基于SPEI指数的黄土高原夏季干旱时空特征分析

黄土高原作为气候变化敏感区和生态脆弱区,干旱对本区的生态环境和经济发展产生了影响深远,分析本区干旱变化规律对保障农业生产安全,维护生态系统的健康具有重要的意义。本文基于1958—2015年夏季降水和气温格点数据,以及热带海洋温度气候指数,运用标准化降水蒸散指数(SPEI)、经验正交函数分解(EOF)、小波分析、交叉小波分析等方法,分析了黄土高原夏季干旱的时空分布类型、周期变化特征,并且讨论了SEPI与热带海温的协同关系。结果表明高原夏季SPEI的EOF第一模态表现为整体一致型变化,方差贡献为32.6%,第二模态主要表现为高原东南一西北反向变化的特征,其方差贡献为16.9%,前两个模态的总方差贡献可达到49.5%。第一模态时间序列(PC1)主要表现为2-4 a周期变化,是黄土高原夏季SPEI的主周期;第二模态时间序列(PC2)存在两个周期,即2-3a和8-10a;根据交叉小波分析,这两个模态受外强迫因子的调制作用上可能存在较大的差别。黄土高原SPEI平均水平在各个时段表现出了很大的差异性,其中1978-1992年和1993-2005年两段时期干旱的分布区域有明显扩大的趋势;2006-2015年极端干旱在甘肃东部表现特别明显,在这段时期黄土高原旱涝分布的差异性较为突出。黄土高原夏季中度、重度、特旱等级的发生的频率主要在内蒙古和宁夏,此外在平原河谷地带,诸如渭河平原和太原盆地的SEPI明显低于周边地区,干旱发生的频率也显著高原周边,形成了高原上的干谷。综上所述,基于SPEI对黄土高原地区干旱进行了多尺度的时空分解,刻画了干旱的基本特征,并初步讨论了干旱的成因,研究结果可为本区干旱预警及生态保护和修复提供科学依据。