黄淮海地区干湿状况的时空分异研究

干旱作为自然灾害的一种,对人类社会、经济的发展构成严重威胁,如何准确的监测干旱的发生发展是开展抗旱减灾工作的关键.目前学者们多选用众多的指标来指示干旱,SPI标准降水指数作为其中的一种,是以更符合实际情况的Г分布概率来描述降水量的变化.其计算过程简单,具有较强的时空适应性,因而得到广泛应用.本文选取黄淮海平原区作为研究区域,以长时间尺度(本文选取12个月与36个月)的月值SPI来表征研究区域在1961-2000年这段历史时期内干湿状况的变化,从时间和空间两个角度研究长时间尺度的SPI值在指示地表干湿状况的效用,研究分析研究区域内干湿状况的时空分异,探索其成因,得出以下初步结论:研究区内2000年偏干旱的区域面积较1963年有所增大,与此同时,极端情况相对较少;除呼和浩特与郑州外,研究区域内有相当大面积的区域呈现偏干趋向,主要位于呼和浩特与郑州之间的大范围区域,推测区域的这种总体偏干旱的趋势可能是区域对全球变暖的响应.时间序列分析结果表明:在1961-2000年这段历史时期内呼和浩特与太原站出现的极端干旱的情况相对要多一些,北京次之,郑州最少;各站点的SPI值在时间序列上变化存在巨大差异,其主导因素是它们的纬度位置.     

鄱阳湖流域千年旱涝变化特点及R/S分析

为揭示鄱阳湖流域旱涝变化规律,预测未来变化,搜集整理了鄱阳湖流域地方志、奏折等古文献记载的旱涝记录,根据灾害现象、灾害后果、救灾情况等综合研判旱涝等级。对1160~1950s旱涝频次序列进行了变化周期分析。采用了R/S方法分析了年代际旱涝频次的Hurst指数,结合变化周期分析结果,对1950s以后鄱阳湖流域的旱涝频次变化趋势进行预测,采用基于1951~2010年器测降水量的SPI指数进行验证。研究结果表明:1160~1940s鄱阳湖流域及各子流域的干旱、洪涝频次呈波动变化,周期性变化明显,干旱、洪涝的3~6个年代周期段在整个时段内均非常显著,通过了95%的信度检验;鄱阳湖流域及各子流域的年代际干旱频次的Hurst指数普遍在0.7~0.8之间,洪涝在0.8~0.9之间。预测1950s后鄱阳湖流域年代际旱涝频次整体变化将呈阶段性上升趋势,经验证预测结果与实况较为吻合。     

SPEI及SPI指数在滇西南地区干旱演变中的对比分析

以滇西南地区为研究区,计算出近53 a该区及周边44个气象站点标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化降水指数(SPI)。运用M-K突变检测和Morlet小波交换等方法,对滇西南地区两种指数对应下的4种类型季节连旱变化特征进行系统分析。结果表明:近53 a中,两种指数判定的同一时间尺度下的干旱事件次数和发生时间基本统一,4种类型季节连旱事件为12~14次,多存在并发性;4个季节连旱时段上两种指数均存在3 a左右显著周期变化;同一时段上,两种指数在趋势变化格局空间分布和变化程度上均存在着较大差异,4个时段上的干湿变化趋势也表现出SPEI呈变干趋势,SPI则变干、变湿各为一半的明显不同,这主要是由于期间研究区显著增温加剧了"降水量-蒸散"的水分平衡;与SPI相比,SPEI考虑了热量因子对潜在蒸散发的贡献,能较好地对气候变暖背景下研究区干旱进行刻画。     

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.     

重庆市伏秋旱时空演变特征及其影响因素分析

伏秋旱是指发生在夏季或秋季的干旱现象,在重庆市较为多发且造成的灾害损失较大。基于重庆市34个国家级气象站1965～2016年7～9月逐日降水资料,采用标准化降水指数、降水量距平百分率指标,分析重庆市伏秋旱的时空演变特征。利用Spearman等级相关系数法与逐步回归方法筛选与SPI序列相关性较强的气候因子。结果表明：7～9月伏秋连旱的频率为7.7%;7、8月伏旱同步的比例占15.4%;8、9月干旱同步的比例占13.5%,重庆市伏秋旱情况年际变化大。20世纪60～70年代,伏秋旱情况较严重;自20世纪80年代中后期起,旱涝交替出现;21世纪严重伏秋旱频发。从20世纪60年代以来,全市年平均总旱旬数从3.3旬增加至4.1旬,连旱旬数从2旬增加至2.5旬。在1965～2016年,重庆市西部多年平均总旱旬数为3.6旬,连旱旬数为2.2旬,相对较少。2006年特大旱灾之后,东南部和东北部伏秋旱程度轻,中部和西部程度严重。重庆市伏秋旱事件与环流、海温异常存在密切关系,主要影响因子包括：北半球副高脊线位置指数、北半球副高北界位置指数、NINO A区海表温度距平指数、黑潮区海温指数等。重庆市7月SPI与...     

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。     

南盘江流域近30年季节性干旱时空分布特征

根据南盘江流域22个水文站、雨量站31 a（1979~2009年）的逐月降水资料,选用标准化降水指数（SPI）为研究指标,以11~3月为研究时段,统计近30 a来5个月时间尺度的干旱站次,分析南盘江流域季节性干旱特征;以11~3月5个月时间尺度的SPI多年平均值为指标,进行空间插值,分析南盘江流域干旱的空间分布特征。结果表明：（1）从年际上看,SPI总体上30 a来（1980~2009年）呈下降趋势,气象干旱加剧;从年代际上看,1995年以后气象干旱程度有加剧趋势;（2）南盘江流域各个地区都会发生不同程度的气象干旱,旱情总体上由南向北递增,东北部各站点11~3月的降水占全年的比例相对较小,流域内东北部干旱最严重;（3）南盘江流域冬春连旱较严重,应加强水利工程建设,为防旱、抗旱做好相应的准备措施     

基于GEV干旱指数和DFA方法的苏北地区季节性干旱研究

为分析近年来江苏省苏北地区季节性干旱灾害特征,利用苏北五市1989~2013年的逐月降水量资料,建立月降水量的广义极值分布函数,通过分析广义极值干旱指数(GEVI),研究苏北五市近25a的季节性干旱分布和干旱等级的时空变化特点。在此基础上,利用去趋势波动分析方法(DFA)对苏北五市月平均降水量的周期性规律进行研究。结果表明,苏北五市的月降水量均服从广义极值Fréchet概率分布,且具有从西北(徐州)地区向东南沿海(盐城)地区递增的空间分布特征,整体上属于干旱灾害频发的地区,且以轻旱为主且季节性特征明显。苏北五市的月降水量存在幂律相关性,即降水量具有较强的正长程相关性,因此,未来苏北地区干旱的总体趋势将与过去特征正相关。     

长江中下游地区旱涝急转的阈值诊断及危险性评估

选择与长江中下游地区夏季旱涝异常有关的15项大气环流指数作为自变量,以旱涝急转指数为因变量,采用非线性非参数的分类与回归树方法(CART)预测旱涝急转成灾的危险性等级。CART不仅能够提取出主要致灾因子,同时可以诊断不同影响阈值条件下,旱涝异常的类型及危险性等级。研究结果显示,夏季和春季北极涛动指数、春季亚洲径向环流指数,以及春季亚洲区极涡面积指数4项指标是旱涝突变成灾的主要影响因子,对旱涝急转成灾的危险程度具有很好的表征作用。当夏季北极涛动指数大于1.11时,更容易发生涝转旱事件(危险性等级为1级),而当夏季北极涛动指数小于或等于1.11,同时春季北极涛动指数大于或等于-1.11时,更容易发生旱转涝事件(危险性等级为6级),其他危险性等级的条件也可从模型中直接判读出来。采用2011~2013年的实测数据和模型预测结果进行对比,两者非常接近,验证了模型的可靠性。采用的CART方法为长江中下游地区旱涝急转致灾的等级预测提供了一种新的思路。     

三种气象干旱指数在四川省的适用性分析

受气候和地形等多种因素影响,气象干旱指数在不同地区有着不同的表现.位于长江上游地区的四川省地貌条件复杂,气候类型多样,在使用气象干旱指数进行干旱监测前需要评估其适用性.利用四川省34个气象站点1987～2016年间日降水和日平均气温数据,基于SPI、SPEI和2017年新版国标文件中增加的MCI指数,利用时间序列和空间插值等方法主要对四川省1987～2010年间的干旱过程和干旱年份进行了分析,借助建立的RMSE指标和评分法重点研究了多时间尺度指数反映的干旱强度、干旱范围等与实际旱情的符合度.结果表明:(1)总体上MCI最好,SPI与SPEI效果接近;具体月尺度上,MCI、SPI3(3个月)、SPEI 3(3个月)是适用性排名的前三位.(2)川东部盆地适合用MCI,川西南山地适合用SPEI 3,川西北高原适合用SPI 6(6个月)或SPI 1(1个月).(3)SPI、SPEI、MCI指数在川东部盆地的监测误差最小,川西南山地次之,川西北高原最大.     

Using fuzzy set theory to address the uncertainty of susceptibility to drought

This paper presents the technical aspects of a new methodology for assessing the susceptibility of society to drought. The methodology consists of a combination of inference modelling and fuzzy logic applications. Four steps are followed: (1) model input variables are selected—these variables reflect the main factors influencing susceptibility in a social group, population or region, (2) fuzzification—the uncertainties of the input variables are made explicit by representing them as ‘fuzzy membership functions’, (3) inference modelling—the input variables are used to construct a model made up of linguistic rules, and (4) defuzzification—results from the model in linguistic form are translated into numerical form, also through the use of fuzzy membership functions. The disadvantages and advantages of this methodology became apparent when it was applied to the assessment of susceptibility from three disciplinary perspectives: Disadvantages include the difficulty in validating results and the subjectivity involved with specifying fuzzy membership functions and the rules of the inference model. Advantages of the methodology are its transparency, because all model assumptions have to be made explicit in the form of inference rules; its flexibility, in that informal and expert knowledge can be incorporated through ‘fuzzy membership functions’ and through the rules in the inference model; and its versatility, since numerical data can be converted to linguistic statements and vice versa through the procedures of ‘fuzzification’ and ‘defuzzification’.     

不同RCP情景下未来汉江流域气象干旱变化趋势预估研究

采用来自国际比较计划CMIP5的5个全球气候模式(GCMs)数据,同时这些模式数据也是跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)采用的气候模式数据,以RCP2.6和RCP8.5两种情景下的日降雨预估数据,计算了汉江流域不同时段的标准化降水指数(SPI),以此作为预估未来干旱变化趋势的主要依据。以汉江流域22个气象站点的降雨量观测数据(1960~2004年)和2020~2059年气候模式数据,对比分析了这两个时期干旱事件发生的严重程度、次数和历时特征。结果表明：在干旱严重程度方面,轻度干旱和中度干旱有减轻的趋势,但严重干旱有加重的趋势。由于不同GCMs模拟能力的差异性,对干旱事件的发生次数和历时的分析有一定差异,但总体仍表现为干旱次数减少和历时减短的趋势。通过对比历史时期降水观测数据和GCMs模式预估数据评估结果,表明HadGEM2-ES模式对降水的拟合性最好,而GFDL-ESM2M和IPSL-CM5A-LR在干旱方面表现出较好的模拟能力。     

Analyzing temporal–spatial characteristics of drought events in the northern part of Cyprus

Drought in the northern part of Cyprus has become a recurrent phenomenon. In the last few decades, Cyprus has experienced significantly severe drought events occurring periodically, and this trend is now continuing. With rainfall distribution varying considerably across the region and frequent drought conditions, the water resources, agriculture, economy and the environment have been adversely affected. This study aims to investigate spatial–temporal characteristic of drought using Standardized Precipitation Index (SPI) at multiple timescales (3, 6 and 12 months). Monthly time series of 36 years (1977–2013) rainfall data from nine weather stations are used to derive SPI values. Based on different drought categories, this study focuses on propagation of drought from one timescale to another and estimating critical rainfall values during moderate, severe and extreme drought conditions. The analysis revealed that there is a strong correlation among different timescales in detecting drought events. On average, 79 and 78% of 3-month timescale drought propagated into 6- and 12-month drought events, respectively, while 90% of 6-month timescale drought events propagated into 12-month drought events. The derived critical rainfall value for extreme droughts over a 12-month timescale was less than 255 mm/year in the town of Alsancak, while for Guzelyurt, a major citrus growing city, this figure was less than 135 mm/year. The results are validated through drought events detected at various regions of the Mediterranean basin and local flood occurrences during the wet periods and decline in water tables at drought seasons.     

长江流域月降水的EEMD多时间尺度遥相关分析

基于长江流域138个气象站1961~2016年的逐月降水观测资料,应用集合经验模态分解（EEMD）方法,分别对各站点的月降水序列进行EEMD分解,然后,运用时滞相关分析和逐步变量选择的方法,以识别长江流域月降水周期振荡和长期趋势的显著影响因子,并构建多元线性回归模型对长江流域月降水进行预测。结果表明：（1）近50多年来,长江流域各站点的月降水呈现出显著的季节、年际和年代际尺度振荡特征。（2）流域内各站点月降水的长期变化趋势存在着较大的空间差异性,表现为金沙江、雅砻江、大渡河以及鄱阳湖流域是月降水长期趋势显著增加的集中区,而岷江中游以及洞庭湖流域的南部是月降水长期趋势显著减少的集中区。（3）厄尔尼诺1+2区的平均海表温度（NINO1+2）的过去模式是影响长江流域月降水周期振荡的主要气候因子,而全球平均气温距平（GlobalT）是影响长江流域月降水长期趋势的主要气候因子。（4）基于已识别的影响因子构建的月降水量预测模型在旱季的预报性能高于雨季,并在长江上游地区的预报性能高于其中下游地区。     

基于SPEI的西南农业区气象干旱时空演变特征

干旱已成为西南农业区的具有一定破坏力的自然灾害,研究干旱的时空变化对该区干旱的评估、预测具有重要的现实意义。根据西南农业区1962~2012年月气象资料,利用Penman-Monteith公式计算蒸散发和标准化降水蒸散指数(SPEI)值;采用线性回归、Mann-Kendall方法、小波分析和旋转经验正交函数(REOF)等方法分析了西南农业区干旱时空变化。研究结果表明:(1)西南农业区整体呈干旱化趋势;2000年以来年、四季变干趋势更加明显;秋季变干趋势显著;年均SPEI指数不存在显著突变点;年和四季干湿变化均存在2~8 a左右的振荡周期。(2)根据REOF分解的前6个空间模态,将西南农业区划分成6个干湿特征区域:云南高原东部区、汉中盆地区、东部山地区、云南高原西部区、四川盆地区、贵州高原区;其中云南高原东部区变干趋势显著,汉中盆地区和东部山地区有变湿润趋势,但并不明显;6个分区干湿变化普遍存在2~6 a左右的振荡周期。研究结果可为西南农业区防旱、抗旱提供科学参考。     

三种综合气象干旱指数在洞庭湖流域的适用性分析

结合洞庭湖流域水文气象特点,从不合理跳跃点、统计特征、区域干旱以及空间分布等方面综合分析了3种气象干旱指数在该流域的适用性及可靠性。评价结果表明：（1）NCC2CI与CInew指数均可较好解决传统CI指数评估中出现的不合理震荡、旱情加剧等不足,且该指数对长历时干旱表现较为敏感,对短历时干旱存在漏测的可能性;（2）对具有较大烈度特征的干旱事件,NCC2CI指数虽然能较好地监测出等级较高的干旱强度,但对极端干旱强度的特征表征有所不足;（3）干旱NCC2CI指数较好地延续了传统CI指数的统计特性以及空间分布特性,反映出的某时段较大降水对日后的影响时段为20~40 d,指数表征更加符合干旱发生的过程。而CInew指数反映的影响时段为45~70 d,且在空间分布上变化较大,应用可靠性相对较差。综合比较分析表明,NCC2CI指数在洞庭湖流域更具实用性,研究结果对其它类似流域干旱评估具有一定参考作用     

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。