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。     

基于SPEI和SPI指数的太原多尺度干旱特征与气候指数的关系

干旱是太原地区发生最频繁的自然灾害之一,出现的次数多、持续的时间长,对国民经济特别是农业生产造成了严重的影响.随着全球气候变暖、极端天气出现得越发频繁,太原干旱发生的频率和危害程度均呈上升趋势.基于1951-2012年月平均降水和气温资料,引入新的干旱指标：标准化降水蒸散指数（SPEI）,应用SPEI和SPI（标准化降水指数,简称：SPI）定量描述太原地区的62年来的干湿状况;基于月尺度SPEI和SPI指数,对太原月季尺度干旱变化做了分析,并利用交叉小波变换（XWT）探讨了干旱与大尺度气候因子之间的关系.结果表明：基于降水和蒸散的SPEI可以更灵活地反映月季干旱变化特征;交叉小波变换分析表明,太原地区的干旱与4个大尺度因子都具有6-12 a年代际主共振周期,在1980s都存在较好的相关性.SPEI和SPI与NAO通过显著性检验的6-12 a共振周期主要表在1985-2000年,序列在此频段上表现出一定的正位相共振关系;SPEI和SPI与WP在1955-1960年和1990-2000年分别表现出2-3 a和4-8 a显著的共振周期,存在明显的滞后相关,在1970-1990年具有10-16 a正位相显著共振关系.SPEI与PDO在1986-2000年之间存在4-6、8-14 a两个显著的共振周期,各自表现出负、正位相共振关系,在1955-1960年存在2-3 a共振周期,在此频段上SPEI显著滞后于PDO.与SPEI相比,SPI与PDO的相关性较弱,仅在1955-1960、1986-2000年出现了弱的共振关系.SPEI和SPI与PNA在1983-1995年表现出4-7 a的显著共振关系,反映了SPEI和SPI显著滞后于PNA.