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。     

基于SPEI的辽西地区气象干旱时空分布特征

干旱是辽西地区最为频繁的自然灾害之一,已严重制约人们的生活和经济发展。以辽宁省西部作为研究区域,借助该区8个气象站点1960-2015年逐月气温、降水数据,计算年、季、月时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并进行Mann-Kendall 趋势变化和ArcGIS空间可视化分析,揭示了辽西地区近56a气象干旱的时间变化趋势,以及干旱频率和干旱强度的空间分布特征。结果表明：近56a辽西地区干旱发生频率呈现上升趋势,尤其是21世纪以来;季节干旱变化趋势不甚明显,各季节均有干旱发生,其中秋季干旱最严重;辽西各地区均有干旱发生,在年尺度、季尺度和月尺度下发生频率分布不均,总体呈西部频率高东部频率低的趋势;21世纪以来发生连续干旱次数较多,干旱发生强度呈现西南强,东北弱的分布特征,高值中心在建平。     

松花江流域季节性气象干旱特征及风险区划研究

利用松花江流域67个代表性气象站1960~2009年气象观测资料,采用标准化降水指数（SPI）为评价指标,计算松花江流域50 a中各季干旱指数,在此基础上分析了流域季节性气象干旱演变特征及规律,研究发现,松花江流域气象干旱呈现出明显的空间分带性和季节分带性。从地域变化来看,流域干旱区主要分布在东北、西南部;从季度变化来看,春旱和夏旱是流域气象干旱的主要类型,夏季干旱最严重,春季次之。建立评价指标体系实现了基于GIS技术的气象干旱风险区划,针对不同风险区提出相应的抗旱措施,为流域有效应对干旱灾害提供依据。     

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CI指数的江苏省近50 年干旱的时空分布规律

根据江苏省54 个气象台站1960-2009 年实测气象资料,利用气象干旱复合指数(compositeindex, CI) 对江苏省近50 年的干旱特征进行了时空分析。通过计算各站历年逐日的CI 指数值,统计近50 年各站点出现的干旱过程,分析江苏省各地区干旱发生的频率、范围和强度,揭示了江苏省干旱发生的时空分布规律。研究结果表明：(1) 江苏省全年和各季干旱发生频率都是北高南低,四季中,冬旱发生频率最高,夏旱发生频率最低,秋旱南北差异不显著。(2) 冬季江苏省干旱大范围发生的年份最多,夏季最少;近50 年来,全年和四季干旱覆盖范围的线性变化趋势不明显。(3) 这50 年中,江苏省逐年干旱持续日数和干旱强度虽然存在着明显的年际波动,但线性变化趋势不明显。(4) 江苏省各等级干旱日数总体上呈现冬季多夏季少、北部多南部少的规律。     

基于日尺度SPEI的黄淮海平原冬小麦生育阶段干旱特征分析

黄淮海平原地处燕山以南、淮河以北，包含黄河、淮河和海河冲积平原及部分丘陵山区，属于半干旱、半湿润地区，年降水量500～900 mm，是我国主要的冬小麦种植区。利用黄淮海平原49个农气站点1961—2017年日值气象数据，采用Penman-Monteith模型计算的日尺度SPEI指数，从气象干旱的角度分析了黄淮海平原近56 a冬小麦主要生育阶段干旱持续时间和干旱强度的变化，并采用R/S方法对干旱未来变化趋势进行预测。结果表明：（1） 从空间分布上来看，冬小麦的营养生长期和并进期，北部干旱持续时间较短，干旱强度较小，南部干旱持续时间较长，干旱强度较大，而冬小麦生殖生长期与前两个生育期干旱分布相反。（2） 从各站点变化趋势来看，在冬小麦整个生育期内干旱持续时间与干旱强度呈相反趋势。（3） 从时间变化趋势上来看，1961—2017年干旱有明显减缓趋势，除个别站点外，在冬小麦的营养生长期和并进期，干旱持续时间和干旱强度自2003年起干旱有逐渐减缓趋势，在生殖生长期则从2007年起干旱有逐渐减缓趋势。（4） 从未来变化趋势来看，营养生长期干旱持续时间将缩短，干旱强度将减小，并进期的干旱持续时间和干旱强度的变化将和过去56 a基本保持一致，生殖生长期干旱持续时间将有所增长，干旱强度将有所加重。本研究分析了黄淮海平原冬小麦生育阶段干旱特征，旨在认识分析和掌握冬小麦生育期干旱演变特征以及干旱发生规律，对保障粮食安全和防旱减灾提供了科学依据。     

基于SPEI指数的秦岭南北地区干旱时空变化特征

基于秦岭南北地区47个气象站点1960-2016年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了秦岭南北地区不同时间尺度干旱发生频率和强度的时空演变特征,并试图揭示该区域干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能够较好的反映秦岭南北地区的干旱特征及干湿演变状况。从时间变化上看,近57 a来秦岭南北地区呈干旱化趋势,以20世纪90年干旱化趋势最为显著,干旱化趋势最显著的区域为秦岭以北地区,但近22 a秦岭南北地区开始出现湿润化趋势;从季节来看,四季大部分区域呈干旱化趋势,秋季干旱化趋势最显著且开始最早,春季次之,冬、夏干旱化趋势相对不显著。从空间来看,秦岭南北地区在年、季、月尺度上均有干旱发生且各地区分布极不均匀;其中秦岭以北地区干旱发生频率较高,其他子区域干旱发生频率的空间分布特征较为复杂。干旱发生强度呈现出中西部强,四周弱的特点,干旱发生强度最强的地方为陕西石泉,为14.7%,最弱的地方为四川阎中,为23.6%。     

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。     

基于SPI的1960~2012年西南地区水稻生长季干旱时空特征分析

基于1960~2012年逐月降水资料,选取标准化降水指数（SPI）为干旱衡量指标,将SPI1与水稻各生长阶段（Growth Period of Rice,GPR）相结合,研究西南地区近53 a来整体和水稻（Oryza sativa）4个生长阶段的干旱时空演变特征。结果表明：整体上,西南地区历年干旱站次比均高于50%,全域性干旱特征显著。水稻不同生长阶段干旱时空分布特征差异显著。① GPR1和GPR2阶段以全域性干旱为主,GPR3和GPR4阶段则呈现局域性干旱>区域性干旱>全域性干旱的特征;② 生长阶段内干旱连续性特征明显,尤其是GPR2 阶段,易发生周期为2~6 a的全域性干旱和区域性干旱。③ 轻旱高值区呈现由东北向西南转移的趋势;中旱高发区呈现出明显的从北部向南部移动的趋势;重旱高发区各阶段空间分布差异较大。④ 水稻在GPR1和GPR2阶段主要受轻旱和中旱影响;GPR3和GPR4阶段重旱发生频率上升,影响范围增大。     

基于SPI的黑龙江省干旱时空特征分析

利用黑龙江省10个气象站点1953—2015年逐日降水数据，计算不同尺度下的标准化降水指数(SPI)，并结合游程理论分析黑龙江省干旱的时空演变特征。结果表明：降水仍是黑龙江省干旱的主要影响因素；黑龙江省干旱夏季和秋季呈增强趋势，SPI变化速率分别为每10 a下降0.029、0.135,春旱和冬旱呈缓解趋势，速率为每10 a上升0.061、0.074，年SPI变化速率为每10 a下降0.044；黑龙江省20世纪60年代中后期~70年代末，干旱较为频繁，且干旱的持续时间长、干旱程度大、干旱强度大，出现了1974—1980年的连续干旱期，80年代~90年代中期较为正常，90年代末及之后，干旱频率及其持续时间、程度、强度呈增加趋势；干旱事件的持续时间从西北向东南呈增加—减少趋势，黑龙江省中部的干旱事件持续时间最长。     

陕西区域性气象干旱事件及变化特征

以陕西省为例,探讨了区域性气象干旱事件的识别和综合评估方法。采用陕西省96个国家级气象站1961-2013年逐日降水量和平均气温资料,计算了各站逐日综合气象干旱指数CI值,在此基础上定义了区域性气象干旱事件,并构建了以事件的极端强度、累积强度、累积面积、最大面积和持续时间5个指标的区域气象干旱事件综合评估模型,确定了区域气象干旱事件综合强度等级划分标准。历史干旱事件验证表明,采用的建模方法和评估等级划分合理。分析表明:陕西区域性气象干旱事件的持续时间以10~20 d为主,最长可达218 d。区域性干旱事件主要出现在春夏季。近53 a区域干旱事件频次呈弱的增加趋势,累积日数呈增多趋势,但年际差异大,阶段性特征显著。20世纪90年代持续性干旱事件频繁,强度强。干旱事件地域分布特征显示关中为陕西干旱事件发生的高频、高强中心区域。     

基于标准化降水、径流指数的黄河流域近50年气象水文干旱演变分析

针对黄河流域近年来干旱频繁发生和水资源匮乏状况,基于1961-2010年黄河流域146个气象站的逐月降水和干流6个水文站的逐月径流资料,采用标准降水指数(SPI)、标准流量指数(SDI)及其相关评估指标,运用趋势、时滞互相关等气候学分析方法,分析了近50年黄河流域气象和水文干旱时空变化特征.结果表明:全流域年气象干旱表现出加剧趋势,且中游干旱化较突出.中游春旱、全流域秋旱和上、下游夏旱均呈加剧趋势,而全流域冬旱出现减轻态势,以上游较突出.沿干流从上游至下游水文干旱呈加重趋势,且自1990s后期开始水文干旱的发生更加频繁,干旱等级也越来越高.流域水文干旱主要与流域干旱、半干旱气候区的气象干旱有1～5个月的滞时.     

泾洛河流域元代干旱灾害初步研究

通过对泾洛河流域元代历史资料的搜集、整理和分析,对该时期泾洛河流域干旱灾害等级、干旱灾害事件在时间上的变化及其成因进行了研究。结果表明:泾洛河流域从元代早期(公元1266年)~元代晚期(公元1359年)的94年中,共发生干旱灾害29次,平均每3.2年发生一次;泾洛河流域元代的干旱灾害主要以轻度旱灾为主,占旱灾总数的44.8%,其次是中度旱灾,占旱灾总数的37.9%,特大旱灾的发生频率也较高,占旱灾总数的13.8%,大旱灾发生频率最低,占旱灾总数的3.5%。泾洛河流域旱灾在元代早、中、晚期分布不均匀,从早期到中期再到晚期,干旱灾害呈现出由少变多又变少的趋势。该区旱灾以夏旱最多,春旱次之,春夏连旱与春夏秋冬四季连旱的发生频次也较高,仅次于春旱。降水量的年内分布不均匀是该区在元代发生轻度和中度干旱灾害的主要原因,而气候的异常明显变干是该区在元代中期干旱灾害加剧和大旱灾频繁发生的主要原因。初步认为泾洛河流域元代发生了1次干旱气候事件,时间在1326~1332年。     

基于日SPEI的近55 a西南地区极端干旱事件时空演变特征

利用1960~2014年中国西南地区141个气象台站的逐日气象资料,引入一个新的干旱指数——逐日标准化降水蒸散指数（日SPEI）,对极端干旱事件的年代际、年际、季节内变化及持续性特征进行了分析,结果表明：空间上,近55 a西南春季和年极端干旱程度呈一致的减弱趋势,重庆、四川与贵州的交界处及四川西北部极端干旱程度明显缓解,而夏、秋两季极端干旱表现出增强的趋势并有一定的区域性特征。时间上,春季和全年极端干旱频率、强度和持续天数逐渐减少,春季极端干旱的减弱程度较全年明显;夏、秋两季极端干旱频率、强度和持续天数呈增加趋势,夏季极端干旱的加重趋势比秋季明显。从极端干旱事件的持续性来看,20世纪60年代和21世纪初（2000~2014年）西南遭受的极端干旱最严重,持续期达60 d以上的站点分别占到站点总数的60%和73%。     

基于SPEI的广西干旱时空变化特征分析

以标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)作为干旱的评价指标,通过对1961-2013年广西地区87个气象站逐月降水量和平均气温的计算,得出各个站点不同尺度SPEI值,根据不同尺度SPEI值的变化规律、各个季节发生频率、空间分布、周期及变化趋势,分析广西干旱的时空变化特征。结果表明,受季风环流和地形分布影响,广西夏季发生干旱的概率较小,冬季普遍发生干旱,而春季和秋季干旱空间分布格局显著,桂西北地区和北部湾地区形成春季干旱格局,桂东北形成秋季干旱格局,且秋旱发生严重旱情的几率比春旱大。春旱区存在3 a、7 a和13 a的周期变化,秋旱区存在2 a、4 a、7 a和17 a的周期变化,且均在21世纪进入干旱周期。     

基于SPEI指数的近53年河南省干旱时空变化特征

干旱在中国发生较为频繁,对农作物的影响较大。基于1961-2013年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了河南省不同时间尺度干旱发生频率和发生强度,揭示了该地区干旱发生的时空演变特征及干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能较好地反映河南省干旱的变化特征;随着时间尺度的减小,SPEI值波动幅度增加,干旱发生频率增加。近53年河南省干旱发生频率总体呈上升趋势,且各地区之间分布不均匀。周口地区发生频率最高,达35%以上;豫中和豫西地区最低,为26%左右。四季中以春、夏两季干旱发生最为严重,其次为秋季,冬季最弱。在年际变化方面,1966-1968年、1998-2000年和2011-2013年发生了大范围的持续干旱。干旱发生强度呈现豫北和豫西偏东地区高,豫东和豫南北部地区低特点;干旱发生强度最强的地区为安阳,为22.18%,最弱的地区为驻马店,为16.60%。     

修订后水分盈亏指数在甘肃省冬小麦干旱监测中的应用

提高西北旱作农业干旱监测准确性和时效性,对农业生产防灾减灾有重要意义。利用甘肃省3个农业气象观测站长期土壤水分和冬小麦生育状况观测资料、1971—2016年43个冬小麦种植县气象观测资料及产量资料,基于冬小麦播前底墒和生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,并确定了干旱等级指标,改进后作物水分盈亏指数与土壤贮水和冬小麦减产率高度相关,能更准确的反映甘肃省冬小麦干旱实况,并利用ArcGIS分析了近46 a甘肃省冬小麦不同生育期、不同等级干旱发生频率的时空分布特征。结果表明：甘肃省冬小麦从播种至开花期随着发育期推移,呈现干旱频率增加、范围扩大的趋势,多以中旱居多,其中拔节—开花期发生面积最大,陇中、庆阳市北部、平凉市西部、天水市西部、陇南市南部干旱出现频率较高;开花—成熟期随着降水量增加干旱发生频率减少、程度减轻。     

基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布

以渭河流域为例,从流域水文循环的角度出发,在SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型和Palmer干旱指数(Palmer Drought Severity Index)原理的基础上提出了干旱分析模型SWAT-PDSI,对渭河流域干旱的时空演变规律和发生频率进行了分析。研究结果表明:1经率定和验证的SWAT模型能够较好地模拟渭河流域的水文变化过程;2利用SWAT-PDSI对典型干旱事件(1995年干旱)的评估结果显示,该模型能较好地反映渭河流域干旱的时空差异和变化规律;3渭河流域、渭河干流和泾河流域均表现为变干的趋势,而北洛河流域表现为变湿的趋势,但均未通过95%的置信水平检验;4渭河流域多数子流域的SWAT-PDSI多年平均值处于-1~1,说明该流域多数地区处于正常状态;5渭河流域北部的北洛河流域和泾河流域的上游地区易发生干旱,发生中等以上、严重以上和极端干旱事件的频率最高。     

青海高原干旱时空分异特征及发生风险研究

青海省干旱灾害具有发生频繁、影响范围大、持续时间长的特点,严重影响本省农牧业生产,对其发生、分布及出现风险进行研究,成果对降低农业生产风险、水利工程布局建设有很好的参考作用。本文通过修正Penman公式中辐射计算模型,定义青海省干燥度干旱指标,将干旱划分为重旱、中旱、轻旱、无旱四级,对青海省1960—2010年的干旱年际变化趋势及空间分布特征进行分析。构造月干旱发生风险指数,以5月份为例对青海省月干旱发生风险进行了评估。主要结论如下:(1)1961—2010年,青海省年干旱程度以重旱与中旱为主,50年来重旱次数呈现极显著减少趋势;无旱次数呈显著的增加趋势;轻旱与中旱次数无明显变化趋势。冬季干旱以重旱为主;春季重旱减弱,轻旱增加;夏季重旱显著减少,无旱次数显著增加;秋季重旱趋稳。(2)柴达木盆地为重旱高发区;青海省东南部久治、河南、班玛等地为无旱或轻旱主要影响区;祁连山区、东部农业区及青南称多、玉树等地受轻、中旱影响较大。(3)5月份,重旱在三江源的东南部、祁连山区、环青海湖区、东部农业区出现可能性低;中旱高风险区位于柴达木的大柴旦、德令哈、乌兰、都兰及小唐古拉山、治多区域;轻旱高风险区域包括天峻、祁连、环湖区域大部分、东部农业区大部分地区及三江源的杂多、玉树、兴海等地。     

基于多源数据的西藏东南部历史干旱监测与分析

干旱作为频发的全球性自然灾害之一，造成了严重的社会、经济和生态环境问题。以西藏主要耕作区为研究区，2001—2015年MODIS、TRMM和SRTM DEM数据为数据源，利用植被状态指数（VCI）、温度条件指数（TCI）和降水状态指数（PCI）〖WTBZ〗等模型参量，采用空间主成分分析方法构建区域干旱综合监测模型，对模型精度和可靠性进行检核验证，并以所建模型对研究区2001—2015年逐月干旱进行识别，采用地理时空分析方法对研究区干旱变化特征及趋势进行研究。结果表明，干旱综合监测指数（DCMI）能够较好地反映区域土壤相对湿度与标准化降水蒸散指数（SPEI）的变化，干旱综合监测模型具有较好的适用性；研究区全年干旱频率在空间分布上呈现出西高东低的特征，大部分地区干旱频率小于20%，约12.41%的区域干旱频率超过20%；从不同等级干旱发生频率来看，日喀则市为轻旱、中旱易发区，重旱易发区则集中于日喀则市和昌都市的中部及东部地区；区域月际干旱频率空间格局差异较大，全年干旱易发生于1、8、11月等月份，局部地区干旱易发月份存在差异；区域年内旱情变化趋势差异性较大，10月~次年9月，旱情加剧区域呈现出随月份变化由耕作区东部向西部逐渐转移的趋势。