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。     

中国1961-2010年气象干旱的时空规律——基于SPEI和Intensity analysis方法的研究

利用中国752个气象站降水、气温资料,选择标准化降水蒸散发指数SPEI为干旱指标,采用Intensity analysis方法,从时间间隔、干旱等级变化和转换三个层面分析了1961-2010年中国气象干旱变化规律。结果表明:1961-2010年中国气象干旱的变化速率趋于上升,总变化面积由60%上升至80%以上,1980-1990年代、1990年代至21世纪初两个时间段的年平均变化相对于整个时间段较快。1960-1980年代干旱变化较为平缓,1960-1970年代干旱等级的转换主要以中等以下的干旱等级之间的转换为主导;1970-1980年代以无干旱与轻微、中等和严重干旱等级之间的相互转换为主导。1980年代至21世纪初干旱有加重的趋势,1980-1990年代以无干旱向极端干旱的转换为主导;1990年代至21世纪初中等以下的干旱向严重和极端干旱的转变成为了主导,而严重干旱则以向极端干旱转换为主导,极端干旱以向中等干旱转换为主导。     

流域水文干旱等级预测问题的研究

采用滦河潘家口水库控制流域9个水文站1958-2009年的逐月流量数据,通过计算各站12个月时间尺度的标准化径流指数(SRI),得到了实测水文干旱等级序列。根据干旱等级转换的观测频数,提出了基于三维列联表的对数线性干旱预测模型,并计算了干旱等级转换间的优势及其置信区间,以估算干旱等级转换的概率,实现了滦河潘家口水库控制流域预见期为1个月和2个月的水文干旱等级预测。选取2000-2009年的水文干旱演变过程对预测模型进行了验证。结果表明:干旱等级转换的三维列联表呈现一种强对角线趋势,各站三维对数线性模型的检验显著性水平p均大于检验水准α(0.05),观测频数与期望频数吻合程度高,且预见期为1个月的水文干旱等级预测精度较高,可用于滦河潘家口水库控制流域短期水文干旱预警。但预见期为2个月的水文干旱等级的预测误差较大,需根据流域的气候特征及下垫面的物理状态对模型进行进一步的改进。因此,如何综合应用气象和水文干旱监测信息,并采用对数线性预测法建立新的模型对水文干旱进行提前预警是需要解决的重要问题。     

基于非参数法的气象-水文干旱风险评估及其动态演变探究

参数统计法广泛应用于水文频率分析。然而,与非参数核密度估计相比,当样本出现"多峰"时,其可能会导致参数估计值的分位点出现较为明显的偏差。基于此,本文以渭河流域为研究对象,基于降水和径流信息,采用非参数核密度估计法构建了综合干旱指数(NKMSDI)。采用Mann-Kendall法和启发式分割法分析了渭河流域综合干旱的演变规律;结合干旱风险因子(脆弱性、暴露度、恢复力)探究了其干旱风险的动态演变特征。结果表明:(1)提出的NKMSDI可综合表征气象—水文干旱状况,与其他方法构建的综合指数相比,其对干旱的表征结果更为可靠;(2)渭河流域干旱呈现显著加剧趋势,且NKMSDI序列存在变异点(1994年);(3)流域干旱风险呈现显著增大趋势,其中脆弱性增加,暴露度增加,恢复力减小。     

珠江流域旱涝急转事件识别指数优选研究

针对现有旱涝急转事件识别方法有效性未得到验证与充分讨论的问题,以珠江流域为例,基于1961-2020年的日气象与土壤墒情资料,结合游程理论,探讨旱涝识别指数SPI（标准化降水指数）、SPEI（标准化降水蒸散发指数）和SWAP（标准化加权平均降水指数）等3种指数在识别珠江流域短周期旱涝急转事件的适用性,结论如下：根据水资源二级区将珠江流域划分为10个子流域,同一子流域内气象与土壤条件相近,子流域之间降水变化趋势具有明显差异,降水空间分布异质性强;结合流域产汇流特点,前期降水影响日数为14 d时,急转发生时期降水集中性与土壤墒情同步变化最明显,可作为旱涝急转事件识别的前期降水影响因子;3种旱涝识别指数中,基于SWAP的识别方法具有识别结果有效性高、对识别结果归纳准确度最优且归纳能力强的优势,可作为结合游程理论的最优旱涝急转事件识别指数。     

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。     

基于综合干旱指数的黄河流域干旱多变量概率特征研究

变化环境下,全面掌握干旱演变特征对流域水资源管理具有重要意义。基于黄河流域1952-2012年月降水和径流资料,采用Copula函数和综合干旱指数(MSDI)分析了干旱多属性概率特征及其动态变化,运用交叉小波变换,探究了太阳黑子、大气环流异常因子(AO、ENSO)和植被覆盖指数(NDVI)对黄河干旱的影响。结果表明:(1)MSDI综合了SPI和SRI的优势,能够系统全面地反映流域干旱情况;(2)流域上游和中游部分分区不仅容易受到干旱的侵扰,且干旱风险还在加剧;(3)太阳活动、AO、ENSO以及NDVI都对黄河流域干旱有影响,其中太阳活动不仅直接影响MSDI的变化,也通过影响AO和ENSO间接影响MSDI的变化。     

淮河蚌埠闸以上地区冬小麦干旱对气象干旱的响应

本研究基于淮河蚌埠闸以上地区60个气象站点1961-2015年的日尺度数据,借助作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index, CWDI)和相对湿润度指数(Relative Moisture Index, M)分别表征冬小麦干旱和气象干旱,分析2种干旱的时空演变特征,计算冬小麦干旱对气象干旱的时滞,最后探讨了冬小麦干旱时滞与下垫面地理因子之间的关系,得出结论:1)时间尺度上,对CWDI而言,除灌浆成熟期外,其余生育期的CWDI呈微弱下降趋势;对M而言,各生育期的年际趋势均无明显变化;空间尺度上,CWDI和M各站点中旱以上级别占比均呈现由北部向南部递减特征。2)冬小麦干旱对气象干旱的时滞在返青抽穗期最短,为3.21d,越冬期的时滞最长,为84.35d。3)各生育期的下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞的关联度都较好,均在0.5以上。各下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞关联度高值点多分布在土壤持水力较差、海拔较高、坡度较陡的山区,东及东北坡向的地区,降水较少、气温较低的北部地区。     

陕西省干旱变化特征及其对玉米产量的影响

根据1961-2010年陕西省的逐日降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)法、Morlet小波分析法,分析了干旱的时间变化特征、周期变化特征和空间变化特征。结合2007-2010年陕西省17县(区)的玉米产量资料,借助面板数据模型,就干旱对陕西省玉米单产的影响效应进行了研究。结果表明:陕西省干旱趋势逐渐增强,以20世纪90年代干旱最为严重;陕西省干旱的危害程度由北向南逐渐降低,陕北的危害最严重,关中次之,陕南最轻;同时,陕西省年干旱时间序列存在显著的准2~4a和准4 a尺度周期变化规律;另外,干旱与玉米产量呈显著的负相关,干旱指数(标准化降水指数)等级每增加一个级别,将导致陕西省每hm2耕地玉米产量减少128.985 kg。期望研究结果能为陕西省针对干旱气象灾害制定相应的减灾政策,有助于保障陕西地区玉米生产的稳定。     

宁夏回族自治区干旱致灾危险性时空变化特征

基于宁夏地区22个气象站1971-2011年月降水量和月平均气温资料,综合考虑降水和蒸发,引入标准化降水蒸散指数(SPEI),分析该地区气象干旱变化情况,并在此基础上通过构建SPEI值与干旱等级的加权综合评价模型,评估该地区干旱致灾危险性,剖析其时空变化特征。结果表明:宁夏地区气象干旱呈显著加重趋势,年均SPEI值1972-2011年以0.37·(10a)-1的速率显著减小;该地区气象干旱呈现自南向北逐渐加重的空间分布格局,且干旱加重速度呈现由中部干旱带向南北分别递增的空间变化特征。1972-2011年,宁夏地区干旱致灾危险性呈显著增大趋势,干旱致灾危险性指数近40年减小速率为0.12·(10a)-1;该地区干旱致灾危险性在空间分布上表现为北部引黄灌区高于中南部地区,且危险性的增速呈现中部较缓、南北较快的空间变化特征。     

基于格点数据的柴达木盆地极端干旱变化特征分析

利用标准化降水蒸散指数,分析了柴达木盆地极端干旱事件发生的时空变化特征。研究得到以下结论:(1)1961-1990年极端干旱发生面积覆盖率相对较低,从1990年开始显著增大。极端干旱发生面积覆盖率1961-1970年最小,2001-2010年最大;(2)7,8,9这3个月,整个盆地都发生了极端干旱状况。1994-2001,2004-2007,2009-2013年是柴达木盆地极端干旱发生状况比较严重的时间段;(3)1961-1976年中小灶火有极少年份发生极端干旱。都兰1977-2013年极端干旱发生频率显著上升,大柴旦发生频率变化不大。小灶火和茫崖1977-2013年所有等级干旱发生频率均高于1961-1976年;(4)都兰极端干旱发展过程呈显著的双峰发展态势,小灶火和茫崖呈显著的双月型发展态势,大柴旦呈显著的U型发展态势。     

标准化径流指数计算的新方法及其应用

为了补充和完善水文干旱的监测与评价方法,以一种新的思路推导出了标准化径流指数的计算方法,并分析了不同气候区旱涝的分布及其变化规律。结果表明:标准化径流指数和径流Z指数对旱涝的评价结果具有较好的一致性;标准化径流指数在不同气候区均具有一定的适用性;不同时间尺度下肯斯瓦特地区在不同时期均是增湿的,而监利地区的增湿情况则是不同的;不同时间尺度下监利地区和肯斯瓦特地区分别有在各个时期旱涝变化的剧烈程度不同且均具有一定的周期性和交替变化的特征。研究推导出的标准化径流指数是合理的,将其用于旱涝的分布及其变化规律的研究具有较好的实用效果。     

基于CI和强度分析方法的四川冬春季干旱事件变化特征

区域气象干旱动态变化过程和转换规律的研究对灾害预警与应对有重大意义。利用1985-2015年四川30个气象站点逐日20-20时降水量、平均气温资料,采用综合气象干旱指数(CI)与intensity analysis等方法,从干旱事件频次、干旱等级变化强度和干旱等级转换三个方面,分析了近30年四川冬春季干旱事件的变化特征,结果表明:1985年冬-2015年春四川冬春季干旱事件发生频率高、持续时间长、强度大;区域性干旱事件发生率高达77.78%,4月发生区域性干旱事件的频次最高;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级变化强度表现出"快-慢-快"的变化特征;其中,2005年冬-2015年春较往年有变干趋势;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级转换较活跃,各干旱等级的转换速率不尽相同,主要集中在轻旱、中旱、重旱三个等级,且有增加趋势。     

油茶气象灾害普查和风险区划研究——以湖南为例

基于2006—2016年湖南油茶测产数据和同期临近气象站逐日气象观测数据,采用极端天气气候事件影响判识、气象灾害指标独立性检验和相关检验等方法筛选构建湖南油茶主要气象灾害指标;采用气象灾害发生概率与油茶减产率乘积之和构建气象灾害综合指数,基于1961—1990年、1991—2020年湖南500 m×500 m历史气象资料小网格数据和2021—2050年气候变化预估网格数据,分别统计各网格点气象灾害综合指数,绘制不同气候背景下油茶气象灾害综合区划图和油茶气象灾害综合风险区划图。结果表明：影响湖南油茶的主要气象灾害为春梢萌动期低温多雨、盛花期低温阴雨、幼果期低温、果实膨大高峰期干旱、油脂转化和积累高峰期高温、果实成熟期阴雨,综合影响等级除高山区外,大部地区为气象灾害低影响区,对湖南大力发展油茶有利。通过该研究方法得到的结果较现有研究有了新的发现：(1)气象条件对油茶产量的影响需从当年追溯至上年的春梢萌动期;(2)油茶果实膨大高峰期干旱指标有效降水日数较降水总量更重要;(3)油脂转化和积累高峰期的主要气象灾害是高温;(4)在气候变化大背景下,油茶气象灾害高影响等级在减轻,但中、低风险区范围明...     

陕南中小河流洪水气象统计预报模型业务化研究与应用

在确定中小河流选取标准及其洪水气象预报等级的基础上,面向中小河流洪水气象预报业务的需求提出一种统计预报方法,即根据雷达定量降水估测的流域面雨量、前期影响雨量方法确定流域的径流深,综合考虑中小河流的前1 d水位、径流深、当日水位,利用2013-2014年的6-9月陕南中小河流的水文观测站逐日水位、流域内自动气象站降雨量、雷达回波资料,建立以水位预报为目标的二元回归方程。以子午河为例建立的洪水气象预报方程和其他中小河流在2015年汛期的业务应用结果表明:该统计方法建立的洪水气象预报方程和实际情况较为吻合,能较为准确、简洁地预报中小河流发生洪水的气象可能性等级。     

气候暖化对中国洪旱极端事件演变趋势影响研究

针对气候暖化加剧区域水循环、增加洪旱灾害风险这一科学问题,利用1960-2005年全国588个气象台站资料,对基于标准化降雨蒸散指数的气象洪旱时空演变特征作了深入分析,并通过Copula函数与气温构建了二维联合分布函数,揭示了气温上升对中国气象洪旱极端事件发生的可能影响。研究发现,在不同的气温上升情景下,不同重现期的极端气象洪旱事件有着不同的响应。希望该研究对气候暖化背景下的中国防洪抗旱减灾及流域水资源管理能作出积极贡献。     

基于MOD16蒸散量的海南岛干旱特征分析

以MOD16月蒸散产品数据为基础,探讨了海南岛蒸散量的时空变化规律,并结合降水资料分析了典型区域的干旱特点。研究结果如下:(1)海南岛多年平均蒸散量为1 020 mm,年际变化不大,年内具有明显的季节变化;(2)空间分布呈中间山区高四周低的趋势,蒸散量旱季和雨季的差异中部山区并不明显,差异大致从北向南,从东向西逐渐显著;(3)海口、东方、三亚和琼海这4个典型区域MOD16蒸散量均小于参考作物蒸散量,且两者之间的差值随时空变异较大;(4)通过衡量降水对需水量的满足程度发现海南冬、春季(12月份到第二年4月)全岛普遍干旱,东方、三亚地区旱情最重,冬季三亚地区降水的保障能力弱于东方,琼海地区干旱最轻,解除也最早,一般在4月份。     

东北三省近55a旱涝时空演变特征

东北三省是我国重要的粮食主产区,而干旱和雨涝对该区域农业生产的影响不容忽视。为全面反映东北三省旱涝时空分布特征,基于研究区70个气象站点1960-2014年逐月降水数据,计算了不同时间尺度的标准化降水指数(SPI)。在分析旱涝频率、旱涝发生范围及旱涝空间分布特征的基础上,利用经验正交函数(EOF)及K-means聚类方法,对不同时间尺度分别进行了旱涝分区。结果表明:(1)旱涝时空变化特征:不同时间尺度旱涝频率与其发生范围差异显著,1960-2014年间东北三省春季与冬季存在湿润化趋势,夏季、秋季、生长季及年际尺度均略呈干旱化趋势,且东北三省遭遇雨涝的风险略大于干旱;(2)旱涝分区方面:黑龙江省同时受干旱和雨涝风险最大,其次分别为辽宁省与吉林省。     

陕西省冬小麦干旱时空变化特征分析

利用陕西省1981-2013年22个气象站点的逐日气象数据、冬小麦生育期及产量资料,在考虑水分敏感系数与底墒期降水的基础上,分生育期构建了陕西省冬小麦的干旱指数,并且采用统计模型分离干旱对产量的影响程度,按关键生育期划分干旱指数等级范围并分析其时空变化规律。结果表明:陕西省冬小麦整个生育期干旱频率与干旱减产率有北高南低的分布规律;陕北、关中及陕南部分地区近30a冬小麦干旱有增强趋势,而各生育期的减产率变化趋势则不尽相同。     

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。