干旱荒漠草原型流域水文干旱和气象干旱关系

为了合理评估干旱对荒漠草原流域的影响程度,准确判断气象干旱与水文干旱之间的传播特征,以艾不盖河流域作为典型研究区,基于1965—2021年共57年的月降水和径流资料,计算三种不同时间尺度的SPI和SRI,分析了气象干旱和水文干旱的演变过程、趋势特征及相关性。研究结果表明：应用标准化降水指数SPI和标准化径流指数SRI能够很好地反映气象干旱和水文干旱变化状况;SPI值和SRI值对降水量和径流量的敏感性随着时间尺度的增加而降低,时间尺度越大,发生高等级气象干旱事件和水文干旱事件的频数越高;发生气象干旱事件和水文干旱事件的趋势增强,且发生水文干旱的程度和可能性较气象干旱更重;时间尺度越大,水文干旱与气象干旱相关性越好,同时水文干旱要滞后于气象干旱,滞时为0—1月。研究结果为荒漠草原流域抗旱减灾提供了有效的理论支撑。     

近50年云南省怒江、澜沧江流域气象干旱研究

基于怒江、澜沧江云南段31个气象站点1965—2013年的月降水、气温资料,计算两个流域各生物气候区的标准化降水蒸散指数(SPEI)。分析近50年的年、季节、月尺度的干旱过程、干旱发生频率及强度,揭示怒江、澜沧江云南段干旱发生的时空和强度演变特征。结果表明,自20世纪70年代后期以来,研究区季节、月尺度干旱整体上呈显著增加趋势,尤其是冬季;两个流域内各气候区干旱特征的空间分异不明显,干旱发生与全省性的大范围干旱发生较为一致;近50年来,研究区气温的显著升高可能比降水的微弱减少对其干旱变化贡献更大。     

西北春季标准化降水指数及干旱时空特征分析

利用西北5省(区)137个测站的1961-2009年历年春季降水量资料计算标准化降水指数(SPI),统计了西北春季轻旱、重旱、特旱发生的空间分布和时间变化,然后用EOF,REOF,M-K等方法对西北春季SPI时空特征和变化趋势进行了研究.结果表明:新疆北部、甘肃河西及青海中部是干旱的主要发生区域;干旱面积率在1980年以前较高,而1981-1990偏轻,1991-2009缓慢增加.西北春季SPI结构的最明显特征是整个西北表现为一致的旱(或涝)的特征,新疆、青藏高原及西北东部是2个异常中心区,过渡带位于新疆的东部;西北春季SPI异常结构的另一显著特征是,新疆北部及青海南部与西北东部旱涝为反相结构,西北东部的多(少)雨往往对应新疆北部和青海南部的少(多)雨.利用SPI可将西北春季划分为4个旱涝异常区:青海高原区、西北东部区、新疆北部区、南疆区;并由各区代表站的SPI的M-K突变检验得,从1980年代开始,青海高原区春季降水增多,并且趋势十分显著;与其相反的是,西北东部区近年春季降水有减少的趋势;北疆区从1997年开始,春季降水有增多的趋势,而南疆区春季降水增多的趋势不十分显著.     

怒江流域下游地区气象与水文干旱特征研究

以怒江下游勐波罗河流域为例, 利用周边气象站点年的月降水量、月气温和流域出口水文站月径流数据, 计算气象干旱指标标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI), 分析该地区1966—2013年间不同参考期(12个月、6个月和3个月)的气象和水文干旱变化过程, 揭示流域水文干旱与气象干旱发生的关联。研究结果表明, 自21世纪初期以来, 流域各参考期干旱指数呈现减少趋势(干旱增加),尤其是SPEI-6M (参考期为6个月的 SPEI)和SPEI-3M (参考期为3个月的SPEI)。研究区气象与径流干旱均具有多尺度周期性特征: 在20世纪90年代中期之后, 25~30年大尺度周期的等值线中心逐渐下移, 时间尺度缩短为10~15年。进入21世纪以来, 径流干旱在25年以上的大尺度上演变为减弱的干旱期, 在10~15年中尺度上则处于由干旱向微湿润变化的过渡期。径流干旱与气象干旱关系密切, 通过气象干旱指数SPEI-6M, 可以较好地预测年径流干旱变化程度。     

基于标准化降水指数SPI的西江流域多尺度干旱特征及其驱动力分析

为了较为全面表征流域气象干旱的演变特征,本文基于西江流域33个气象站1960-2015年降雨资料,采用标准化降雨指数(SPI)作为干旱指标,分别从年尺度(SPI_(12))和季尺度(SPI_3)两个方面,分析了西江流域地区干旱站次比、干旱频率、干旱趋势和驱动力。结果表明:1)流域各地年降水量分布差异较大,且从东南往西北方向呈明显的逐步减少趋势;2)流域气象干旱处于正常的概率最大,发生极端干旱的概率最小;年尺度(SPI_(12))表征的长期干旱发生频率高于季尺度(SPI_3)表征的短期干旱发生频率;3)流域西北地区SPI序列呈现较为显著的下降趋势,气象干旱有加重的趋势;4)太阳黑子和部分大气环流异常因子对西江流域气象干旱的形成与演变有较大的影响,影响程度高低依次是太阳黑子、北极涛动和厄尔尼诺。研究成果对于评估西江流域干旱灾害的风险性、防旱减灾策略的制定具有一定的参考意义,为干旱的应对和防御提供科学依据。     

珠江流域区域干旱风险评估*

利用珠江流域42个气象站点1951-2011年的月降水与气温数据,计算了3个月尺度的标准化降水蒸散发指数,采用旋转经验正交函数时空分解方法,将珠江流域划分成了5个干旱变化特征均质性区域。并根据游程理论选取历时和强度2个特征变量,基于多变量区域频率分析的方法对珠江流域的干旱风险进行了评估。广义正态分布和皮尔逊三型分布分别优选为不同分区的干旱历时边缘分布,广义帕雷托分布优选为干旱强度边缘分布,区域copula函数则分别为Clayton和Arch13 copula。从区域的角度,贺江、桂江、左江和右江流域地区遭遇的干旱风险较大,应视为珠江流域的重点干旱风险区。而从行政管理的角度,广西为干旱风险管理的重点省份。     

基于标准化降水指数的渭河流域多尺度干旱特征分析

本文基于1个月、3个月和6个月时间尺度的SPI探究渭河流域的干旱特征,使用Mann-Kendall秩次检验法和重标极差分析法分析SPI序列的趋势性和持续性,识别干旱历时和烈度,计算"且"和"或"的联合重现期表征干旱风险,并分析其空间分布特征,得到如下结果:1)长时间尺度的SPI序列更加坦化,以渭河上游为例,6个月时间尺度较1个月时间尺度的识别结果,干旱场次减少了42场,而平均历时和平均烈度则分别增加了1.66和0.82;2)渭河上游干旱场次是五区中最小的,对应1个月、3个月和6个月时间尺度分别为76、47和34,历时和烈度是五个分区中最大的,北洛河和泾河呈相反的干旱特征,对应较大的干旱场次和较大的历时烈度;3)渭河干流1个月时间尺度的SPI和渭河中游6个月时间尺度的SPI存在显著下降趋势且有弱的正持续性,未来风险有增加的趋势;除严重干旱情景下的渭河中游、渭河下游和泾河外,其余类型、情景下短期干旱风险大于长期干旱风险。4)严重干旱情景下各区重现期差异较大,其中,1个月时间尺度下,渭河中游容易发生单变量较大的"或"类型干旱,短期干旱具有较大风险;3个月尺度下,渭河中游容易发生"且"类型干旱,一般干旱具有较大风险;6个月尺度下,泾河容易发生"且"类型的干旱,长期干旱具有较大风险。     

基于标准地下水指数的地下水位动态及其对降水变化的响应

为科学探索地下水位变化规律,研究地下水位对降水变化的响应机理,通过计算2001—2013年期间1～48个月时间尺度的标准化降水指数(SPI)与标准化地下水指数(SGI),统计分析SPI与SGI变化规律和相关关系,研究了地下水位埋深对降水变化的时空响应规律,进而寻求地下水位对降水最佳响应时间。结果表明:2001—2013年期间SPI呈波动变化,干旱期和湿润期持续时间随着计算SPI时间尺度的增加而延长,间隔变化频率随计算时间尺度增加而降低;地下水位对降水最佳响应时间出现的时间尺度为36～48个月。因此可见,SGI是研究地下水动态及其对降水变化响应较为有效的工具。     

京津风沙源区植被变化对降水的响应规律研究

选取京津风沙源区的3种典型植被作为研究对象,通过对1998-2007年生长季(5-10月)期间植被盖度距平百分率与不同时间尺度的标准化降雨指数(standard precipitation index,SPI)之间Pearson相关关系的计算,来研究研究区植被变化对降水的响应规律.主要研究结果表明:研究区内不同土地利用类型的植被对降水的响应规律不同,在生长季的不同时期对降水的响应规律也有所不同.总的来说,植被生长对3个月尺度的自然降水条件存在明显的响应规律,特别是对于研究区持续处于干旱或湿润的状态时,植被对前期降水的响应十分明显,而在干湿波动较快或干湿过渡期,植被则对前期降水的响应不很明显.     

云南省干旱时空演变规律及季节连旱的概率特征分析

选取云南省29个气象站点1960—2010年的降水数据,计算每个站点季尺度和年尺度的标准化降水指数(SPI),分析了云南省干旱的时空演变规律.在此基础上,利用广义极值分布(GEV)拟合季节SPI序列分布,通过离差平方和最小准则(OSL)法选择Frank Copula拟合各季节SPI二维联合概率分布,研究云南地区季节连续干旱及连续特旱事件的概率特征.研究结果表明,云南省在过去51年呈不显著变旱的趋势,其中,夏、秋和冬季发生干旱的频率均呈增加趋势,而春季发生干旱的频率呈减少趋势;春夏、夏秋和冬春连续干旱与连续特旱发生频率呈北多南少的规律,高频率地区主要集中在云南省西北、东北及中部,而秋冬连续干旱与连续特旱高频率地区则主要集中在云南省西南部.     

清代珠江流域旱涝灾害变化特征与R/S分析

在整理清代1644-1911年的历史文献资料的基础上,统计了珠江流域以及各个子流域的旱涝灾害发生频次.利用滑动平均、小波分析等方法研究了清代珠江流域的旱涝灾害演变趋势和周期;通过R/S分析计算Hurst指数,预测未来旱涝变化特征,并通过近50年的气象降水资料计算的SPI指数对预测结果进行验证.结果表明:清代珠江流域洪涝灾害的频次整体高于干旱灾害的频次,其中1695年、 1860年和1894年既发生了流域性干旱也发生了流域性洪涝;旱涝频次的主要振荡周期为32～34 a;珠江流域未来的干旱、洪涝灾害整体变化将与过去的变化趋势一致,且流域洪涝序列的Hurst指数比干旱序列的Hurst指数更为接近1.0,说明清代珠江流域洪涝序列的趋势延续性比干旱序列更强.     

珠江流域1981—2020年水文干旱时空特征分析

基于VIC模型和汇流模型生成的1981—2020年5 km×5 km网格模拟流量数据,构建了长历时、网格化的标准化径流干旱指数(SRDI),对珠江流域水文干旱时空演变特征进行了评估。结果表明：基于模拟流量构建的网格化SRDI能够较好地模拟珠江流域干旱时空演变过程;珠江流域水文干旱的时间演变特征明显,干旱集中发生在夏季,秋季可能发生大范围的水文干旱,季节尺度上一年四季均有可能发生极端干旱;珠江流域水文干旱在空间格局上呈现为自东向西由干旱高频区向干旱长历时、高烈度区过渡分布。     

祁连山北部流域水文相似性与出山径流总量的估计

祁连山北部河流的出山径流对河西走廊水资源的形成具有决定性作用.过去对大型出山河流的水文观测和分析基本确定了祁连山北部的降水产流模式,但由于小型河流缺少观测,对出山径流总量的估计仍然存在很大的不确定性.本文根据疏勒河流域、黑河流域和石羊河流域山区水文观测和气象数据,采用统计模型分析了祁连山北部流域降水-径流关系的相似性.结果表明流域出山流量与汇水面积呈现非线性增加趋势,而蒸散系数随干旱指数增大按照一定的非线性趋势下降.高程效应使得流域出山流量近似取决于平均降水量的单一函数,由此估算出祁连山北部的全部出山流量可达(72.3~84.3)×10~8 m~3·a~(-1),其中石羊河流域、黑河流域的计算结果都大于前人估计值.疏勒河流域的蒸散作用偏强,径流估计值需要进行校正.流域水文相似性有利于减轻水文和气象观测不足造成的影响.     

基于统计降尺度和SPI 的黄河流域干旱预测

基于黄河流域101个气象站点的实测气象数据和国际耦合模式比较计划第5阶段(coupled model intercomparison project phase 5,CMIP5)3种排放情景下的6个模型1961—2099年的降水和气温数据,采用等距离累积分布函数法(equidistant cumulative distribution function matching method,EDCDFm)进行统计降尺度;通过历史阶段(1961—2005年)实测站点数据对降尺度后的降水和气温进行精度评估;在此基础上,通过标准化降水指数(standardprecipitation index,SPI)对黄河流域气象干旱进行预估。结果表明,EDCDFm的降尺度方法能够明显提高气候模式所模拟的气温和降水精度,尤其对极值的模拟精度;黄河流域气象干旱的预估显示,3种气候情景下21世纪初的干旱情况相对于基准期均变得比较严重,但是世纪末的干旱程度均明显减轻,近期黄河流域的防旱工作形势仍然严峻。     

基于Copula的澜沧江流域气象干旱风险分析

基于云南省澜沧江流域9个气象站点在1953—2015年逐月降水、蒸散发序列,构建标准化降水蒸散发指数SPEI,采用游程理论分离干旱特征变量,利用Copula函数建立联合分布函数,分析干旱发生概率及其重现期. 结果表明:1）当发生相同程度历时、强度的干旱事件时,澜沧江流域北部区域的发生频率高于南部;2）不同地区的联合重现期等值线变化趋势不同,实际重现期介于联合重现期与同现重现期之间,联合重现期与同现重现期的值可作为预测实际重现期的区间范围;3）通过重现期确定不同程度干旱对应的区间范围;4）流域内轻微干旱风险概率为5.50%~11.05%、中度干旱风险概率为17.43%~39.31%、重度干旱风险概率为12.89%~17.83%、特大干旱风险概率为7.20%~14.00%. 研究结果可为澜沧江流域干旱风险应对提供有益参考.      

中国北方地区人类活动对地表水资源的影响研究

以中国北方地区黄河、海河、辽河、松花江流域为研究区域,基于长期水文观测数据,就人类活动对不同时空尺度（包括日、月、年、10年）地表水资源的影响及河川径流演变的驱动力进行了定量分析。结果表明,无论从自然流域的角度还是从行政区域的角度来说,中国北方河川径流都减少的趋势;除气侯变化的影响之外,河道外用水量的增加是导致中国北方地区实测径流减少的直接原因;干旱、半干旱地区人类活动对河川径流的影响程度强于湿润地区,主要表现在小流量出现的频率增大,20世纪八九十年代相同量级的降水量产生的径流量较五六十年代减少20％－50％。     

石羊河流域径流变化规律和趋势分析

根据石羊河八大河流径流量数据和径流极值比分析该流域径流变化规律。利用Mann-Kendall检验法分析石洋河流域径流变化的趋势;并通过数学建模预测未来径流演变的趋势。结果表明:南营的丰枯变化程度最剧烈,黄羊河次之,沙沟寺(东大河)的变化最趋向于缓和;由西向东,石羊河流域的各河流年径流的补给形式由冰雪和降水正逐步过渡到纯降水;至20世纪50年代以来,石羊河流域径流量总体上呈现减少的趋势;未来13年石羊河流域的出山径流总流量仍将会减少。     

基于多源遥感的和田河流域生态补水对流域植被变化影响研究

利用Landsat遥感影像和MODIS数据集,得到和田河流域沙漠段河流水面面积和植被覆盖面积的时空分布特征．进一步分析归一化植被指数（NDVI）的季节变化特征与景观格局指数,得到和田河流域沙漠段生态环境的空间变化特征．结果表明:生态补水措施增加了流域的水体和植被面积,缓解了生态环境;并且生态补水后河流曲折系数下降,平均水面宽度增加,河流逐步朝平流化方向发展;NDVI的空间分布呈现河流两端植被覆盖量高,中间覆盖量低的特点．分析景观格局指数得到,生态应急补水使和田河流域沙漠段水体景观和植被景观分布呈现聚集分布,有效地缓解了生态环境．