基于GEV干旱指数的贵州春旱时空变化及预测模型探析

利用贵州省81站1963—2015年3—5月降水量和1962—2014年逐月144项环流特征量,基于广义极值分布GEV(Generalized Extreme Value,缩写GEV)干旱指数,采用Mann-kendall(MK)、Morlet小波等方法对贵州春旱时空变化进行分析.分析表明:降水的位置参数较好地表现出贵州春季降水由西部向东部递增的空间分布特征,尺度参数也较好地体现贵州春季降水较少的西北部和较多的东部区域分布特征,降水年际变化大,形状参数反映了贵州春季降水服从Weibull分布;GEV干旱指数及其等级划分能较好地表征贵州春旱实况,且在持续性干旱过程中尽量应用季尺度GEV干旱指数;贵州春旱具有4~6 a、8~10 a和24~28 a的振荡周期;贵州重春旱发生频率介于6%~15%之间,重春旱年份主要有1979、1986、1987、1988、1991年和2011年.同时,统计分析表明前期南方涛动、西太平洋副高西伸脊点和印缅槽等指数与贵州春旱趋势有一定的相关性,并在此基础上以1963—2007年作为样本建立贵州春旱预测模型,预测模型经2008—2015年为期8年的独立试报,预测效果令人满意.     

基于SPEI的华北平原近55年干旱时空特征分析

基于华北平原53个站点1960—2014年逐日气象数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)、Mann-Kendall趋势分析、小波分析等方法,对华北平原的干旱年际变化趋势、干旱频次变化特征、干湿周期变化、干旱四季变化趋势、干旱频率等进行分析,从而揭示出华北平原干旱的时空特征变化.结果表明:近55年华北平原及表现出干旱化趋势.干湿变化存在3年、5年以及10年的振荡周期,且未来几年干旱趋势为偏旱.四季干旱趋势变化具有明显差异性,秋旱范围最广,具有较明显干旱化趋势.春旱频率分布呈北多南少,东多西少的特点;夏旱频率以河北省西部和河南省最高;秋旱高频区较夏季少,频率大都在32%~34%间;冬季干旱频率在河南省北部、山东半岛以及河北省西部较高.     

基于降水Z指数的晋中市干旱特征分析

为了更好地了解晋中市干旱演变特征,为当地政府开展防灾减灾提供科学依据,利用晋中市所属11个县（区、市）1971～2020年逐月降水资料,采用降水Z指数作为气象干旱等级评价指标,分析了晋中市近五十年的年际及季节干旱变化特征.结果表明：近五十年来晋中市降水Z指数以0.023/10年微弱速度递增,其中1985～2008年期间为主要干旱时期;春季和秋季降水Z指数分别以0.148/10年和0.017/10年速率递增,夏季降水Z指数无明显变化,冬季降水Z指数以0.045/10年微弱的速率递减.晋中市严重干旱年发生的原因与夏季发生重旱和季节连旱有直接的关系.     

基于TVDI模型的关中地区春旱时空动态监测

利用中分辨率成像光谱仪MODIS产品MOD13A2和MOD11A2获取归一化植被指数NDVI和地表温度T_s,构建T_s-NDVI特征空间,依据该特征空间拟合的干湿边方程计算温度植被干旱指数(TVDI)作为反映旱情的指标,监测关中地区2013年2-5月每16 d的干旱状况,并利用区域内气象站点数据进行验证.结果表明,利用MOD11A2数据反演的T_s与实测对比平均误差为0.258℃,反演结果能够代替实际T_s参与计算.利用该地区实测的10、20 cm土壤湿度数据与遥感反演的TVDI值进行线性拟合,发现TVDI与20 cm土壤湿度相关性更高,表明TVDI更能反映和指示距地表20 cm的土壤水分状况.关中地区春旱最严重出现在3、4月份,旱情主要以中旱为主;渭河平原整体干旱情况比南部秦岭地区严重,尤其是关中东北部渭南和咸阳部分地区旱情较为严重,南部秦岭山地以湿润和正常为主.旱情整体呈现东北较重,西南较轻的分布.从监测结果看,TVDI能够较好地反映关中地区春季的实际旱情,适用于关中地区春季的旱情动态监测.     

近51年海河流域作物生长季干旱时空分布特征研究

基于1960-2010年海河流域及周边地区116个气象站逐月气温和降水资料,采用相对湿润度指数M作为干旱评价指标,分析海河流域作物生长季（春季至秋季）气象干旱发生的时空分布特征．结果表明：（1）春季海河流域干旱最为严重,多年平均干旱率高达56．90％;夏季较春季干旱率明显降低,多年平均干旱率为7．59％;秋季干旱率呈现出增加趋势．（2）春季干旱在1960年代最为严重,夏季干旱在1990年代最为严重,而秋季干旱在1980年代最为严重．（3）春季干旱发生概率最高,整个海河流域均在19．61％以上,干旱发生概率在50％VA上的地区面积占海河流域的3／4,河北东北部和京津一带是春季干旱发生概率最高的地区;夏季干旱发生概率较春秋低,干旱发生概率最高的地区为大同和张家口以北地区;大部分地区的秋季干旱发生概率在25％以上,发生概率最高的区域主要集中在京津唐地区．     

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。     

基于综合气象干旱指数的海南岛干旱特征分析

基于海南岛18个国家气象站1960～2017年逐日气温和降水资料,对比分析改进前后的综合气象干旱指数在海南地区的适用性,统计了各地区年、季干旱发生频率、日数、强度和覆盖范围,分析了海南岛干旱的时空分布特征.结果表明:改进后的CInew指数在不同地区3次典型干旱过程的监测中,显著减少了不连续旱情加重现象;海南岛各市县年干旱发生频率在47%～74%之间,呈现西高东低的分布特征;年干旱日数在56～104 d之间,呈西南部沿海多、中部少的分布特征;年干旱强度在-209～-123之间,呈现西南部沿海强、中东部弱的分布特征.季节干旱发生频率、日数、强度均为春季最严重,冬季次之,夏、秋季较弱.全年发生大范围干旱的年份有9年,1969、1977、1979和2004年干旱覆盖范围达到100%.     

基于DEM校正TVDI的华北地区旱情监测分析

以MOD13A3数据和MOD11A2数据为基础,并结合30 m空间分辨率SRTM高程数据进行高程校正,获得2017年华北地区各个月份TVDI等级分布图,利用TRMM 3B43逐月降水数据和CLDAS V2.0土壤体积含水量数据对TVDI反演结果进行联合分析,探讨旱情、降雨和土壤水分三者之间的关系。实验结果表明,华北地区旱情时空分布变化具有不均一性,2017年3、4月份华北地区出现春旱现象,而11、12月份则出现冬旱现象,7至9月份雨季的到来使旱情得到缓解,华北地区处于湿润状态。此外,DEM校正后的TVDI和月降雨量水平、土壤水分体积含水量存在负相关性。2017年DEM校正后的TVDI的波动性表现比较平稳,而降雨和土壤水分的波动性相对较大。     

祁连山东、中段树木年轮反映的春季降水变化信息

春季降水是祁连山树木生长的主要限制因子。本文利用树木年轮资料重建了祁连山东、中段春季降水,对比了东、中段春季降水的变化特点,发现东段树木年轮主要反映短周期的降水变化,中段反映较长周期的降水变化;东段280年以来大部分时间比近50年湿润,即近50年东段的春季降水有所减少,中段230年以来大部分时间比近40年干旱,但相比于20世纪40年代的多雨,近十多年来中段春季降水正处于减少阶段;祁连山中段春季降水从湿润到干旱过程比较缓慢,即逐渐变干,而从干旱到湿润经历时间短,变湿相对迅速,东段呈现相反的变化趋势。祁连山东、中段春季降水的不同特点可能和不同的降水系统影响有关,树种的不同可能也有一定的影响。     

西北地区干旱趋势变化特征及其对气候变化的响应

选取西北地区1961~2014年124个气象站点逐日气象资料,分析该区域降水量及可能蒸散量变化特征,采用相对湿润度指数探讨分析该区域四季及喜温、喜凉作物生长季干旱趋势变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)西北地区降水量短缺呈增加趋势,可能蒸散量呈减少趋势,二者区域间差异均较大,其上升、下降趋势信度达99%及无明显变化站点分别占西北地区总站点的23.4%、0.8%、75.8%和18.5%、31.5%、50%。(2)西北地区相对湿润度表现为春季多特旱,夏秋两季多轻旱,冬季及喜温、喜凉作物生长季多中旱,且秋季呈变干趋势,其余各时段呈变湿趋势,春、夏、冬三季极为显著,空间上总体呈东南向西北逐渐递增后趋缓的趋势。(3)西北地区不同干旱发生频率总体呈现出春季冬季秋季夏季,喜温作物生长季喜凉作物生长季,而干旱频率区域分布特征与相对湿润度基本一致。(4)西北地区各时段日平均气温均呈显著增加趋势,降水量在秋季表现为减少趋势,其余各时段均呈增加趋势;日照时数在春季、喜温和喜凉作物生长季表现为增加趋势,而在夏、秋、冬三季表现为下降趋势;相对湿度、风速在各时段均表现为减少趋势。(5)相对湿润度指数M与各时段降水量、日照时数及相对湿度的相关性最大,与各时段风速及日平均气温也存在一定的相关性。     

基于SPI指数的内蒙古干旱时空分布特征研究

利用内蒙古47个气象站点1961-2013年的气象资料,采用线性趋势分析、标准降水指数分析方法,研究内蒙古近53年干旱的时空变化特征.结果表明:1区域年降水量以-0.039 5mm/a的速率缓慢下降,在空间上呈现总体下降、局部上升的格局.2春季和冬季降水呈现全区性增加趋势,秋季东部减少西部增加,夏季呈全区下降趋势,且速率(-0.32mm/a)远大于年降水量,其中半干旱区下降趋势最明显,是气候变化的敏感地带.3年际尺度SPI呈现干旱波动性增强、强度加剧、影响范围扩大并向东移动的趋势,且与当地环境变化情况相吻合.4季节尺度SPI对降水的敏感性更强,其中各季节干旱逐渐频发且强度加剧,表明干旱强度是造成研究区生态环境恶化的重要因素,在空间上季节尺度SPI对半干旱到干旱的过渡地带响应最为敏感,而对极干旱的阿拉善地区敏感性较差,即SPI对降水变率大的地区指示性更好.5相对于降水距平法和降水Z指数,SPI在对干旱的定量化和滞后效应的描述方面更加直观且准确,能为区域干旱情况做出可靠的评价.     

基于最优拟合函数的SPI指数的松嫩平原干旱特征分析

松嫩平原是我国重要的商品粮生产基地,利用松嫩平原21个气象站点1961—2015年逐月降水数据,选用基于最优拟合函数的标准化降水指数作为干旱指标,分别从干旱频率、干旱历时、干旱站次比等角度,分析松嫩平原干旱的时空变化特征.从季节来看,松嫩平原冬季出现了显著的湿润趋势(P=0.002),春季次之(P=0.039),两季的干旱频率分别为26%和29.7%,且均有重旱现象发生;夏季和秋季呈干旱化趋势,干旱频率均为22.2%,但没有重旱现象发生.从年尺度上看,松嫩平原54 a间发生持续时间为7个月及以上的干旱事件共7次,远高于其他连旱事件的次数,但总体表现为湿润化趋势.从空间来看,在年、季尺度上干旱频率整体从西南向东北递增,冬季的高频干旱区主要分布于泰来、明水和扶余及其周边地区,呈零星分布;春季和夏季主要集中于松嫩平原东北部,其中春季的高频干旱区面积大于夏季的高频干旱区面积;秋季主要集中于松嫩平原西北部和中部,主要分布于富裕、齐齐哈尔和安达等地.尽管松嫩平原的干旱严重程度有所下降,但54 a间有39次出现了全域性干旱,并且干旱的影响区域呈扩大趋势.该结论能为松嫩平原的抗旱减灾及保障粮食安全提供...     

基于多源数据的2001—2010年我国干旱时空分布特征

准确和全面评价我国陆地干旱时空变化格局,有助于防旱减灾及评估生态系统的稳定性及其对气候变化的响应.利用气象和遥感观测数据,选取3类干旱指数,包括仅基于降水数据的标准化降水指数(SPI)、基于2层土壤模型的帕尔默严重性干旱指数(PDSI)及基于遥感植被指数信息的干旱严重性指数(DSI),对比分析了我国2001—2010年的干旱时空分布特征.结果表明:1)就国家尺度上而言,2001—2010年,我国干旱程度没有呈现显著变化的趋势(P0.05),3类干旱指数在2001—2010年变化趋势基本一致;SPI和PDSI在时间尺度上的相关性达到66%;2)时间尺度上,2001,2006和2009年是那个10年内干旱程度最大的3个年份;3)我国干旱变化在南北地区有着不同的趋势:东北地区及北部地区(华北平原一带)干旱化范围和程度在减弱;而南部地区,特别是西南地区干旱影响的范围在加大,干旱程度呈严重的趋势.     

基于GLDAS与TVDI降尺度反演土壤含水量

土壤水是连接大气降水、地表水和地下水的关键水文带,在旱寒区对于维系植被生长起到至关重要的作用.为获取相对精度较高,时空分布更广的土壤含水量数据,本文采用青藏高原2006年MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)植被归一化指数NDVI(normalized difference vegetation index)数据与地温数据LST(land surface temperature)计算出青藏高原全年温度植被干旱指数TVDI(temperature vergetation dryness index);分析TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量的相关性以及相关性的稳定性,结果表明:总体上TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量数据呈负相关关系,其中TVDI与GLDAS第1层土壤湿度数据相关性最好,且相关性的稳定性较强;利用TVDI和GLDAS第1层数据的相关关系反演出青藏高原2006年每月土壤水分分布图,并利用月均值进行实例分析,结果表明反演结果与GLDAS数据基本吻合,仅在青藏高原南部和北部两个区域存在偏差.与原始GLDAS数据相比,TVDI反演的土壤含水量数据具有更高的分辨率(分辨率为1km),在时间尺度上,可以反演逐月的土壤水分.     

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。     

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.     

2002-2011年华北平原北部农田缺水时空分布特征研究

利用华北平原北部气象站点实测气温、降水、风速等基本气象要素数据,结合土壤相对湿度数据,计算降水量、作物需水量和土壤水分变化量3个水分循环的核心变量,构建华北平原北部农田水循环模型,设计缺水量指标,并分析2002—2011年华北平原北部农田缺水量的逐旬时空变化。结果表明:华北平原北部的农田在整个作物生长阶段严重缺水,大多数月份所有地区缺水,仅7月中旬自然水分较为充足;春季是华北平原北部农田干旱最严重的时期,以河北中南部地区春旱最为严重;秋季干旱程度相比春季较轻,干旱相对严重的区域位于研究区域西北部;衡水以及北京西部地区在整个作物生长阶段均严重缺水,是干旱最为严重的区域。研究结果可为研究区水分利用管理及农田灌溉提供参考。     

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.     

黄河流域极端干旱的时空演变特征及多变量统计模型研究

干旱是黄河流域经常性发生的自然灾害之一,给该地区的社会生产、人民生活带来了巨大的影响.本文选取黄河流域61个气象站点1960—2009年的气象资料,计算每个站点月尺度和年尺度的PDSI指数,分析了该地区极端干旱和干旱的时空演变特征,并利用Copula函数,构建干旱历时和干旱强度之间的两变量统计模型,研究该地区干旱发生风险的空间分异特征.研究发现,黄河流域在过去50年有逐渐变旱的趋势,其中20世纪60年代该地区降水较为丰沛,但也有少部分年份发生了比较严重的干旱.20世纪80年代以后,黄河流域极端干旱和干旱的发生频次均有增加的趋势.黄河流域干旱发生频率大体上呈现出北高东南低的空间分布特征.通过对特定站点(陕西吴旗站)的分析,发现干旱历时和干旱强度之间具有很好的相依性,从Chi图中可以反映出上述两个变量之间具有上尾相关的特征.K-S检验的结果表明,指数分布和Gamma分布能够分别很好的拟合干旱历时和干旱强度.拟合优度检验的结果表明,在所选择的3种Copula函数中,Gumbel Copula能够较好的描述干旱历时和干旱强度之间的相关结构.重现期分析的结果表明,黄河上游和中游北部发生干旱的风险相对较高,而流域下游地区风险相对较低.     

山西南部春旱特征分析

利用1971—2005年晋南春季的降水和气温资料,采用Z指数和数理统计方法,分析了晋南春旱的特征及成因,探讨了春旱对冬小麦产量的影响。