运用数学形态方法探讨我国干旱—半干旱区降水的可能分布

我国北方干旱－半干旱区长期受水资源缺乏的影响，国民经济建设受到很大的制约。因此，研究干旱－半干旱区的水资源成为人们关注的重点。本文借助数学形态学方法，探讨了我国干旱－半干旱区降水在几种气候变化条件下的可能分布，同时也探讨了这些地区在降水增加或减少情况下的可能环境分布。     

运用数学形态学方法探讨我国干旱-半干旱区降水的可能分布

我国北方干旱－半干旱区长期受水资源缺乏的影响，国民经济建设受到很大的制约。因此，研究干旱－半干旱区的水资源成为人们关注的重点。本文借助数学形态学方法，探讨了我国干旱－半干旱区降水在几种气候变化条件下的可能分布，揭示出了西北地区环境最脆弱的地区是塔里木盆地南缘及其东侧的罗布泊、哈密、敦煌地区，同时也探讨了这些地区在降水增加或减少情况下的可能环境分布。     

TRMM降水数据在气象干旱监测中的应用研究

针对热带降雨计划卫星(TRMM)的降水数据在气象干旱监测中还未有应用的现状,论文利用TRMM 3843降水数据产品,以2008年10月～2009年2月间我国北方冬麦区气象干旱为监测实例,采用降水距平百分率指数对干旱的空间演变过程进行了监测.监测结果显示:(1)累积降水距平百分率,由于充分考虑了前期降水的累积效应,其气象干旱监测结果与实际情况极为吻合.(2)在2008年10月～2009年2月期间,我国北方冬麦区气象干旱先后经历了一个不断加重到逐渐缓解的过程.其中,2009年1月份的干旱程度最高,干旱核心区主要分布在北京南部,天津、河北中南部,山西大部,陕西北部,山东西部,河南中北部,湖北北部以及安徽北部等广大区域;至2009年2月底,受多次有效降水过程的影响,我国北方冬麦区的抗旱压力则得到极大缓解.(3)TRMM降水数据较地面气象站点观测,具有较好的时空连续性,在全国性及区域性宏观气象干旱监测中具有较好的应用前景.     

论全球变暖背景下中国西北地区降水增加问题

随着全球变暖,全球的降水形式、分布格局都在发生着变化,其中干旱区的降水变化尤为引人瞩目.西北地区干旱少雨,在全球变暖背景下,降水量和大气中的含水量均呈现出增加趋势.通过研究认为这种"暖湿"是一种干旱区湿润程度的改善,并不会改变其干旱少雨的基本气候特征.西北地区降水的形式和性质都和我国东部地区有着根本的差别,降水增加主要是极端和短时对流降水的增加.另外,降水增加主要发生在西北干旱区的内陆河流域,该流域内的干旱地区的农业生态问题并非富水就能解决;西北地区的河西走廊等干旱和极端干旱地区水资源的主要来源是山区降水和冰雪资源;科学理性地认识西北地区降水增加,是正确处理西北地区水资源合理调配和使用、科学开展生态文明建设的前提.     

IMERG卫星降水数据在嘉陵江流域的干旱监测效用评估

针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化IMERG卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,并基于卫星降水数据采用标准化降水指数(SPI)对流域实行干旱监测。结果表明：1)根据分类指标与统计指标的计算结果,三种卫星降水数据中的IMERG-F能更准确地反映流域内的日降水量,与地面降水数据CC达0.737,整体高估地面降水2.6%,具有在干旱监测方面的应用潜力。2)三种卫星降水数据驱动的SPI指数在干旱监测方面存在一定的差异,IMERG-F驱动的SPI指数与地面降水数据驱动的SPI指数保持较高的一致性(CC>0.9),较近实时产品IMERG-F更能准确地呈现出流域的干湿特征。3)卫星识别降水与干旱监测的能力受地形地貌的影响,IMERG卫星降水数据在平原丘陵地带具有较好的适用性。     

亚洲干旱/半干旱区降水与大洋暖池气候的相关特征研究

利用ERA-40再分析资料分析了亚洲干旱/半干旱区降水与大洋暖池气候的相关特征.结果表明:亚洲干旱/半干旱区剔除季节变化的水汽、降水与三个大洋暖池(WPWP、EIOWP和EP)区在南北纬10°之间区域水汽、海温都有非常显著的正相关关系.其中,干旱/半干旱区降水与东印度洋暖池海温的相关性最好,与西太平洋暖池海温的相关性次之,与ElNino1+2区的相关性较弱;ElNino区越靠近中太平洋,亚洲干旱区与ElNino区水汽的相关性就越强.亚洲干旱/半干旱区夏季的降水与EIOWP1、WPWP1/2和EP三个大洋暖池四季的海温都有较好的相关性,亚洲干旱/半干旱区的降水对EIOWP1的海温变化响应最快(降水变化延后海温变化1-3月),对WPWP1/2区海温变化的响应最慢(延迟4个月).就季节尺度而言,在ElNino年冬季和LaNina年的夏季,亚洲干旱/半干旱区的降水都比常年偏多.近年来由于西风减弱和印度季风的增强,使得更多的印度季风区和东亚季风区水汽被输送到亚洲干旱/半干旱区,是干旱区上空水汽增加,降水增多的原因之一.     

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.     

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。      

中国干旱-半干旱区当代气候变化

本文在作者近年有关研究工作的基础上，结合最新资料和有关成果，对我国干旱－半干旱区当代气候变化做了比较系统的分析。结果表明，中国干旱－半干旱区气候变化与全国和北半球气候变化相比有一定的特点。冬夏温度变化不同，干旱－半干旱区降水变化趋势不同。     

人类活动对于我国气象干旱的影响分析

干旱导致相当的经济社会损失和生态环境破坏。基于CMIP6多模式历史模拟降水数据,计算标准化降水指数,采用阈值识别干旱事件,设计对比实验评估人类活动对于我国1851—2005年干旱的影响。结果表明：自然强迫下,我国呈现略微湿润化趋势;人类活动和自然强迫下,我国东南地区干旱频率显著提高、干旱持续时间显著增长、最大干旱强度显著增加,西北地区干旱频率则显著降低。人类活动使我国54.2%的网格干旱频率提高值超过了自然强迫下提高值的最大10%分位数,最大干旱持续时间和最大干旱强度中分别为41.8%、31.6%。气溶胶使得我国大部分地区干旱频率显著提高,温室气体则使得干旱频率显著降低。     

长江流域陆地水储量与多源水文数据对比分析

从趋势性、滞后性及相关性三方面,对2002—2013年间GRACE重力卫星反演的长江上游与中游陆地水储量与模型模拟土壤含水量、实测降水和实测径流数据进行了对比分析,并从干旱强度及发展时间两方面评估了标准化陆地水储量指数SWSI、标准化降水指数SPI、标准化径流指数SRI和标准化土壤含水量指数SSMI对区域性干旱的表征能力.结果表明:长江上游地区陆地水储量与降水、径流和土壤水蓄量均无显著变化,而中游地区陆地水储量则与水库蓄量同样具有显著性增加,反映人类活动对中游地区陆地水储量变化有很大影响;各指标指示的各等级干旱月份数量基本相当,但各指标反映的特旱具体月份有较大差别,基于GRACE数据构建的SWSI指标对特大干旱的指示性不好;对比各指标对上游与中游地区干旱事件发展时间,体现出水文干旱、农业干旱对气象干旱存在一定的迟滞关系.     

东亚干旱半干旱区水汽来源研究进展

气候增暖背景下,东亚干旱半干旱区降水发生了显著变化,水汽输送变化对该区域降水异常具有重要作用。回顾和梳理了近年来关于东亚干旱半干旱区的水汽来源的研究,重点关注外部水汽输送来源、季节差异以及局地蒸散发变化,讨论并展望了未来研究方向。现有研究表明,来自孟加拉湾—印度洋、南海、西太平洋和欧亚大陆陆地蒸散发的水汽分别通过南亚季风、南海季风、副热带季风和中纬度西风带传输至东亚干旱半干旱区,夏季以来自南海和西太平洋的水汽占主导,冬季基本取决于西风所携带的水汽含量。1979年以来,东亚干旱半干旱区年降水再循环率均呈现增加趋势,季节尺度夏季的再循环率高于冬季。未来主导东亚干旱半干旱区水汽输送特别是夏季水汽输送进而影响降水的源地以及路径需要进一步验证,量化外部输入水汽和内部蒸散发水汽相对贡献的研究或将成为未来研究热点,全球变暖背景下降水水汽来源变化仍需进行更为深入的研究探讨。     

基于SPI指数的衡水市干旱时空变化特征分析

基于衡水地区1963-2013年降水数据,选取SPI指数作为干旱指标,通过SPI指数得到研究区干旱发生频率,干旱站次比以及干旱强度,进而分析衡水市干旱时空变化规律。结果表明:衡水地区中北部、中部、中南部为干旱发生频率较高的地区。该地区易发生全区域性干旱,而干旱强度主要为轻度干旱。     

气候变化对澜湄流域气象水文干旱时空特性的影响

受全球气候变化影响,澜沧江-湄公河流域气象水文干旱发生了较大变化,预测未来流域干旱的时空变化与传播特征是应对气候变化、开展澜湄水资源合作的基础。利用SWAT模型通过气陆耦合方式模拟了澜沧江-湄公河流域历史（1960—2005年）和未来时期（2022—2050年,2051—2080年）的水文过程,采用标准化降水指数和标准化径流指数预估并分析了流域未来气象水文干旱时空变化趋势。结果表明:①澜沧江-湄公河流域未来降水呈增长趋势,气象干旱将有所缓解,但降水年内分配不均与流域蒸发的增加,将导致水文干旱更为严峻,干旱从气象到水文的传播过程加剧;②水文干旱具有明显的空间异质性,允景洪和清盛站的水文干旱最为严重,琅勃拉邦、穆达汉和巴色站次之,万象站最弱;③未来流域水文干旱事件发生频次略有减少,但其中重旱、特旱事件占比增加,极端干旱将趋多趋强,且空间变化更加显著。     

基于条件分布模型的气象水文干旱传递分析

气象干旱发展到一定程度可以传递为水文干旱。以潘家口水库流域1961—2010年逐月平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SRI）,以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱传递到未来的不同等级和不同的预测期（或滞后期）的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较短或预测期（滞后期）较短时,其对应的SRI水文干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期（滞后期）延长,其对应的SRI水文干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。     

气象干旱指数在河北省的适用性分析

基于河北省1974—2014年的气象观测和旱情资料,分析降水距平百分率PA、相对湿润指数M、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数SPEI这四种常用气象干旱指数在河北省的适用性。通过对比四种干旱指数与旱情资料、农作物产量等资料的一致性,结果表明：(1)从干旱事件分类的总体准确度来看,M指数最好,PA和SPEI指数监测效果次之。(2)四种干旱指数都能较好地监测河北省历年旱灾发生的空间范围,表现在四种指数的干旱站次比分别与旱灾受灾比和旱灾成灾比均有较强的相关性。(3)7月份SPEI和SPI指数均可较好地预报河北省雨养区(半干旱区)内的玉米产量。研究结论可为干旱防灾减灾及确保粮食生产安全提供理论依据。     

辽西地区降雨径流非线性扰动响应评估研究

根据SLM模型对辽西4个区域的降水径流非线性扰动响应进行模拟分析,结果表明:70年代至今,辽西4个典型干旱半干旱区域降水径流非线性显著,降水变化率在-3.3%~14.2%,径流变化率在-15.1%^-65.8%,径流的非线性变化逐年增强。线性模型下各典型区域NSE和R2的评估值均低于0.6,故采用非线性模型对辽西干旱半干旱区域降水径流进行模拟。     

四川省水稻气候干旱灾害风险研究

水稻生育时期内水分亏缺, 是形成水稻气候干旱的首要条件. 利用四川省1960-2010年159个气象站逐日降水量、日平均气温资料和水稻生育时期资料, 以降水距平百分率、相对湿润度指数作为干旱指标, 分析四川省水稻分蘖期、拔节孕穗期和抽穗扬花期不同气候干旱等级发生概率, 构建水稻气候干旱灾害风险模型, 评估四川省水稻分蘖期、拔节孕穗期和抽穗扬花期以及整个生育时期的气候干旱风险. 结果表明:四川省水稻拔节孕穗期和抽穗扬花期气候干旱风险较高, 降水距平百分率和相对湿润度指数的风险区划结果并不完全相同, 但分布趋势相近. 水稻整个生育时期, 四川盆地和东北部部分地区干旱风险较高, 川南地区干旱风险相对较小.     

确定干旱—半干旱地区降水入渗补给量的新方法——氯离子示踪法

在干旱－半干旱地区由于入渗水分大部分滞留在包气带中，强烈地蒸发、蒸作用导致包气带中土壤水的氯离子浓度改变。氯离子示踪方法从质量守恒角度，通过比较土壤水分的氯离子浓度和降水输入的氯离子浓度大小，可以定量确定降水入渗量和降水入渗补给的历史变化过程。本文介绍了目前国外应用较普遍的氯离子均衡法和氯离子累积法，并讨论了方法应用时存在的一些问题。     

舟山群岛水文特性

论述了舟山群岛的地形地貌、气候、土壤、植被、水系和河流概况，从降水、蒸发、 径流、地下水、水质、暴雨、干旱、风暴潮等方面分析了舟山群岛的水文特性。