基于GIS的江淮分水岭地区旱涝灾害时空分析

采用江淮分水岭地区13个站点40年（1961-2001年）的各月降水观测资料，采用Z指数方法计算单站旱涝指标并利用该数据进一步确定区域旱涝级别，对江淮分水岭地区的旱涝时间序列进行研究，运用地理信息系统（GIS）等方法分析了江淮分水岭地区旱涝的时空特征。     

2013年青海北部春季旱涝急转的特征及其成因分析

利用1961-2013年3-5月的逐日降水、气温和高度环流场资料, 计算了月季降水、气温序列、气象干旱指数序列、高原地面加热场强度指数序列, 研究了春季旱涝急转的主要特征及其规律, 解释了2013年青海省春季降水前期偏少、后期偏多和旱涝急转的成因. 结果表明: 2013年3月1日-4月27日青海大部分地区降水偏少、气温偏高, 出现了大范围不同程度的气象干旱, 海北大部分地区出现50 a一遇的特大气象干旱, 西宁大部分地区出现25 a一遇的严重气象干旱; 4月28日-5月20日青海大部分地区降水偏多, 气温偏高幅度开始逐步减小, 前期的干旱得到缓解, 并出现了大范围不同程度的渍涝, 旱涝急转的台站达21个. 通过对比分析发现, 若极涡面积偏小、中亚和西亚低压槽维持时间长、冷空气主要在欧洲东部和亚洲西部地区堆积、进入中国的冷空气路径偏西、高原位势高度场偏低、东亚槽位置偏东、西太平洋副热带高压北界位置偏北时, 青海降水偏多, 容易出现渍涝. 在相反的环流形势下, 青海降水偏少, 容易发生干旱. 4月干旱和5月渍涝处在青海高原降水长期变化的大气候背景之下, 前期1-3月青藏高原地面加热场强度偏强、春夏季过渡时间提前也有助于青海5月异常降水的形成.     

华北地区500年来旱涝区域分异演变的研究

本文用研究区1470～1985年的旱涝等级资料,讨论了该地区500年来旱涝区域分异变化的阶段性,恢复了各阶段的旱涝分布和旱涝区域分异格局。结果表明,研究区旱涝区域分异的变化可分成4个区域分界格局相对多变和3个相对稳定交替出现的阶段。500年来的旱涝变化与温度变化对比发现,较寒冷期,研究区的旱涝区域分异格局较稳定、旱涝分布的东西差异显着;较温暖期,旱涝区域分异格局的变动较频繁、旱涝分布各有特点且均无明显的东西差异;在小冰期最寒冷阶段,旱涝区域分异格局的变动最频繁且区域差异性最大、旱涝分布的南北差异明显。     

黄淮海流域旱涝时空分布及组合特性

以黄淮海流域及其周边地区204个气象站点1961-2010年逐日降水过程资料、国家1:25万DEM数据和1:20万土地利用数据为基础,在利用降水Z指数对黄淮海流域旱涝进行评价的基础上,采用下垫面数据对结果进行修正,并分析黄淮海流域旱涝面积的时间变化特征,对黄淮海地区的易旱区、易涝区进行了划分,进一步选取集对分析法划分了流域内季节间旱涝交替的易发区。结果表明:黄淮海流域内夏秋两季旱涝问题较为严重,且秋旱面积上升趋势较为明显;黄河和海河流域以干旱居多,淮河则是干旱和雨涝并存,季节间的旱涝交替多集中在淮河流域中上游地区。     

北京地区季节旱涝长期变化分析

本文对北京地区各季旱涝状态进行了识别比较。结果表明,用Gamma分布划分旱涝级别更能反映该地区的气候状态。发现近30年来四季出现干旱气候状态较以前增多,但各季变化略有不同.夏季干旱增加表现较为明显。从长期变化来看,冬春季有变涝趋势,夏秋季则有变旱趋势。 对北京旱涝状况成因初步分析表明,它与太平洋地区海温冷暖有关。对它们出现的周期性分析表明,未来10～30年期间,夏季干旱程度可能有所缓解。     

基于文献记录的黑河流域历史时期旱涝特征分析

流域的旱涝灾害特征及其变化规律是流域水资源演变研究的重要内容。利用历史文献资料重建了西北内陆河黑河流域公元0-1949年的旱涝灾害等级序列,结合滑动平均、小波变换处理等方法,探讨了流域历史时期旱涝等级的频数特征、旱涝变化的周期特征及其与气候冷暖和人类活动之间的关系。对公元1000年以后的旱涝灾害规律进行分析,结果表明：流域存在5个旱灾高发阶段（1230-1270年、1430-1530年、1640-1760年、1860-1890年、1900-1940年）,3个涝灾高发期（1650-1690年、1730-1790年、1830-1910年）,并呈现出旱涝灾害频发的态势;1000-1949年期间,流域旱涝灾害存在4个准周期变化,对比发现这与太阳黑子活动等环境变化周期有紧密的联系;1580年以前,气候冷暖是影响旱涝灾害发生的主要因子,但16世纪以后,旱涝灾害交替频发,很可能是人类活动加剧了该现象。所以,定量辨析自然因素和人类活动对流域旱涝灾害的影响将是未来研究的重点方向。     

传统旱涝急转评估指数的局限和改进

针对传统旱涝急转指数存在错漏判及无法统一旱涝急转等级划分的局限, 在明晰旱涝急转定义基础上, 提出了一种改进的标准化旱涝急转指数。通过理论模拟和案例实践, 结果表明: ①传统的旱涝急转指数变化范围较大, 且随着权重参数增大, 错判率减小但漏判率增大, 因此无法避免错漏判问题;错判情形发生在正常状态转为较为严重的涝或较为严重的涝转为正常状态, 漏判发生在相邻的旱和涝等级均较轻的情形。②改进的标准化旱涝急转指数与旱涝指数的变化范围差别较小, 旱涝急转评估可与旱涝评估(如基于气象或水文干旱指数)的分级及阈值设置保持一致, 且通过先识别相邻事件是否分别为旱、涝而避免了旱涝急转的错判, 构建的新权重项避免了旱涝急转的漏判。③作为粤港澳大湾区供水水源的东江流域旱转涝主要发生在前汛期开始的4—5月, 发生比例为33.8%;涝转旱主要发生在后汛期结束后的10月, 发生比例为18.5%;旱转涝和涝转旱并存的年份有12 a。     

青海省玉树旱涝态势变化规律分析

选取青海省玉树1953~2013年月降水数据,基于标准化降水指数SPI,利用频率分析、小波周期分析等方法对玉树县近61年来旱涝强度、频率分布、周期性变化等旱涝态势演变特征进行了研究。研究结果表明:(1)SPI-3、SPI-6和SPI-12三种尺度标准化降水指数对旱涝指示程度存在差别,相比大时间尺度,小时间尺度的标准化降水指数值更为分散,波动幅度更大,对干旱和洪涝的识别更为敏感。近年来,随着玉树县水土流失和沙化,当地土壤持水力程下降趋势,对干旱和洪涝较为敏感,因此玉树县可采用三种尺度标准化降水指数。(2)近61年,玉树县重旱平均发生概率为2.1%,重涝平均发生概率为1.3%。(3)未来几年,预计玉树县仍呈现偏涝趋势。(4)玉树县SPI-12以18a为主周期进行变化。     

树轮记录的西北季风边缘区干旱变化

祁连山东部位于亚洲季风西北边缘区,对气候变化十分敏感。由于该区位于半干旱区,降水的变化直接影响人类社会经济的发展,所以研究该区干旱变化情况及其机制非常重要。 利用采自祁连山东部西北季风边缘、地处半干旱区的吐鲁沟地区的油松树轮样芯,建立了树轮宽度年表,时间跨度为1866-2003AD。树轮宽度年表与气象因子相关分析结果显示树木生长主要响应生长季内的降水和干旱变化。该年表与附近区域利用树轮宽度重建的帕尔默干旱指数（PDSI）进行对比,结果显示严重的干旱时间发生在1920s-1930s、1966年、1974年、1982年和1990s和21世纪初。多窗谱分析研究表明,该区年表序列存在显著的2~4 a周期（P<0.05）,该周期与ENSO变率吻合,与在贺兰山、祁连山其他地区、兴隆山及贵清山研究结果一致,表明这些区域可能受共同气候因子的影响。     

基于降水频率特性分析的Z指数界限值修正

P-III型分布已被众多学者广泛应用于降水量的拟合,且效果良好,而降雨Z指数恰好假设某一时段的降水量服从这一分布,并且计算简便,结果比较符合实际,是反应旱涝分布及程度的一种常见的方法。在实际应用中,由于各区域降水的特征,导致结果不符合实际情况,需对其进行修正。从此角度出发,从我国七个区(华北、华中、华东、华南、东北、西北和西南地区)选取各区代表站的年降水量资料,分析了代表性站点降水频率特性,并对Z指数等级界限值进行修正。结果表明:由于各区域降水特性的差异,Z指数界限值有所不同,尤其华东、华南两区与其他区域差异较明显,由此推测我国降水在空间上存在差异。     

湛江地区旱涝特征分析

用Z指数确定湛江月降水量的旱涝等级,并对旱涝特征进行分析,结果表明:湛江地区大涝、极涝、大旱、极旱出现的机率大.一年中,雨季的后期(9～10月)和旱季的后期(2～3月)旱涝出现的机率大;雨季的中期(6～7月)和旱季的前期(11～12月)旱涝出现的机率小.全年,涝年景比早年景多,雨季相反;全年和雨季,多数年份旱涝相继出现.50、60年代为偏旱型,70、80、90年代为偏涝型,2001～2005年为偏旱型,从70年代到2005年,湛江的旱涝表现为从偏涝型向偏旱型转变的趋势.湛江旱涝的发生有7～8、10～11、13～14个月的振荡周期.     

淮河流域旱涝急转气候特征研究

利用标准化旱涝指数和灾情资料挑选出了1960～2009年淮河流域各水资源二级分区的旱涝急转事件,在此基础上分析了旱涝急转事件的时空分布、水位特征和大气环流特征,结果表明,淮河流域在这50年中共有13年出现了旱涝急转,约4年一遇,其频次和降水强度的大值区都位于流域上游和南部;与长江中下游地区相比,淮河流域的旱涝急转事件更频繁、平均强度更大。旱涝急转具有先减少后增加的年代际演变特征,就年内分布来看,主要集中在6月下旬～7月上旬;干流各水文控制站的水位对旱涝急转的响应具有一定差异,其中王家坝站水位涨幅最大,对强降水的响应时间最短。从环流成因来看,三种典型的大气环流形势可以引发旱涝急转。     

中国陕西关中及周边地区近500年来初夏干燥指数序列的重建

本文采用华山东峰、西峰和南峰的华山松树轮宽度差值年表重建了1500年以来中国陕西关中及周边地区的初夏干燥指数序列,对重建序列进行了统计特征分析,并同大尺度大气环流场进行了相关分析。结果表明:华山年表的变化与该地区初夏平均干燥指数序列的变化具有很好的一致性,可用来重建该地区的初夏干燥指数序列;该地区在1502～1511年、1570～1580年以及1807～1814年间的初夏季节存在3次较为严重的干旱;该地区初夏干燥指数变化存在着较为明显的周期特征,其中以13a左右和4a左右的周期最为显著,但周期特征在不同的历史阶段存在着明显的差异;重建序列在1784年前后发生了一次较大幅度的方差变化,而1587年前后的均值突变则表现为干燥指数值的急剧降低;该地区初夏季节的干燥程度可能与前期极涡的中心强度及冷空气活动有关。     

植被状况指数的改进及在西北干旱监测中的应用

干旱是全球分布最广、发生频率最高、持续时间最长、影响范围最大、造成的经济损失最为严重的一种自然灾害，干旱也是所有自然灾害中影响因子最为复杂、人类了解最少、监测最为困难的一种自然灾害，干旱监测是世界性的难题。干旱可以发生在任何气候带上，但干旱、半干旱地区是全球干旱灾害发生最频繁的地区。干旱发生特征和规律因地区的不同会有很大的差异，不同地区对干旱监测方法不同。目前，世界各国干旱监测主要利用基于气象、水文、农业和卫星遥感等观测资料建立的各种干旱指数开展，已经有150多种干旱指数。植被状况指数VCI是应用最为广泛的一种卫星监测干旱的指数，研究和业务应用结果表明，VCI对全球各地的干旱均有较好的反映，已经应用在美国国家大气海洋局（NOAA）日常干旱监测业务中，中国国家卫星气象中心干旱卫星遥感监测服务产品也是以VCI为基础。 我国干旱半干旱地区主要分布在新疆、甘肃、青海、陕西、宁夏以及内蒙古自治区的中西部，这里降水少且不稳定，降水变率大，是中国干旱发生频率最高的地区。干旱严重制约着当地经济发展和人类生活质量的提高，使本身非常脆弱的生态环境趋于恶化。为了了解条件植被指数VCI对西北地区不同气候区干旱的监测能力，以上述6省（区）为研究区，利用1982—2003年22年NDVI数据，计算了研究区域22年来逐月的VCI，对比分析了不同气候区VCI与降水距平的关系。结果表明，VCI在空间和时间上较好地反映了西北大部分气候干旱发生、发展和空间分布，是干旱监测的较好指标，但在干旱和极端干旱地区，VCI经常出现异常偏高现象，不能反映干旱气候区常年干旱的基本特点。通过对西北不同生态系统之间NDVI特点和各生态系统间NDVI年变化及其年际变化规律的研究，设计了VCI改进方案，提出了改进的条件植被指数RVCI。通过对22年来逐月RVCI与VCI的对比，RVCI客观地反映了干旱气候区常年干旱特点，较VCI有显著改进。      

Drought–flood variation and its correlation with runoff in three headstreams of Tarim River, Xinjiang, China

The Tarim River lies in the inland area of Northwest China, which has a semiarid or arid climate. Because of relatively scarce precipitation in this area, the main water resource is runoff from a mountainous drainage basin. It is very important to ascertain variations of regular hydrologic and meteorological time series data. Through the use of monthly precipitation and hydrologic data in the three headstream mountain areas of the Tarim River over the past 50 years, this work analyzes the variation of a drought–flood index and annual runoff volume, along with spatio-temporal structures of the index related to runoff at multiple time scales, via non-parametric testing and a wavelet transform method. Wavelet transform can clearly demonstrate many characteristics of the time series, including trend, shift, and major periods. Based on the analysis, the following conclusions can be drawn: (1) the drought–flood indices showed increasing trends for the Aksu and Yarkand rivers, and rose non-significantly for Hotan River. The indices of the three headstreams changed remarkably (p < 0.05) in 1986. The curves of wavelet variance show that significant periods of the indices are 4 and 8 years for Aksu and Hotan rivers, and 8 and 10 years for Yarkand River; (2) runoff of the Aksu and Hotan rivers had significant periods of 6 and 8 years, plus 3 and 9 years for Hotan River; (3) there was significant correlation between the drought–flood indices and annual runoff volume in the three headstreams. The results provide important information toward achieving predictability of flood and drought in Northwest China.     

全新世中期7 ka前后降温事件对中国北方植被生态的影响

大量研究表明,随着气候变暖,全球生态环境发生了巨大变化。然而,在相对温暖的气候条件下,假若发生重大降温事件,生态环境尤其是植被生态会如何响应,值得深入探讨。利用近年来发表的全新世高分辨率古气候记录以及孢粉记录的植被变化,对全新世中期7 ka(1 ka=1000 cal.a B.P.)前后的降温事件及其对植被生态的影响进行了综合分析。结果表明,7 ka前后降温事件在北半球很大范围都有记录,在季风边缘区伴随着气候的干旱,而在西风主导的区域总体表现为气候湿润。中国北方季风区山地以及高纬度地区表现为建群种的变化,如阔叶树种的减少以及针叶树种的增加;在季风边缘区总体表现为干旱气候下植被盖度的降低;而在西北内陆山地高山区域表现为林线的降低或树种的变化,低山地区森林下限表现为森林成分的增加以及耐旱树种的减少;在山前草原和盆地荒漠草原区域,植被的响应表现为植被盖度的增加和喜湿成分的增加。降温直接影响湿度较大的高山地区的森林成分和林线高度,而在低山干旱半干旱地区,降温则通过抑制蒸发、增加有效湿度影响植被盖度和组成。由于不同钻孔年代的不确定性、不同植被类型对气候变化的敏感性不同等,不同区域发生植被转型的时间不尽一致。全新世中期7 ka降温事件的触发机制有待深入研究,可能与大型火山喷发以及太阳活动变化有关,夏季太阳辐射的持续降低以及地球系统内部反馈也是共同的原因。     

中国历史文献中的高分辨古气候记录

本文介绍了我国历史文献中的古气候记录概况，以及这些记录被用于重建定量的气候序列、绘制历史气候图、编制古环境事件年表获取高分辨率的古气候的信息方面的进展     

西北旱区潜在蒸散发的气候敏感性及其干旱特征研究

潜在蒸散量（PET）是干旱监测评价的重要指标,分析影响潜在蒸散发的气候敏感因子对揭示气候变化的水文响应机理尤为重要。常采用的局部敏感性方法不适用于非线性模型且难以评估各气象因子间的相互作用。对此,基于1964—2018年西北旱区内163个气象站的监测数据,通过Penman-Monteith公式,采用Sobol全局敏感性方法分析了西北旱区潜在蒸散发的气候敏感因子,计算得到了自校准帕默尔干旱指数（scPDSI）,进而分析了区域干旱的时空演变特征。结果表明:1964—2018年西北旱区年均潜在蒸散量为1157.8 mm,高值出现在新疆东部与内蒙古西部地区,低值出现在青海南部地区。1993年为转折点,西北旱区潜在蒸散发受气温、日照时数、风速、相对湿度等多种因素综合影响由显著下降的趋势转变为显著上升,且在夏季最为明显。在1964—1993年,净辐射、风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大;在1994—2018年,风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大。scPDSI的时空分布表明新疆北部、青海中部以及甘肃境内的干旱有缓解的趋势;而黄河流域西南部干旱呈现加重趋势,将加剧区域水资源紧张,威胁生态安全。     

中国西北地区干旱气象灾害监测预警与减灾技术研究进展及其展望

干旱灾害是制约中国西北地区社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然灾害,而且随着气候变暖西北地区极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势,影响不断加重。"中国西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术研究"成果是在数十个国家级科研项目的支持下,经过过去20年的理论研究和应用技术开发所取得的一系列创新性成果。该成果对西北干旱形成机理及重大干旱事件发生、发展的规律取得了新认识,尤其是发现了形成西北干旱环流模态的4种主要物理途径;研制了西北干旱预测的新指标、干旱监测的新指数及监测农田蒸散的新设备,明显提高了干旱监测准确性和针对性;提出了山地云物理气象学新理论,研发了水源涵养型国家重点生态功能区——祁连山空中云水资源开发利用技术;发现了干旱半干旱区陆面水分输送和循环的新规律,揭示了绿洲自我维持的物理机制;认识了干旱气候变化对农业生态系统影响的新特征,建立了旱作农业对干旱灾害的响应关系;开发了旱区覆膜保墒、集雨补灌、垄沟栽培、适宜播期等应对气候变化的减灾技术,为西北实施种植制度、农业布局及结构调整和农业气候资源高效利用提供了科学方案。该成果的完成提升了中国干旱防灾减灾技术水平,培养了中国干旱气象科技队伍,推进了西北地区干旱气象业务服务能力,对西北地区社会经济发展、农业现代化和生态文明建设等方面起到了重要的促进作用。在此基础上,展望了西北地区干旱气象科学研究中迫切需要、有可能突破的主要领域。     

近50年中国西北东部半湿润、半干旱过渡带气候变化及生态影响

以宝鸡、凤翔、千阳、陇县、西峰、环县、平凉、泾源、六盘山、固原市、西吉和海原等台站的气象数据为依据,对近50年来地处西北地区东部的半湿润、半干旱过渡带的气候要素进行了系统分析,发现区内各地气温有普遍升高的趋势。其中,冬季升温趋势更加明显。各地在20世纪90年代前后发生气温突变,以此为界,前后增加速度明显不同,此后的增温趋势明显加快。近50年以来,各地降水略有下降,主要是由夏季降水减少所引起,但是统计趋势不明显。受气温和降水变化综合影响,区域气候向变干和变暖的方向发展。根据Holdridge生命地带理论,初步分析了区域植被与气候之间的关系。计算表明,最近30年以来,西北东部半湿润、半干旱区过渡带的气候变化使区域植被也向干暖化类型变化。位于研究区中部的六盘山、泾源和西吉等地生命地带类型的变化都比较大。崆峒山(35°33′N,106°31′E)的圆柏(Sabina chinensis)树轮气候学分析表明,区域树木生长与前一年秋季降水呈显著正相关关系,与当年春季和夏季气温呈显著负相关趋势,说明生长季的缺水或高干燥度是树木生长的限制性因素。研究时段区域干旱频繁发生,使树木出现大量伪轮,为研究带来一定难度,但是也进一步验证了区域气候变化的干旱特征。干燥指数重建结果表明,研究区在20世纪20年代比较干旱,30年代是相对较为湿润的时期; 1940年和1960年左右较为干旱,但其间的干燥指数较低。60年代之后,区域干燥指数逐渐增加,表明干旱趋势日趋加重,与气象数据分析结果相一致。事实证明,研究区气候的干暖化变化对区域树木生长和生态系统具有非常不利的影响。