综合干旱指数研究进展

干旱时空演变过程复杂,影响因素众多,单一的干旱指数往往难以反映干旱的多类型和多尺度特征,融合多源信息构建综合干旱指数是干旱监测的重要发展趋势.系统回顾了综合干旱指数的研究进展,总结了3种常用的综合干旱指数构建方法:权重组合、多变量联合分布和机器学习方法,分析了这几类综合干旱指数的优势与不足;详细介绍了综合干旱指数在美国...     

干旱类型转化机理及预警体系框架研究

为了明晰不同干旱类型之间的转化机理以构建科学系统化的干旱预警体系框架,在系统化分析气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱的产生过程及其相互关系的同时,探讨了干旱监测指标内涵及干旱事件识别,在此基础上,基于大尺度水循环过程分析了水循环过程的干旱产生,进而深入分析了不同类型干旱之间转化的机理,确定了不同类型干旱转化的关键指标和条件因素,最后,以基于多源遥感数据和地面数据库为基础,利用多源数据融合的方法,通过构建综合干旱指数,建立了干旱预警体系框架。研究表明:从系统角度全面研究干旱类型之间的演进过程、干旱指标内涵及干旱事件的识别,建立干旱动态监测与评估综合分析模型或指标,明晰不同类型干旱转化机理,开展定量监测与评估干旱事件的动态演进过程及其影响,构建干旱预警体系框架,是开展干旱监测、预测、预警、评估和进一步开展旱灾研究的基础。     

干旱预报模型分析

干旱模拟模型密切结合农业干旱特点,通过把降水、土含变化、作物需水、地下水变化等多种因素联系起来,对干旱的发生、发展过程进行模拟计算,从而得到一系列包括缺水的时间过程、量及变化等多项指标来反映作物缺水情况．并通过综合分析来确定干旱的年、季和作物关键生长期的旱情指标及相应的旱情等级,提供干旱信息,为干旱的规划、监测和预报提供依据。     

水文干旱的时间分形特征探讨

介绍了分形理论的基本概念及其分维计算方法．探讨了干旱要素在一定标度范围内的统计时间分形特征．通过实例分析表明：不同程度的干旱现象具有各自的时间演变规律，时间分形与干旱发生的周期存在反相关关系，即时间分维越小，干旱发生的周期越长，干旱现象越严重；而轻轻的干旱现象则以短周期为主，发生频繁，分维值较高．时间分维有可能对干旱规律的认识和预防有重要价值．     

CRU产品在中国大陆的干旱事件时间性效用评估

基于1980—2016年CGDPA(China gauge-based precipitation daily analysis dataset)和PM-Ep(potential evapotranspiration calculated by Penman-Monteith)资料,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,采用6种评估指标综合评价CRU降水(CRU-P)和潜在蒸散发(CRU-Ep)产品在中国大陆对干旱事件时间性的监测效用。结果表明:CRU-P与CGDPA在中国大陆空间分布特征具有较好的相似性,而CRU-Ep与PM-Ep有明显差异,但它们在大部分地区的精度较高;SPEIc(基于CRU-P和CRU-Ep计算的SPEI)在中国东部和西部部分地区的性能较好,其与SPEIm(基于CGDPA和PM-Ep计算的SPEI)的相关系数在中国东部、西北、西南地区均大于0.7,均方根误差小于0.8,命中率大于0.6;利用文中提出的干旱率、平均开始时间误差、平均结束时间误差评价得出不同时间尺度的SPEIc在中国大陆大部分地区监测干旱事件时间性的精度较高,且在中国东部地区优于西部地区;基于长序列CRU产品驱动的SPEI可适用于中国东部、西北、西南地区的干旱监测。     

国内外气象干旱研究现状与前沿分析

基于Web of Science(WOS)核心数据库和中国知网(CNKI)中有关气象干旱的文献,利用CiteSpace可视化软件,采用关键词词频分析、时区演化、共被引分析及引文网络结构变换等方法,综合分析国内外气象干旱研究热点、研究前沿演化趋势并对未来发展趋势进行预测。研究表明:①国际气象干旱领域主题呈现多元化趋势,包括气象干旱指标的建立、干旱气候变化、干旱成因等多个方面,各主题之间联系密切;国内研究主题主要集中于干旱指标的建立,相关热点之间的联系呼应较弱。②国外率先对干旱成因和驱动机制进行研究,国内近几年的研究相对较少且不够深入,研究内容有所固化。③通过引文网络结构变换方法,预测出具有潜在影响力的文献包括BACHMAIR S(2016)和VAN LOON、ANNE F(2015)等,主题包括SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)、Drought severity indices和Dendroclimatology等。通过对比国内外可视化图谱,浅析国内外发展差异,可为我国干旱方面未来研究方向提供借鉴。     

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...     

Trend Analysis of Streamflow Drought Events in Nebraska

A streamflow drought event, defined by applying the threshold level approach on streamflow time series, is composed of three parameters: duration, severity and magnitude. This study reveals statistical characteristics on streamflow drought event parameters and detects spatial and temporal trends in the streamflow drought in terms of frequency, duration and severity in Nebraska. The studies are conducted on three time periods: 1970–2001 (60 stations), 1950–2001 (43 stations), and 1932–2001 (9 stations). The statistical tests performed on the drought event parameters include correlation between event parameters tests, Hurst coefficients and lag-one coefficients, and trend-free pre-whitening Mann–Kendall (TFPW-MK) tests. The analysis shows that there is no uniform trend on the streamflow drought in the whole state. However, some trends are evident for specific regions. Specifically, it is most likely that droughts in the Republican watershed have become more intense; whereas the drought has become slightly alleviated in the Missouri and nearby watersheds.     

安徽省1978 年特大干旱研究

依据安徽省109个雨量站1978年逐日降水量数据,综合运用降水量距平百分率法、建立区域旱情指数法以及GIS空间分析技术,采用逐步缩小时间尺度的方式,对安徽省1978年干旱的时空演变特征进行了分析。研究结果表明:(1)通过修正的降水量距平百分率法,由于充分考虑了前期降水的累积效应,其分析逐日干旱结果符合实际情况;(2)区域旱情指数法是确定干旱过程起始和终止的有效方法;(3)安徽省1978年发生春、夏、秋三季连旱,干旱持续253 d,其中,4月4日—8月11日连续130 d全省旱情最重,在5月3日全省75%的耕地旱情等级达到重旱以上。     

旱情监测指标体系研究进展及展望

干旱监测指标作为干旱研究的基础与关键,仍存在缺乏有效的分类与使用等问题,为进一步明晰旱情监测指标分类及旱情监测指标分析的不足,通过对旱情监测指标的科学梳理与总结,系统的对旱情监测指标体系进行了归类工作,将旱情监测指标分为气象干旱指标、水文干旱指标、农业干旱指标、社会经济干旱指标、生态干旱指标及综合干旱指标,总结和对比了现有旱情监测指标分类和指标本身的不足。在此基础上,基于干旱研究的未来发展诉求,提出了探索指标深度广度、完善指标动态监测功能、强化指标时空耦合性、耦合多模型多模式干旱体系、耦合多变量干旱监测体系、推进遥感旱情指标监测和提升大数据旱情监测平台构建能力等未来可能发展趋势,为当前进一步开展旱情监测、预测、预警和评估工作奠定基础。     

水文变异条件下基于Copula函数的非一致性干旱频率分析方法——以鄱阳湖为例

受环境变化的影响,时间序列的非一致性已对干旱频率分析造成越来越多的影响。针对目前干旱频率分析对时间序列“非一致性”考虑不足的问题,提出通过对时间序列的变异诊断、分时段干旱特征变量提取、Copula联合分布函数构建等过程,对水文变异条件下的非一致性干旱频率进行分析。以鄱阳湖为研究对象,采用非一致性干旱频率计算方法对湖口站1955—2015年的水位序列进行分析。结果显示:湖口站水位序列于2003年出现了跳跃向下的变异,水位变异后的干旱历时和干旱烈度比变异前均有所增大,同频率干旱事件的重现期存在较大幅度的缩减。鄱阳湖区有关水资源管理部门应尽快对干旱应对措施作出相应的调整,以适应水文变异带来的挑战。     

Linking Drought Indicators to Policy Actions in the Tagus Basin Drought Management Plan

One crucial aspect of drought management plans is to establish a link between basin drought state and management actions. Basin state is described by a drought indicator system that includes variables like precipitation, streamflow, reservoir inflow, reservoir storage and groundwater piezometric levels. Basin policy consists on a catalogue of management actions, ranging from enforcing demand reduction strategies to establishing priority of users to allocate scarce water or approving emergency works. In this paper, the methodology applied in the Tagus Basin Drought Management Plan to link operational drought indicators to policy actions in regulated water supply systems is presented. The methodology is based on the evaluation of the probability of not being able to satisfy system demands for a given time horizon. A simplified model of every water resources system in the basin was built to evaluate the threshold of reservoir volume that is required to overcome the drought situation without deficit. For each reservoir level, a set of policy actions is proposed with the goal of guaranteeing essential demands during drought conditions. The methodology was validated with a simulation of system behavior for 60 years of historic streamflow series, finding acceptable results in most systems.     

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。     

抗旱减灾研究综述及展望

近十余年以来全球范围干旱及其灾害频繁发生,越来越多的学者意识到抗旱减灾研究的重要性,开展了一系列卓有成效的研究。本文主要从干旱监测评估技术、干旱预报技术、旱灾风险评估技术以及旱灾管理战略等4个方面系统阐述了抗旱减灾研究脉络及进展,进而探讨未来发展趋势和主要技术难点,指出干旱监测评估呈现由单指标向多指标综合发展、由单一站点强度分析向强度-时间-范围多个特征变量综合分析发展等趋势,干旱预报呈现由基于统计学方法的干旱预报向基于气陆耦合的旱情预报技术发展的趋势,旱灾风险评估呈现由基于数学方法的评估模型向基于物理机制的评估模型发展、由静态风险评估向静态和动态风险评估相结合发展等趋势。     

黑龙港地区的农业干旱风险评估

干旱是黑龙港地区最严重的农业气象灾害,评估冬小麦各生育阶段的干旱风险可为合理制定灌溉制度、采取相应的防旱抗旱措施提供依据。基于验证后的APSIM模型所模拟的1961年-2005年31个点的土壤含水量动态,计算得到了冬小麦各生育期的土壤相对湿度干旱指数,分析了农民方案和优化方案的该地区的农业干旱时空分布特征。结果表明,干旱频率发生较高的时期农民方案中是播种-越冬期和返青-拔节期,分别为48.89%和27.60%;基于"吴桥模式"的优化方案是越冬-返青期、返青-拔节期和灌浆-收获期,干旱发生的频率为51.61%、39.78%和62.22%。易发生干旱的地方多位于邢台、衡水南部和邯郸北部。在冬小麦各生育阶段,干旱指数年际变化显示出两种方案的变化趋势基本一致。尽管总体说来优化方案发生干旱的风险要高于农民方案的,但基于"吴桥模式"的优化方案充分发挥了根系带的土体水库功能,减少了灌溉水,能够高效利用土壤水,如果全区31个点在1961年-2005年间,均按照优化方案灌溉,相比农民方案总共可节水61 785mm,表明"吴桥模式"可在黑龙港地区推广,它在一定程度上可规避干旱风险,同时能达到节水、稳产的目标。     

干旱事件重现期计算问题研究

干旱重现期大小是用于评价干旱事件严重程度的重要指标。干旱重现期的计算涉及给定阈值下干旱过程划分(识别)、样本系列分布函数拟合等关键环节,其中干旱阈值的确定是前提。提出以干旱事件的最长调查期为约束条件确定干旱阈值的思路,即根据样本计算的干旱事件最大重现期不应超过最长调查期,以此为据确定干旱阈值并从样本序列中识别干旱事件。同时,针对因干旱历时样本经验点据"平台式"过度集中而导致的频率曲线适线困难问题,建议采用基于游程理论的游程长度分布函数估计干旱历时概率分布。以青海民和县1932年-2010年的月降雨资料为例,对上述方法进行了应用研究,结合Copula函数计算了干旱事件的重现期。     

土壤干旱遥感监测的最新研究进展

近年来土壤干旱的研究已经基于有限站点实测数据扩展到了大尺度多源遥感监测.本文在介绍了陆面过程参数的最新研究进展基础上,概括了土壤水分的多时空动态研究进展,详细介绍了多种土壤干旱指标的计算方法和应用情况,评述了土壤干旱遥感监测方面的国内外进展,对今后土壤干旱的重要研究方向进行了展望.不同土壤干旱监测指标的适用性与地面水文...     

2022年长江流域极端干旱事件及其影响与对策

2022年7月以来,长江流域遭遇从1961年有完整气象观测记录以来最严重的特大干旱事件,引起社会广泛关注。本文基于长系列历史资料,统计分析了长江流域历史典型干旱及其致灾情况;剖析了2022年长江干旱发生的成因及特点;提出了科学抗旱减灾和综合施策的思考。分析表明：长江流域干旱发生成因受全球气候等多因素影响,尤其大气环流异常,夏季梅雨期过短,入陆台风少,副热带高压长时间大范围控制等,导致了流域大范围降雨量和径流量显著减少;长江干旱具有周期性特点,其中严重及极端旱灾中下游发生概率高于上游;2022年干旱显著特点是极端高温地区和范围具有实测记录以来第一,夏秋连旱问题十分突出。但是由于流域抗旱能力提高显著,严重干旱至今尚未引起严重旱灾。未来抗旱减灾的重点是,科学认识干旱的自然属性和成因;在进一步完善流域和区域水网及水利工程建设基础上,着力提高抗旱能力的基础建设,要加强以减轻重大干旱风险为主要目标的预警预报和调度等非工程措施,建立流域水旱减灾风险管理体系和适应性管理系统。     

基于响应单元的太湖流域干旱分析方法研究

提出一种将区域或流域划分成若干个不同的响应单元,把每一个响应单元看作一个点,借助于点干旱指标评价的方法分析面干旱,并应用到太湖流域。通过太湖流域干旱记录与三种基于降雨的常用指标的对比分析,得出Z指数法的精度最高,标准化降水指标(SPI)次之,降水距平百分率(PAI)最低,而且Z指数法显示太湖流域的旱情主要发生在夏秋季节。Z指数法考虑了降水的时空分布特性,具有多时间尺度特性,反映出了不同时间尺度的水分状况。     

旱情评估指标研究简介及探讨

干旱灾害是我国发生最为频繁、影响范围较大,并造成严重危害的一种气象灾害。由于干旱自身的复杂性及对社会影响的广泛性,干旱指标的确定和分析对干旱的监测及评估有重要的意义,同时也为全球变化中的气候一植被关系研究提供方法和依据。将干旱指标从气象、水文、农业和社会经济4方面进行综述,介绍了国内外干旱指标研究现状及最新动态,并指出其优势和不足,以此提出今后干旱指标研究重点与展望。