基于SPEI干旱指数的东北地区干旱时空分布特征

基于东北地区86个国家基本气象站1960年-2014年逐月降水量和平均气温数据,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析不同时间尺度下东北地区季节、年际以及年代际干旱时空分布特征,并与实际干旱成灾面积进行对比分析,验证SPEI在东北地区干旱评估中的适用性。结果表明:春季、夏季和冬季重旱发生频率随时间尺度增大而升高;中旱发生频率随时间尺度增大而降低。近55年东北地区旱涝情势交替出现,干旱频率随年代际变化逐渐升高,干旱程度逐渐加重。整体来看,随时间尺度增加,极旱发生范围逐渐扩大。东北三省在春季、夏季和秋季均有不同频率的干旱事件发生;冬季吉林和辽宁无极旱发生;黑龙江中部无重旱发生。     

基于SPEI干旱指数的陕西省干旱时空分布特征分析

陕西省属于生态脆弱区且旱灾频发。基于陕西省1956-2016年18个气象站点的实测气象资料,利用Penman-Monteith模型计算年尺度标准降水蒸散指数(SPEI),并结合滑动平均、MK检验、小波分析和Kring空间插值法等方法探讨了陕西省61年来的干旱时空变化特征。结果表明:从时间变化上看,陕西省SPEI指数呈现在波动中下降趋势,表明全省正在向干旱化发展,但总体变化趋势不显著;全省干旱影响范围自1986年起呈现显著扩大化趋势; SPEI指数在1980年出现突然减小的变异点; SPEI指数周期存在多时间尺度特征,具有5,16和30a的三个主震荡周期;从空间变化上看,全省有不同程度干旱发生,各站点分布差异较大且不均衡,干旱频率由大到小依次为中旱轻旱特旱重旱,重旱发生频率最低,高值中心位于延安站,中旱发生频率最高且分布范围最大,高值中心位于略阳站和汉中站。此研究可为全省防灾防旱,农业生产以及政策制定提供科学依据。     

关中地区气象水文综合干旱指数及干旱时空特征

根据陕西关中地区22个气象站和3个水文站1961—2016年的气象水文资料,计算了不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)与径流干旱指数(SDI),运用Gumbel Copula函数构建了气象水文综合干旱指数(MHDI),探讨了MHDI的适用性,并分析了气象水文综合干旱时空分布特征。结果表明:MHDI综合了SPEI与SDI的优点,可同时表征月尺度和年尺度的气象干旱与水文干旱;关中地区MHDI序列值有明显的下降趋势,干旱情况逐年加剧;MDHI序列存在变异,年尺度变异点集中于1986年和1990年;年尺度的序列值主周期多集中在20～22 a;泾河流域干旱发生频率最低,为19.11%,北洛河流域干旱发生频率最高,为47.97%,渭河流域干旱发生频率介于两者之间,为26.42%。     

1980-2019年海河流域气象干旱和农业干旱变化及传播特征

研究干旱演变和传播特征可为流域防灾抗灾提供帮助和建议。以海河流域为例,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化土壤湿度指数(SSMI)分别表征气象干旱和农业干旱,并结合趋势分析和频率分析等方法,对1980-2019年该流域气象干旱和农业干旱时空演变规律以及传播特征进行研究。结果表明：在干旱发生频率上,气象干旱和农业干旱的高发区分别集中在流域东北部和中部,不同季节空间分布存在显著性差异,春季和夏季为气象干旱频发季,冬季和春季为农业干旱频发季;从变化趋势上看,SPEI值呈减小趋势的区域主要集中在流域的中东部,其中春季减小趋势最为显著,而SSMI值呈“北增南减”的分布格局,其中秋季减小趋势最为显著;农业干旱对气象干旱的响应具有延时性,不同季节差异显著,夏季传播时间仅为5个月,秋季、冬季和春季的传播时间分别为6、9和11个月;在空间分布上,春季和夏季的相关系数较低,低值区主要分布在流域北部地区,秋季和冬季的相关系数较高,高值区集中分布在流域中部地区。     

德州市降水及干旱长期特征

利用山东省德州市1951年～2018年气象数据资料,探究德州市降水变化特征及干旱情况。结果表明,德州市年降水量及夏季降水量呈减小趋势,夏季降水量在2006年超过了下降趋势的突变点。SPEI、SPI指标都能反映德州市的干旱情况,但SPEI优于SPI;多时间尺度的SPEI值反映了德州短时间尺度旱涝无常,但长期干旱或者极端干旱事件发生频率较低,随着全球气候变化的进一步发生,未来德州市降水可能进一步减少,干旱发生的频率和强度可能进一步增大。     

基于SPEI的三江平原干旱时空分布特征分析

干旱监测指标是人们监测旱涝变化情况的重要参数,可为灾害预警、影响评估、应急管理及决策提供依据。基于1961—2014年的月降水量和月平均气温时间序列分别计算不同时间尺度(1月、3月、12月尺度)的SPEI值,在此基础上分析不同年、季节和月份干旱强度和干旱站次比的变化特征以及干旱发生频次的空间分布特征。结果表明:三江平原干旱强度及干旱发生范围总体呈略微上升趋势,夏季干旱强度最大,秋季干旱发生范围最广;空间尺度上,中旱及以上强度干旱发生频次较高的区域主要集中于鹤岗、富锦、佳木斯、萝北、集贤等地,呈从东南向西北增加的特点;三江平原的干旱情况在不同年代呈波动态势,1970年代和2000年代为干旱最严重的年代纪。     

1961—2020年黄土高原地区气象干旱时空演变特征研究

基于黄土高原地区61个气象站点1961—2020年的逐日气象资料,探究该研究区域的历史干旱演变特征。采用标准化降雨蒸散指数(SPEI),运用Morlet小波分析、干旱面积覆盖率、干旱发生频率和Mann-Kendall突变检验等研究方法,揭示近60 a全球变暖背景下黄土高原地区的干湿变化特征及周期特征,并对干旱进行归因分析。研究结果表明：SPEI值的干湿交替变化具有全域性,年度SPEI＿12和春、秋、冬季SPEI＿3在研究时段呈逐年下降趋势,干旱倾向趋势降幅排序为秋>春>冬>年,夏季SPEI＿3呈现相对平缓的升高趋势,趋势率为0.02/10a;干旱覆盖面积整体呈上升趋势不显著,年干旱频率在31.40%和35.15%之间,中西部区域站点干旱化趋势较大;不同时间尺度的干湿变化周期不稳定,目前正处于并长期处于偏暖湿化阶段。目前的暖湿化趋势仅体现为量的变化,并不足以改变该区域的基本气候状态,其仍处于温凉干燥的干旱与半干旱气候范围。     

不同干旱指数在新疆哈巴河地区旱情评价中的应用研究

利用新疆哈巴河地区1962-2014年间的气象资料,比较分析多时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI)在该地区的适用性,并基于两种干旱指数计算结果分析哈巴河地区53a间的干旱演变特征。结果表明:各时间尺度(年、季、月)下的SPI指数与SPEI指数呈现显著性相关;单月小尺度下,SPEI指数评价干旱事件等级较实际情况要严重,SPI指数在实际使用中更具优势;12月长时间尺度下,SPI指数和SPEI指数均体现出巴河地区干旱逐步减轻的趋势,在气候变暖大背景下考虑气温变化的SPEI指数较SPI指数更符合当地实际;各季节尺度下,SPI和SPEI指数发生各干旱等级事件的比例相差不大,实际使用中建议春冬季使用SPI指数,夏秋季使用SPEI指数或修正过的SPI指数,同时需要重点关注夏秋季干旱。     

基于CI指数的渭河流域干旱时空演变特征研究

根据渭河流域1961—2014年27个气象站的气象数据,利用综合气象干旱指数(CI)研究了渭河流域近54 a干旱时空演变特征。结果表明:渭河流域的干旱持续时间有微弱增加趋势,干旱持续时间序列不存在明显突变点;春、夏、秋、冬四季干旱站次比多年均值分别为50.7%、42.7%、37.5%、60.9%,其中春、秋、冬三季干旱站次比增加,秋季增加趋势显著;重度及以上干旱四季频发,但冬季干旱站次比小;干旱持续时间以及中度以上干旱频率西北高、东南低,东部华县站周边干旱持续时间较长;春、夏、秋、冬四季中度以上干旱频率均值分别为35.2%、26.2%、22.4%、23.8%。     

安徽省季节干旱时空特征及对大气环流的响应

【目的】在全球变暖的背景下,干旱事件发生更为频繁、剧烈,研究安徽省季节干旱特征及大气环流遥相关关系,可为安徽省旱灾防治工作提供指导。【方法】以标准化降水指数(SPI)为干旱指标,采用Sen斜率估计Mann—Kendall趋势检验等方法分析安徽省各季节降水趋势和干旱时空特征,并通过交叉小波变换(XWT)和小波相干变换(WTC)探究各地区季节干旱与大气环流的相关关系。【结果】结果显示：在1960—2021年间,春季和秋季降水量减少,干旱站次比增大。夏季和冬季降水量增大,干旱站次比减少;春季和夏季干旱频率在淮北平原最高,干旱强度在大别山区最大。秋季干旱频率在皖南山区最高,干旱强度在江淮丘陵最大。冬季干旱频率在大别山区最高,干旱强度在皖南山区最大;南方涛动指数(SOI)与皖中和皖南地区春季SPI、北大西洋振荡(NAO)与皖中和皖南地区夏季SPI以及皖南地区冬季SPI、太平洋北美振荡(PNA)与皖中和皖南地区秋季SPI、北极涛动指数(AO)与皖北和皖中地区冬季SPI在不同时间尺度的共振周期上具有较好的相关关系。【结论】春季和秋季有变干趋势,夏季和冬季有变湿趋势。安徽省平原和丘陵地区干旱频率较大,...     

干旱指数在四川省的适用性分析

干旱灾害频发严重制约着四川省的农业发展,为合理分析四川省干旱情况,干旱指数的选择尤为重要。本文基于四川省39个气象站点1960年-2013年的气象资料,分别计算1961年、1994年、2006年和2009年-2010年各站点相对湿润指数M、气象干旱综合指数CI、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI,利用Arcgis反距离插值法进行空间插值,并与中国气象灾害大典记录的四川省典型年干旱情况进行对比分析,进而评价四种干旱指数在四川省的适用性。结果表明:对于1961年夏旱,M指数和CI指数均表现出无旱或轻旱,SPI指数结果较实际情况偏小,SPEI指数监测出了干旱的重灾区,效果在四个干旱指标中最好;1994年夏伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数出现了空报,对川东地区和川西高原的监测结果偏小,SPEI指数在达县、巴中一带结果偏小,而SPI指数在成都、绵阳一带的结果偏小。2006年伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数比M指数效果稍好,但结果仍然偏小;SPI指数和SPEI指数监测出的干旱特征与实际一致;2009年-2010年的冬春连旱,SPEI指数效果最好,M指数次之,SPI指数效果最差。SPEI指数最能反映四川省典型干旱年干旱的空间分布特征。     

1960-2016年贵州喀斯特山区干旱时空动态分析

干旱是造成喀斯特地区损失最为严重的自然灾害之一。以我国西南喀斯特集中分布区域为研究区,基于研究区33个气象站1960-2016年的逐日降水数据,利用PA指数和Mann-Kendall检验方法分析了1960-2016年干旱时空分布特征。结果表明:研究区降雨量有减少趋势,PA指数呈减小趋势,干旱呈增强趋势,2011年PA均值最小;研究区各季干旱强度均呈上升趋势,且冬旱强度最强、发生干旱年份最多,秋旱次之,春旱和夏旱强度较弱、发生干旱的年份较少;年际干旱频次高发区集中于研究区南部、西北部及中东部地区;仅秋、冬季西部和东南部部分地区出现特旱且频次低,秋、冬季发生重旱、中旱和轻旱的频次高,春、夏季较低;春季干旱频次西高东低,夏季中部高,秋季南高北低,冬季西高东低;干旱与地形因子显著相关,重、特旱易发生在高陡地区。综上所述,研究区干旱有增强趋势且秋、冬季趋势较强,空间上呈现明显的季节性和区域性,且与地形因子显著相关。     

ENSO影响下安徽省旱涝灾害及农业生产损失时空变化特征

基于1961—2014年25个气象站资料,采用线性趋势法、标准化降水蒸散指数(SPEI)、M-K趋势检验以及皮尔逊相关分析法,分析了ENSO影响下安徽省1961—2014年近54年旱涝时空特征及对农业生产影响。研究表明:(1)与ENSO事件有关的中度以上干旱(洪涝)发生次数占中度以上干旱(洪涝)总次数的68%(83%),且干旱事件受厄尔尼诺次年及拉尼娜年影响大,洪涝受厄尔尼诺当年影响更大;(2)春、秋季SPEI波动幅度大于夏季和冬季,洪旱灾害风险增大。春季呈干旱化趋势,冬季在20世纪90年代湿润化达到最大,随后趋向于干旱化。与皖北地区相比较,皖南地区各月份趋势变化大;(3)安徽各地区的旱涝指数与SSTA的相关性在ENSO冷暖事件中不同,ENSO暖事件对皖南地区相关系数最大达0.32,超过99%置信度检验,影响更为显著,而ENSO冷事件对皖北地区相关系数最大达0.28,超过99%置信度检验,影响更为显著。随着滞后性月份的增加,安徽各区域的旱涝指数与SSTA的相关系数逐渐增大,皖南地区与SSTA相关性大于皖北地区,SSTA对未来3个月皖南旱涝有明显的影响;(4)近20年皖北、皖南地区稻、麦减产主要发生在ENSO事件年或者前一年,且减产率高。皖北地区和江淮地区的小麦减产发生次数较少,小麦减产率较大,而皖南地区小麦减产发生年份较多,小麦减产率较小。ENSO对农业生产的影响与旱涝分布状况有关,江淮地区良好的灌溉条件会降低ENSO年农业旱涝受灾风险。     

黑河流域1967-2009年气象干旱时空变化特征

以标准化降水蒸散指数(SPEI)反映气象干旱,基于黑河流域内外19个气象站1967-2009年月气象数据,计算季节尺度SPEI序列,利用M-K趋势检验、小波分析、反距离权重(IDW)插值等方法分析黑河流域春、夏、秋、冬四季43年间干旱变化趋势、周期特征以及干旱频率的空间分布特征。结果表明:中、上游干旱指数呈增大趋势,即旱情有所减缓,而下游干旱指数呈减小趋势,即干旱情况逐渐加重;无旱频率最大,且从上游到下游整体呈增加趋势;黑河流域干旱周期特征主要表现出16~22a和32~33a的年代际周期及2~5a和6~11a的年际周期特征;黑河流域四个季节轻中旱发生频率比重特旱发生频率大得多,且春、夏和秋季的轻中旱发生的高频区集中在中上游,冬季集中在下游,而四季的重旱和特旱发生高频区空间分布特征与轻旱和中旱正好相反。研究结果可为黑河流域水资源合理开发利用和科学抗旱提供理论依据。     

基于改进三维识别方法的西北地区干旱事件分析

以标准化降水蒸散指数(SPEI)为基础,基于改进的干旱三维识别方法,提取多个反映干旱空间动态演变过程的特征变量,对西北地区识别的气象干旱事件进行分类并分析其时空演变模式,揭示季节干旱发展规律。结果表明：改进的干旱三维识别方法能够准确提取出时空连续的干旱事件,提高了干旱时空动态演变监测的可视化程度;1960—2018年西北地区气象干旱事件以同向迁移规律为主,青海省北部和甘肃省中部为两个主干旱中心区域,且呈现出历时逐渐变短、大面积干旱事件占比逐渐降低的趋势;西北地区季节连旱事件多集中在青海省,春夏秋连旱事件由东南向西北方向迁移,夏秋冬连旱事件由西南向东北方向迁移,且两种季节连旱事件在发展后期的迁移速率相对较快。     

清光绪初年山西极端干旱事件重建与分析

基于清宫雨雪分寸记录和现代农业气象站资料,利用水量平衡原理与土壤物理入渗模型,定量重建了清光绪初年（1875-1878年）极端干旱背景下山西省95个县区的季、年降水量,验证了重建结果的可靠性。基于重建降水量,利用降水距平百分率干旱指数分析了极端干旱的时空演变过程。结果表明：在时间上,1875-1877年为连续三年大旱,且呈逐年加重趋势,其中,1877年为极端干旱年;季节性连旱明显,1875年夏秋冬连旱,1876-1877年夏秋连旱,其中1877年最为严重,出现全省性重旱、特旱。在空间上,干旱分布大致经历了由中东部地区和西部地区演变至北部,再到南部和中东部地区的过程,其中中东部和南部地区干旱最为严重。历史典型场次极端干旱事件的重建研究对于定量复原历史干旱事件具有重要的现实意义,在应对区域干旱巨灾风险方面具有重要的参考价值。     

黄河流域气象干旱与水文干旱时空特征及其传递关系EI北大核心CSCD

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI),比较了黄河流域气象干旱和水文干旱的时空分布差异,分析了二者时间尺度上的关联性,并选取典型干旱事件进一步探讨了两种干旱类型的传递关系。结果表明:两种干旱类型空间上有相似的趋势和频次,但在黄河源区和黄河中南部(渭河流域)差异显著,其干旱历时均有随年代延长的趋势,水文干旱历时增长尤为明显;在时间尺度上,SPEI与SRI在大部分区域基本一致,但在黄河源区和渭河流域差异较大,尤其是短时间尺度上差异更显著;气象干旱与水文干旱并非一一对应,多场短历时间断气象干旱受时滞效应、异常气象波动等影响,可能引发一场长历时连续水文干旱或多场短历时间断水文干旱,一场长历时连续气象干旱强度衰减可能引发多场短历时间断水文干旱。