西南地区连年干旱气象地理原因分析及应对措施建议

近几年,我国西南地区连年干旱,引发社会的广泛关注。西南地区干旱灾害具有受灾面积大、影响范围广、持续时间长、部分地区连年受灾以及因旱农村饮水困难突出和农业因旱成灾率高、损失大等特点。从地理和气象角度分析,西南地区连年干旱灾害是受降水时空分布不均和持续高温少雨天气的影响,以及地形、地质和地貌的特殊性和复杂性所致。建议今后从加强水源工程建设、节约用水、提高水资源利用率以及完善抗旱非工程措施等几个方面提高该地区的抗旱能力。     

河南省降水分布及气象干旱特征分析

本文根据河南省1954―2013年逐年实测降水资料,采用降水Z指数法,分析研究全省干旱时空演变规律.结果表明:1954―2013年河南省降水量变化总体呈缓慢减小趋势,多年平均降水量为772.6 mm;全省降水Z指数趋于逐年减小,干旱强度趋于增大;近60年全省有15年发生了干旱,干旱频率25%;由于降水年际分布不均,20世纪90年代干旱频率较高;2000―2013年干旱强度有所增强;18个地市干旱频率分布在25%―37%之间.     

山东省气象干旱的游程时空特征分析

针对近年来山东省干旱引起的经济及水安全问题,开展了干旱时空特征分析。基于1961—2011年共51 a逐月降水量资料,计算15个气象站点的月降水量距平百分率(Pa)并进行干旱等级的划分和统计,对山东省干旱的时间和空间特征进行了分析,采用游程理论应用Pa值分析了研究期内山东省的干旱特征并预测其未来的干旱趋势。结果表明:研究期内,山东省逐年干旱的变化规律并不明显,西南部及北部部分地区发生干旱特别是严重干旱事件的频率及未来发生的概率高于其他地区,东部沿海地区发生干旱概率较低,未来几十年内山东省不会发生连续大烈度的干旱。     

基于PDSI的1982—2015年我国气象干旱特征及时空变化分析

利用中国地面气象观测的月值资料构建1982—2015年月尺度帕默尔干旱指数(PDSI)来度量中国气象干旱,并对气象干旱特征和时空变化规律进行分析。结果表明:我国气象干旱特征空间差异显著,半湿润、半干旱区平均干旱历时较长,烈度较大;从全国整体来看,单位面积上干旱频率为0.44次/a,平均干旱历时6月/次。气象干旱特征变化明显,干旱频次、历时和烈度呈上升趋势,半湿润、半干旱区干旱形势逐渐严峻。气象干旱时空变化显著,年际性、季节性PDSI均呈下降趋势,气象干旱总体呈加重趋势,集中在半湿润、半干旱区(青海东南部、陕甘宁、山西、内蒙古北部及黑龙江北部区域),部分湿润区(四川中部、重庆、湖北及云贵地区)气象干旱加重趋势同样显著。     

基于Z指数和云模型的川中丘陵区干旱分布研究

Z指数法是气象干旱评价中一种较为有效的方法,它以降水量为主要评价指标。但由于降水量并不完全符合正态分布,且依据Z指数法评价的旱涝等级标准受主观影响大,简单的数值比较不能完全客观揭示干旱的时空分布特征。因此,可将具有模糊隶属度分析优势的云模型理论和Z指数法相结合,共同揭示干旱的时空分布特征。以川中丘陵区22个站点近60 a的干旱变化为例的实证分析结果表明,干旱的类型占比、时间分布特征、Z指数序列趋势分析均可准确刻画研究区干旱的实际变化规律,该研究方法是可行的。研究方法可为今后气象干旱评价研究提供借鉴。     

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的辽宁省气象干旱特征及驱动因素分析

基于1970—2020年辽宁省19个气象站点逐日气象数据,计算月、季、年尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI)变化情况,分析了辽宁省1970—2020年气象干旱时空演变特征及其驱动因素。结果表明: 1970—2020年辽宁省SPEI在月、季、年3种尺度上均具有明显的周期性变化规律,干旱事件交替出现,总体向湿润化方向发展,其中1974年、1975年和2010年为突变年;空间上SPEI分布区域性明显,辽西、辽南、辽北干旱发生频率较高,中部地区干旱发生频率最小,辽宁省全年大部分地区有轻旱情况存在,而特旱情况仅发生在清原、彰武地区;年尺度及季尺度与SPEI相关性最强的均为降水量,潜在蒸散量次之,ENSO冷暖事件对辽宁省干旱情况有一定影响且暖事件影响更明显。     

基于SPI指数的宁夏干旱特征

为研究宁夏干旱时空变化特征,选取1960—2018年宁夏10个国家级气象站点的气象资料,使用标准降水指数(SPI)、干旱频率、干旱强度和气候倾向率等指标进行分析,结果表明:宁夏1960—2018年降雨呈现出逐年减少趋势,而温度呈现出增加趋势;宁夏干旱持续时间长且较为频繁,年尺度干旱均呈现出减少趋势,而季节尺度上,除北部引黄灌区的夏季、中部干旱带和南部山区的夏秋两季以外,其余各研究区各季皆呈增加趋势。明确宁夏的干旱时空变化特征对该区域的旱情评估、预警及制订抗旱减灾对策具有重要意义。     

适宜表征农业干旱的气象干旱指标——以湖南省为例

以最新的全国土壤水再分析产品为参考,通过最大相关性分析确定最适宜表征湖南省农业干旱的标准化降水蒸散发指数(SPEI)时间尺度,进而分析湖南省1960-2014年农业干旱的时空演变特征。结果表明:全省尺度最适宜表征农业干旱的SPEI时间尺度为SPEI-6;基于SPEI-6表征的全省农业干旱在1960-2014年呈不显著减小趋势,中度及以上干旱的发生频率为14.4%,重度及以上干旱的发生频率为4.9%;在季节分布上,中度及以上农业干旱在冬季发生频率最高,其次为秋季;重度及以上农业干旱亦在冬季发生频率最高,其次为春季;在年代际变化上,农业干旱的发生频率在20世纪60年代最高,而后持续降低,90年代达到最低值,21世纪初又快速升高。     

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。     

长江流域1961~2015年不同等级干旱时空变化分析

分析长江流域历史时期的干旱时空变化特征,对于目前和未来的干旱应对具有重要参考价值。采用12月尺度标准化降水指数（SPI_12）对长江流域134个气象站1961~2015年逐日降水数据进行统计分析,探究了流域内不同等级干旱的时间变化特征和空间分布格局。结果表明：长江流域每年发生干旱的平均次数和站点数均没有明显变化趋势,但特旱发生次数和站点数均呈升高趋势;流域内各站点发生干旱的频率主要介于30%~35%之间,四川盆地、云南省北部、贵州省北部发生干旱的频率大多呈增加趋势,其他地区干旱发生频率以降低趋势为主。上述结果表明,长江流域不同等级干旱呈现不一致的时间变化特征,发生特旱的风险呈增加趋势,不同区域的干旱变化趋势也存在显著差异,因此需要分区制定针对性的应对措施。     

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。     

基于SPI和SPEI的淮河中上游流域气象干旱时空分布特征对比研究

基于淮河流域1960-2017年逐月降水、气温资料,采用SPI、SPEI等干旱指数和线性趋势法、Mann-Kendall、小波分析等数学统计方法对年和四季气象干旱的趋势性、周期性及干旱频次进行时空分布特征的对比研究。结果表明:流域年、夏冬两季两种干旱指数呈微弱增加趋势,SPEI较SPI上升幅度略大,春秋两季均呈微弱减少趋势,SPEI较SPI下降幅度略大;研究时段内同一区域的两种干旱指数反映的干湿变化周期性基本一致;年尺度淮河以北SPEI显示中旱频次较多而SPI显示轻旱频次较多,其他时间尺度南北区域接近一致;两种干旱指数的空间变化趋势除夏季较为一致外,年、春秋两季在同一区域上SPEI显示的干旱化趋势较SPI略强,冬季SPI显示绝大部分区域呈湿润化趋势而SPEI呈干旱化趋势;两种指数在空间分布上存在一定程度的差异性,四季SPEI显示的干旱频次普遍比SPI统计的干旱频次高。研究结果对于干旱客观性评估和水旱灾害防治管理具有重要参考价值。     

长江流域气象干旱演变特征及未来变化趋势预估

基于长江流域及周边范围在内的318个气象站点1956—2018年的实测资料和CMIP5全球气候模式在3种RCPs情景下的预估数据,以标准化降水蒸散发指数作为干旱等级的划分指标,对流域历史气象干旱时空演变特征进行了分析,并预估了流域未来不同排放情景下的气象干旱时空变化趋势。结果表明:①近60 a,流域干旱率年际变化较大,平均干旱率为18.21%。从年代变化来看,近20 a干旱影响范围普遍较大;干旱频发地区主要位于岷江流域,干旱次数呈从上游向下游递减的趋势;高强度的干旱多发生于金沙江中下游地区和成都平原地区,平均场次干旱强度也呈从上游向下游递减的趋势;②在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,2020—2050年长江流域多年平均干旱面积分别为74.1万km²、75.7万km²和126.4万km²;流域上、中、下游干旱频次多年平均值分别为1.1~1.2次/a、1.0~1.1次/a、1.0~1.1次/a。预估时段内上、中、下游干旱频次较历史时段分别增加38.4%~50.7%,33.7%~45.3%和32.6%~49.6%;预估时段内上、中、下游干旱强度多年平均值分别为-1.68,-1.64,-1.60,与历史时段差别不大。研究结果可为相关部门制订科学合理的干旱灾害防范措施和对策提供科学依据。     

西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征

为了解西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征,采用西南地区1968—2017年101个气象站观测资料和8个水文站月径流资料,计算了标准化降雨蒸散发指数(SPEI)和标椎化径流指数(SRI),基于皮尔逊相关系数(PCC)确定了干旱响应时间并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,构建了线性干旱传播模型并确定了西南地区部分流域气象干旱向水文干旱传播的触发阈值。结果表明：西南地区干旱响应时间为2～7月;水文干旱敏感度分布与气象干旱传播率分布较为一致;干旱烈度传播阈值较小的流域,水文干旱事件历时更长。     

新疆干旱灾害的特征及其影响因素分析

整理了1950—2000年新疆地区干旱灾害资料,分析了区内干旱灾害的变化特征及形成干旱灾害的主要原因。结果表明:近50 a间共发生干旱灾害47次,平均1.06 a发生一次,其中轻度旱灾14次,占旱灾发生总数的29.8%;中度旱灾14次,占旱灾总数的29.8%;重大旱灾10次,占旱灾总数的21.2%;特大旱灾9次,占旱灾总数的19.2%。从20世纪80年代开始,重大与特大干旱灾害发生频率明显提高,同时新疆干旱灾害的受灾面积、成灾面积、各种经济损失有逐步增加的趋势。新疆干旱灾害成因主要为干旱缺水、水资源时空分布不均、不合理的人类活动以及水利工程水毁等。     

人类活动影响的辽宁省大凌河流域水文干旱演变特征

为了揭示人类活动干扰对不同时空尺度水文干旱的影响,本文以辽西北大凌河流域为例,利用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型重建天然状态下的历史水文序列,基于多时间尺度的标准化径流指数（SSI）,对比评估天然状态和人类活动影响下的流域水文干旱演变特征。结果表明,人类活动干扰是流域径流序列在2000年发生显著突变的主要原因。在时间尺度上,人类活动对水文干旱的影响主要体现在月、季尺度,对年尺度、多年尺度的影响相对较小。在空间分布上,中游水文干旱受人类活动的干扰较下游更为显著。干旱季节性变化的分析表明,人类活动的影响导致冬、春季出现干旱的频率降低,而秋旱的频率增加;季尺度干旱的历时和烈度的均值和离散程度均呈上升态势。     

近20年西南地区地表蒸散与干旱时空变化特征

利用西南5省161个气象站1996~2015年的气温、水汽压数据资料,以及MODIS产品数据,基于改进的混合型线性双源遥感蒸散模型拟合西南地区的地表蒸散状况,并定义蒸散干旱指数(EDI)分析该区干旱时空变化特征。结果表明:(1)西南地区近20 a来实际蒸散呈现明显的增加趋势,春、夏两季蒸散量较大,占全年总量的62.3%;春季由东南向西北递减,广西南部以及云南南部实际蒸散量较大;夏季呈现由东向西递减的趋势,由广西、贵州、重庆向云南和四川递减;秋季与冬季则呈现由南向北递减的规律。(2)潜在蒸散也呈现增加趋势,季节上存在一致性,春、夏两季蒸散量占全年总量的60.6%,空间上相比实际蒸散而言,变化存在一定规律,潜在蒸散量春季、秋季以及冬季呈现明显的由南向北递减的趋势,具有纬向分异规律,而夏季则表现为由东向西递减的经向分异规律。(3)年际间的EDI呈现波动趋势,且近20 a来明显下降,但各年EDI均值都大于0.5,说明整体干旱化程度相对严重。     

基于动态权重系数法的区域综合干旱指标研究

为揭示区域总体干旱程度及其变化特征,以长株潭地区为研究区,在标准化降水指数(SPI)、标准化水位指数(SZI)、标准化区域水资源短缺指数(SSDI)基础上,利用动态权重系数法构建区域干旱综合指标MIDI,结合历史受旱面积率、因旱减少供水量等旱情统计资料,对MIDI的适用性进行分析验证。以长株潭地区11个气象站、12个水文站近几十年实测资料为例,分别采用游程理论和Copula函数法识别干旱事件,并计算其发生频率,采用多尺度统计分析法,对区域综合干旱的演变特征进行分析。研究结果表明:SPI、SZI、SSDI对于不同水源、行业类型干旱评价各具优势,SPI、SSDI年干旱累积烈度与长株潭地区农业受旱面积率相关性相对较高;SZI年干旱累积烈度与城镇因旱减少供水量相关性较高,更适用于依靠地表径流为主要供水水源的城镇干旱地区评价。本研究提出的动态权重系数法,综合考虑了区域产业结构的年际变化、产业需水规律的季节性变化等因素,可反映不同阶段各单项指标干旱对于旱情的主导作用,适用于多种水源和产业类型的区域旱情综合评价;从月、季和年3种时间尺度,分析了长株潭地区MIDI综合干旱的变化特征,结果表明长株潭地区近20 a来极端干旱发生频次呈现波动增加趋势。