基于SPEI和SDI指数的云南红河流域气象水文干旱演变分析

本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。     

松花江区气象水文干旱演变特征

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961~2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：① 1961~2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967~1983年和1996~2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。② 松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。 ③ 松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料，采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标，分析了石羊河流域水文干旱演变特征，并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致，流域水文干旱历时20世纪70年代最长，80年代最短；干旱烈度全流域90年代最强，烈度最弱出现在80年代；干旱强度全流域60年代最强，80年代强度最弱；石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势，西部增加幅度最大，中部增加幅度很小，流域东部年SDI在波动中呈减小趋势；石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多，四季水文干旱发生频率最高的是春季，冬季干旱发生频率最低；从流域不同地段看，水文干旱发生的频率流域东部最高；构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致，说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级；石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关，与降水量和平均气温呈正相关。     

黄河流域不同时间尺度干旱对ENSO事件的响应

利用黄河流域1963-2012年逐月气温和降水量数据,计算了各气象站点不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),通过对不同时间尺度SPEI与Niño 3.4区海洋表面温度距平(SSTA)的时空相关性进行分析,揭示不同时间尺度干旱对ENSO事件的响应及ENSO事件对黄河流域不同区域降水量和气温的影响。结果表明:(1)黄河流域1、3、6个月时间尺度的干旱在各时间段均有发生,12、24个月时间尺度的干旱主要发生在20世纪末和21世纪初的近20年。黄河上游和中游地区不同时间尺度的SPEI与SSTA均呈负相关关系,下游地区呈正相关关系。(2)黄河流域不同时间尺度的SPEI与SSTA相关性在空间分布上具有显著的差异性。久治站以上的黄河上游地区、中游地区的宁夏、内蒙古、陕西和山西的北部以及下游地区均呈正相关关系,其余地区呈负相关关系。全流域1、3、6、12个月和24个月时间尺度的相关性系数通过0.05显著性检验的站点占总站点数分别为14%、43%、61%、75%和44%。(3)ENSO事件强度与降水量在黄河上游地区的相关性较弱,在中游和下游地区呈显著的负相关性,强度增大时降水量下降,减弱时降水量上升。全流域ENSO事件强度与气温呈显著的正相关性,强度增大时温度有上升趋势。其中El Niño对气温有抬高的趋势,La Niña对气温有降低的趋势。     

近40年来塔里木河流域旱涝的气候变化

以Mann-Kendall检验、z指数变换、最大熵谱和气候趋势系数方法分析塔里木河流域降水突变、旱涝等级、旱涝周期与趋势的时空变化。结果表明:近40年来,流域各段的降水量都有增加的趋势,且存在突变,从源流区至下游突变时间依次提前;20世纪60年代流域干旱多,旱情较重;70~80年代中期属于转换期,出现旱情和涝情较重;80年代后期以后干旱明显减少,雨涝居多,涝情重;90年代中期以来,下游趋势与其余区域不同;准3年周期是流域各段最重要的变化周期。近40年来,上游变湿显著,源流区和中游不显著,下游有微弱变湿趋势;NAO对中上游旱涝影响显著,对全流域影响较大。     

基于标准化径流指数的区域水文干旱指数构建与识别

为了进一步探讨应用标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI),进行水文干旱识别时存在的干旱等级划分及其临界值如何确定问题,构建了新的区域水文干旱指数,并应用于典型区水文干旱识别。即以东南沿海晋江流域为研究区,利用该流域2个水文站和3个气象站1960—2006年逐月径流和降水数据,结合径流距平百分比和降水距平百分比,构建了区域水文干旱指数SHI(Standardized Hydrology Index),获得了相应的干旱等级发生频率,进而以SHI累计频率确定了区域水文干旱指数SHI各干旱等级临界值。结果表明,基于SRI和区域水文干旱指数SHI,可以较好地识别过去47 a中晋江流域发生的主要水文干旱事件,且SHI临界值较SPI(Standardized Precipitation Index)临界值对重要水文干旱事件识别更为敏感,结果更为合理。     

大理河流域干旱变化特征及其与极端降水的关系

基于标准化降水指数(SPI)方法,对1971—2017年大理河流域干旱变化特征及其与极端降水的联系进行了分析。结果表明:(1)不同时间尺度SPI对降水量变化的敏感程度不同,SPI1和SPI3适用于短期气象旱涝特征的识别,而SPI6和SPI12对揭示区域长期旱涝影响及持续时间效果较好。2种时间尺度SPI(SPI3和SPI12)的时间变异性均呈显著增加趋势。(2)不同季节SPI的变化趋势和干旱等级频次存在差异,仅冬季有一定的下降趋势,其余季节呈增加趋势,秋季最显著。年SPI波动幅度较大,总体上呈增加趋势,2001年以来最明显。干旱等级均以轻旱和中旱为主(21.2%～36.1%),夏、秋季发生干旱的频率最高。(3)干旱事件持续时间呈不显著的减少趋势,长时间尺度干旱事件平均持续时间、最长持续时间以及下降速度均大于短时间尺度。(4)降水集中程度增大会导致SPI1减小,增加干旱发生的可能性。典型极端降水可能会降低干旱发生的概率。     

黄河流域绿色发展水平时空演变特征

采用全局Malmquist-Luenberger指数,测算了2001—2018年黄河流域的绿色全要素生产率,作为绿色发展水平的度量指标,并借助于核密度估计、泰尔系数、变异系数、Dagum基尼系数等考察黄河流域绿色发展水平的时空演变特征。结果表明：黄河流域绿色发展总体水平不高,且呈现出缓慢的波浪式上升特征,增长的动力来源于绿色技术进步;流域内差异较为明显,下游>上游>全流域>中游。绿色发展水平省际差距呈逐步缩小趋势,分布形态呈现由两极分化向单极化演进态势,总体呈现高—低—高的发展态势,空间分异特征较为明显,呈现以山西和河南为核心的“双核”空间不平衡特征。基于泰尔系数,黄河流域内部绿色发展水平差距大于上游、中游、下游三大区域间的差距;基于变异系数,绿色发展水平不平衡程度整体呈现下降趋势;基于Dagum基尼系数,绿色发展水平空间不平衡总体呈下降趋势,差距主要来源于地区内差异,且流域间的交叉重叠现象对绿色发展水平总体差距的影响较小。     

黄河流域气候变化研究综述

黄河流域从西到东跨越多省,地形复杂,作为中国生态安全战略格局的重要组成部分,是中国气候变化敏感区和生态环境脆弱区。本文主要综述了在气候变暖背景下,黄河流域气候变化特征、影响以及成因和对策建议的最新研究进展：（1）近60年黄河流域气温呈上升趋势,平均升温速率为0.30 ℃/10a,上游升温速率最大,下游次之,冬季升温趋势最显著,夏季最小,降水量上游地区增多,中下游地区减少,蒸散量呈减少趋势。（2）在气候变化和人类活动影响下,黄河流域径流量整体呈下降趋势,源区冰川积雪消融加剧,冻土严重退化,流域植被覆盖整体呈好转趋势,上游脆弱区和中游产沙区水土流失加重,对农业影响利弊皆存,流域病虫害加剧;流域气候变暖,极端天气气候事件增多,对文化遗产安全保存带来巨大挑战。（3）黄河流域气候系统随时间演变的过程不仅受自身内部的动力、热力影响,也受大气环流、海温、青藏高原等外部强迫因子的影响,人类活动造成的大气成分和土地利用覆盖的变化是影响黄河流域局地气候的重要因子。（4）未来黄河流域气温持续上升,降水波动增加,极端天气事件将更加频繁。应对气候变化,重点在于加强黄河流域气候变化科学研究,提升极端天气气候事件的预报预警能力,联合多部门建立气象、水文、生态与数值预报及防控一体化的灾害预报预警系统,同时加强流域水资源的管理调配和有效利用,加强流域生态环境保护,制定科学合理的农业发展战略,推动黄河流域高质量发展。     

广东省干旱灾害识别及变化趋势

利用广东省36个气象站1960―2015年逐月降水和气温观测资料,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)识别广东省干旱发生情况,并对干旱变化趋势及其空间分布进行分析。结果表明:3月和6月时间尺度的SPEI较准确识别出了广东省春旱、秋旱以及冬春连旱年份,平均每3~4 a发生1次干旱灾害。对不同干旱期全省平均SPEI序列采用线性函数拟合分析。其中10月SPEI3序列拟合的线性斜率为-0.011,且通过0.1显著性检验,其他SPEI序列未通过0.1显著性检验。表明全省春旱和冬春连旱变化趋势不显著,而晚秋旱有显著加重趋势。最后,对不同干旱期的SPEI序列拟合的线性斜率进行空间插值,发现晚春旱期韶关和广州的干旱缓解趋势显著,雷州半岛冬春连旱加剧显著,全省大部分地区秋旱则以加剧趋势为主。     

2007-2016年四川省土壤干旱时空动态分析

四川作为农业大省,旱灾是导致农业减产最主要的因素。通过遥感和GIS手段进行四川省土壤干旱程度的时空分析,提高干旱的空间可视化程度,加强干旱监测的时效性尤为重要。本研究基于四川省2007—2016年逐季度的MODIS数据和1961—2011年40个气象站的月降水资料,采用温度植被干旱指数(TVDI)计算得到四川省干旱等级分布情况,辅以标准化降雨指数(SPI)进行相关性分析,并通过线性回归、反距离权重空间插值、GIS空间分析模型重建等方法,分析近十年来四川省地区以季度为时间尺度的土壤干旱时空变化特征,制作各时相土壤干旱分布图展示其微变化。结果表明:(1)在月时间尺度上,SPI-1与TVDI呈中等至强负相关关系,即TVDI值越小,SPI值越大,干旱程度越轻;验证结果表明TVDI都能够较好地对四川省的干旱空间分布状况进行反映。(2)四川省各区域、各季节干旱分布不均:空间上,干旱频发的区域集中在四川盆地及攀西南部区域。时间上,在春季,四川盆地区域的土壤干旱程度大致呈现加剧—持续—减缓的趋势;夏季,四川盆地的干旱变化趋势是加剧—减缓—加剧;秋季,四川盆地的干旱变化趋势是加剧—减缓—持续减缓;冬季,全川干旱程度变化不明显。本文的研究结果对四川省开展农业防灾减灾,引导农业灌溉具有指导意义。     

气候变化背景下东北地区气象干旱的时空演变特征

基于中国东北地区98个气象站点历史数据和WCRP多模式耦合CMIP3输出的IPCC SRES A1B、A2和B1气候变化情景下的降雨资料,计算3、6、12和24个月尺度上的标准化降水指数(SPI),结合M-K检测、EOF分解和小波分析,研究东北地区干旱的时空变化格局及其对气候变化的响应特征。结果表明：① SPI能较好地检测东北地区干湿变化状况,4个时间尺度上主要的空间模态具相似的分布型,其中12个月尺度SPI显示东北大部分地区在过去50 a干旱程度呈显著加剧、范围有明显扩大的趋势,其中南部和中部辽河流域是干旱严重区;② 干旱时间变化特征具明显的空间差异,南部干旱第一主周期为11 a,北部则为3.5 a;③ 气候变化情景下,2011~2060年的干旱以前30 a趋强,之后趋缓,且干旱高发区存在一定的北移趋势。     

新疆近半个世纪以来季节性干旱变化特征及其影响研究

系统分析新疆不同季节的干旱时空分布,讨论干旱对新疆农业生产的影响,研究结果表明:1新疆四季干旱整体异常均表现为北疆旱(湿润)南疆湿润(旱)或西部干旱(湿润)东部湿润(干旱)2种基本结构。新疆夏季和冬季有向湿润或涝的趋势发展;2北疆西部及北疆南部干旱影响范围减小趋势明显;冬季干旱影响范围减小明显;3北疆地区的受旱面积增加趋势不显著,南疆地区和东疆地区受旱面积显著增加,干旱除受降水影响外,还受到抗旱灌溉设施、抗旱能力、耕地面积的影响。     

荒漠绿洲PRED系统特征与可持续发展定量研究

荒漠绿洲PRED系统是一个相当脆弱的系统，自然灾害频繁、水分失衡导致的生态风险大。在分析其特征的基础上，建立了衡量可持续发展的指标体系并运用层次分析法得出了这些因子对绿洲PRED系统可持续发展的权值，影响最大的前三位因子是：人均水资源量、绿洲化面积、人口素质、其权值分别为0.124、0.077、0.062。计算了河西走廊20个县（市、区）的SDI，排在最前面的依次是：萧北蒙古族自治县、嘉峪关市和玉门市、金川区，其SDI分别为0.437、0.406、0.405，排在最后面的依次是：古浪县、民勤县、天祝藏族自治县，其SDI分别为0.150、0.213、0.217。分析了这种格局产生的原因并提出了相应对策。     

中国区域可持续发展水平及其空间分特征

区域ＰＲＥＤ系统是个非线性的复杂巨系统。在已建立的人口、环境与可持续发展数据库基础上,应用耗散结构理论建立区域ＰＲＥＤ系统的非线性数学模型,提出衡量区域ＰＲＥＤ系统可持续发展水平的指数（ＳＤＩ）的概念和计算方法,定量地表达了中国各省区的右持续发展状况,进而应用地图学和地理信息系统方法研究其空间分布特征,分析造成这种格局的原因并提出相应对策。     

1960-2018年中国西南地区旱涝急转的时空变化特征

基于 1960—2018 年的逐日降水观测数据,采用日尺度旱涝急转指数（DWAAI）计算方法,以生态地理区为框架,识别并分析了西南地区旱涝急转事件的时空变化特征。结果表明：西南地区旱涝急转事件的发生次数在 1960—2010年有增加趋势,在 2011—2018 年快速减少;旱转涝事件多发生在春夏季（4~8 月）,涝转旱事件则跨越了春、夏、秋季（5~11 月）;在云南高原常绿阔叶林、松林区（VA5）,西双版纳山地季雨林、雨林区（VIIA3）,闽粤桂低山平原常绿阔叶林、人工植被区（VIA2）,旱涝急转事件主要发生在夏季,而在湘黔高原山地常绿阔叶林区（VA3）和四川盆地常绿阔叶林、人工植被区（VA4）,旱涝急转事件主要发生在春季;旱涝急转事件发生次数的空间分布呈现东北多、西南少的格局;2000 年以来旱涝急转事件在滇中南亚高山谷地常绿阔叶林、松林区（VIA3）和闽粤桂低山平原常绿阔叶林、人工植被区（VIA2）发生次数减少,但有加重趋势,呈现极端化特征。     

青藏高原植被覆盖变化及其与气候变化的关系

近几十年来,全球气候变化对青藏高原植被覆盖产生了重要影响。基于青藏高原1981—2005年遥感影像及同期气象数据,结合生态学模型,分析了青藏高原植被覆盖度变化趋势及其与气候变化的关系。结果显示,25 a间,青藏高原温度升高、降水量增加,植被覆盖度呈"整体升高、局部退化"趋势;地表植被改善区主要位于植被低覆盖区,退化区主要位于高覆盖区;从不同植被类型看,除针叶林、阔叶林受采伐影响覆盖度下降外,其他植被覆盖度均不同程度的上升;植被覆盖度变化与同期降水量变化、温度变化均呈正相关,且具有明显的区域差异。     

基于MODIS数据新疆土壤干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着新疆的农业生产。利用中分辨率成像光谱仪MODIS影像MOD11A2数据和MOD13A2数据,数字高程模型(DEM)对Ts进行了纠正,提取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)构建NDVI-Ts特征空间,并依据特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为监测土壤湿度指标,反演了新疆2013年5、6、7三个月每16 d的土壤湿度。较好地反映地表图层土壤湿度,分析了新疆土壤湿度的时空分布特征,新疆北部地区土壤湿度高于南部,西部的土壤湿度高于东部,且土壤湿度由西北向东南逐步减小,依次表现为湿润>正常>轻旱>中旱>重旱>极旱;由5月到7月土壤湿度不断增大,这与新疆降水量分布和实地土壤含水率十分吻合,监测结果可信,能够为决策部门防旱抗旱提供有力的信息支持。     

Spatiotemporal characteristics of urban air quality in China and geographic detection of their determinants

Ambient air pollution brought by the rapid economic development and industrial production in China has exerted a significant influence on socio-economic activities and public health, especially in the densely populated urban areas. Therefore, scientific examination of regional variation of urban air quality and its dominant factors is of great importance to regional environmental management. Based on daily air quality index (AQI) datasets spanning from 2014 to 2016, this study analysed the spatiotemporal characteristics of air quality across different regions throughout China and ascertained the determinants of urban air quality in disparate regions. The main findings are as follows: (1) The annual average value of the urban AQI in China decreased from 2014 to 2016, indicating a desirable trend in air quality at the national scale. (2) The attainment rate of the urban AQI exhibited an apparent spatially stratified heterogeneity, wherein North China retained a high AQI value. The increase of Moran’s I Index reported an apparent spillover effect among adjacent regions. (3) Both at the national and regional scales, the seasonal tendency of air quality in each year is similar, wherein good in summer and relatively poor in winter. (4) Results drawn from the Geographic Detector analysis show that dominant factors influencing AQI vary significantly across urban agglomerations. Topographical and meteorological variations in urban areas may lead to complex spatiotemporal variations in pollutant concentration. Whereas given the same natural conditions, the human-dominated factors, such as industrial structure and urban form, exert significant impacts on urban air quality.The spatial spillover effects and regional heterogeneity of urban air quality illustrated in this study suggest the governments and institutions should set priority to the importance of regional cooperation and collaboration in light of environment regulation and pollution prevention.