在黔中西北部。(4)SSI—SPI相关性显著,不同时间相关系数的变化趋势不一致,并且它们的响应关系呈季节变化,其相关系数为夏季>秋季>冬季>春季,这与黔中地区降水的时空分布不均以及地貌特征有关。综上,黔中地区气象水文干旱日趋严重,极端干旱频发,气象干旱加剧了水文干旱旱情,两者关系密切。     

中国亚热带干旱多尺度时空格局及演变趋势

为探讨不同时间尺度下中国亚热带区域干旱的时空特征,利用1 km气象数据计算1959—2019年亚热带区域标准化降水蒸散发指数(SPEI),并且结合干旱线性变化趋势、影响范围、强度及频率,分析了不同时间尺度(1月、3月、6月、12月)下中国亚热带区域干旱的时空特征。结果表明:(1)干旱时期主要集中在2004—2014年,干旱化区域空间上呈现明显的东西对比,时间尺度上秋季的干旱化趋势最为显著;(2)各时间尺度的干旱影响范围都处于不断波动上升的趋势,尤其是在1995年之后,干旱影响范围上升趋势尤为明显;(3)季节和干湿季较大干旱强度零星分布在亚热带西南部及湖南、江西等省,年际较大干旱强度则主要集中在亚热带东南部;(4)秋季发生干旱的频率最高,年际发生中度及以上干旱频率最高,春季高频中度及以上干旱频率集中在四川、西藏等地,秋季和年际主要集中在四川、重庆和贵州的交界处,夏季、冬季以及干湿季则零星分布在亚热带各省份。综上,亚热带总体呈现干旱化趋势,季节、干湿季和年际尺度的干旱影响范围时间序列变化趋势较为相似,但干旱强度和干旱发生频率在空间上存在一定差异。     

基于SPEI和TVDI的河南省干旱时空变化分析

近年来干旱在中国频发且影响不断加剧,因此监测干旱对气候变化、农业生产都有重要意义。基于1961-2016年56年的气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)定量地分析了河南省不同时间尺度(1、3、6和12个月)的干旱发生的时空变化特征和强度;另外采用温度植被干旱指数(TVDI)分析了河南省的区域面积上的干旱空间变化,并探讨了SPEI和TVDI的相关性。结果表明:1961-2016年56 a间,SPEI值在各时间尺度上都呈微弱的湿润化,随着时间尺度的增大,SPEI值波动幅度减小;河南省各地区干旱分布不均匀,发生干旱年的是1961、1965、1966、1968、1972、1976、1978、1981、1986、1988、1997、2001、2013共13年,与实际情况较为一致。在月时间尺度上,SPEI与TVDI的相关性分析表明,SPEI-1与TVDI呈负相关关系,即TVDI越小,SPEI的值越大,干旱程度越轻;TVDI越大,SPEI的值越小,干旱程度越严重。研究结果可为河南省干旱影响评估提供参照标准。     

综合气象干旱指数改进及其适用性分析

为准确开展区域干旱监测,该研究对综合气象干旱指数(ComprehensiveMeteorologicalDroughtIndex,CI)进行了改进,使其更适用于干旱的长期监测。研究以湖北省区域为典型研究对象,利用高精度气象格网数据以及历史灾情数据,运用游程理论、相关性分析和M-K趋势检验等方法,对几种常用干旱指数的灾害识别能力、干旱演变趋势等进行了分析和比较。结果表明:改进后的综合干旱指数(The Improved Comprehensive Drought Index,CIn)能够识别湖北省的多数历史重大旱灾;CIn与实际的旱灾受灾面积和旱灾成灾面积的相关系数分别达到0.69和0.67,均优于CI指数和SPEI指数;由CIn得到的干旱历时、干旱烈度的空间分布也与文献资料相符合。在湖北省区域内取得的干旱时空演变趋势分析中发现,CIn和SPEI6的M-K测试结果中干旱趋势发生显著变化的面积比例为40.19%和53.99%(P0.05),明显高于CI和SPEI1指数的26.40%和18.93%,表明CIn和SPEI6对长期的气候变化更为敏感,由此说明,在旱灾趋势分析中应选择合适的干旱监测指标。该研究可为区域气象干旱监测的指标选取提供指导和参考。     

西南地区1902—2018年干旱时空演变特征分析

鉴于西南地区干旱的危害程度及其严峻形势,定量刻画干旱时空特征、揭示干旱发展规律,已成为抗旱防灾、保障农业健康发展的迫切要求。基于1902—2018年标准化降水蒸散指数(SPEI)数据,统计了西南地区不同等级干旱发生频率及干旱强度,并采用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验法和经验正交函数(EOF)分析方法研究了西南地区干旱的时空演变特征,以期为西南地区干旱变化及生态维护提供科学依据。结果表明:(1)1902—2018年西南地区SPEI12整体呈下降趋势,下降速率为0.025/10 a,其中1954—1974年呈干旱—湿润的频繁交替,发生多次不显著突变;(2)西南地区干旱强度均呈增强趋势,其中中旱和重旱强度增强趋势显著;(3)西南地区干旱发生频率存在空间分布差异,其中轻旱发生频率最高,极端干旱最低;(4)西南地区干旱变化趋势以不显著下降为主,占研究区面积的68.22%,表明西南地区百年来呈干旱化趋势;(5)干旱时空模态分析中,3种模态分别反映了研究区干旱全区相同、南北相反、东西相反的分布特征。综上所述,揭示了西南地区干旱的时空变化基本特征。