气候变化下SPEI指数在嘉陵江流域的干旱评估应用

基于嘉陵江流域1962~2010年实测月降水和月平均气温数据,利用不同时间尺度(3、6、9、12个月)的SPI和SPEI指数分析了近50a来流域干旱趋势的时空演变规律。对不同时间尺度的SPI及SPEI指数分析表明,1962~2010年嘉陵江流域整体呈干旱增加趋势,特别是流域西部和北部呈现出明显的干旱增加趋势,而流域东部的干旱增加趋势并不明显,个别站点附近还呈现出微弱的干旱减少趋势。SPI及SPEI指数的变化还表明,嘉陵江流域在大时间尺度上的干旱增加趋势更为明显,大时间尺度的干旱事件主要由降雨量决定,而气温变化对干旱趋势的影响则在小时间尺度上更为显著。此外,对于相同的时间尺度,SPEI指数相较于SPI指数检验出更为明显的干旱增加趋势,表明考虑气温影响的SPEI干旱指数更能够检测干旱事件的变化规律,因此SPEI干旱指数更适用于气候变化条件下流域干旱演变特征分析。     

汉江流域1961～2018年多尺度气象干旱时空演变特征

干旱是一种最常见的自然灾害,随着人类活动和气候变化的加剧,干旱事件的发生愈发频繁,对人类的生产生活产生了巨大影响.基于1961～2018年汉江流域0.25°×0.25°格点降水资料,选用标准化降水指数(SPI)定量分析了汉江流域的月尺度、季尺度、年尺度气象干旱的干旱趋势、干旱频率及干旱强度,揭示了汉江流域气象干旱发生的时空演变特征.结果表明:(1)SPI值能较好的反映汉江流域气象干旱变化特征,随着时间尺度的增加,SPI值波动幅度减小,稳定性增强.月、季、年尺度SPI序列的突变年份分别为1980、1988、1994年,季尺度和年尺度SPI序列分别表现出2和4年的显著周期性特征.(2)汉江流域自20世纪90年代以来呈现中部地区干旱化、东部和西部地区湿润化的趋势,干旱发生频率总体呈上升趋势,干旱强度呈现中部高,东西低的特征.其中丹江口水库附近区域和唐白河下游段呈显著干旱化趋势,丹江口以上区域干旱频率最高,干旱强度最大,轻旱、中旱事件频发.(3)各地区的季节性气象干旱特征具有一定差异性.丹江口以下地区秋旱趋势最显著,唐白河地区夏旱发生频率最高,且以轻旱、中旱事件为主,丹江口以上地区秋旱强度最高.     

基于Paircopula函数和标准化径流指数的水文干旱频率分析——以南盘江流域为例

选取南盘江流域3个水文站52 a（1961~2012年）的逐月径流资料,联合两个相邻站点,分别计算标准化径流指数（SSFI）,运用游程理论识别52 a来不同站点干旱特征,并用Pair copula函数计算不同站点的联合重现期。结果表明：（1）52 a来3个站点干旱特征值的最大值都出现在2011~2012年;从单个站点看,52 a来沾益站的干旱次数、最大干旱历时、最大干旱烈度均大于高谷马站和江边街站,最大干旱峰值出现在江边街站;从联合站点看,中游以上高谷马站和沾益站的干旱特征值均大于中游以下高谷马站和江边街站,3个站点联合识别的干旱特征值大于中下游站点联合识别干旱特征值,小于中上游站点联合识别干旱特征值,上游干旱更严重;（2）Frank Pair copula函数的RMSE、AIC和BIC值最小,拟合程度最高,适合运用于南盘江流域干旱频率分析中;（3）运用Frank Pair copula函数计算得到3个水文站点2009~2012年的连续干旱重现期都在100~200 a,是52 a来最严重的一次干旱     

基于CHIRPS卫星降水的雅砻江流域干湿时空演变分析

雅砻江流域是我国水电开发的重点区域之一，在全球气候变化背景下探究流域干湿时空演变规律有利于合理规划和充分利用水资源，为流域内农业生产活动提供科学指导。基于1981~2017年雅砻江流域内及周边16个气象站月气象数据，采用Penman-Monteith（PM）公式计算各站逐月潜在蒸散量ET0，基于气象站降水校正CHIRPS卫星降水产品，从而获得更高空间分辨率的降水数据，以此计算标准化降水蒸散SPEI指数，采用云模型、Mann-Kendall（MK）趋势检验法分析流域年代际、年、季尺度的干湿时空分布特征与变化趋势。结果表明：（1）对CHIRPS卫星降水产品进行偏差校正不但提高了精度，而且能够获得更高空间分辨率的降水；（2）流域春季呈湿润化趋势，其余时间尺度均呈现干旱化趋势，以冬季干旱化速率最快。年尺度下干湿变化不均匀度的稳定性最差，秋季稳定性相对最好。春、冬两季SPEI空间分布的不均匀度弱于时间分布；（3）同一时间尺度下的流域各级别干湿相对面积近似呈正态分布，流域干湿变化趋势空间分布差异较大；（4）流域各级别干旱与湿润高发区无明显区域分布规律，发生干旱与湿润的最高频率在20%左右，且随着干湿程度的加重，频率变化范围逐渐缩小；（5）不同年代干湿频率差异较为显著，年平均干旱频率变化趋势为减-增-减，湿润频率变化趋势为增-减-减，湿润频率高值区呈现由下游向上游转移的趋势。     

基于MODIS-EVI和CI的洞庭湖流域植被指数对气象干旱的响应

基于洞庭湖流域2000~2012年98个气象站点的综合气象干旱指数（CI）和MODIS增强型植被指数（EVI）数据,对研究时段内生长季干旱强度和EVI时空变化特征,典型春、夏、秋季干旱年月和湿润年月干旱强度和EVI的空间分布及相关性进行分析,旨在研究EVI指数能否反映大范围气象干旱事件,探讨该指数作为流域干湿状况度量标准的潜力。结果表明：（1）在年际变化上,EVI在2001、2005、2009年出现低谷值,与其对应年份的干旱强度出现高峰值;在季节变化上,干旱强度的高值段主要集中在夏秋季,低值段主要集中在冬春季;夏季EVI值最大,冬季EVI值最小;（2）去除年际变化和季节性影响的生长季干旱强度、EVI和森林覆盖率年际波动变化明显,并且干旱强度高峰值的年份对应EVI和森林覆盖率出现低值的年份;（3）典型干旱年月干旱强度高值区的空间分布与EVI距平低值区的空间分布存在高度一致性,其中夏、秋季干旱年月的干旱强度和EVI的相关系数分别通过了0.01、0.1的显著性水平检验;（4）除部分地区外,典型春夏秋季湿润年月的干旱强度空间分布与EVI距平的空间分布对应较差,两者的相关系数未通过显著性检验。上述结果表明,在典型干旱年月,流域植被的生长状况能够响应大范围的区域气象干旱情况。     

基于SPEI的湖北省近52年干旱时空格局变化

根据湖北省及周边地区40个气象台站1960~2012年实测气象资料,基于多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),选取干旱频率、干旱站次比和干旱强度等评估指标,研究结果表明:湖北省干旱影响范围总体较大,全域性干旱年份达54%;但干旱强度偏轻,平均干旱强度为0.65,近52a来仅有两次重旱年,干旱强度在中旱及以下的年份占85%,且年际差异较大;省内干旱强度和站次比变化趋势基本一致,近52a来,总体均呈不明显上升趋势,趋势率分别为0.041/10a和3.692/10a,20世纪80年代前后呈先下降后上升趋势;湖北省总体干旱发生频率较小,52a平均干旱频率在16.5%~18.2%之间,空间分布特征呈现东高西低的特征;干旱发生频率呈先下降后上升的趋势,20世纪70、80年代最低;2000年以后干旱强度、站次比和频率均达到最高,并且有持续上升趋势。     

近50年来鄱阳湖流域降雨多时间尺度变化规律研究

利用鄱阳湖流域16个气象站1960~2008年共49 a的月降雨资料,采用Morlet小波函数,对该流域降雨季节变化、年际和年代际时间序列进行小波分析,揭示了流域降雨变化的多时间尺度特征,分析了不同时间尺度下降雨序列变化的周期和突变点。研究表明：①1960~1990年,年降雨量呈明显年际和代际振荡,并无显著趋势;进入90年代以后,年降雨呈现显著上升趋势;进入21世纪,尤其从2002年开始,年降雨量开始减少;②流域季节降雨和年降雨都存在多时间尺度特征,夏季降雨、冬季降雨和年降雨都存在18 a的第一主周期;春季、冬季和年降雨存在6 a次主周期;此外,春季、秋季、冬季和年降雨均存在3 a次主周期;③夏季降雨在18 a时间尺度上与年降雨变化具有相同的趋势和相位,春季降雨在3 a和6 a时间尺度上与年降雨变化具有相似趋势和相位变化     

近十年鄱阳湖区极端干旱事件频发现象成因初析

近10 a来鄱阳湖区极端干旱事件频发,引起国内外媒体舆论的广泛关注。针对这一情况,运用流域降水、地表蒸散和出湖径流等数据,从流域水量收支平衡的角度,较为系统地分析了导致鄱阳湖区极端干旱事件频发的原因。结果表明,近10 a来鄱阳湖水文干旱起始日期提前,枯水期拉长。虽然干旱持续时间的长短呈现2~3 a的波动,但在总体上呈现逐渐加长的趋势。从流域水分收支的角度来看,近10 a来以水分亏缺为主,流域降水亏缺是基本的致旱因素,流域蒸散量增加则起到一定的增强作用,而出湖径流所起的作用比较复杂,在多数情况下其致旱的影响程度弱于流域降水作用。长江顶托作用强弱变化可以调节流域的水分收支平衡,强化或者减轻湖泊的干旱程度。2003、2004、2007、2008和2009年发生的极端干旱事件主要由流域水分收入项的大幅度减少所造成的,而长江水情变化在多数情况下加剧了流域水分收支的不平衡。这些研究结果明晰了鄱阳湖流域气象干旱与湖泊水文干旱之间的关系以及长江水情变化所扮演的重要角色,为应对未来的干旱变化和制定合理的抗旱防旱对策与措施提供了科学的依据     

近60多年来滇池流域干旱特性及重现期分析

根据滇池流域3个气象站、3个水文站、2个水位站、14个水库站建站(1950 s)至2014年的逐月(日)气象、水文观测系列,采用标准化降水指数(SPI)、标准化径流指数(SRI)以及干湿指数(Ia)三类干旱指标,按游程理论识别干旱事件、确定干旱历时和干旱烈度两个特征变量;通过小波分析揭示干旱历时和烈度的周期性规律;运用Gumbel Copula函数构建干旱历时和烈度的联合分布,计算干旱联合、同现重现期,及前一场干旱影响下的后一场干旱发生的条件重现期。结果表明,滇池流域干旱趋于严重;气象、水文、农业3类干旱的干旱历时或烈度,均具有100年以上变化周期;近期的干旱(2012-02~2013-04)为1950 s以来最严重干旱,联合、同现重现期分别达120.48和224.41 a,受上一场特大干旱(2009-05~2010-03)的影响,条件重现期高达271.82 a,持续干旱的叠加效应加剧了旱情和灾害程度。从滇池水位变化、区域大气环流异常、三类干旱规律、干旱史料文献及湖泊沉积物等多方面对比分析,印证了成果的科学合理性。     

鄱阳湖流域叶面积指数时空变化特征及其与气候因子的关系

利用1982~2001年NOAA/AVHRR NDVI数据,根据简单生物模型SiB2的方法计算鄱阳湖流域叶面积指数LAI,分析不同植被类型LAI年内和年际变化及其与降水、气温的关系。结果显示：在年内,LAI从1月开始减小,至3月降到最小,之后开始迅速增大,7月达到最大值,然后又开始减小;各植被覆盖类型LAI与前3月降水和前1月平均气温相关性较强,并且全部通过95％的显著性检验。在年际上,各植被覆盖类型LAI在20 a间无明显整体增大或减小趋势,但每隔2~3 a呈锯齿状增大减小交替变化,其中常绿针叶林LAI变幅较大,在23~35之间,而林地草原LAI变化较平缓,在05~09之间;植被LAI年际变化受流域内5~7月降水年际变化的影响较大。在空间上,植被LAI在春、冬季整体较小,空间分布差异也较小,仅在流域边缘山区林地覆盖区稍大,其余大片区域LAI值很低,且分布比较均一;夏、秋季LAI较大,空间分布差异也较大,其空间分布主要与流域内土地覆盖类型有关     

长江上游旱涝指标及其变化特征分析

利用长江上游流域51个气象观测站1961～2009年降水资料,计算了各站逐年、四季〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及区域旱涝指数,在此基础上分析了单站〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数旱涝等级划分的合理性,区域旱涝指数的年代际变化趋势,并对区域典型旱涝年的确定及旱涝成因进行了探讨。结果表明：（1）〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及以此为基础构建的区域旱涝指数能较好地反映长江上游流域年及四季旱涝变化,作为长江上游流域旱涝指标比较合理;（2）长江上游流域年及四季旱涝有明显的年代际变化特征,年及四季的干旱指数与雨涝指数基本呈反位相特征;（3）长江上游流域四季旱涝与500 hPa高度场分布形势有密切关系,除冬季旱涝与海温场关系较弱外,春、夏、秋季旱涝均与海温场关系密切。研究结论对长江上游流域可持续发展及三峡水库科学运营有一定参考意义     

长江流域上游气候变化的模拟评估及其未来50年情景预估

利用WCRP的耦合模式数据和长江上游流域63个气象站点的观测数据,评估了全球气候模式对长江上游流域的温度、降水的模拟能力,基于A2、A1B、B1情景对长江上游流域未来50 a平均温度、降水的可能变化进行了预估研究。结果表明：全球模式可较好的反映出流域温度、降水的时间和空间变化趋势,但模拟地面温度总体上低于实况值〖HT5〗。〖HT5"〗三种情景下2011~2060年上游流域平均温度的增幅（相对于1971~2000年）分别为1.7℃、2.1℃、1.3℃。A1B、B1情景下区域内表现为一致的增温趋势,而A2情景下在嘉陵江流域出现降温的趋势。三种情景下平均降水的增幅分别为50.0、83.5、29.5 mm;A1B、B1情景下降水增加的空间分布形比较一致     

四川盆地东部近50年降水与旱涝时间序列分析

利用四川盆地东部地区8个国家基准气象台站1960~2010年逐日降水观测资料,运用线性分析、降水趋势系数等方法,分析了四川盆地东部年降水量以及季节降水量的时间序列变化趋势。在此基础上,通过Z指数法建立旱涝指数模型,结合Mexican Hat小波变换理论研究旱涝灾害在不同时间尺度上的周期振荡和变化规律,并对未来旱涝演变趋势进行判断。结果表明,四川盆地东部地区年降水量有弱减少趋势,各季节降水趋势差异较大,秋季明显减少,而夏、冬季有增加趋势。各季节旱涝灾害变化存在着不同的年际、年代际周期变化特征,不同的时间尺度周期具有不同的交替变化规律。春、秋季节旱涝存在6 a和10 a左右周期振荡,近期6 a周期振荡显著。夏季现处于20 a左右尺度上降水稳定性较差的偏涝期内,易发级别高、灾情重的洪涝灾害。秋季近期仍处于10 a左右尺度周期的干旱期,并将逐步向下一个偏涝期过渡     

基于Kriging插值的1961~2005年淮河流域降水时空演变特征分析

利用淮河流域4省170个气象站点1961~2005年的降水观测数据,采用Kriging法对淮河流域各季及年降水量进行了插值,得到了1 km×1 km降水栅格序列。在此基础上,对淮河流域降水的时空格局及其变化特征进行了分析。结果表明：淮河流域降水量的空间分布基本呈南高北低、山区多于平原、近海多于内陆的格局。近45 a来淮河流域降水量的年际波动较为强烈,而变化趋势不显著。流域内汛期和年降水量的年代际变化则具有明显的阶段性,主要表现在20世纪90年代前基本为下降趋势,2000年后明显上升。当前,淮河流域正处于降水的高气候变率时期。45 a来,降水的空间格局发生了一定的变化,表现在淮河中上游和干流沿岸地区的降水量升高,而流域东北部的降水则呈下降趋势     

1961~2010年大渡河流域极端降水事件变化特征

基于大渡河流域1961~2010年逐日降水数据资料,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析法,分析了近50a来大渡河流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明,大渡河流域的极端降水指数均呈现出相对稳定的波动增加;多年平均值均呈现出由西北向东南方向逐渐增多的分布特征,变化趋势的空间分布存在着区域差异:除强降水日数外,其他极端降水指数均呈现下游增加,上游减小的变化趋势,大渡河流域极端降水与年降水量变化趋势密切相关。大渡河流域各指数突变特征不一致,1d、5d最大降水量突变年集中在1974~1976年前后;强降水日数、极端降水量及极端强降水日数发生突变的年份分别为1984年、1979年及1977年,且突变后呈现明显的增大趋势。大渡河流域极端降水指数周期特征较复杂,但普遍存在5~10a的年际振荡周期和20~25a的年代际振荡周期,且25a是最强的主周期。     

基于MODIS叶面积指数的大渡河流域作物生态需水研究

利用大渡河流域30年的气象资料,采用FAO最新修订的Penman Monteith方程计算流域参考作物腾发量。同时获取大渡河流域2007年内45期MODIS LAI数据,根据叶面积指数与作物系数的经验关系得到作物系数2007年年内的变化情况,利用GIS中的Zonalmean函数对大渡河流域平均作物生态需水量年内变化进行估算。在根据年干燥度进行干湿区划的基础上,对作物生态需水来源进行分析。结果表明：大渡河流域2007年内生态需水总量为6188 mm,月平均值为516 mm。其中作物生态需水量年内变化过程为夏季最高,占全年总需水量的357%,春季、秋季、冬季生态需水量逐渐减少分别占全年总量的304%、201%和138%。在雨季,降水完全可以满足流域生态需水量,降水是这一时期生态需水的主要来源。在旱季,半干旱区的生态需水来源受区域干燥度的影响较大,越干燥的地区降水占作物生态需水百分比就越高;半湿润区作物生态需水来源仍以降水为主,但降水占作物生态需水百分比除了受区域干燥度影响之外,可能还受到其它因素如：陡坡耕地占耕地总面积的比例的影响。