农业干旱与气象干旱关联性——以淮河蚌埠闸以上地区为例

基于淮河蚌埠闸以上地区60个站点1961—2015年气象数据,计算作物水分亏缺指数（Crop Water Deficit Index,CWDI）与相对湿润度指数（Relative Moisture Index,M）,以冬小麦干旱作为农业干旱的代表,分析生育期内冬小麦干旱与气象干旱时空特征,并通过游程理论识别30场主要干旱事件的历时、烈度及重现期频率,展开农业干旱与气象干旱关联性研究,结果表明：（1）时间上,冬小麦生育期内农业干旱旱情年占比均高于气象干旱,年际差最多年份均发生在冬前生长期;（2）空间上,全生育期和各个生育期内的冬小麦干旱和气象干旱呈纬向分布,由南至北旱情逐渐加重,冬小麦干旱75%以上中旱占比发生在越冬期至灌浆成熟期,气象干旱仅在越冬期出现;（3）冬小麦干旱相较气象干旱存在延时,且烈度大于气象干旱,平均历时分别为18.8旬和17.3旬,平均烈度分别为12.2和9.9;（4）气象干旱历时达到1.28旬或干旱烈度达到3.35时,便会引发冬小麦干旱,且冬小麦干旱历时、烈度重现期频率大于气象干旱,农业干旱较气象干旱持续周期更长、频率及强度更大,气象干旱加剧农业干旱旱情。     

基于CI指数的祁东县干旱特征分析

利用衡阳市祁东县气象站1960~2013年逐日平均气温、降水观测数据,计算综合气象干旱指数。以国家标准《气象干旱等级GB/T20481~2006》为依据划分不同干旱等级、计算干旱日数、干旱强度等,在此基础上统计干旱日的年、年代际统计并作了线性分析,并为应对干旱提出了自己的建议:祁东县干旱日每年均有出现,但不同强度干旱日发生频率不同,在全球变暖大背景下,干旱日等级越高,其增幅愈明显;祁东县的平均干旱过程数为2.5次/a,一年出现2次干旱过程几率最大,无旱过程的几率为9.3%;在统计年干旱强度时,选用持续时间最长的一次有较好代表性。近54a来,干旱强度年变化可分为三高两低,目前处于干旱强度较高期;祁东县大部分年份有季节性干旱,单季旱以秋旱为主,在双季干旱中,夏秋连旱居多,历史上夏秋冬连旱出现了三次;为了应对日趋严重的干旱,需增强人们的防旱抗灾意识、加大水利设置投入、推广节水农业和提高干旱监测预警能力。     

白洋淀流域径流过程对极端气象干旱的响应分析

以白洋淀流域为研究对象,选取唐河、沙河、白沟引河3条支流上游4个水文站1959—2016年的日径流数据,采用改进退水常数后的数字滤波法中的Chapman-Maxwell法对4个子流域的日径流进行基流分割,利用水文气象要素异常值法划分干旱时期,分析水文干旱（径流干旱与基流干旱）对极端气象干旱过程的响应规律。结果表明:1）白洋淀年降水量呈减少趋势,线性倾向率为1.81 mm/a2。在1979年发生减少突变,突变后降水量减少8%;并检测到白洋淀流域发生极端气象干旱,持续时间从1996年8月至2011年5月;2）4个子流域的水文干旱较气象干旱具有明显的时间滞后,且水文干旱持续时间比气象干旱更长,烈度、强度更大,表明长期干旱期间降雨-径流关系的不稳定性;3）4个子流域水文恢复时间较气象恢复平均滞后55个月,且基流恢复滞后于径流恢复。研究结果可加深径流与基流对气候变化的响应的理解,为核算河道生态需水以及维持河道生态系统健康提供一定理论依据和实践参照。     

陕西省水资源供求指数和综合干旱指数及其时空分布

识别区域的干旱时空特征对于防旱抗旱具有重要指导意义。论文采用两种方法研究了陕西省干旱时空分布特征并比较了两种方法在应用中的优缺点：其一,考虑社会经济因素对干旱的影响,采用基于水资源供水和需水平衡的陕西省社会经济干旱指标（水资源供求指数）;其二,结合SPI、PDSI和SPEI的特点,运用模糊综合法建立了综合干旱指数。结果表明：陕西省干旱发生频率很高,南北多发生轻微干旱,中部多发生中重度干旱。陕西省干旱在空间上分布差异大,两种方法均表明咸阳、西安、渭南和铜川地区旱情最为严重。在水资源量存在巨大差异的地区,如商洛与榆林,仅用一种类型的干旱指标无法全面体现实际情况,两种方法的结论存在差异：综合干旱指数表明榆林干旱较重,但供求指数为轻旱;商洛供水可满足需水,但综合干旱指数为轻旱。气象干旱指数,在水资源短缺的地区或自然生态系统中,结果更贴近于实际;社会经济干旱指数——水资源供求指数,更适宜用于水资源极其丰富且供水能力强的地区。     

基于气象和遥感数据的河南省干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着我国的农业生产。论文分别采用标准化降水指数(SPI)和条件植被指数(VCI)对河南省干旱时空特征进行分析,并探讨了气象干旱和农业干旱的相关性。结果表明:近60 a河南省气象干旱频率呈现出轻微上升的趋势,夏秋两季气象干旱频率较高,农业干旱频率在秋冬两季较高,气象干旱和农业干旱频率在不同季节呈现出不同的空间分布特点。整体上看,农业干旱相对于气象干旱,存在一定程度的滞后:冬季最长,约为2个月,春季较长,约为1个月,而夏季最短,小于1个月;河南省SPI和VCI的相关性具有明显的时空分布特征:冬季和春季相关性较强,夏季次之,秋季最差;平原和盆地区等冬小麦/夏玉米种植区正相关性较强,在非耕地区有所减弱,而在信阳南部等水稻种植区正相关性差。     

气象干旱对甘肃省榆中县乡村社会—生态系统的影响

干旱影响研究是干旱及半干旱地区人地关系研究的重要内容,社会—生态系统的视角为西北地区生态脆弱—贫困区的可持续性研究提供了新的思路。选取甘肃省榆中县为研究区,运用标准化降水指数、干旱经济损失估算模型和GIS分析工具,分析干旱对粮食产量、经济发展和农户家庭的影响,归纳干旱对乡村社会—生态系统的影响机制。研究结果表明：（1）1960-2015年,榆中县气象干旱程度较强,且与粮食产量呈显著正相关,尤其对榆中县南、北部山区的粮食产量影响显著;（2）气象干旱造成的经济损失具有频率高和空间分布广的特征,经济损失严重区集中在榆中县南、北部山区;（3）农户家庭受灾面积较大,农作物减产和家庭收入损失明显,气象干旱造成的粮食安全问题严重,且“纯农型”家庭收入损失和粮食安全问题尤为突出;（4）水资源利用环、产量环、收入环—生计环和经济环为干旱影响社会—生态系统运行机制的关键环节。     

近50 a甘肃省气象干旱时空变化分析

气象干旱是影响人类社会最严重的气象灾害之一,且对中纬度干旱半干旱地区的危害更为显著。为探究气候变化背景下我国甘肃地区干旱事件的时空分布,首先根据甘肃1969—2018年月值气象资料计算标准化降水蒸散指数（SPEI）,通过游程理论提取干旱事件。随后采用REOF旋转正交分解将研究区划分成5个气候子区,并以每个子区为单位,基于B-G分割算法细致对比各子区不同时间尺度干旱事件的变化特征和演变趋势。最后,采用相关性分析探究各子区干旱事件的驱动因素。主要结论有：（1）研究区干旱累积历时呈微弱增加趋势（0.475 d·(10a)⁻¹）并存在19 a的主周期,干旱强度呈先缓和再加剧趋势,尤其是2000年后干旱加剧显著,并呈现出西北部干旱减轻、东南部干旱加剧的空间变化趋势。（2）REOF分解的前五个模态累积贡献率为53.06%,主要的空间分布模态为：全区一致型模态和南北反向分异模态。将研究区分为5个干旱子区：河西地区、河东中部地区、河东东部地区、乌鞘岭地区和河东西部地区。（3）河西地区自1988年以来气象干旱显著缓和（P＜0.01）;河东东、中、西部地区存在不同程度的干旱加剧趋势（0.120·(10a)⁻¹、0.129·(10a)⁻¹、0.072·(10a)⁻¹,P＞0.05）;乌鞘岭地区在1975年以后气象干旱显著缓和（P＜0.01）,形成了干旱缓和与加剧变化的分水岭区域。（4）季节上,河西地区仅夏季呈缓和趋势;河东东部地区春季呈显著干旱化趋势,而秋季相反;河东西部地区春夏两季气候干旱化趋势明显而秋冬两季相反;河东中部地区和乌鞘岭地区季节变化呈明显一致性,前者四季均呈干旱化趋势,且春季干旱化最剧烈,后者四季均呈缓和趋势,且冬季最明显。（5）研究区气象干旱受当地气候因子和环流因子因素的共同影响,河西地区和河东西部地区对气温的响应明显而河东中、东部地区则对降水量的响应明显;乌鞘岭地区对日照时数的响应明显;NAO指数对研究区夏季气象干旱存在重要影响而ENSO事件（厄尔尼诺-南方涛动）对研究区春秋两季（尤其是春季）气象干旱存在重要影响。     

基于水资源供需平衡机制的安徽省干旱时空分布

基于目前大多数干旱研究偏于气象、水文和农业干旱,不能较好地反映供求矛盾,论文根据水资源供需成因的旱情评价方法,对安徽省2001-2005年的旱情时空分布进行了综合分析。研究发现,在时间上,安徽省2001和2005两年同为中度干旱,但差别甚大,平水年份的2005年的旱情等级数(Drought Index,DI)(1.485 9)却远高于偏枯的2001年(DI 0.890 9);在空间上,平水年份的2005年总体为中度干旱,但各地市区域差异明显,经济发展水平较高、用水量大的城市干旱严重(如合肥、淮南、马鞍山、芜湖市等)。淮北(DI -0.146 1,无旱)与芜湖(DI 2.466 2,严重干旱)两市水资源自然量和人口数量都相当,但旱情迥异。研究发现,造成上述旱情差异的根本原因是由于社会经济发展水平的差异而引起的水资源供需量的巨大差别。研究认为,在现代的社会背景下,单独的气象干旱、农业干旱和水文干旱已不能全面反映旱情状况,而社会经济干旱对旱情的描述更为直观,采用水资源供需平衡机制对旱情的评价也更符合实际。     

多种干旱监测指标在黄河流域应用的比较

利用黄河流域(包括青海、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、山东、内蒙古中西部)145个气象站1961—2010年月降水、气温、蒸发资料,为探讨目前国内常用的干旱监测指标的区域适用性,对比分析了几种干旱监测指数在黄河流域的应用情况,这些指数包括综合气象干旱指数(CI)、标准化降水指数(SPI)、帕默尔干旱指数(PDSI)、降水距平百分率(Pa)和K干旱指数(K)。结果表明,近50 a来,5种干旱指数中,K和CI对干旱的监测结果与实际情况吻合得较好,其次分别为SPI、Pa和PDSI。就CI和K而言,CI监测结果过于偏轻,对研究区内一些较重的干旱过程有遗漏;K对干旱程度的判断在某些区域(如青海、内蒙古中西部)过于偏重,对河南的夏、秋季干旱过程有遗漏。总体来说,在黄河流域,K指数监测的干旱结果与实况最为吻合,使用K的监测结果能最接近地反映实际的干旱状况,但以下情况除外,对于河南的夏、秋季,内蒙古的冬季,建议采用CI的监测结果;内蒙古的夏季,K和CI的监测结果均比较适宜,可结合使用;山东的冬季,K和Pa的监测结果可结合使用;山东的夏季,建议采用Pa的监测结果;而对于青海省,各个季节均建议使用SPI的监测结果。     

基于标准化降水蒸散指数的陕西省近50 a干旱特征分析

基于陕西省18 个气象站点1961-2010 年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过计算各站历年逐月的SPEI 指数值,统计近50 a 各站点出现的干旱过程,分析了陕西省历年、历年各季及月尺度上的干旱发生频率、覆盖面积和干旱发生强度,揭示了陕西省干旱发生的时空和强度演变特征。研究结果表明,近50 a 来陕西省干旱发生频率呈明显的增长趋势,尤其是1990 年以来的近20 a;陕西省在年、春、夏、秋、冬及月尺度上均有干旱发生。其中,秋季干旱最为严重,春季次之。在年代际变化方面,全省以20 世纪90 年代干旱最为严重,2000 年以来的干旱次之;干旱出现既有全省性的大范围干旱,也有区域性的局部干旱,分布极不均匀,总体分布特征是北多南少;干旱发生强度分布呈现出关中最强、陕南次之、陕北最弱的特点。     

黄淮海平原灌溉水量变化特征及其与气象干旱的关系

以黄淮海平原为研究区,以WaterGAP用水量模型的灌溉耗水量与取水量数据、scPDSI数据为基础,探讨了黄淮海平原灌溉用水量变化特征及其与气象干旱的关系。研究结果表明：黄淮海平原耗水量约占取水量的1/3,其中河北南部、河南和山东等地区用水量均高于其他地区,耕地集中分布区灌溉用水量明显高于其他地区,2003—2014年灌溉取水量呈增加趋势,约37 mm/月;黄淮海平原气象条件趋于干旱,其中2006—2014年干旱连续多发,scPDSI与灌溉取水量距平值大于0的单元数间具有显著的非线性相关关系（R²=0.60）,其中8-12月二者相关关系较为显著;气象干旱是黄淮海平原灌溉用水量增加的重要原因,在气象干旱和农业灌溉的共同影响下,研究区水储量亏损量持续增加。     

黄河流域干旱状况变化的气候与植被特征分析

应用干旱的气候分析方法和遥感监测方法,分别利用1982～1998年(1999年)降水和气温气象数据,以及AVHRR的NDVI遥感数据计算了黄河流域气候干旱指数和距平NDVI。以像元为单位,应用线性回归斜率和相关系数分析了流域内干旱状况的气候特征和植被特征的变化状况,并进行了流域干旱状况类型的区域划分,从气候和植被特征方面分析了黄河流域近18年来干旱变化状况。通过研究得出以下结论:黄河流域在1982～1999年间干旱的气候特征比较突出,在101°20'E以东地区受干旱威胁,共占黄河流域面积的71%;黄河流域在101°20'E以西的源头地区,干旱的气候特征和植被特征目前都处在相对减弱的趋势中,干旱没有进一步严重恶化的迹象;黄河流域灌溉农业地区植被基本不受气候干旱的影响。     

长江中下游地区气象干旱特征

长江中下游地区是中国重要的粮食生产基地,在当前全球气候变化的背景下,旱灾将直接影响该区域人民的生产生活和国家粮食安全。基于标准化降水指数（SPI）,采用1961-2015年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格点数据集,通过游程理论定义气象干旱事件,并获取了描述干旱事件特征的三个变量：干旱历时、干旱烈度和烈度峰值。指数函数和伽马函数分别用来拟合干旱历时和干旱烈度的边缘分布,Clayton Copula函数用来构建干旱历时和干旱烈度的联合分布。在此基础上,分别用常规单变量和基于Copula双变量的频率分析方法探讨55年来长江中下游地区干旱事件在不同时间尺度下的空间特征。结果表明：（1）不同时间尺度下,长江中下游地区的干旱特征空间格局存在一定的差异,最严重的干旱主要发生在长江下游地区; （2）不同时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即较严重的干旱事件通常持续更长的时间;（3）鄱阳湖流域和长江干流下游的北部干旱风险较高,而陕西南部、河南南部、湖北大部和湖南的中北部干旱风险较低。研究结果可为长江中下游地区水资源的科学管理和干旱灾害的风险评估提供理论依据。     

西部干旱半干旱地区水资源再生利用分析

结合西部干旱半干旱地区的地域特点、水文特征和水资源开发利用状况，分析论述了该地区水资源短缺与水污染加剧这一矛盾所决定的西部地区水资源开发利用的特点及其对地区经济发展的制约，认为水资源的再生利用是解决西部地区水资源危机的一条有效途径。以城市污水为再生水源，根据该区域特点，提出了西部干旱半干旱地区水资源再生利用的研究内容。     

两种桑科植物叶片光合及光呼吸对模拟干旱的响应

采用150 g/L的聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)模拟干旱胁迫,研究两种桑科植物(构树和桑树)的叶片光合及光呼吸特征对干旱胁迫的响应。对植物培养液的相关化学参数以及叶片的光合参数进行测定,结果表明:干旱对构树根系吸水能力的影响小于桑树的;构树以中光合-低蒸腾-高水分利用率的模式适应干旱环境,桑树以低光合-低蒸腾-高水分利用率的模式来应对干旱环境;在模拟干旱环境下,构树以稳定的羧化效率-高光呼吸速率-高光呼吸利用份额来适应外界胁迫,而桑树以低羧化效率-低光呼吸速率-低光呼吸利用份额来应对外界胁迫。构树表现出对外界干旱胁迫更好的适应性,这种适应机制可能与其较强的光呼吸作用及其碳酸氢根离子利用能力有关。这种"以碳换水"的机制可能是喀斯特适生植物适应岩溶干旱的又一个重要机制。     

玉米干旱等级划分及气象产量评估方法

分别以(玉米年雨量平均值±0.5倍标准差)和(平均值±1.5倍标准差)界定不同等级的干旱年份,分析了干旱年对玉米产量的影响,通过对玉米生育期气象条件的分析,建立了玉米气象产量评估方程。     

基于标准化降水蒸散指数的中国东部季风区干旱特征分析

研究基于标准化降水蒸散指数,采用0.5°×0.5°中国地面气温和降水数据集,通过分析东部季风区季节和年尺度干旱覆盖率、频率以及单位面积干旱强度,揭示了中国东部季风区1961—2013年干旱特征时空分布变化。研究结果表明：近20 a东部季风区干旱特征变化明显,特别是1997年之后东部季风区干旱覆盖率和单位面积干旱强度显著增加;东北地区、华北平原、黄土高原和西南地区干旱频率增加,高频率覆盖范围扩大明显;气象干旱极端危险区扩大。全球变暖背景下东部季风区干旱呈现出极端化趋势。     

长江流域干旱时空变化特征及演变趋势

干旱通常被认为是我国最严重的自然灾害之一,其造成的经济损失十分巨大.长江流域作为典型的湿润-半湿润区,干湿交替明显,干旱事件时空分布特征较为复杂.为了深入认识和理解长江流域气象干旱现状及其特征,探究干旱事件发生规律,采用长江流域1951-2015年PDSI（Palmer drought severity index,帕尔默干旱指数,运用Mann-Kendall检验、EEMD（ensemble empirical mode decomposition,集合经验模分解）、REOF（rotation empirical orthogonal function,旋转经验正交函数分解）、森斜率估算等分析方法,探讨长江流域干旱面积时间变化特征、干湿情景时空分布特征以及变化趋势.结果表明:1951-2015年,长江流域发生季节性干旱的面积整体呈扩大趋势,2000年后该趋势有所减缓.流域内呈现6个明显的干湿空间分布型,2000年后流域的东南部呈变旱态势,整体而言,流域内"南涝北旱"特征十分明显.未来,长江流域整体有变湿的趋势,西北部更旱,东北部变湿,南部以及东南部PDSI上升趋势明显,有发生旱涝急转的可能.      

基于SPEI的西南地区近53 a干旱时空特征分析

论文基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,统计分析西南地区128 个测站1960-2012 年的气象数据,从干旱年际变化趋势、四季变化趋势、干旱强度、干旱事件频次、干旱频率以及与ENSO的关系,对西南地区近半个世纪的干旱时空特征进行了分析。结果表明：①西南地区及子区域近53 a 来呈干旱化趋势,21 世纪初干旱发生最频繁,干旱强度、极端干旱及中等干旱的频次均呈增加趋势;②四季大部分区域呈干旱化趋势,以秋季最为突出;③春季,干旱发生频率最高且集中在横断山地、四川盆地东部和云贵高原中部,夏季,横断山地北部、若尔盖高原和广西丘陵西北部易发生干旱,秋季,云贵高原、广西丘陵及四川盆地部分区域干旱频率较高,冬季,干旱易发区集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一线;④各区域四季的干旱指数与ENSO指数相关性不同,并且ENSO事件强度与四川盆地和横断山地的SPEI 在年变化趋势方面存在明显负相关,与其他区域呈正相关。此外,西南地区在厄尔尼诺年和拉尼娜年都会出现干旱,但前者爆发干旱灾害的概率比后者高。而且各区域存在差异,四川盆地、若尔盖高原在厄尔尼诺年易发生干旱,而云贵高原在拉尼娜年发生频率较高,广西丘陵、横断山地没有明显规律和特征。     

重庆市干旱强度时空分布规律研究

根据重庆市34个国家级气象站点1961～2016年的日降水量数据,基于重庆市干旱标准,提出重庆市季节性干旱强度指数及年干旱强度综合指数的新算法,并研究重庆市干旱强度的时空分布规律。结果表明,重庆市季节性干旱强度的区域差异大,渝东北夏旱、秋旱及冬旱严重,渝西部为春旱、夏旱的主要分布区,渝中部伏旱最严重;渝东北除春旱外的其他季节性干旱、渝东南的伏旱及秋旱、渝西的夏旱及伏旱和渝中部的伏旱,其季节性干旱强度指数极值均可达到特重旱标准。年干旱强度具有从渝西部向渝东南减小的分布规律,渝西部地区干旱强度最大,其次是渝中部地区和渝东北地区,渝东南地区干旱强度最小。重庆市季节性干旱强度的时间变化趋势不同,春旱及冬旱强度指数总体上呈减小趋势,伏旱和秋旱强度指数总体上呈增加趋势,夏旱强度指数和年干旱强度综合指数时间变化趋势的地区差异较大。近55年来重庆市年干旱强度综合指数变化具有显著的3 a、5 a和18 a的周期性变化和阶段性变化,Hurst指数预测未来短时间内年干旱强度综合指数将增强。