基于SPEI的陕西近40年干旱时空特性分析基于SPEI的陕西近40年干旱时空特性分析

根据1971—2012年陕西省96个气象观测站月降水、气温数据计算出标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),运用经验正交函数分解EOF(empirical orthogonal function)、线性趋势分析及Morlet小波分析等方法,分析了近40 a来陕西省干旱时空演变特征、干旱化趋势、变率及周期性特征,结果表明：（1） 陕西地区具有整体干旱变化特征一致的特点,总体呈现出干旱化趋势增强的特征,其中西安地区增强最明显,关中及陕北干旱变率最大;（2）干旱呈现明显的区域分布特征,以秦岭为界将陕西省分为秦岭以南和秦岭以北两大区域,两区域干旱呈现南北相反的分布特征,突变分析表明这种相反分布特征在1994年之后加剧;（3） 从周期上看,整个陕西地区干旱呈准10 a震荡,且关中与陕北地区呈现干旱特征相反的震荡步调。

     

基于SPEI的陕西近40年干旱时空特性分析

根据1971—2012年陕西省96个气象观测站月降水、气温数据计算出标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),运用经验正交函数分解EOF(empirical orthogonal function)、线性趋势分析及Morlet小波分析等方法,分析了近40a来陕西省干旱时空演变特征、干旱化趋势、变率及周期性特征,结果表明:(1)陕西地区具有整体干旱变化特征一致的特点,总体呈现出干旱化趋势增强的特征,其中西安地区增强最明显,关中及陕北干旱变率最大;(2)干旱呈现明显的区域分布特征,以秦岭为界将陕西省分为秦岭以南和秦岭以北两大区域,两区域干旱呈现南北相反的分布特征,突变分析表明这种相反分布特征在1994年之后加剧;(3)从周期上看,整个陕西地区干旱呈准10a震荡,且关中与陕北地区呈现干旱特征相反的震荡步调。     

联合干旱指数在干旱监测中的应用——以广东韶关地区为例

气候变化影响了水循环与地区的水量平衡过程,一定程度上改变了干旱的形成与演变条件。以标准化降水量与蒸散发量差值表征水分偏离正常程度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)为基础,从多时间尺度联合的视角建立联合干旱指数(JDI),并以广东韶关为例分析修正的新指数JDI在干旱监测中的准确性和有效性。结果表明,综合了不同时间尺度干旱特征信息的JDI能够较全面地反映干旱的形成与演进过程。通过对干旱监测的评价以及与实际旱情的对比分析,验证了联合干旱指数JDI在实际干旱监测中的准确性和有效性,其可作为未来干旱监测的新理想指标。     

甘肃省河东地区近4年少雨干旱的事实分析

利用甘肃河东各气象站建站至１９９７年各月降水和气温资料,分析了近４年来少雨干旱的范围和特点,对旱段长度、年降水量和干旱时段降水量与历史进行比较,结果表明,１９９５年和１９９７年的干旱是近６０年来罕见的。     

近30年来中国干旱生态区增暖放大现象及其与植被覆盖的联系

利用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）将中国划分为不同的生态区,在此基础上分析夏季植被状况与不同生态区增暖之间的联系。研究表明,就多年平均而言,中国植被覆盖呈现自东向西逐渐减少的空间分布。1982年以来,植被稀疏的干旱生态区是夏季增暖最明显的区域,平均气温和平均最高气温增速大都位于0.6~1.0℃/10 a,而平均最低气温的升高达到0.8~1.4℃/10 a,明显高于中国其他区域。进一步分析发现,夏季气温的变化与其所处地区的植被疏密程度之间存在很好的负相关关系,即快速增暖主要发生在植被稀疏区,且这种负相关关系在夏季平均最低气温上最为显著。不同植被覆盖区中气温的长期变化趋势,受NDVI变化带来的地表反照率和云量变化的影响,但各生态区不尽相同,主要表现在:植被稀疏的干旱生态区,植被减少,引起地表反照率增加,感热输送增加而潜热输送减小,加速了该地区整体的增温速率;而在植被茂密地区,植被增加造成地表反照率减少,同时由于蒸发冷却,其整体增暖幅度缓于植被稀疏区。所以,植被活动对全球变暖背景下的区域气候变化具有重要作用,尤其表现在干旱生态区的陆面过程上,地表辐射平衡和能量收支的显著改变放大了干旱生态区的增暖速率。     

三套NDVI长时间序列植被指数的对比——以玛曲为例

NDVI／MODIS、NDVI／GIMMS和NDVI／NSMC是时间长度不同、空间分辨率相差甚远的3套ND—VI数据集,如何集成应用这些不同时间长度、不同分辨率的数据进行相关研究,数据集间的比较是最基础的工作。本文以甘肃省甘南州玛曲县为例,用直方图、相关分析、趋势分析等方法研究了这3套NDVI产品数据集的相互关系。结果表明：1）NDVI／NSMC与NDVI/MODIS的直方图具有类似的图像分布特征,但是NDVI／MODIS数据分布范围更大;2）3套NDVI在数值上表现为NDVI／MODIS〉NDVI／GIMMS〉NDVI／NSMC;3）3套数据集空间图像特征一致,两两间均具有十分显著的空间相关性,其中1月份相对最弱,5、10月份最强,三者相比NDVIfNSMC与NDVI／MODIS的空间相关性更强;4）1—3月、5—8月及年均的NDVI／GIMMS与NDVI／NSMC值存在显著的时间相关性,但两者逐年变化趋势存在较大差别,两者气候倾向率相差最大的高达5倍之多。NDVIfNSMC数据集在处理过程中可能未进行大气订正及交叉定标,这是造成共同源的NDVIfGIMMS与NDVI／NSMC差异较大的重要原因。     

基于GIS的气象干旱评估系统研究——以山东省潍坊市为例

利用山东省潍坊市1971-2009年气象观测资料,以及各县市、乡镇街道的历史灾情记录和社会经济数据,选择适合研究区域的干旱判别指标,建立了干旱灾害评估模型。以Arc GIS9.3为开发平台,SQL Server 2005为干旱评估的信息数据库,并利用Delphi7.0等软件工具开发了基于GIS的潍坊市气象干旱评估系统,对研究区域进行干旱灾害预警和灾害损失评估。     

基于风险区划的农业干旱保险费率厘定——以河北省冬麦区为例

近年来,在气候变化和极端天气气候事件频发的背景下,干旱等农业气象灾害的频发已对我国尤其是河北省的粮食生产和农业发展的可持续性带来了严重威胁。选择或构建合适的农业干旱灾害风险指标开展干旱风险区划,并在此基础上进行灾害的保险费率厘定对于丰富农业保险模式,促进农业保险经营的稳定和发展具有重要的应用价值。本文基于作物水分亏缺率指数、降水距平百分率指数和抗旱指数等指标,构建干旱综合风险指数并开展风险区划研究;利用修正后的纯保险费率,得到适用于本研究区的保险费率厘定模型,探寻一种能较全面改善目前农业保险经营弊端的保险模式,从而实现冬小麦农业保险的持续健康发展。     

西北4省(区)干旱遥感监测方法——以Erads软件为例

介绍了将DVBS系统接收处理得到的NOAA/AVHRR卫星遥感资料,转入Erads软件,在Erads软件中对图像进行校正、拼接,通过建模运算实现干旱遥感监测的方法和监测流程。利用该方法对2006年7月下旬西北4(省)区的地面旱情进行监测,结果表明利用该工作流程,选择合适的干旱遥感模型可以得到监测区域的旱情,旱情监测结果与地面20 cm土壤相对湿度监测的旱情结果较一致。     

成都平原不同播期水稻生育期气候资源及干旱特征分析——以广汉为例

作为西南地区主要的水稻产区,成都平原近年来面临日益严重的干旱问题。为确定该地区水稻最适宜的播种时期,提高抗旱能力,本文以广汉地区为例,采用气候倾向率法分析1991—2020年不同播期水稻生育期的气候资源特征,并通过作物水分亏缺指数（Crop Water Deficit Index,CWDI）评估水稻生育期的干旱程度。结果表明,近30 a来研究区各播期水稻的气候特征均表现为日照减少、日均温上升、降水量增加的趋势。随播期推迟,水稻全生育期日照时数整体减少,日均温、降水量均呈上升和增加趋势。CWDI随水稻发育逐渐减小,各播期水稻在生育前、中期缺水率较高。不同播期水稻生长期内均以轻旱、中旱为主,其次是重旱,特旱最少。研究区3月下旬至4月初的气候资源配置最优,是最适宜水稻播种的时期;3月上旬及中旬播种应选择抗旱品种,而4月中下旬播种则需防范重旱对作物需水期的影响。     

浅析2000年湟源地区春旱对农作物和退耕还林(草)的影响及建议

1999年11月至2000年5月湟源地区发生自1959年有气象记录以来(41年)最严重的干旱,本文分析了该时段的异常气候特征,旨在使人们认清在退耕还林(草)工作中要充分掌握利用气候资源,在不利的气象因素影响中找出适宜开拓发展退耕还林还草的思路。     

青海省东部农业区季节性干旱成因及其发生规律研究——以乐都县为例

结合多年气象资料系统研究东部农业区季节性干旱成因与发生规律结果表明,该区季节性干旱严重,"土壤—作物"干旱年发生概率为55.4%,其中≥中等干旱年发生概率为25.9%,气候性干旱(Z值法)年发生概率为34.1%,其中≥中等干旱年发生概率为11.4%。3～8月份为年内高发期,以春季发生频率最高;"土壤—作物"干旱明显大于气候性干旱;气候性干旱(Z值法)统计分析的结果更接近实际情况。根据气候性干旱(Z值法)发生概率,在20世纪60年代、70年代、80年代和90年代该县各发生干旱5a、3a、2a和3a,2000年以后5a中发生干旱2a,表明青海省东部浅山丘陵地区抵御季节性干旱的能力仍然没有好转,农业生态系统抗逆性能仍在不断退化。     

广西喀斯特地区植被覆盖度和净初级生产力对SPEI干旱指数的响应差异

干旱是影响广西喀斯特地区植被的最主要气象灾害,选择合理的遥感植被参数能更客观地反映干旱对植被的影响。本研究选择植被覆盖度（fractional vegetation cover, FVC）和净初级生产力（net primary productivity, NPP）分析喀斯特地区不同地形条件下和不同林种FVC和NPP对标准化降水蒸散指数（standardized precipitation evaportranspiration index, SPEI）的响应差异,为喀斯特地区植被干旱影响定量化评估提供科学依据。结果表明：（1）喀斯特地区FVC和NPP对SPEI响应具有明显季节性差异,FVC和NPP对SPEI的响应一致性在春季最高,夏季次之,秋季差异最大。（2）不同林种FVC和NPP在年尺度上对SPEI响应差异小,但季节尺度响应差异大。年尺度上,FVC和NPP对SPEI响应敏感性大小分别为经济林>桉树类>松树类>阔叶林>杉木类>灌木林>竹林、经济林>松树类>桉树类>阔叶林>杉木类>灌木林>竹林,FVC和NPP对SPE...     

近50年桂西北地区农业气候生产力时空变化特征——以河池为例

以河池市为例,利用 1971—2020 年该市平均气温、降水量等气象观测资料,使用 Thornthwaite Memorial 模型等方法研究了河池市农业气候生产力时空变化特征。 结果表明,近 50a 河池市平均气温整体呈一定的上升趋势,升温速率平均为 0.153℃·(10a)^-1;年总降水量呈微弱增加趋势 ,变化速率为 17.01mm·(10a)^-1;农业气候生产力总体呈上升趋势,其变化速率为 10.401(kg)·(m²·a)^-1·(10a)^-1,且距平波动较大,正距平年份多于负距平年份,空间分布为西低东高,倾向率呈自西向东逐渐增加的特征。     

近60年青藏高原东北缘极端气温事件与气温日较差分析——以西宁地区为例

根据1955-2015年西宁气象站逐日气温资料,通过线性倾向估计等分析方法,选取14个极端气温指数,分析西宁地区近60年极端气温事件与气温日较差的时间变化趋势及二者的相关性,并与全国其他区域进行对比。结果表明:(1)近60年来,西宁地区的14个极端气温指数都呈现不同程度的变化,热指数夏日日数、暖夜日数、暖昼日数、作物生长期和热持续指数等分别以2. 07,0. 72,1. 49,2. 57和0. 87 d·(10a)~(-1)的趋势增加,而冷指数冰冻日数、霜日日数、冷夜日数、冷昼日数和冷持续指数分别以-2. 42,-0. 29,-0. 33,-1. 3和-0. 31 d·(10a)~(-1)的趋势减小。极端气温极值指数中,日最高气温的极低值、日最低气温的极低值、日最高气温的极高值、日最低气温的极高值分别为0. 51,0. 17,0. 35和0. 15℃·(10a)~(-1)的趋势增加。(2)在变化趋势中,日最高气温的极低值、日最高气温的极高值、冰冻日数、夏日日数、冷昼日数、暖昼日数、作物生长期和热持续日数的变化趋势为达到0. 01或0. 05的显著性水平。(3)表征极端气温事件热指数与冷指数、昼指数与夜指数的变化幅度均显示出明显的非对称性。(4)过去60年西宁地区平均全年与春夏秋冬四季的气温日较差都呈现增加趋势,增长率分别为0. 25,0. 27,0. 21,0. 15和0. 36℃·(10a)~(-1),该地区的14个极端气温指数的变化均不同程度影响到平均全年与四季气温日较差,其中,极端气温绝对指数和相对指数与气温日较差的相关性最强,对气温日较差影响显著。(5)青藏高原东北缘极端气温事件与气温日较差具有特殊性,可能受多气候系统控制和特殊地形等因素影响。     

不同草地类型对产草量的贡献研究——以巴里坤县为例

采用2004年到2008年牧草生长季(2004—2007年4—10月,2008年的仅到8月)的卫星遥感数据,统计出巴里坤县不同草地类型对产草量的贡献。结果表明:低平草甸、高寒草原、温性草原化荒漠、温性草原、温性荒漠草原等5种不同草地类型对巴里坤地区产草量贡献分别为:7.46%、11.05%、19.17%、21.09%、41.23%。这对农牧业生产和农业区域规划有着一定的指导意义。     

农作物产量对夏季累积高温的气候响应——以南京市为例

利用南京站1949—2008年逐日气温、逐月降水距平百分率资料及南京市统计年鉴数据,分析农作物产量对夏季累积高温的气候响应特征。结果表明：1949年以来南京市夏季累积高温呈波动上升趋势;最近60年（1949—2008年）和最近30年（1979—2008年）夏季累积高温的线性增长率分别为0.35℃/a和2.88℃/a;夏季累积高温与夏、秋粮产量均存在显著的负相关,相关系数分别为-0.66和-0.62,油料作物对夏季累积高温的变化也有一定的响应,但不如前两者显著,棉花产量对夏季累积高温变化不敏感。     

地面气温对微环境空间差异的响应——以漠河站为例

测站附近微环境条件对地面气温观测记录的影响目前还不清楚。本文对2010年漠河国家基准气候站地面观测对比试验数据进行了分析,得到如下结论:(1)年平均地面气温近障碍物点低于标准观测场内,但1、6月的月平均气温近障碍物点偏高;(2)06:00—17:00和21:00,近障碍物地点的气温偏低;18:00至次日05:00(除21:00),近障碍物点气温偏高;(3)春季各时次近障碍物点地面气温均偏低;夏季06:00—17:00近障碍物点气温偏低,18:00至次日05:00相反;秋季仅01:00、03:00、19:00、23:00近障碍物点气温偏高,其他时次相反;冬季07:00—19:00近障碍物点气温偏低,20:00至次日06:00相反。冷季近障碍物点气温偏低;暖季昼间近障碍物点气温偏低,夜间相反;(4)日最高、最低气温出现时间不同地点大体相同,最高气温近障碍物点偏低,最低气温近障碍物点偏高,但最高气温偏低绝对值大于最低气温偏高绝对值;(5)有雾情况下近障碍物地点的气温偏高几率大;雨雪多云天气近障碍物地点气温均偏低;晴朗的白天近障碍物地点的气温偏低,有风天气更明显;而晴朗的夜间近障碍物地点气温偏高,无风天气更明显;晴朗天气条件下,无风时近障碍物地点与观测场内气温差值大于有风时。结果表明,地面气温观测记录对台站观测场附近微环境改变十分敏感,微环境条件的变化将导致地面气温观测出现明显不连续性,对气候变化分析产生影响。     

北方农牧交错带春小麦生育期对气候变化的响应——以内蒙古武川县为例

北方农牧交错带是气候变化的敏感地带,研究气候变化对农业生产的影响规律与农业生产的响应特征,对促进北方农牧交错带的农业可持续发展具有重要意义。以北方农牧交错带代表性站点--武川县为例,基于1960-2009年气象观测数据和1992-2010年春小麦农业气象观测数据,研究了气候变化与春小麦生育期变化之间的相互关系。结果表明,武川县1960-2009年年平均气温每10年升高0.43℃,春季稳定通过0℃的初日每10年提前0.98 d,当地满足春小麦播种温度的日期有提前的趋势,秋季稳定通过0℃的终日每10年推迟0.24 d,生长季具有延长趋势;1992-2010年作物生长季（4-8月）0～10 cm、10～20 cm土壤相对湿度有明显下降趋势,平均每10年分别下降18%和13%;播种期与0～10 cm和10～20 cm土壤相对湿度呈现显著负相关关系,表现为土壤相对湿度每降低1%,播种期分别推迟0.2 d和0.3 d;各生育期与播种期一样,受温度与水分综合作用的影响,不同生育期与二者之间关系不同,各生育期之间持续日数与二者呈正相关关系。研究得出,春小麦生育期的变化是各气侯因素综合作用的结果,在北方农牧交错带,水分对农作物生长发育具有较大影响,直接影响着春小麦的各个生育过程。     

近20年美国龙卷探测研究进展——对我国龙卷风研究的启示

对美国近20年龙卷探测雷达技术和观测研究进行了文献调研,文献表明美国龙卷探测雷达研制目标主要为实现快速扫描、获取高时空分辨率和高精度的资料,目的基本达到,雷达体扫时间达到10秒级更新,在雷达近距离范围内分辨率可达到10 m,甚至更低,这些都使得采集龙卷精细化结构和细致连续演变过程成为可能。美国雷达发展采用多种技术体制和扫描策略并进,双极化、相控阵、大气成像等技术方面不断改进与应用,效果良好。基于先进雷达,美国进行了大量的龙卷观测试验,取得了丰富成果,对龙卷的结构和演变规律刻画得越来越精细和准确。许多成果已经转化为概念模型,形成重要的龙卷监测与预报指标、预警信号,并在业务中实施,提高了龙卷预警能力。高频次高精度的龙卷雷达探测资料的数值模式应用也明显缩短了资料同化周期,同时提高了对龙卷等对流尺度系统的模拟能力。参照美国的成功经验,我国应汲取其技术成果,尽快选定雷达发展技术体制,加快业务雷达技术升级和高性能龙卷探测雷达研制,组织龙卷科学观测试验,采集龙卷精细数据,开展科学研究,探索中国的龙卷结构和活动规律,为构建龙卷监测预警业务提供基础的科学支撑。