表征生态状况的综合干旱指数构建及干旱风险分析

联合标准化降水指数、标准化土壤湿度指数、标准化地下水指数和标准化生态缺水指数,基于熵权法和相关系数赋权法分别构建了西北地区综合干旱指数CDI＿E和CDI＿C,分析了CDI＿E、CDI＿C与标准化叶绿素荧光指数(SSIF)、自适应帕尔默干旱指数(scPDSI)间的相关性,评估了CDI＿E、CDI＿C对植被状况的表征以及综合干旱的监测能力,并选取典型干旱事件进行验证。利用游程理论分析了1986—2015年西北地区的综合干旱特征及暴露度、脆弱性、恢复力3个风险因子,采用等权法计算综合干旱风险,依据10 a滑动窗口分析干旱风险的变化趋势。结果表明：CDI＿C考虑了干旱与植被的响应关系,且与scPDSI的相关性较强,能较好地反映西北地区的综合干旱情况;CDI＿C可以同时监测到气象、农业、地下水和生态干旱,且反映的干旱与实际情况一致;CDI＿C显示研究时段内西北大部分地区呈变湿趋势;综合干旱在新疆、青海等干旱半干旱区的发生频率较高且干旱风险较大,各区干旱风险呈先增后减的趋势。     

基于PDSI和SPI的综合气象干旱指数研究

在总结对比已有气象干旱指数的基础上,结合帕默尔干旱指数(PDSI)和标准化降水指数(SPI)的优点,提出综合气象干旱指数DI,并对综合气象干旱指数与区域干旱受旱/成灾面积和径流丰枯的相互关系进行分析,结果表明:综合气象干旱指数能够较好地反映区域干旱受旱/成灾范围,以及河道径流的丰枯状况.并且综合气象干旱指数还同时考虑了月季降水量的异常和一段时间的水分亏缺,比单个气象干旱指数更能反映农业干旱和水文干旱.     

植被和气象指数在湖北省干旱评估中的应用探讨

近几十年来不断增加的极端干旱事件给湖北省的社会经济发展带来了重大损失,然而湖北省干旱监测评估的相关研究还很有限。基于VCI和SPEI指数评估了湖北省2001～2014年发生干旱条件的时空分布特征;并结合实地调查的干旱受灾面积年鉴数据,对比分析了VCI和SPEI指数在年和季节尺度上对研究区域2001～2014年历史干旱评估结果的差异。研究结果表明:①时间上,湖北省发生年尺度全域性气象和植被干旱的频次小,分别为4次和1次,气象干旱的影响范围大于植被干旱;湖北省季节性气象干旱易发生于春季,而发生植被干旱的频率没有显著的季节差异,其中春、秋季发生气象干旱的频率比植被干旱高10%。②空间上,植被干旱主要出现在鄂北和鄂中南地区,而气象干旱则多发生在鄂南地区。③从与实际干旱受灾面积的关系上看,VCI比SPEI指数更加适合评价湖北省的实际干旱状况。     

2种综合干旱气象指数在辽宁省玉米生长期的适用性分析

干旱指数做为干旱监测的重要手段,对于作物生长期内干旱演变特征的准确监测,提高农业防旱减灾能力以及促进作物的高产稳产具有重要意义。辽宁省是中国东北地区重要的粮食生产地,干旱是造成该地区玉米产量不稳定的主要气象灾害。以辽宁省为研究区域,选取2001—2020年19个气象站点的基础气象数据,计算得到综合干旱气象指数(CI)和气象干旱综合指数(MCI),从降雨、平均气温、干旱日数、干旱强度、干旱频率和干旱事件演变特征等方面,对比分析2种干旱指数在辽宁省玉米生长期内干旱监测中的差异,分析其适用性。结果表明：辽宁省近年来降水与气温分别呈22.37 mm/10a和0.45℃/10a趋势上升;在玉米生育期内,CI和MCI指数在玉米生育期内干旱频率生育前期>生育后期>生育中期,CI较MCI监测的干旱日数和干旱频率较高;在空间分布上,生育期内辽西与辽南干旱频率高于其他地区;从干旱事件的演变特征对比CI和MCI指数,CI监测干旱强度大、时间长、不合理跃迁多,MCI有更好的持续性和稳定性,但是干旱强度较低,2种干旱指数对于辽宁省玉米生育期内的干旱时空演变特征均有较好地反映,但空间适用性具有差异,C...     

基于Copula函数的新型综合干旱指数构建与应用

干旱指数是研究干旱的重要工具,构建综合干旱指数是目前干旱监测、风险评估的前沿和趋势。本文基于阿基米德Copula函数,联合降雨(气象)、径流(水文)两种要素,构建了一种能够综合表征气象干旱和水文干旱的新型综合干旱指数MSDI_p,并用其表征渭河流域的干旱演变特征,且进一步对其背后的驱动力进行了探究。结果表明:(1)MSDI_p指数既能像标准化降水指数(SPI)一样敏锐地捕捉干旱的发生,也能像标准化径流指数(SRI)一样很好地刻画干旱的持续时间和结束,同时具备气象和水文两种干旱指数表征不同类型干旱的优势,能综合表征干旱演变特征;(2)受气候变化和人类活动影响,渭河流域过去50余年综合干旱呈显著增强趋势;(3)渭河流域综合干旱指数序列存在变异点(1994年),且未来流域干旱情势有加剧趋势;(4)太阳黑子和大气环流异常因子等对渭河流域综合干旱的发生有较大影响,其中太阳黑子活动的影响最强。且除直接影响外,太阳黑子还能通过影响大气环流异常因子进而对综合干旱的发生造成间接影响。     

综合干旱指数在崇左市的适用性分析与改进

针对综合气象干旱指数在干旱监测中存在的“旱情不合理加剧”问题,引入非线性不等权计算方法,提出了改进综合气象干旱指数CI43。利用1961—2015年崇左市12个气象站的历史观测资料,并对比分析了改进后的综合气象干旱指数CI43在崇左干旱监测评估中的适用性。结果表明:①CI与CI43指数对干旱过程的监测结果整体上比较接近,改进后的CI43指数有效解决了CI指数旱情异常急剧加重的问题;②修正后的CI43干旱等级标准克服了轻估或重估干旱等级的问题,其评价结果更加科学合理;③CI43对干旱发生、发展和解除过程的监测结果与实际旱情较为一致。CI43在崇左市的干旱监测评价中具有较好的适用性。     

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。     

TRMM卫星降水产品和SPDI在河南省干旱监测中的适用性

本文选取河南省15个具有代表性的气象站点,根据其1998—2019年的逐月气象观测资料和TRMM 3B43V7逐月卫星降水数据,运用多种统计指标评估TRMM 3B43V7卫星降水产品在河南省的适用性;采用卫星降水数据代替地面降水资料计算标准化帕尔默干旱指数(SPDI),并寻求最优时间尺度;结合历史干旱事件记载,评估SPDI指数在河南省干旱监测中的适用性。结果表明:TRMM3B43V7卫星降水数据与实测地面降水数据相比,精确度很高(Bias=-0.05)、相关性很强(CC>0.88);由TRMM卫星降水数据计算得到的SPDI指数用于评估河南省历史干旱表现良好,且12个月时间尺度的SPDI指数(SPDI12)适用性最好。鉴于以上结论,可以考虑基于TRMM卫星降水产品和SPDI12指数构建河南省的干旱监测业务化系统。     

三种干旱指数在2009-2010年云南特大干旱中的应用比较研究

本研究将目前国内外常用的降水距平指数、标准化降水指数和降水百分位指数,应用于2009-2010年云南特大干旱,分析3种指数应用效果,并探讨其适用性.结果显示:3种干旱指数计算结果与实际干旱情况存在一定误差.其中降水距平指数应用情况相对较好,在干旱发展阶段吻合程度相对较高;标准化降水指数与降水百分位指数在区域平均尺度上的评估不存在差异,使用时取二者之一即可.基于目前对3种指数的分析,以单一的气象干旱指数进行旱情监测,存在较大的局限性,需引入综合干旱指数应用于旱情监测.     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

一种新的干旱预测指标在贵州旱情评价中的应用

为了分析适用于贵州省的干旱判别指标,对月尺度、季尺度、年尺度的标准化降水指数（SPI）、降水成数（Deciles）、干旱侦测指数RDIst进行比较分析。1951~2010年60 a的气象资料和1984~1989年连旱期间资料的分析结果表明：降水系列的分布越均匀,SPI与Deciles的相关关系越好;由于季尺度的RDIst考虑了蒸发因素对干旱的作用,对实际情况的反映最好,优于在我国广泛使用的SPI指标;Deciles对降水的敏感度高,月尺度和季尺度的Deciles指标不适合在贵州地区应用;年尺度的Deciles则最能反映干旱过程在历史系列中的严重程度。     

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数（NDVI）数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数（SPI）、植被状态指数（VCI）和植被覆盖度（FVC）,分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明：汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。     

不同季节气象干旱向水文干旱的传播及其动态变化

研究变化环境下气象干旱向水文干旱的传播与影响机制,有利于揭示水文干旱的形成过程与机理,从而建立基于气象干旱的水文干旱预警。为揭示不同季节气象干旱向水文干旱的传播动态变化及其驱动因素,本研究以无定河、窟野河和沁河流域为研究区域,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,分析气象、水文干旱的时程变化特征,计算不同季节气象干旱向水文干旱的传播时间,探究影响不同季节干旱传播的主要因子及物理机制。结果表明:(1)气象、水文干旱有加重的趋势,水文干旱对气象干旱的响应具有滞后关系;(2)除窟野河流域变慢外,研究区域不同季节干旱传播整体呈变快的趋势,表明这些区域水循环速率加快;(3)无定河和沁河流域传播时间加快与降水和气温不断变快有关;窟野河流域传播时间的变慢与煤炭开采和水库建造有关。     

Construction of an optimized comprehensive drought index for agricultural watersheds in cold regions and its applicability analysisEI北大核心CSCD

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。     

基于气象干旱指标的黑龙江集贤县多年旱涝规律研究

收集三江平原玉米主产地集贤县1959～2007年降水等气象资料,通过标准降水指数（SPI）与降水距平指数（Pa）两种气象干旱指标的计算,研究近50年来集贤县旱涝规律。研究结果表明,集贤县处于三江平原降水量偏少地带,自20世纪60年代以来历经少雨期（60～70年代）、多雨期（80～90年代）,21世纪以来又转入少雨期。当地易发生春旱、夏秋涝,对农业生产和粮食产量影响较大。     

水文干旱与气象干旱临界转变条件的判定及响应关系

水文干旱与气象干旱的响应关系对于建立健全干旱监测预报系统具有重要意义。基于区域水文干旱指数(SHI)与标准化降水指数(SPI),结合游程理论和非线性关系模型分析喀什河流域水文干旱与气象干旱的特征、响应关系及驱动因素。结果表明:水文干旱的年平均干旱历时和干旱烈度大于气象干旱,且随着SPI和SHI时间尺度的增加,识别出的干旱历时和干旱烈度也有所增加。基于三参数(log 3 P1)对数函数(Logarithm)模型可以更好地表征两者的响应关系。在3个月尺度下,气象干旱历时至少为1. 10个月且干旱的烈度至少为0. 83时,将诱发水文干旱;在6个月尺度下,气象干旱历时至少为1. 60个月且干旱的烈度至少为0. 91时,易发生水文干旱。     

干旱指数研究进展与展望

干旱是一种频发的自然灾害，对社会经济和生态环境造成极大危害。干旱指数是评估干旱的有力工具，但由于干旱发生的复杂性和干旱影响的广泛性等特点，使得干旱指数种类繁多且各有侧重。合理选择干旱指数是准确监测和评估干旱的基础。本文首先阐明干旱的概念与定义，然后对气象干旱、农业干旱、水文干旱、社会经济干旱、地下水干旱等单变量干旱指数及综合干旱指数的研究进展进行了系统的总结，将综合干旱指数按构造方法分为水量平衡法、权重法及统计概率法三类，分析了这三类方法的应用特点。提出了当前干旱定义中存在以人为中心的描述气象干旱产生的农业水文和社会经济影响，不能描述干旱导致的生态影响、干旱指数没有考虑干旱影响部门的水需求和多源数据融合等问题，提出了今后应在定义地下水干旱和生态干旱等新的干旱类型、发展更有效的干旱指数和基于多源数据融合的综合干旱指数等方面进行深入研究。     

典型气象干旱指标在东北地区的适用性分析

干旱指标的适用性分析是准确监测旱情的重要前提。气象干旱指标相较于水文和农业干旱指标等能更准确的反应旱情且应用更加广泛。东北地区是我国重要的粮食主产区,同时也是干旱灾害的易发区。针对东北地区开展典型气象干旱指标的适用性具有重要的现实意义和应用价值。本研究利用东北三省78个气象站点1954-2013逐月降雨及温度资料,计算逐月的标准化降雨指数、标准化降雨蒸散指数、帕尔默干旱指数、降雨Z指数、降雨距平百分率和综合气象干旱指数。通过各指标的季节干旱识别的结果与历史干旱资料进行对比,分析其识别准确性,并作为指标适用性评价的依据,比较了各干旱指标在不同地区、不同季节的适用性。结果表明：标准化降雨指数对于东北三省各个季节都具有较好的适用性;降雨距平指数更适用于吉林和黑龙江,季节上尤其适用于春季和秋季。     

基于TRMM降雨数据的我国2010年春季西南地区特大气象干旱分析

依照本文构建的基于降水距平百分率的气象干旱标准,借助ArcInfo、Envi等分析工具,采用TRMM卫星3B42和3B43数据集对我国2010年年初气象干旱进行分析。得出：1）2010年3月,我国西南地区云南、贵州、重庆、四川、广西旱情十分严重,甘肃、湖南等地旱情也比较严重。2）截止2010年3月底,西南五省除重庆外,均未出现旱情缓解趋势,旱情可能继续发展。分析结果表明：TRMM降雨数据的气象干旱监测效果较好,可应用于我国大尺度气象干旱监测分析。     

黄土高原植被物候时空变化及其与季节性干旱的关系

为了揭示季节性干旱对黄土高原植被物候的影响，基于1982—2015年的GIMMS NDVI、气温、降水数据，提取黄土高原地区植被生长季始期SOS、植被生长季末期EOS和标准化降水蒸散发指数SPEI,采用Sen趋势分析法、Mann-Kendall突变点检验法探究黄土高原植被SOS和EOS的时空动态变化情况，采用高阶偏相关分析法对不同植被类型SOS和EOS与季节性SPEI的相关性进行分析。结果表明：黄土高原植被SOS在1995年开始发生突变，由推迟趋势转变为提前趋势，平均变化倾向率为-0.180 9 d/a;EOS在1990年开始发生突变，由提前趋势转变为推迟趋势，平均变化倾向率为0.094 2 d/a;当年春季干旱和年初冬季干旱会导致次年植被SOS推迟，上年夏秋季干旱会导致次年植被SOS提前；当年春季干旱和上年夏季干旱会导致植被EOS推迟，上年秋季干旱和年初冬季干旱会导致植被EOS提前。