基于SPI的渭河流域干旱特征演变研究

基于渭河流域21个气象站的1961-2010年的标准降水指数(SPI),采用Mann-Kendall趋势检验法研究了各个站点12个月份的SPI、干旱严重程度以及干旱历时的变化趋势,最后运用Copula函数计算了渭河流域两种典型干旱情景下的联合重现期。得到主要结论如下:(1)整个渭河流域干旱趋势明显,其中干旱化显著的月份主要有11、12以及1月,而有湿润化趋势的月份主要集中在7、8月份,此外,干旱严重程度与干旱历时的变化趋势均不显著;总的来说,该流域干旱季节越干旱而湿润季节越湿润的趋势进一步加大了水资源管理的难度,渭河流域存在较大的旱涝风险;(2)就"且"重现期而言,渭河流域发生典型中度干旱和典型重度干旱的联合重现分别为28.9年和53.1年一遇;整个渭河流域发生中度干旱的可能性大,流域西北部发生旱灾的概率要大于东南部。因此,相关部门应该加大渭河流域西北部干旱监测力度,提前做好防灾减灾的准备。     

基于综合干旱指数的黄河流域干旱多变量概率特征研究

变化环境下,全面掌握干旱演变特征对流域水资源管理具有重要意义。基于黄河流域1952-2012年月降水和径流资料,采用Copula函数和综合干旱指数(MSDI)分析了干旱多属性概率特征及其动态变化,运用交叉小波变换,探究了太阳黑子、大气环流异常因子(AO、ENSO)和植被覆盖指数(NDVI)对黄河干旱的影响。结果表明:(1)MSDI综合了SPI和SRI的优势,能够系统全面地反映流域干旱情况;(2)流域上游和中游部分分区不仅容易受到干旱的侵扰,且干旱风险还在加剧;(3)太阳活动、AO、ENSO以及NDVI都对黄河流域干旱有影响,其中太阳活动不仅直接影响MSDI的变化,也通过影响AO和ENSO间接影响MSDI的变化。     

西北干旱灾害影响因子分析

干旱是西北地区最严重的灾害，利用西北地区降水和农作物旱灾面积统计资料，将干旱灾害事件与影响因子进行对比分析，结果表明：厄尔尼诺事件当年或次年，南方涛动指数负距平，太阳黑子低值，青藏高原为多雪年，地表径流枯期，西北干旱灾害发生率较高。     

基于非参数法的气象-水文干旱风险评估及其动态演变探究

参数统计法广泛应用于水文频率分析。然而,与非参数核密度估计相比,当样本出现"多峰"时,其可能会导致参数估计值的分位点出现较为明显的偏差。基于此,本文以渭河流域为研究对象,基于降水和径流信息,采用非参数核密度估计法构建了综合干旱指数(NKMSDI)。采用Mann-Kendall法和启发式分割法分析了渭河流域综合干旱的演变规律;结合干旱风险因子(脆弱性、暴露度、恢复力)探究了其干旱风险的动态演变特征。结果表明:(1)提出的NKMSDI可综合表征气象—水文干旱状况,与其他方法构建的综合指数相比,其对干旱的表征结果更为可靠;(2)渭河流域干旱呈现显著加剧趋势,且NKMSDI序列存在变异点(1994年);(3)流域干旱风险呈现显著增大趋势,其中脆弱性增加,暴露度增加,恢复力减小。     

基于PDSI的渭河流域干旱变化特征

根据渭河流域的气候特征与地理位置,利用该流域1961-2008年21个气象站的气象资料,重新修正了Palmer干旱指数,并利用Mann-Kendall检验以及Morlet小波分析方法计算分析了PDSI的变化特征。结果表明:渭河流域有较显著的变干趋势;有北部较南部干旱,西部较东部干旱的空间变化特征;泾河是最容易发生干旱的地区,且干旱的程度最为严重;时间上,秋季发生干旱的可能性大;小波分析表明渭河流域大约有22年左右的干湿变换周期,与太阳黑子磁性活动周期一致。     

西安市汛期降水变化特征及驱动机制研究

变化环境下城市内涝灾害事件频发,已严重威胁城市居民生命财产安全,汛期降水强度大、持续时间长、影响范围广,是城市内涝主要致灾因子,通过分析城市汛期降水变化特征并进一步揭示其驱动机制,可为城市防洪减灾与水资源管理提供参考。本文采用Mann-Kendall检验、累积距平和连续小波变化等方法分析西安市1951-2017年汛期降水变化特征,采用交叉小波和小波相干揭示太阳黑子、大气环流异常指数北极涛动(AO)、南方涛动指数(SOI)、厄尔尼诺(ENSO)、太平洋年代际振荡(PDO)、北大西洋振荡(NAO)对西安市汛期降水变化驱动机制。结果表明:西安市汛期降水量主要集中在中雨和大雨。汛期降水总量、小雨和暴雨降水量均呈减少趋势,日降水量、中雨和大雨降水量呈增加趋势。汛期降水总强度、日降水强度、月降水强度和不同等级降水的强度均呈增加趋势。汛期降水集中度Q指数呈增加趋势,降水日数减少,汛期降水有更为集中的趋势。汛期降水量存在1958和2002年两个突变点,并且有7-9年的显著周期。AO和太阳黑子对汛期降水的影响最为显著,其次为SOI、NAO和ENSO,PDO的影响相对较弱。AO、SOI、PDO和NAO对汛期降水主要存在正向驱动,ENSO对汛期降水主要为负向驱动。1975年之前太阳黑子对汛期降水有正向驱动,1975年之后则为负向驱动。     

基于APSIM模型的春玉米生育期旱灾损失敏感性定量分析

作物不同生育期旱灾损失敏感性研究对于提高农业干旱监测准确率、采取合理的农业抗旱减灾措施等有重要意义。干旱发生时,农业用水被压缩,充分利用当前可用灌溉水量以取得较好的作物产量效益是农业抗旱减灾中的重点。目前已有研究大多从水分胁迫试验出发,分析不同干旱胁迫对作物产量的影响,定性分析作物各生育期旱灾损失敏感性。由于农田试验样本有限,无法从统计手段定量研究作物旱灾损失敏感性。该文利用作物模型模拟的方法,基于历史数据设置干旱情景,模拟春玉米生长,研究不同生育期干旱胁迫与产量关系。选取典型年,通过历史气象数据替换典型年不同作物生育期同期气象数据的方法,构造典型年不同生育期干旱情景,驱动作物模型,模拟春玉米生长过程及产量。选用标准化降水指数(SPI)识别干旱程度,建立不同生育期SPI与产量之间定量统计关系,利用SPI变化所引起的产量变化率构建旱灾损失敏感性指标,定量评估春玉米不同生育期旱灾损失敏感性。结果表明:(1)不同生育期阶段发生不同程度干旱对产量的影响差异较大。其中拔节-抽雄、开花-吐丝旱灾损失敏感性较大,播种-七叶以及乳熟-成熟阶段敏感性较小。在典型正常年景下,春玉米播种-七叶、拔节-抽雄、开花-吐丝以及乳熟-成熟阶段的旱灾损失敏感性指数分别为90.5、804.7、772.5和401.9。(2)不同典型年水平下,春玉米旱灾损失敏感性差异明显,其中典型干旱年各生育期阶段旱灾损失敏感性最大,典型丰水年各生育期阶段旱灾损失敏感性最小;典型干旱年、正常年和丰水年春玉米生育期平均旱灾损失敏感性指数分别为862.7、518.9和35.2。(3)典型丰水年景下,即使是抽雄、开花-吐丝期春玉米产量形成关键阶段发生严重干旱,春玉米产量影响较小,表明春玉米单个生育期受旱,相邻生育期水分充足时,产量受到明显的水分补偿作用。     

东江流域干旱等级演变及主要因子影响

选用1956～2009年降水、气温、径流、水库出入流和社会经济用水的月系列资料,基于标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SSI),分别评估东江流域气象干旱和水文干旱的等级分布。通过对比它们之间的干旱等级变化,分析干旱演变特征及降水、潜在蒸散发、下垫面、水库径流调节作用、社会经济耗水对流域干旱等级的影响,为流域抗旱减灾的水资源管理决策提供科学依据。结果显示:(1)气象干旱和水文干旱均主要表现为春旱(1～3月)和冬旱(10～12月),这与流域降水年内分配特征一致;(2)考虑降水和潜在蒸散发共同作用与单一考虑降水影响比较,更多的气象干旱其等级在冬季上升,春季则下降,这与流域气温年内变化规律一致;(3)气象干旱向水文干旱传递过程中,更多的干旱其等级在冬季下降,春季则上升,且存在跨多个干旱等级的跳跃变化,这与流域下垫面在产汇流过程的延滞作用有关;(4)水库径流调节作用显著降低了水文干旱等级,社会经济用水则导致水文干旱等级上升,但水库径流调节作用对东江流域水文干旱的影响更为显著。     

基于格点数据的柴达木盆地极端干旱变化特征分析

利用标准化降水蒸散指数,分析了柴达木盆地极端干旱事件发生的时空变化特征。研究得到以下结论:(1)1961-1990年极端干旱发生面积覆盖率相对较低,从1990年开始显著增大。极端干旱发生面积覆盖率1961-1970年最小,2001-2010年最大;(2)7,8,9这3个月,整个盆地都发生了极端干旱状况。1994-2001,2004-2007,2009-2013年是柴达木盆地极端干旱发生状况比较严重的时间段;(3)1961-1976年中小灶火有极少年份发生极端干旱。都兰1977-2013年极端干旱发生频率显著上升,大柴旦发生频率变化不大。小灶火和茫崖1977-2013年所有等级干旱发生频率均高于1961-1976年;(4)都兰极端干旱发展过程呈显著的双峰发展态势,小灶火和茫崖呈显著的双月型发展态势,大柴旦呈显著的U型发展态势。     

基于多元数据融合的安徽省干旱遥感监测模型研究

干旱是威胁粮食安全的重要因素。为实现干旱的精准监测,提出距平温度指数、距平降水指数、距平土壤含水量指数,将距平模型分别和分类回归树、多元线性回归模型融合,提出距平分类回归树模型和距平多元线性回归模型,并验证模型的可行性。首先选取安徽省2001-2014年168个月的降水、遥感温度、植被和土壤含水量指标,将2001年-2010年距平指数作为率定期,2011-2014年距平指数作为验证期,分别计算距平分类回归树模型和距平多元线性回归模型参数,并预测验证期模型值,计算两种模型值与SPI1值的相关系数,并与历史干旱记录进行对比。结果表明:验证期距平分类回归树模型指数和SPI1的相关系数为0.878。验证期距平多元线性回归模型指数和SPI1的相关系数为0.882。验证期距平分类回归树模型与SPI1等级准确率为0.77。验证期距平多元线性回归模型与SPI1等级准确率为0.80。距平分类回归树和距平多元线性回归模型都有良好的监测效果,其中距平多元线性回归模型的监测效果更好些、可作为安徽省干旱监测的良好模型,为农业部门制定抗旱措施提供参考。     

基于游程理论和Copula函数的辽宁省农业气象干旱特征研究

基于辽宁省近30年的气象站点逐月气候数据,计算SPEI-3指数作为农业气象干旱指标,利用游程理论对辽宁省的干旱特征变量进行识别,使用Copula函数同时从站点尺度和区域尺度对辽宁省干旱特征的联合分布和重现期进行了分析。结果表明:Frank-Copula函数对辽宁省农业气象干旱特征变量联合分布特征模拟效果最好;在相同干旱历时和干旱强度的条件下,各站点的联合重现期比单变量重现期小。干旱事件多集中在干旱历时小于4个月,干旱强度小于3的情况下发生;辽宁省不同干旱类型发生概率由高到低的排序为:季内中旱、跨季中旱、月内轻旱、半年以上重旱、月内中旱、季内轻旱。其中在季内中旱、月内轻旱和月内中旱的情况下,辽西地区发生干旱的概率最高;当干旱历时保持一致,随着干旱强度的增加,其最大最小联合重现期有明显增大的趋势;而当干旱强度保持一致,随着干旱历时的增加,不同干旱等级下联合重现期的变化规律不一致。     

东北三省近55a旱涝时空演变特征

东北三省是我国重要的粮食主产区,而干旱和雨涝对该区域农业生产的影响不容忽视。为全面反映东北三省旱涝时空分布特征,基于研究区70个气象站点1960-2014年逐月降水数据,计算了不同时间尺度的标准化降水指数(SPI)。在分析旱涝频率、旱涝发生范围及旱涝空间分布特征的基础上,利用经验正交函数(EOF)及K-means聚类方法,对不同时间尺度分别进行了旱涝分区。结果表明:(1)旱涝时空变化特征:不同时间尺度旱涝频率与其发生范围差异显著,1960-2014年间东北三省春季与冬季存在湿润化趋势,夏季、秋季、生长季及年际尺度均略呈干旱化趋势,且东北三省遭遇雨涝的风险略大于干旱;(2)旱涝分区方面:黑龙江省同时受干旱和雨涝风险最大,其次分别为辽宁省与吉林省。     

基于遥感有序加权平均干旱指数的山东省干旱动态分析

为实现对山东省全区域干旱的动态监测,建立了基于多源遥感数据与有序加权平均(OWA)相结合的一种新的干旱监测模型。在该模型中,首先选取植被条件指数(VCI)、土壤水分状况指数(SMCI)和降水条件指数(PCI)三种单指标干旱指数;然后结合基于遗传算法的改进层次分析法(AGA-AHP)与移动窗口法,得到山东省区域的这三种指标权重值,进而用OWA方法计算综合遥感干旱评价指数OWA-IDI(Integrated Drought Index)。采用综合干旱指数对山东省1982-2014年的干旱过程进行分析,结果表明:OWA-IDI与SPI的相关系数大于0.7,达到显著相关的程度;在33年长时间段中,发现了历史上的严重干旱年;在短时间段的时间序列上,2006-2014年的月序列干旱发生过程与《中国水旱灾害公报》记录的干旱事件进行对比,获得了满意的一致性;在空间上,2004年每个月的干旱区域分布与《山东统计年鉴》的降水数据进行分析、对比,验证了干旱区域分布的合理性;通过5 d合成序列的模型与月序列模型在时间上对应比较,显示了更精确的干旱监测,表明OWA-IDI在干旱评价与监测方面具有重要的应用价值。     

青海省东部农业区作物生长期不同气象干旱指标应用研究

干旱一直是制约青海东部农业区农牧业生产最主要的气象灾害。利用青海东部12个气象站点近46年(1961-2006年)的气象资料,计算标准化降水指数(SPI)、降水Z指数和相对湿润度指数(M),并对各干旱指标表征的年、春季和夏季的干旱强度和干旱频率与实际干旱事件进行对比,分析其在研究区的适用性,进而分析研究区的干旱变化特征。结果表明:3种干旱指标相比,相对湿润度指数(M)对实际干旱事件的反映更准确,且能反映出不同地区干旱发生频率的差异。选取相对湿润度指数(M)作为区域干旱监测指标,得出时间上区域的春季干旱强度年干旱强度夏季干旱强度,夏季的干旱强度有不显著的增大趋势,而年尺度和春季的干旱强度有不显著的减小趋势;空间上,区域干旱频率和干旱强度均表现为南高北低的特征。     

基于标准化降水蒸散指数的华南干旱趋势研究

最近几年华南地区干旱频发,为探讨该地区的干旱趋势,用标准化降水蒸散指数(SPEI)和1961-2010年华南地区具有代表性的50个站点的月降水及月平均气温资料,分析了该地区近50年来的干旱趋势、干旱空间分布、极端干旱事件发生频次和干旱持续时间。结果表明,华南地区普遍存在干旱事实,最近10年是干旱最严重的10年,Mann-Kendall检验表明该地区平均SPEI指数从1998年开始突变;干旱化最严重的区域是海南岛、广西南部和西部地区,广东的干旱化趋势最轻。20世纪70年代干旱和极端干旱事件较少,其后明显增多,干旱持续时间也有所延长。由于该地区降水呈现弱增加趋势而温度升高显著,因此推测温度升高导致蒸散增加可能是华南地区干旱化的主要原因。另外,降水频次的减少和集中也是导致近来极端干旱事件增多的原因之一。SPEI指数较好地体现了气候变暖导致的干旱化趋势。     

基于月尺度马尔科夫模型的塔河流域洪旱灾害研究

基于月尺度马尔科夫链模型,系统研究了塔河流域各洪旱状态之间的转移概率、期望停留时间和平均首达时间,在此基础上,预测了未来该流域洪旱灾害状态发生的概率风险。研究表明:(1)塔河流域丰水月和枯水月变化显著,其中,阿拉尔4-9月份枯水发生平均概率最高,大山口枯水发生概率最低;(2)塔河流域10月至次年3月连续枯水频率最高,而开都河流域连续丰水事件发生频率最高,表明该流域有较大的大旱或大涝风险;(3)丰水事件重现期低值主要集中在开都河和阿克苏河,而和田河和叶尔羌河丰水事件重现期较高;(4)塔河流域4-5月份干旱影响较大,加剧了塔河流域的水资源短缺问题。     

湖南省严重农业旱情时空变化遥感监测与影响分析

针对2013年湖南省夏季旱灾,基于MODIS时序数据,采用温度植被旱情指数监测分析了2013年6-10月间湖南省旱情发展的时空格局与过程,及其对农业生产的影响。结果表明:(1)2013年6-10月湖南省发生了大面积的农业干旱灾害,其中,6-8月旱情持续加重;9-10月旱情得到缓解;(2)2013年6月重旱区呈带状分布于湘西北、湘中地区,7月向东发展,8月又大幅转移至西部,9-10月逐步向东南方撤退至衡阳及其以南区域;(3)6-10月是湖南省早、中、晚稻生长发育的关键时期,2013年的严重干旱导致该时段的水稻减产。     

云南极端气候干旱的特征分析

应用云南124个站点1961-2011年的旬、日、月降水和气温资料,采用综合气象干旱指数和逐日降水分析云南1961年以来的干旱强度。以云南的干旱过程强度指数为-50、区域代表站的干旱过程用强度指数为-100以上选取极端干旱较为合适,选取干旱强度最大1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年为极端干旱年进行分析表明,在4次极端干旱过程中,强度最强的是2009/2010年出现的秋冬春初夏连旱,是有气象记录以来最强的,其造成的危害及经济损失也最大,其次是1978/1979年、1968/1969年和1962/1963年出现的冬春初夏连旱。云南干旱灾害出现频繁、持续时间长,其分布具有一致性的特点,干旱出现的时段大致在冬、春及初夏季,而近年来秋季干旱呈频发之势。由于云南降水分布极不均,造成各地干旱强度指数存在差异。除滇西、滇西南局部边沿地区降水偏多,出现极端干旱相对较少外,云南大部,特别是云南中部及东部地区最容易发生极端干旱。从1970年代以来,云南出现严重干旱的强度及持续时间呈加重趋势。     

山东半岛东北部地区干旱遥感监测

利用2017/02/27与2017/05/18两期Landsat 8遥感影像数据,反演得到地表温度和植被指数,构建LST-VI特征空间,并对建立的温度植被干旱指数进行分级分析与差值变化监测。主要结论如下:(1)两期影像LST-VI特征空间整体上均近似呈现三角形,MSAVI指数拟合的干湿边方程结果均优于NDVI指数,平均R2为0.769 9。(2)研究区干旱等级变化整体呈现"三增两减"的特征,其中中度干旱面积增加3 694 km2,增幅高达225.76%,并且增加来源主要是轻度干旱等级。(3)研究区干旱等级差值检测以等级增加为主,增加总面积为5435.07 km2,但等级增加与等级降低均主要为变化一个等级。整体而言,研究区干旱等级逐渐增加,干旱不断加强。     

油茶气象灾害普查和风险区划研究——以湖南为例

基于2006—2016年湖南油茶测产数据和同期临近气象站逐日气象观测数据,采用极端天气气候事件影响判识、气象灾害指标独立性检验和相关检验等方法筛选构建湖南油茶主要气象灾害指标;采用气象灾害发生概率与油茶减产率乘积之和构建气象灾害综合指数,基于1961—1990年、1991—2020年湖南500 m×500 m历史气象资料小网格数据和2021—2050年气候变化预估网格数据,分别统计各网格点气象灾害综合指数,绘制不同气候背景下油茶气象灾害综合区划图和油茶气象灾害综合风险区划图。结果表明：影响湖南油茶的主要气象灾害为春梢萌动期低温多雨、盛花期低温阴雨、幼果期低温、果实膨大高峰期干旱、油脂转化和积累高峰期高温、果实成熟期阴雨,综合影响等级除高山区外,大部地区为气象灾害低影响区,对湖南大力发展油茶有利。通过该研究方法得到的结果较现有研究有了新的发现：(1)气象条件对油茶产量的影响需从当年追溯至上年的春梢萌动期;(2)油茶果实膨大高峰期干旱指标有效降水日数较降水总量更重要;(3)油脂转化和积累高峰期的主要气象灾害是高温;(4)在气候变化大背景下,油茶气象灾害高影响等级在减轻,但中、低风险区范围明...