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。     

西南地区短期/长期综合干旱指数的构建与应用

西南地区雨水充沛、气候湿润,但近年来,该地区严重干旱频发,造成了难以估量的经济和社会损失。干旱评估作为干旱灾害监测与防御的一个重要方面,如何准确评价并预测研究区域的旱情是当前研究的热点和难点。以西南地区南盘江小龙潭以上流域为研究区域,基于日降水、日蒸发、日均气温等水文气象资料,采用栅格化的新安江模型,对研究流域进行日尺度模拟,根据模型计算的栅格土壤含水量以及栅格产水量分别计算土壤相对湿度指数和标准化径流干旱指数,综合改进的帕默尔指数、帕默尔水文干旱指数、帕默尔水分距平指数、不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数,利用主成分分析方法,分别研制基于新安江水文模型的短期/长期综合干旱指数并探讨了其在南盘江流域的适用性。结果表明:短期综合干旱指数和长期干旱指数均能很好识别并评价南盘江流域的历史干旱。该研究成果可为西南地区及其他地区建立和健全干旱监测与预警系统提供重要参考。     

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。     

沙尘灾害遥感监测方法研究与比较

在研究和分析沙尘灾害遥感监测原理的基础上，针对沙尘灾害遥感监测工作的需要，给出了2种沙尘信息提取方法（分层提取法和热红外窗区法）和3种沙尘灾害强度监测方法（密度分割法、变化矢量分析法和可比沙尘强度指数法），并对各种方法的应用效果分别进行了分析、验证和比较。结果表明：（1）沙尘信息提取方法中，热红外窗区法较分层提取法物理意义明显，稳定性低较高，步骤简单，更适合于业务化实现。（2）沙尘强度监测方法中，密度分割法相对简单，能定性描述沙尘灾害强弱分布；变化矢量分析法虽是一种较好的监测方法，但对数据要求苛刻；可比沙尘强度指数法可用于多源遥感数据动态监测应用，是较为理想的沙尘强度监测方法。（3）综合利用遥感和地面监测数据是沙尘灾害强度监测亟待解决的重点和难点之一；同时，解决多种卫星数据监测结果的一致性和可比性，是实现卫星协同使用、提高沙尘灾害监测时间分辩率的必经途径。     

利用卫星遥感技术进行干旱监测

利用2003年卫星遥感干旱监测资料和哈尔滨市土壤湿度资料，应用土壤热惯法计算和分析了黑龙江省哈尔滨市旱灾情况，提出了相应的防治措施。研究表明：这种方法在目前对裸地面进行干旱遥感监测中是定量水平较高的，对裸露土壤湿遥感精度可达到60％，根据农业气象观测规范，它可以给出土壤干旱的绝对等级。利用这一方法，计算了哈尔滨市12个县(市)不同级别干旱灾害的分布情况。     

下垫面条件对流域极端事件影响及综合应对框架

在剖析下垫面条件变化对流域极端水文事件演变影响的基础上,构建了流域极端水文事件综合应对技术框架,并阐述其中的关键研究命题。结果表明,自然植被条件能够提高流域干旱之前土壤含水量并降低干旱过程中土壤蒸发速率,在一定程度上起到减缓干旱的强度和持续时间的作用;水利工程通过调节流域水资源的时空分布,增加可利用水资源量,能够缓解甚至规避流域干旱事件,但同时可能加剧坝址下游地区的干旱程度。自然植被条件将延长降水坡面产-汇流历时、降低洪峰流量,对极端降水洪涝事件具有一定的消减作用;此外,流域水土保持和修建水利工程等下垫面条件改变有利于河道行洪过程,能够起到缓解洪涝事件的作用。基于下垫面条件变化的流域极端水文事件综合应对技术框架包括旱涝事件监测、机理识别、影响评价和综合应对四个方面的内容,其中的关键研究命题主要为下垫面条件变化对流域极端水文事件影响的定量评估、面向流域极端水文事件合理的水土资源配置及其集成管理等。     

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。     

华北异常干旱气候事件及其对农业影响评估模式的研究

分析了华北地区旱灾的特点;采用降水量距平百分率和干旱指数分别确定了单站及区域于旱等级标准,并对近３７ａ这一地区各年主要干旱事件强度（等级）进行了评定,最后建立了干旱受灾面积和成灾面积评估模式。     

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。     

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.     

2008-2009年中国北方干旱遥感动态监测

干旱是威胁我国及世界农业发展的自然灾害之一,利用遥感技术进行干旱监测与评估已成为一种重要而有效的手段。2008年10月至2009年2月,我国北方地区出现了大面积的持续干旱,给冬小麦的生长造成了严重的影响。基于2000年至2009年Terra卫星MODIS传感器8天合成的地表反射率数据,结合地面实测土壤水分和实地调研数据,利用距平植被指数(AVI)和距平水分指数(AWI)对我国北方冬小麦主产区的干旱程度进行了分级,对干旱的发生、发展和时空变化情况进行了连续监测,得到了该时期的旱情分布结果:2008年10月份以后旱情逐渐加重,2009年1月下旬各地旱情达到了最严重的程度。研究表明,AWI对干旱的反应比AVI敏感而且准确。     

农业旱灾监测中土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是农业干旱监测最重要的指标之一。文章全面回顾了光学遥感和微波遥感土壤水分遥感反演进展，重点讨论了符种反演方法的优点和不足。光学遥感中，热惯量法和作物缺水指数法可分别较好地应用于裸露地和作物覆盖地的土壤水分监测；距平植被指数、植被条件指数采用了植被指数因子实现农业旱情监测，温度植被指数、植被供水指数和条件植被温度指数同时考虑了作物植被指数和地表温度。微波遥感被认为是当前土壤水分监测中最有效的方法。主动微波遥感空间分辨率较高，但对土壤粗糙度和植被敏感；被动微波遥感空间分辨率低，重访周期短，对大尺度农业旱灾监测具有较大潜力。为提高农业旱灾监测巾土壤水分遥感反演的精度和效率，采用光学遥感和微波遥感的结合可能是较为实际的方法。     

内蒙古草地旱灾研究

在充分考虑草地土壤水分亏缺和生产力水平的基础上，构造了草地缺水指数和旱灾评判系数。通过对旱灾评判系数与灾情历史序列的对比分析，确定了旱灾等级指标，并提出了大面积监测草地旱灾的方法，为客观准确地监测草地旱灾提供了科学依据。     

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。     

吉林省城市干旱缺水风险评价体系与模型研究

以吉林省地级城市为研究对象,从造成城市干旱缺水的致灾因子危险性,承灾体的暴露性、脆弱性和防旱抗旱能力四个方面着手,利用自然灾害指数法、加权综合评价法和层次分析法,建立了城市干旱缺水风险评价模型,引用城市干旱缺水风险指数(UDRI),对城市干旱缺水风险程度进行了评价,并借助GIS技术绘制了吉林省城市干旱缺水风险分布图,以期为实现吉林省水资源可持续利用、保障区域经济可持续发展和老工业基地改造战略实施提供科学依据.     

甘肃黄土高原气象旱度模式研究

干旱是限制甘肃黄土高原农业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。为了制定出考虑因素较全面、具有时空可比性的适合甘肃黄土高原情况的干旱指标，依据帕默尔旱度模式的基本原理和方法，针对甘肃黄土高原的实际情况，从建模资料长度、站点密度、可能蒸散计算、土壤田间持水量和径流计算等几个方面对原有模式进行了修正，用甘肃黄土高原12个代表站的资料，建立了旱度模式，并确定了权重因子。在此基础上，计算了20个代表站点的气象旱度值，并与实际旱情记载进行了对照检验。结果表明，用该模式计算的旱度值与实际灾情吻合得较好，能够反映出该区干旱程度的变化情况，特别是对一些重大旱段。通过修正后的甘肃黄土高原的气象旱度模式与原美国帕默尔旱度模式和中国1985年修正的帕默尔旱度模式的比较，进一步说明该模式适合应用于干旱评估和监测业务。     

基于联系数和马尔可夫链耦合的山东省旱情动态预测评价

为增强区域旱情预测评价模型的合理性、可解释性和预测评价结果的准确性,以山东省1972-2001年旱情历史序列作为评价样本,选取水库蓄水量距平百分率、地下水埋深、土壤含水量和降水量距平百分率4个旱情评价指标,采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法确定评价指标权重,通过计算评价样本的指标数联系数、指标值联系数并利用最小相对熵原理得到样本的平均联系数,由属性识别法确定了各年份的旱情等级,建立了基于集对分析五元联系数和马尔可夫链耦合的区域旱情动态预测评价模型(简称CNMC模型),将CNMC模型应用于山东省2000、2001年旱情等级动态预测评价中,判定山东省旱情等级,将该模型确定的旱情等级与属性识别法评价结果进行对比分析。结果表明:采用CNMC模型得到的旱情等级计算值与属性识别法的评价结果一致,可发现CNMC模型中由集对分析法确定的权重值较自相关系数法确定的权重值分布均匀,克服了自相关系数法的计算不稳定性;以联系数分量为基础的属性识别法克服了直接将指标数值与评价标准匹配得到的马尔可夫链状态等级空间的粗糙性;以前5 a各年份的联系数分量为基础,充分利用了1~5步长状态转移概率矩阵,克服了普通马尔可夫链法中仅采用状态转移概率矩阵中某一行信息所带来的局限性。CNMC模型有助于深入刻画和解析预测对象与预测因子之间的复杂关系,以联系数分量为基础,不同步长的马尔可夫链状态转移概率矩阵为驱动所建立的模型能更精准地刻画系统的不确定性趋势且计算简单、操作方便,为区域旱情动态预测评价提供了一种新途径。     

水库抗旱调度分期特征确定方法研究

为在一定程度上减轻流域干旱损失,国家防汛抗旱总指挥部提出旱限水位的概念,并开展水库抗旱调度,降低干旱影响程度。旱限水位是水库低水位运行的控制性水位,其合理设置对提高区域水资源利用率意义重大,而水文气象特征在年内的阶段性变化要求基于旱限水位的水库管理应适应其变化特征。此次研究提出水库抗旱调度分期的确定方法,采用核主成分分析法提取指标的非线性特征,结合熵权法赋予指标权重后利用Fisher最优分割法对干旱的年内阶段性变化进行划分。以黄河流域刘家峡和小浪底水库为例,分期结果刘家峡水库分3期为:7月至9月,10月至3月,4月至6月;小浪底水库分3期为:7月至10月,11月至3月,4月至6月。     

河南省境内淮河流域历史时期旱涝等级序列的重建

本文根据旱涝史料，运用旱涝等级评定法，对河南省境内淮河流域１４７０～１９４９年逐年的旱涝状况进行了评定；并采用“区域综合法”，重建了河南省境内淮河流域１４７０～１９４９年的旱涝等级序列。