广东干旱逐日动态监测模型及其应用

干旱本质上是一种持续的水份亏缺现象，干旱的严重程度是水份短缺多少及其持续时间长度的函数。借鉴帕默尔（Palmer）旱度模式中的土壤水份平衡概念，采用逐日气温和降水量资料，对土壤有效含水量（分上、下2层）进行了逐日滚动模拟，提出了以下层土壤有效含水量构建逐日干旱动态强度指数（ID），该指数物理意义明确，实时资料可得，能够刻画干旱过程的丰富细节，实现对干旱发生、发展及其强度的逐日动态监测与评估。根据，。的动态变化，精确定义了干旱过程的开始和结束日期，提出了干旱过程强度指数（IDC），实现了对干旱过程的事后定量分析和评估，从而形成了兼具逐日动态监测和后评估功能的一个干旱监测指标体系。     

干旱定义及其指标评述

本文对气象、水文、农业、经济四种干旱类型的概念进行了论述，并对这四种干旱类型之间的并、交和包含关系及其指标进行了探讨。     

干旱指标及其在新疆阿勒泰地区干旱监测分析中的应用

干旱是限制新疆阿勒泰地区农牧业生产可持续发展最主要的自然灾害之一,研究适合该区的干旱指标,是进行有效干旱监测的基础。采用新疆阿勒泰地区7个气象站1961-2008年4-10月月平均气温、降水量资料,首先通过Thomthwaite方法计算潜在蒸发量确定K干旱指数,然后对R指数、Z指数、K指数3种干旱指标进行了分析,结果表明,在监测诊断干旱轻重程度上,K指数能较客观地反映出干旱程度,R指数和Z指数监测干旱程度较轻。在此基础上,基于K指数建立的阿勒泰地区干旱监测评价的强度指数和面积指数,对该地区近48年来干旱的变化进行了分析,表明该地区干旱灾害主要集中在春夏季节,春夏连旱几率较高,强度较大;该地区干旱灾害具有阶段性特征,近年来干旱发生的频次有增多的趋势,其中秋季干旱相对较为明显。     

近40a黄淮海地区夏玉米生长季干旱时空特征分析

干旱是制约黄淮海地区夏玉米产量稳定的主要农业气象灾害,明确粮食主产区农业干旱发生的演变规律,对于采取有效的防灾减灾对策意义重大。基于作物水分亏缺指数和夏玉米干旱等级指标,分析了黄淮海地区近40a夏玉米生长季干旱的时空变化规律。结果表明:夏玉米各生育阶段间比较,播种-出苗期水分亏缺指数和干旱发生概率最大。除播种-出苗期外,随着干旱等级的升高,干旱发生概率逐渐降低,但播种-出苗期则以特旱等级发生概率最大;各阶段水分亏缺指数无明显的时间变化趋势,但年际间波动较大,特别是夏玉米生长中后期,1997年是近40a干旱发生最为严重的年份,不仅干旱持续时间长,且发生范围也最大;水分亏缺指数空间分布范围在年代际间存在"缩小-增大-缩小"的变化规律,从各年代干旱等级及其分布范围看,1991-2000年干旱最严重,2001-2010年有所减轻。夏玉米各阶段水分亏缺指数及各等级干旱发生概率基本呈现为由东南向西北逐渐增大的变化趋势,河北大部、河南西部和北部以及山东的中西部地区是各阶段干旱概率的高值区。由于年际间的波动在增大,黄淮海地区夏玉米生长中后期极端干旱灾害发生的可能性较大,北部及西部地区更是干旱灾害的高发区,生产中仍需加强对干旱灾害的预测预报及防御工作。     

广西喀斯特干旱农业区干旱遥感监测模型研究

广西中部喀斯特平原区是广西重要的粮食生产基地,但旱灾已成为该地区经济发展的障碍.利用EOS/MODIS数据,采用植被状态指数(IVC)和温度条件指数(ITC),构建了干旱指数ID的遥感监测模型, 统计分析了ID与农业受旱率的相关系数,从而确定了模型中各参数的权重系数.将该模型应用于2005年秋旱监测,经与旱情实况及前人研究成果进行对比分析,验证了干旱指数ID的有效性.通过对ID随ITC和IVC变化的敏感性评价,结果表明,ITC和IVC都能反映旱情变化,但ITC反映旱情的敏感性高于IVC,以ITC和IVC为因子构建的干旱遥感监测模型适用于广西中部喀斯特干旱农业区的旱情遥感监测.     

云南干旱的气候特征及变化趋势研究

以Thornthwaite水分平衡干燥度指数为主和自定义的反映短期降水有效性和异常性特征的有效降水指数为辅构建单站干旱综合指数,并定义了定量描述云南省受旱程度的干旱面积指数和干旱强度指数。采用变率和变差系数作为长期气候特征的定量指标,用云南省1959-2005年的资料,分1-3月、4-6月上旬、6-8月、9-10月、11-12月5个时段对云南省的干旱气候特征及变化趋势进行定量分析研究。结果表明：云南1-3月干旱最严重,平均每年有约2/3的土地受旱;其次是11-12月,有约50%的土地受旱;再次是4-6月上旬,有22%的土地受旱;9-10月干旱较轻,有约5%的土地受旱;6-8月平均受旱面积不到1%,基本不受干旱的影响。云南4-6月上旬和9-10月这两个时段干旱有发展加重的气候变化趋势,且9-10月加重的趋势更明显;1-3月干旱有减轻的趋势;11-12月和6-8月干旱变化趋势不明显。     

陕西省冬小麦干旱时空变化特征分析

利用陕西省1981-2013年22个气象站点的逐日气象数据、冬小麦生育期及产量资料,在考虑水分敏感系数与底墒期降水的基础上,分生育期构建了陕西省冬小麦的干旱指数,并且采用统计模型分离干旱对产量的影响程度,按关键生育期划分干旱指数等级范围并分析其时空变化规律。结果表明:陕西省冬小麦整个生育期干旱频率与干旱减产率有北高南低的分布规律;陕北、关中及陕南部分地区近30a冬小麦干旱有增强趋势,而各生育期的减产率变化趋势则不尽相同。     

福建气象干旱风险监测预警和评估技术

利用1961-2017年逐日气温、降水、风速气象资料,根据国家标准"气象干旱等级"中定义的MCI指数,结合干旱历史记载,采用多年平均值无量纲化处理、百分位数法确定致旱因子权系数和阈值,构建与国家干旱业务体系相一致的、适合福建的气象干旱监测预警和强度评估体系:确定全省范围内监测气象干旱可能带来灾害影响的临界阈值,用于发布干旱预警;继而根据符合预警的历史干旱过程,研制了福建全省和9地市不同区域气象干旱过程强度定量化评估指标,用于动态的过程强度评估、相似过程比较和历史排位分析等。经过2018年实际业务检验、2018年历史相似年份对比分析和历史重大干旱过程的验证,表明所确定的指标具有很好的业务应用价值。通过系统平台业务化建设,实现了对区域气象干旱风险实时动态监测预警、未来一周干旱预估和过程定量化评估,为干旱灾害防御和风险控制提供了科学的依据。     

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。     

淮河蚌埠闸以上地区冬小麦干旱对气象干旱的响应

本研究基于淮河蚌埠闸以上地区60个气象站点1961-2015年的日尺度数据,借助作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index, CWDI)和相对湿润度指数(Relative Moisture Index, M)分别表征冬小麦干旱和气象干旱,分析2种干旱的时空演变特征,计算冬小麦干旱对气象干旱的时滞,最后探讨了冬小麦干旱时滞与下垫面地理因子之间的关系,得出结论:1)时间尺度上,对CWDI而言,除灌浆成熟期外,其余生育期的CWDI呈微弱下降趋势;对M而言,各生育期的年际趋势均无明显变化;空间尺度上,CWDI和M各站点中旱以上级别占比均呈现由北部向南部递减特征。2)冬小麦干旱对气象干旱的时滞在返青抽穗期最短,为3.21d,越冬期的时滞最长,为84.35d。3)各生育期的下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞的关联度都较好,均在0.5以上。各下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞关联度高值点多分布在土壤持水力较差、海拔较高、坡度较陡的山区,东及东北坡向的地区,降水较少、气温较低的北部地区。     

干旱综合风险指标的构建及风险区划——以河北省冬麦区为例

以河北省冬小麦种植区为例,基于自然水分亏缺率指数、降水距平百分率指数和抗旱指数,构建了干旱风险综合指标,并开展了风险区划;同时,利用冬小麦单产减产百分率和该区域历史旱灾发生频次资料,比较并验证了干旱风险综合指标和风险区划结果。结果表明,所构建的干旱风险综合指标适用于冬小麦的干旱风险区划,对于冬小麦因旱灾造成减产的风险评估和预测具有一定的参考价值。     

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。     

干旱及其影响

本文研究了干旱和沙漠化、干旱与饥荒、干旱与蝗灾的关系。得到三个主要结论:1.气候干旱是沙漠化的主要原因;2.公元1949年前我国华北地区饥荒发生的面积与干旱指数成正相关;3.公元1949年前我国华北地区蝗灾的面积与干旱指数成正相关。公元1470—1979年我国出现了两次严重的旱灾:最严重一次旱灾出现在公元1636—1642年;较严重一次旱灾出现在公元1875—1878年。本文分析了它们的发生、发展及其对社会的影响。     

基于BEPS模型模拟地表蒸散的干旱监测技术

为构建有效的干旱监测与评估指标,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据以及NCEP/NCAR再分析资料并基于遥感过程耦合模型BEPS模拟了地表蒸散(evapotranspiration,ET)。同时,利用通量观测网AmeriFlux的站点观测数据验证该模型在ET模拟研究中的可靠性与适应性,在此基础上,构建BMI指数,分析了2007-2009年研究区域干湿状况的时空分布特征,并与其他干旱指数进行对比分析。结果表明:12个站点通量实测值与模型模拟的ET的相关系数为0.8568(p0.01),表明BEPS模型能够较好的模拟美国陆地生态系统的ET。BMI值的空间分布特征较为明显,与降水量与ET经纬向变化较为一致。而BMI值的时间分布特征表明,其具有较为显著的季节变化。这与地形、气候特征以及植被的分布关系密切。从检验效果来看,受降水量的影响,BMI在月尺度以上干旱监测效果相对较好。BMI与USDM的相关系数表明,本文在BEPS模型模拟ET的基础上构建的指标在干旱监测中是可行的。     

基于水分盈亏指数的四川省小麦生育期干旱风险评估

利用四川省135个气象台站1961~2014年逐日气象资料和29个农业气象观测站的小麦观测资料,选取水分盈亏指数作为干旱评估指标,分析了54年来四川小麦7大种植区不同生育期的各级干旱时空变化特征及其风险分布情况。结果表明:小麦各生育期发生干旱站均次数以川西南山地最多,其多年平均值达0.9以上,可谓十年九旱。各区干旱站均次数的时间变化趋势不明显。生育阶段以孕穗-抽穗期发生干旱频率较高,其次是拔节-孕穗期,最低的是抽穗-乳熟期。从干旱频率空间分布特征来看,川西南山地是发生轻旱频率最高的地区,川西高原中旱和重旱的发生频率要高于其它各区,盆地各区域中只有盆中和盆西部分区域发生干旱频率相对较高。小麦干旱风险分布情况为川西南山地以及川西高原的南部区域是干旱高风险区,大部分区域可达极重风险,盆地以盆中为干旱风险高发区。     

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。     

干旱预报的研究进展评述

近年来,人们对干旱灾害的预报研究取得了长足的进步.在介绍了干旱分类及其应用指标的基础上,对目前在气象干旱预报、农业干旱预报以及干旱的集成预报方法方面所取得的进展进行了阐述,并讨论了各种预报方法的优缺点以及未来干旱预报的趋势.     

变化环境下渭河流域农业干旱形成与发展过程的时空特征研究

本研究采用3个月尺度的标准化降水指数(SPI3)表征农业干旱,对渭河流域的农业干旱发展过程包括干旱发生、结束及其转化期和持续时间的演变特征进行了研究。此外,通过交叉小波探究了太阳黑子和大气环流异常因子与SPI3指数之间的相关性。结果表明:(1)渭河流域农业干旱发生和结束的偏好季节均为夏季;(2)渭河流域干旱持续时间、发生和结束的转化期的趋势变化并不明显;渭河流域平均干旱持续时间约为3. 6个月,明显长于渭河流域的干旱发生转化期和结束转化期;(3)太阳黑子对于渭河流域农业干旱发展过程的影响最为强烈,厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)和北极涛动(AO)次之,太平洋10年涛动(PDO)最弱。研究结果有助于揭示农业干旱的形成机理,为建立可靠的农业干旱早期预警系统提供一定的科学依据。     

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。     

干旱遥感监测方法研究应用进展

严重、频繁的干旱已经成为世界范围内最为严重的气候灾害之一,它直接阻碍了社会经济的可持续发展.开展干旱的监测、预测与评估研究,具有重大现实意义.首先回顾了国内外的研究动态,介绍了几种干旱遥感监测指数的原理、方法以及适用范围,重点阐述了EOS/MODIS数据的计算模型的应用,并对各种干旱监测指数存在的问题以及干旱监测的发展趋势进行了探讨.