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.     

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。     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料，采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标，分析了石羊河流域水文干旱演变特征，并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致，流域水文干旱历时20世纪70年代最长，80年代最短；干旱烈度全流域90年代最强，烈度最弱出现在80年代；干旱强度全流域60年代最强，80年代强度最弱；石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势，西部增加幅度最大，中部增加幅度很小，流域东部年SDI在波动中呈减小趋势；石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多，四季水文干旱发生频率最高的是春季，冬季干旱发生频率最低；从流域不同地段看，水文干旱发生的频率流域东部最高；构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致，说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级；石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关，与降水量和平均气温呈正相关。     

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。     

基于VSWI和SPI的2000—2016年河南省干旱特征研究

干旱是一种常见且严重的自然灾害,极大地影响着我国的农业生产。以河南省为例,利用MODIS产品植被指数和地表温度数据,构建表征区域干旱特征的植被供水指数（VSWI_N、VSWI_E）,并与河南省16个国家级气象站点数据计算的2000-2016年不同时间尺度的标准化降水指数（SPI）进行对比分析。结果表明：VSWI_E比VSWI_N更适用于河南省干旱的研究;3个月和12个月尺度的SPI值与VSWI的相关性较高;从时间上看,河南省发生干旱频率较高,春旱和夏旱发生频率分别为0.33和0.30,总体干旱趋势更加明显,其中春旱最严重的是2000年,夏旱最严重的是2014年;从空间上来看,豫北和豫西地区比豫南干旱程度严重。     

基于综合气象干旱指数的海河流域干旱特征分析

基于海河流域30个气象站点1960-2014年的气象数据,计算各站历年逐日的综合气象干旱指数(CI)值,并对等级划分标准进行修正,统计了近55 a各站点出现的干旱过程,对海河流域干旱的持续时间、强度、发生频率和覆盖面积百分率进行了分析,揭示了海河流域干旱的变化特征。结果表明:(1)近55 a海河流域干旱严重程度趋于上升且发生范围广泛。该流域干旱持续时间和干旱强度均呈增加的趋势。海河流域的干旱在四季均有发生,其中冬旱最为严重,夏旱严重程度较低。(2)海河流域干旱程度呈现出高频低强度、低频高强度的空间分布特征。干旱持续时间和干旱强度在空间上均表现为南高北低的分布规律,而年干旱发生频率呈现出北高南低的分布规律。     

1960—2014年广东省干旱时空演变特征

利用1960—2014年广东省24个气象站点的逐日降水资料,采用下次降水平均等待时间（Average Waiting Time for Precipitation, AWTP）计算得到的相当干期（Equivalent Dry Period, EDP）指数分析了广东省1960—2014年的干旱时空特性,重点分析其自21世纪以来的干旱时空演变趋势。结果表明：EDP指数能够较好地适用于本研究区。从空间分布上看,广东省干旱大致呈现自西向东、自北向南逐渐加重的空间分布格局,东南部沿海地区干旱程度较粤北和粤西地区更为严重。1960—2014年广东省干旱有明显的年代际的变化特征,且干旱程度存在显著的逐年加重趋势。此外,广东省存在典型的季节性干旱,秋旱和冬旱频发,其次是春旱;各季的干旱中心位置有所不同。21世纪以来广东省干旱的发生频率、强度和影响面积都远超20世纪后半叶。具体而言,进入21世纪,珠三角东部东源站和粤西云浮市罗定站的EDP值明显增高,成为广东省新的干旱中心。从季节性干旱的角度分析,21世纪以来,秋季与冬季的旱情加剧最为严重并向全省蔓延,秋、冬季EDP值在21世纪初期相对20世纪后半叶的增幅都为23%。春旱则是逐年缓慢加重,夏旱在1960—2014年较少,但进入21世纪后广东省夏旱也呈现频发的态势。     

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。     

基于SPEI的中国东北地区1961-2014年干旱时空演变

利用中国东北地区84个气象站1961-2014年逐月气温、降水资料,采用标准化降水蒸散指数（SPEI）、气候倾向率及M-K统计检验方法,从不同时间尺度（年、季、月）探讨了东北地区干旱频率、干旱站次比和干旱强度的演变特征,研究了干旱指数与不同环流指数 （亚洲极涡面积指数I_APV、亚洲纬向环流指数I_AZC、东亚槽位置指数I_EAT、极地-欧亚遥相关型指数I_POL）的相关关系。结果表明：东北地区多年平均的干旱发生频率为26%～36%,不同等级干旱发生频次以重旱和特旱的增速最快。春、夏、秋三季干旱站次比和干旱强度都有所增强,其中秋旱变化最为显著,通过了0.95水平的显著性检验。从SPEI与各环流指数的相关来看,亚洲极涡面积指数与SPEI表现为全区一致的正相关关系,而其他3个指数与SPEI则表现出明显的反向变化。4个指数与SPEI的对应关系还存在明显的季节变化,其中亚洲极涡面积指数、亚洲纬向环流指数与SPEI在春、夏季的相关性更好,东亚槽位置指数、极地-欧亚遥相关型指数则是在秋、冬季与SPEI的相关性更显著。     

近60年来西南地区旱涝变化及极端和持续性特征认识

利用1953~2012年中国西南地区44个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化旱涝指数,从旱涝的年代际、年际、季节内变化以及极端和持续性特征等方面进行了分析,结果表明：从旱涝的空间趋势变化来看,西南近60 a来秋季和年变化呈显著的一致变旱趋势,而春、夏、冬3季旱涝变化趋势表现出一定的区域性特征;从旱涝的时间演变来看,在温度与降水双重因子驱动下春、夏、秋、冬均表现为干旱化趋势,相比较秋季的干旱化程度最强,而春季的最弱,夏、冬两季相当,而全年的干旱程度比四季的程度更强;从极端旱涝的多时间尺度来看,在年代际和年际尺度上,极端洪涝发生频次逐渐减少,而极端干旱发生频次逐渐增多,从季节尺度看,春、冬两季极端干旱发生频次较多,而夏季最少,极端洪涝发生频次夏季最多,春季次之,秋季最少。从旱涝的持续性特征来看,持续性干旱事件的持续时间有增长趋势,发生频率有增多趋势,发生强度有增强趋势,并且主要发生在冬春两季,而持续性洪涝事件的持续时间、发生强度没明显变化趋势,发生频率有减少趋势,发生的季节也没明显差异。     

1956—2013年曹家湖流域径流深变化

在古浪河水文站观测数据基础上,运用数理统计方法对曹家湖流域1956—2013年径流深变化的研究表明:(1)曹家湖流域春、夏、秋、冬季径流深的变化趋势均表现为20世纪80年代偏多,2000年后偏少,这两个时段内年径流深与季节径流深变化一致;除冬季外,其他季节20世纪60年代径流深均高于多年平均;夏、冬季和年径流深70、90年代偏多。(2)就年际变化而言,春、夏、秋季径流深均表现为减小趋势,但不显著,冬季径流深呈不显著微弱增加趋势。受季节变化的影响,年径流深也表现出减小的态势。(3)各季节径流深变化均存在4~18a的短周期变化,除春季外,其他季节径流深变化还存在28~30a的长周期变化。(4)研究区春、秋、冬季和年径流深分别在2008、1961、2007、2007年突变减小,除冬季外,其他均未通过95%的显著性水平检验;研究时段内,夏季径流深经历了两次突变显著减少,分别出现在1966年和2007年。(5)研究区春、夏、秋季以及年降水量与径流深之间存在显著的正相关关系,冬季降水量与径流深存在不显著的负相关关系。     

RDI指数在新疆5个地区干旱监测的应用

为加强新疆地区干旱动态监测与评估，基于阿勒泰、伊宁、乌鲁木齐、和田、哈密5个气象站近49 a的逐日降水与蒸散数据，采用计算简单、敏感性与稳定性较强的RDI指数分析了5个地区季尺度以及年尺度的干旱特征，并指出了未来新疆地区干旱评估的发展方向。结果表明：（1） 5个地区在年尺度和4个季尺度上的干旱强度与频率略有差异，但干旱程度均有所下降，都存在湿润化趋势，乌鲁木齐湿润化程度最高，和田地区湿润化程度最低。（2） 从季节上看，阿勒泰地区夏、秋两季湿润化程度较高，春、冬两季湿润化程度较低；伊宁和乌鲁木齐两地夏、冬两季湿润化较明显，春、秋两季湿润化程度较低；和田、哈密两地春、夏、秋三季都比冬季湿润化程度高。     

Drought characteristics of Henan province in 1961-2013 based on Standardized Precipitation Evapotranspiration Index

Drought is one of the most complex natural hazards affecting agriculture, water resources, natural ecosystems, and society. The negative societal consequences of drought include severe economic losses, famine, epidemics, and land degradation. However, few studies have analyzed the complexity of drought characteristics, both at multiple time scales and with variations in evapotranspiration. In this study, drought occurrences were quantified using a new drought index, the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), based on observed data of monthly mean temperature and precipitation from 1961 to 2013 in Henan province, central China. Based on the SPEI values of each weather station in the study, the frequency and severity of meteorological droughts were computed, and the monthly, seasonal, and annual drought frequency and intensity over a 53-year period were analyzed. The spatial and temporal evolution, intensity, and the primary causes of drought occurrence in Henan were revealed. The results showed that the SPEI values effectively reflected the spatial and temporal pattern of drought occurrence. As the time scale decreased, the amplitude of the SPEI increased and droughts became more frequent. Since 1961, drought has occurred at the annual, seasonal, and monthly scales, and the occurrence of drought has increased. However, regional distribution has been uneven. The highest drought frequency, 35%, was observed in the Zhoukou region, while the lowest value, ~26%, was measured in central and western Henan. The most severe droughts occurred in the spring and summer, followed by autumn. Annually, wide-ranging droughts occurred in 1966–1968, 1998–2000, and 2011–2013. The drought intensity showed higher values in north and west Henan, and lower values in its east and south. The maximum drought intensity value was recorded in Anyang, and the minimum occurred in Zhumadian, at 22.18% and 16.60%, respectively. The factors with the greatest influence on drought occurrence are increasing temperatures, the Eurasian atmospheric circulation patterns, and the El Niño effect.     

1961-2012年北疆干旱时空变化

基于北疆38个气象站1961-2012年逐日的气象数据和综合气象干旱指数,探究了北疆干旱的时空演变特征。结果表明：1961-2012年,北疆旱情有所缓解,但干旱仍然频发,且全域性干旱较多,其中夏旱和秋旱较多且覆盖范围较大。干旱频次和干旱覆盖范围呈减少趋势,干旱强度逐渐减弱。四季中,冬季干旱缓解最为明显,其次是春季和夏季,秋季干旱略有缓解。空间上,自东南和东部向西北,旱情逐渐减轻。干旱强度和干旱频次中南部减势最明显,干旱频发会有所改善;东部减势较弱,干旱频发将会持续;西北部减势最弱,旱情仍持续较轻。气候变化下,北疆降水量和潜在蒸散量分别与综合气象干旱指数存在显著的正相关和负相关,北疆降水量的增加趋势和潜在蒸散量的减少趋势对北疆干旱缓解有重要的作用。     

黄土高原气象干旱和农业干旱特征及其相互关系研究

选择标准化降水指数（SPI）和植被状态指数（VCI）分别作为评价黄土高原气象干旱和农业干旱的指标，使用干旱频率和Sen斜率分析了黄土高原地区干旱的分布特征与变化趋势，并探讨了气象干旱与农业干旱的相关性。结果表明：① 黄土高原西部干旱频率总体上高于东部。气象干旱和农业干旱变化趋势在空间上表现有所不同，黄土高原西部、北部气象干旱呈不显著减缓趋势，东部和南部呈不显著加重趋势，但绝大部分地区的农业干旱呈减缓趋势，尤其是400 mm等降水量一线两侧区域。② 季节上，黄土高原夏季和秋季气象干旱频率较高，春季和冬季气象干旱频率相对较低。黄土高原农业干旱频率春季最高，夏季其次，VCI对农业干旱实时监测的适用性更强。③ 不同季节，农业干旱滞后气象干旱的时间长短不同，冬季滞后约2个月，春季滞后约1个月，夏季和秋季滞后少于1个月。黄土高原一熟制种植区的SPI-12值与VCI值具有较好的正相关性。研究结果可以为黄土高原的干旱监测和预警、干旱区划以及干旱灾害风险评估提供科学依据。     

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%。     

华北不同地表覆盖类型区干旱演变特征

利用华北地区气象站点1960～2008年共49年的降水旬数据集逐旬计算1个月、3个月、12个月尺度的标准化降水指数(SPI)序列。采用SPI历史序列的多年滑动平均和滑动标准差方法,解析研究区及3种主要地表覆盖类型区(草原区、农田区、阔叶林带)干旱在整个时间序列上的演变周期和幅度。采用线性回归分析干旱的演变趋势和变化频度,并对趋势线进行预测。对比了3个子区域全年12个月份干旱演变特征的差异。结果表明:研究区干旱发生的频率和强度呈逐渐加重的趋势,且各月份干旱发展趋势有较大差异,夏季的6月、7月降水较历史时期增多,春旱(4月)、秋旱(9月和10月)加重趋势显著。草原区在整个历史时期的干旱变化趋势不如南部农作物区和中部阔叶林带明显。农作物区9月、10月两月份干旱加重的趋势最显著,说明黄淮海平原区的夏玉米将越来越受到秋旱的威胁,防旱抗旱形势重于冬小麦面临的春旱,冬小麦的秋种受干旱的影响将加重。