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SPEI的渭河流域干旱特征分析

本研究采用渭河流域20个气象站点1961—2013年的气象数据,计算该流域多重时间尺度的SPEI值,分析SPEI在该流域的应用情况,同时基于SPEI分析渭河流域干旱时空分布特征。研究结果表明:渭河流域SPEI值呈显著下降趋势,干旱日趋严重。其中,春秋干旱有明显加重的趋势,夏旱及冬旱无明显变化。就总体分布而言,干旱主要发生在西北部,其中轻旱、中旱、重旱大部分主要分布在西北部地区。相反,受1995年及1997年历史特大旱灾事件影响,特旱主体分布在东南部地区。     

基于标准化指数的中国东北地区复合高温干旱事件时空变化特征分析

干旱和极端高温事件会对人类社会和生态环境造成严重影响,当两种极端事件同时发生时会造成更大的威胁。本文利用1961-2020年网格化的月值降水和气温数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化温度指数(STI),在界定复合事件的基础上分析不同干热阈值下中国东北地区复合高温干旱事件的时空演变特征,探究复合事件的空间相关性。结果表明,中国东北地区复合高温干旱事件发生频率在空间分布表现出东部及东南部低、西部及西北部高的特点;分析复合事件的历史演变发现Mi-Mi以0.02/a速率上升,且在20世纪90年代之后大幅度升高;总体复合事件影响面积呈现显著的上升趋势,幅度为1.02%/a,不同类型复合事件影响面积均显著升高且在20世纪90年代大幅度上升达到峰值;复合事件的高频区聚集在西部和西北部,低频区聚集在东南部及东部。研究成果可为东北地区防灾减灾、农业规划、水资源配置等提供参考。     

多种气象干旱指数在新疆干旱评价中的应用对比研究

选取新疆50个气象测站1960-2010年间逐日降水、气温资料,采用模糊C均值聚类方法,并结合新疆地形地貌及水汽来源等地理特征,将全疆分为北疆、南疆、天山北坡、天山南坡及天山东段5个区域,对比分析标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、自适应帕默尔指数(scPDSI)及有效干旱指数(EDI)的优缺点及其在各分区干湿监测过程中的适用性。SPI、SPEI、EDI对降水、气温响应较快,且干湿趋势变化所呈总体特征一致,EDI较SPI及SPEI对降水量变化更加敏感,SPI较EDI对"干"的评定较重,对"湿"的判定较轻,SPEI综合考虑气温及降水对"干"、"湿"的共同作用,能够监测到SPI及EDI无法监测到的一些特大旱情,而scPDSI对干湿事件的判断结果与其他三种指数相差较大,甚至会出现完全相反的判断结果,且scPDSI对旱情严重程度的判断偏轻,对干湿变化响应较慢,不适用于新疆干湿监测。SPI与SPEI相关性较好,SPI与EDI相关性明显好于SPEI与EDI的相关性,而scPDSI与其他三种干旱指数的相关性均较弱。另外,从干旱发生频率、干旱站次比及干旱强度三个角度进一步分析不同等级干旱事件的发生规律,整体上,干旱发生具有明显的区域性和季节性特征,不论是年或者四季干旱,干旱影响范围均呈缩减趋势。     

近54年华北平原干旱时空变化特征及其影响因素

利用帕尔默干旱指数(The Palmer Drought Severity Index,PDSI),辅以经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)、趋势分析和相关分析等方法,全面分析了1960—2013年华北平原干旱时空变化特征,并对其影响因素进行了研究.结果表明:1)近54a华北平原PDSI并无显著变化趋势,而呈阶段性变化特征.分区研究表明,海河平原PDSI呈下降趋势,而淮河平原PDSI呈上升趋势;2)华北平原PDSI具有显著的空间差异特征,整体呈由东南向西北逐渐减小的趋势.EOF分析显示,研究区PDSI最主要的空间分布型为南北反向型分布,且干旱变化具有持续性;3)在趋势上,华北平原呈现显著的"南涝北旱"格局特征,其中北部海河平原PDSI呈下降趋势,而南部淮河平原PDSI则呈增加趋势;4)华北平原和黄河平原PDSI与南方涛动指数(SOI)和西太平洋副高北界(WPSHNB)关系显著,而淮河平原与东亚夏季风指数(EASMI)和西太平洋副高强度(WPSHS)具有显著相关性,海河平原仅与SOI达到显著的正相关关系,且随着时间尺度的变长,PDSI与各环流指数的相关性提高.年代际尺度上,华北平原PDSI主要与SOI关系显著.     

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。     

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。     

基于1990-2015 归一化植被指数的河北植被时间变化特征及其对干旱的响应

基于1990-2015年研究区逐旬归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）数据和站点逐日降水数据,对河北地区NDVI时间变化特征及其与多尺度标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）的响应关系进行了深入分析。结果表明：（1）研究区草地、林地面积增加,空间上呈自东向西交替变化,并呈破碎化现象。（2）年均及生长期NDVI呈明显的上升趋势,夏季NDVI最高,冬季最低,月均NDVI时间变化与雨热同期。（3）不同尺度SPEI均呈下降趋势,随着时间尺度的增加,降幅不断加剧。干旱整体上发生的持续时间和干旱程度有所降低,而春季发生干旱明显强于其他季节。（4）年际及夏季NDVI对SPEI变化响应最为显著,夏季NDVI与SPEI06之间的相关性为最高的0.628,春秋次之,冬季最低。年际及季节性NDVI变化与SPEI03及SPEI06变化的相关性较高。年际及季节NDVI变化对SPEI的响应较单独的气候因子（气温、降水）更明显。     

1960—2011年秦岭南北地表干湿变化时空特征

运用P-M模型、气候倾向率及相关分析等方法,分析秦岭南北近52年地表干湿变化特征及其影响因素.结果表明:(1)潜在蒸散量(ET0)和干燥度指数(I)均呈现由南向北逐渐增加的空间分布型式;(2)ET0呈下降趋势,降速为-0.314mm/a(P0.05),其中1993年之前下降趋势显著,为-2.699mm/a(P0.01);(3)I呈缓慢上升趋势,增速为0.022/10a,在空间上呈现中部下降、两侧上升的分布型式,上升和下降趋势区域分别占62.62%和37.38%;(4)各年代干湿分界线变化显著,20世纪90年代最干旱,21世纪干燥程度有所缓解;(5)秦岭南北地表干湿状况及干湿分界线的变化主要归因于相对湿度、日照时数及降水量的变化.     

近半个世纪云南持续数年干旱事件时空分布

云南近五十年气候变化趋势与规律研究对于理解和预测区域气候对全球暖化的响应有重要意义.研究基于云南29个气象站点1960-2012年的日降水数据,进行了标准化降水指数(SPI)分析,探讨了过去近五十年云南SPI24的变化趋势,以此确定了三次持续数年的干旱事件,分析了它们的空间演化模式和可能成因.分析结果表明,过去半个多世纪云南降水存在明显的年代际变化规律和变旱变涝趋势;分别在1988-1990年、2004-2007年和2009-2012年经历了三次持续数年的干旱事件.其中1988-1990年和2009-2012年的干旱事件在空间分布模式上表现为以滇南和滇东中部为中心地,向外发展而成覆盖云南大部分的极端干旱;而2004-2007年的干旱区域呈点状分布.在机制方面,持续数年干旱事件可能与大气环流异常持续发展并且受到某一特殊海气模式加持有关.     

基于标准降水指数的广西旱涝特征演变分析

利用广西地区74个气象站1961-2008年月降水资料,采用标准降水指数、Mann-Kendall检验、旋转经验正交函数(REOF)等方法,分析了广西地区近48年旱涝时空变化特征。结果表明:①广西旱涝呈阶段性变化,20世纪60年代、80年代中后期至90年代初期、21世纪以来旱涝灾害以干旱为主,70年代至80年代中期、90年代中后期的旱涝灾害以洪涝为主。②通过REOF对广西进行旱涝分区,根据前4个旋转空间模上高荷载区分布,广西可以大致分为桂东北、桂西北、桂东南和桂西南4大区域,各分区的极端旱涝变化总体上和全区保持一致性,但在某些时段不同区域之间重度旱涝存在一定的差异性。桂东北和桂东南地区重旱发生的频率大于其他地区,桂西南的重涝发生的频率大。     

基于标准化降水蒸散指数的宁夏中部干旱带干旱趋势分析

基于标准化降水蒸散指数(SPEI),选取1960～2012年宁夏中部干旱带的海原、同心、麻黄山、兴仁、盐池五个气象站的降水和平均气温资料作为代表,计算各站SPEI序列,研究宁夏中部干旱带在不同时间尺度、不同季节尺度下的干湿演变趋势、干旱发生强度和频次变化以及干旱发生范围变化。结果表明:①SPEI中起决定性作用的因素是降水;②SPEI值的变化对不同时间尺度的敏感性不同,时间尺度越小,干湿变化趋势越明显,甚至是正负波动振荡;③宁夏中部干旱带干湿变化明显,不同季节均呈湿润化趋势,且以轻度干旱和中度干旱为主,干旱发生范围和干旱发生强度总体呈缩小趋势。     

基于SPEI指数甘肃省不同气候区域干旱时空变化分析

根据甘肃省6个气候区域划分以及多年降水空间分布,选取了58个气象站点1961～2014年的逐日降水和日均气温资料。采用标准化降水蒸散指数(SPEI)对全球变暖背景下甘肃不同气候区域的干旱时空变化特性进行研究分析。研究发现:甘肃干旱加剧的时间点与气温升高的时间点以及降水回升的时间点相一致,均出现在90年代中期;甘肃全省平均干旱频率为33.6%,其中轻旱9.1%、中旱14.5%、重旱5.5%、特旱4.4%;全省平均SPEI年代趋向率为-0.20/10a,表明甘肃干旱向加剧的方向发展;甘肃降水量自东向西递减,降水量越低的区域受气温升高的影响越大;甘肃东部区域的陇南和天水等地区的气候向暖湿化变化,而西部大部分区域的气候暖干化加剧,戈壁化和沙漠化的情况可能会进一步加重。     

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.     

基于MODIS的大别山区NPP及NDVI时空动态及相关性研究

利用2000—2019年MOD13Q1 NDVI和MOD17A3 NPP遥感数据，在GIS空间分析技术支持下，利用相关分析、回归分析等方法，分析了该时段内大别山区归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)与植被净初级生产力NPP(Net Primary Productivity)的时空变化特征，探讨了该区NPP与NDVI之间的相关性。研究结果表明：(1)近20年来大别山区NDVI变化于0.73～0.81,多年均值为0.78,空间分布上呈现出由中心向四周边缘递减的趋势，大别山区在研究时段内植被NDVI呈现出波动上升的趋势，78.88%的大别山区植被处于改善趋势。(2)NPP均值为497 g/(m²·a),变化于402～576 g/(m²·a),整体上呈现出“中间高、边缘低”的空间分布特征。自2000年以来，大部分区域的NPP都呈增加的趋势。(3)NPP与NDVI在时间变化上呈显著正相关，空间分布上绝大部分区域呈正相关，但不同植被类型上相关系数有所差别，其中针叶林的最高，其次为阔叶林、灌...     

1644年以来许昌地区历史特大洪水序列研究

通过对许昌地区1644年以来的特大洪水灾害事件的统计分析,以及与中国东部气温变化情况的比较,可以发现许昌地区近400年以来的特大洪水事件在空间分布上有东西部差异显著、从东部向中部集中的趋势;同时在时间序列上呈现出逐渐增大的规律性变化,且多发生于由冷转暖的气候过渡期内．     

1965年以来张家口地区季节干旱变化特征分析

 干旱对河北省张家口地区农业生产具有重大不利影响，典型干旱年份导致了严重的经济损失。基于张家口地区14个气象站1965-2018年的气象观测资料，采用标准化降水指数（SPI）和数理统计方法，分析了张家口地区季节干旱的时空变化特征。结果表明：影响农业生产显著的夏季干旱呈显著增加趋势，特别是20世纪90年代以来，干旱持续时间较长，空间范围较大；春秋季干旱出现减轻趋势，21世纪以来干旱相对偏轻；冬季干旱没有显著的变化趋势。因此，应重点加强对夏季干旱的防御管理。     

三江源区多尺度水文干旱特征及植被的响应

采用标准化降水指数SPI和遥感植被指数(NDVI、EVI)量化1961—2018年三江源区的生长季植被和水文干旱的演化特性,基于Mann-Kendall趋势检验法分析了三江源区1961—2018年干旱与植被的时空演变趋势,并基于斯皮尔曼等级相关系数进行了不同干旱变量与植被指数的相关性分析。结果表明： 三江源区季度干旱事件发生于1963年、1966年、1984年、1992年、2000年和2017年;春季有显著湿润化现象（平均趋势特征值Z=228）,秋季澜沧江源和长江源中部有不显著干旱威胁;5月黄河源以北地区有显著植被增加趋势,9月长江源中部与澜沧江源有不显著植被退化趋势,2000—2018年植被变化趋势是北部强于南部、西部强于东部;21世纪以来,干旱事件与植被有一定的响应关系,SPI3与植被指数显著正相关。     

基于标准化降水指数的贵州省近54年干旱时空特征分析

近年来中国干旱灾害频繁发生,对人们生活、生产造成了严重影响。以贵州省为例,选用标准化降水指数为干旱指标,分析年度和季节的干旱发生频率的变化特征。结果表明:近54年来,贵州省年季和季节干旱总体上呈现阶段化趋势,整体表现为干旱增加趋势,20世纪80年代中后期和21世纪初期是干旱频发期。干旱频率在空间分布上差异显著,东部地区年尺度干旱较为常见;季节尺度上,除了夏旱高频区呈零星状分布外,其他如春旱主要发生于中部及东部地区,秋旱高发区集中分布于中部和东北部地区,冬旱常发生于贵州省北部地区。研究表明SPI指数能够较好地反映研究区年际及季节性干旱变化特征,能为该地区制定防旱抗旱措施提供理论支撑。     

东亚、北非干旱半干旱区边界层高度变化及其影响因素

利用欧洲中期天气预报中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting)20世纪第一代再分析资料ERA-20C(the ECMWF twentieth century reanalysis)对东亚、北非2个典型干旱半干旱区1900-2010年边界层高度变化及其与气象要素变化之间联系进行了研究,结果表明:(1)两个地区的边界层高度在整体变化、年际变化以及年代际变化中基本呈现出相反的变化趋势,整体趋势中东亚为显著上升趋势,气候倾向率为1.87 m/10a,北非为显著下降趋势,气候倾向率为-2.13 m/10a;在11个年代里,有8个年代的变化呈相反趋势。(2)干旱半干旱区边界层高度的变化均与地气温差、相对湿度、风速的变化有一定联系,其中相对湿度与边界层高度的变化最为紧密,在两个地区均为显著性的负相关,相关系数分别为-0.778 4、-0.618 4。