西北干旱灾害影响趋势分析

根据1951-2000年中国西北五省区(陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆)降水资料,1951—1994年主要农作物旱灾面积和粮食减产资料,建立了干旱等级指标、农业旱灾指标、因旱粮食减产指标体系,分析了西北干旱灾害的影响趋势。结果表明：西北干旱和农业旱灾呈增加趋势,以20世纪70、90年代最严重,农业旱灾以重大旱灾事件为主,其空间变化以西北东部干旱灾害严重。采用谐波和功率谱方法分析西北干旱周期,建立了拟合预测回归模型,并对西北干旱灾害进行影响预测,表明21世纪前十年西北干旱灾害有减缓趋势。     

山东省近600年旱涝时间分形特征

通过对历史资料的整编。建立了山东省１２个地区近６００年旱涝等级序列，提出了数据序列灾变时间分维数计算的方法与步骤，计算各地区人旱、偏旱、正常、偏涝、大涝５种级别的序列分维数，讨论了全省旱涝演变的构型特征。     

1470—1979年中国旱涝与厄尼诺事件

本文通过中国120个站近500年旱涝等级资料,以及同期97次厄尼诺事件的分析研究,结果发现在厄尼诺事件爆发时,我国长江流域及东北东部易有洪涝灾害;华北北部、内蒙东部、青藏高原北部多发生干旱;青藏高原南部、汉水流域和贵州等地则无明显旱涝。旱涝型序列分析表明,厄尼诺事件的发生我国易出现北旱南涝或南北旱、长江流域涝的情况,而全国涝的频数则大大减小。     

青海高原干旱时空分异特征及发生风险研究

青海省干旱灾害具有发生频繁、影响范围大、持续时间长的特点,严重影响本省农牧业生产,对其发生、分布及出现风险进行研究,成果对降低农业生产风险、水利工程布局建设有很好的参考作用。本文通过修正Penman公式中辐射计算模型,定义青海省干燥度干旱指标,将干旱划分为重旱、中旱、轻旱、无旱四级,对青海省1960—2010年的干旱年际变化趋势及空间分布特征进行分析。构造月干旱发生风险指数,以5月份为例对青海省月干旱发生风险进行了评估。主要结论如下:(1)1961—2010年,青海省年干旱程度以重旱与中旱为主,50年来重旱次数呈现极显著减少趋势;无旱次数呈显著的增加趋势;轻旱与中旱次数无明显变化趋势。冬季干旱以重旱为主;春季重旱减弱,轻旱增加;夏季重旱显著减少,无旱次数显著增加;秋季重旱趋稳。(2)柴达木盆地为重旱高发区;青海省东南部久治、河南、班玛等地为无旱或轻旱主要影响区;祁连山区、东部农业区及青南称多、玉树等地受轻、中旱影响较大。(3)5月份,重旱在三江源的东南部、祁连山区、环青海湖区、东部农业区出现可能性低;中旱高风险区位于柴达木的大柴旦、德令哈、乌兰、都兰及小唐古拉山、治多区域;轻旱高风险区域包括天峻、祁连、环湖区域大部分、东部农业区大部分地区及三江源的杂多、玉树、兴海等地。     

山东省近600年旱涝时间分形特征

通过对历史资料的整编，建立了山东省１２个地区近６００年旱涝等级序列，提出了数据序列灾变时间分维数诸的方法与步骤，计算各地区大旱，偏旱、正常、偏涝、大涝５种级别的序列分维数，讨论了全省旱涝演变人构型特征。     

基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的毛乌素沙地1981—2020年干旱特征研究

大气干旱是影响半干旱沙区植被建设、生态恢复及社会经济可持续发展的重要因素。基于1981—2020年毛乌素沙地10个气象站点的逐月气象资料,计算了月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了该沙区近40年降水和气温的变化趋势、干旱事件及其频率的时空特征。结果表明：（1）毛乌素沙地近40年降水量和气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）;秋季和冬季降水量呈现显著的上升趋势（P<0.05）,四季气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）。（2）毛乌素沙地总体上呈现出不显著的湿润化趋势（P>0.05）,但秋季呈显著的湿润化趋势（P<0.05）;中、西部地区呈现出湿润化趋势,而东部地区则呈现干旱化趋势。（3）近40年毛乌素沙地的月尺度下干旱总频率达32.71%,各等级发生频率为轻旱>中旱>重旱>特旱,季节发生频次为冬季>夏季、秋季>春季;轻旱主要发生在毛乌素沙地的北部、中部、东南和西南部,中旱在东部、北部和西部边缘,重旱在东部、中部以及南部地区,特旱在西北部、南部和东南部区域。     

过去千年太阳活动异常期的中国东部旱涝格局

根据过去千年中国东部旱涝等级资料,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,参照新近重建的5条过去千年太阳活动序列,重建了其间11个太阳活动异常期的中国东部旱涝格局。结果发现：在11个太阳活动异常期,中国东部旱涝格局各不相同。其中在5个太阳活动极小期（1010-1050年、1280-1350年、1460-1550年、1645-1715年、1795-1823年）,中国东部旱涝格局虽不一致,但长江中下游地区（华北地区）出现偏旱（涝）的几率更高;而在2个太阳活动极大期和4个太阳辐射高值期,中世纪极大（1100-1250年）整个东部多偏旱,1845-1873年的太阳辐射高值期,整个东部多偏涝;其余4个时段（1351-1387年、1593-1612年、1756-1787年、1920-2000年）则旱涝相间出现。集合平均表明：在太阳活动极小期,中国东部呈自南向北的“涝—旱—涝”分布：长江流域偏旱,南北两侧的华南沿海和华北平原偏涝,且西北东部及西南偏旱;而在太阳活动极大期和太阳辐射高值期,长江流域及西北东部多偏涝,华南和华北多偏旱。     

1961-2004年新疆降水极值概率分布特征

 根据1961—2004年新疆地区55个气象站逐日降水观测资料和PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) 区域气候影响模式(1961—2004年)逐日降水模拟资料,建立年最大降水AM(annual maximum)序列及日降水量小于0.05 mm 的年连续最长干旱天数AMCD(Annual Maximum Consecutive Dry Days)序列,分析了新疆地区降水极值序列的时空分布特征和概率分布模式。结果表明:①新疆地区降水事件的强度和概率最大的地区位于阿合奇、巴里坤、昭苏、乌鲁木齐等地,干旱事件强度和概率最大的地区位于且末、若羌、吐鲁番等地;②PRECIS区域气候影响模式模拟的新疆地区AM事件的多年平均值普遍高于观测值,且离差系数也普遍高于观测值;③PRECIS区域气候影响模式模拟结果与观测的降水极值空间分布有一定的差异,需要进行改进,但具有实际参考价值。对于实际观测的降水极值概率分布的拟合,证明了GEV分布函数能够较好地拟合降水极值的概率分布。     

西北干旱区极端气候水文事件特征分析

中国西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一。气候变化导致气候水文系统的不稳定性加剧,极端气候水文事件的频度和强度增大、重现期缩短,灾害程度加重。借助资料分析和文献阅读,对过去50 a中国西北干旱区极端气候/水文事件的发生规律、影响机制及未来趋势进行了梳理总结,主要结论如下：（1）西北干旱区的极端气候/水文事件呈逐年增加趋势,特别是20世纪70年代以来增加显著;气温和降水极值都表现为一致的增强趋势。降水量的增多是降雨频率和强度共同增加的结果。（2）中国西北干旱区低温、降水极值在1986年左右发生了明显的突变,高温极值在1996年左右发生突变。突变后,气温和降水极值均发生了显著增强变化。（3）北半球极涡面积指数和青藏高原指数对西北干旱区气候极值变化具有重要影响,冬季极值还受冬季北极涛动和北大西洋涛动等影响。（4）新疆地区有变暖湿趋势,而河西走廊东部则为变干趋势。强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流造成新疆地区降水增加,而河西走廊干旱增加是由东亚夏季风减弱引起的。     

近半个世纪中国西北干湿演变及持续性特征分析

 利用1960-2007年中国西北地区248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干湿指数,从年际演变、季节内变化以及持续性特征等方面较系统地揭示了近半个世纪来西北地区的区域性干湿演变事实,结果表明:在温度与降水双重因子驱动下西北地区的干湿演变特征同降水单一要素驱动下的干旱特征存在明显的差异,说明气候变暖对西北干旱化趋势的贡献程度比较显著;自20世纪90年代后期以来,西北各分区每年异常干旱月份发生概率呈增多趋势,而异常湿润月份发生概率除了北疆地区外,其它分区近10 a异常偏少,这种现象在西北东南部表现得尤为突出。从四季干湿变化来看,冬季表现为湿润化趋势,而春、夏、秋三季呈现出了干旱化趋势。另外西北东南部、青海高原东侧以及南疆地区自20世纪90年代以来,很少出现过持续性湿润事件,而持续性干旱事件却明显多于90年代以前,而且持续性干旱的最长持续时间长,强度大,北疆地区和青海高原48 a来持续性干湿事件发生频次、强度以及持续时间没有明显的趋势变化,而青海高原地区相比其它区域持续性干湿事件偏少,强度偏弱,最长持续时间也偏短。     

千河流域近540 a来旱涝灾害变化规律研究

 通过收集整理千河流域1470-2009年旱涝灾害资料,结合滑动平均、累积距平,以及小波变换处理等方法,分析了千河流域近540 a来旱涝灾害变化规律。研究结果表明:千河流域旱涝灾害交替频繁,具有明显阶段性与周期性规律。通过11 a滑动平均和累积距平分析,可以将千河流域历史旱涝灾害分为3个阶段,在此基础上,又可分为7个明显的偏旱或偏涝时期。另外,由小波分析得出,千河流域近540 a来的旱涝灾害具有明显的周期变化,并且与太阳活动周期有着密切的联系。而且千河流域历史旱涝灾害的发生与我国西北地区,尤其是关中地区旱涝灾害发生规律具有明显的相关性。这对了解千河流域旱涝灾害发生规律和制订防灾减灾措施等具有重要的现实意义。     

中国华北东北强干旱事件的时空演变特征及重现期分析

利用中国华北、东北（110~140°E，34.5~55°N）126个站1901—2015年月尺度标准化降水蒸散指数（[WTBX]SPEI[WTBZ]-1），去除11月到次年2月（即北方冬季）的数据后，利用聚类分析将研究区域分为东北地区中北部（Ⅰ区）、东北地区南部（Ⅱ区）、华北地区南部（Ⅲ区）、华北地区北部（Ⅳ区）以及华北地区西部（Ⅴ区）5个气候区，利用游程理论在识别单站强干旱事件的基础上，给出区域强干旱事件的识别标准，并与实际干旱事件相比较，检验方法的适用性；分析不同区域强干旱事件年代际的分布特征和演变规律；基于拟合优度最高的Copula函数，以华北西部（Ⅴ区）为例，分析其强干旱事件的重现规律；分析在相同重现期条件下，干旱历时与干旱强度的分布特征。结果表明：（1） 区域强干旱事件的识别标准对于中国华北、东北强干旱事件具有较好的适用性。（2） 华北北部（Ⅳ区）的强干旱最为严重，且较易发生连旱事件。（3） 华北西部（Ⅴ区）的一般性强干旱事件有约5 a～6 a的周期，1929年、1941年和1965年分别有一次特别严重的强干旱事件发生，其重现期分别约为94 a～102 a、93 a～101 a和35 a～41 a。（4） 对于2 a、5 a、10 a、20 a、50 a和100 a一遇的强干旱事件，华北北部（Ⅳ区）的强干旱事件最为严重，华北西部（Ⅴ区）次之。     

基于日SPEI的近55 a西南地区极端干旱事件时空演变特征

利用1960~2014年中国西南地区141个气象台站的逐日气象资料,引入一个新的干旱指数——逐日标准化降水蒸散指数（日SPEI）,对极端干旱事件的年代际、年际、季节内变化及持续性特征进行了分析,结果表明：空间上,近55 a西南春季和年极端干旱程度呈一致的减弱趋势,重庆、四川与贵州的交界处及四川西北部极端干旱程度明显缓解,而夏、秋两季极端干旱表现出增强的趋势并有一定的区域性特征。时间上,春季和全年极端干旱频率、强度和持续天数逐渐减少,春季极端干旱的减弱程度较全年明显;夏、秋两季极端干旱频率、强度和持续天数呈增加趋势,夏季极端干旱的加重趋势比秋季明显。从极端干旱事件的持续性来看,20世纪60年代和21世纪初（2000~2014年）西南遭受的极端干旱最严重,持续期达60 d以上的站点分别占到站点总数的60%和73%。     

基于修正Z指数的辽西北春旱演变分析

利用辽西北地区39个雨量站1971-2013年逐日降水资料,选取Z指数为指标,根据国家干旱等级标准和辽西北实际情况对不同等级干旱所对应的界限值进行修正,基于修正后的Z指数,采用小波分析方法和Kriging空间插值法对辽西北地区春旱时空演变规律进行分析。结果表明：在辽西北地区春旱总频次各年代际变化中,大旱、重旱上升趋势明显,从20世纪70年代以来,春旱发生频次由8.1%上升到12.5%,重旱发生频次由3.6%上升到4.8%。周期变化中,辽西北春旱存在10 a左右的主周期。空间上,辽西北地区春旱具有明显的区域性,由南向北递增,春季各等级干旱高发区主要集中于朝阳市各县。     

明代济南地区旱灾发生频次分析

通过对明代济南地区历史文献中干旱灾害记载的整理统计,分析了该时期济南地区旱灾的时间变化特征、等级和成因。结果表明,在明代276 a间,济南地区共发生旱灾92次,平均每3 a发生1次。明代济南地区旱灾主要分为两个发生阶段: 1370—1460年代旱灾偏少期和1470—1630年代旱灾多发期。从明代早期到晚期,济南地区旱灾发生频次呈明显增加趋势,而明代中后期旱灾呈较明显的波动变化特点。明代济南地区干旱灾害可划分为4个等级:①以三级大旱灾发生频次最多,为36次,平均每7.7 a发生1次,占旱灾总次数的39%;②一级轻度旱灾和二级中度旱灾,各发生25次和22次,分别占旱灾总次数的27%和24%;③四级特大旱灾发生次数最少,共9次,约占旱灾总次数的10%。气候干旱、降水稀少是旱灾发生的主要原因,人为因素有可能加重了本区旱灾的危害强度。     

基于SPEI法的陇东地区近50 a干旱化时空特征分析

选取陇东地区近50 a平均逐月降水和气温数据,采用Mann-Kendall方法、反距离加权插值（IDW）、功率谱分析、标准化降水蒸散发指数（SPEI）等方法分析了陇东地区近50 a来干旱变化的时空特征。研究显示：近50 a来陇东地区干旱化趋势非常明显,特别是20世纪90年代以来干旱趋势显著。持续干旱事件次数增多,持续干旱累积时间增长,以春夏连旱、伏秋连旱的次数增多为显著特征。发生干旱的周期在不同的时间尺度上表现不一致,随着时间尺度的增长,干旱出现的周期也在变长。干旱发生频率不断加快,尤其是在20世纪90年代以来,极端干旱事件的频率显著上升。近50 a来干旱频率较高的区域在环县西北部和六盘山以西静宁等地,干旱高频区逐步向中南部和东部转移。通过与其他方法对比分析和历史资料比对,证明SPEI在陇东地区有较好的适用性。     

树轮指示的柴达木盆地近539 a旱涝变化特征

 利用柴达木盆地东北缘的圆柏树轮资料,重建了柴达木盆地1470—2001年5—9月的降水量,并依照《中国近五百年旱涝分布图集》的旱涝等级标准恢复了历史旱涝变化。分析发现,柴达木盆地旱远多于涝,也是极端干旱事件高发区; 旱涝变化具有阶段性,539 a的旱涝序列可分为3个旱阶段和3个涝阶段,以旱为主的时期长于以涝为主的时期; 涝年平均21 a一遇,旱年平均3 a一遇; 干旱发生的显著周期为2.8 a,特旱为9.2 a。     

明清时期宝鸡地区旱涝灾害链及其对气候变化的响应

通过对明清时期宝鸡地区旱涝灾害资料的统计和整理,利用滑动平均、累积距平及小波分析等方法探讨分析了1368-1911年宝鸡地区旱涝灾害链及其对气候变化的响应。结果表明：① 1368-1911年,宝鸡地区共发生297次旱涝灾害事件,其中旱灾和涝灾分别发生191次和106次,占旱涝灾害发生总次数的64.31%和35.69%。② 宝鸡地区旱涝灾害具有较为明显的阶段性特征,1368-1644年为偏旱阶段,1645-1804年为旱涝灾害波动阶段,1805-1911年为偏涝阶段,整体上呈现出干旱—湿润期的交替特征。旱涝灾害在时间尺度上大致存在70年、110年和170年左右3个振荡周期,与太阳黑子活动周期相对应。③ 旱涝灾害具有显著的空间差异性特征。渭河流域以北、以东地区既是旱灾的多发区,也是涝灾的多发区。④ 明清时期宝鸡地区旱涝灾害链的相继发生是对全球气候变化的响应。18世纪60年代以来,全球气候环境变化导致极端旱涝灾害事件频繁发生。     

西北地区农业旱灾与预测研究

西北地区干旱灾害在中国乃至世界上具有代表性,常常对农业生产、社会经济和人民生活带来巨大威胁。利用西北五省区(陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆)1951～2000年的50年农业旱灾面积统计资料,分析了农业旱灾的时空强度变化。表明西北地区农业旱灾有增加趋势,以20世纪90年代增加最明显。利用西北地区均匀分布的40个站点50年的降水和气温资料,采用变换的Z指数法,探讨了干旱强度和地表径流量的时间变化与西北地区农业旱害的关系。表明降水量的减少及河川径流枯期与农业旱灾面积负相关关系密切。应用波谱分析与逐步自回归方法,分别建立了西北地区干旱指数的拟合回归预测模型,农业旱灾面积、成灾面积和绝收面积预测模型,并对西北地区干旱灾害的趋势进行了预测。表明西北地区干旱灾害在21世纪前十年有所减缓。经检验,模型预测效果良好,根据预测结果可以采取有针对性的减灾措施,减少西北地区农业灾害损失。     

Spatiotemporal variations in moisture conditions across Monsoon Asia during the last 500 years

Spatial and temporal variations in moisture conditions across monsoon Asia were investigated using 347 Monsoon Asia Drought Atlas(MADA) grid points and 100 Chinese historical documents sites during the years 1470-2000. We applied Rotated Empirical Orthogonal Function(REOF) analysis to evaluate spatial moisture variability during the past 530 years.The first 13 principal components together explained 61.35% of the total variance, with the First Principal Component(PC1) accounting for 14.1%. After varimax rotation to the first 13 EOFs, we obtained new time series and spatial patterns.These patterns divided monsoon Asia into 13 regions with coherent moisture variability. Drought events were analyzed within these 13 regions. The results indicate that there has been a prominent drying trend in eastern and central Mongolia,Southeast Asia and east China during the last 50 years. Conversely, India and the Tibetan Plateau show a significant increase in moisture around the late 20 th century. We found four drought periods, A.D. 1625-1644, A.D. 1710-1729, A.D.1920 s, and A.D. 1975-1999 occurred widely across monsoon Asia during the past 530 years. On inter-annual time scales,moisture variations in the northwest region of monsoon Asia, the Indian subcontinent and Southeast Asia are influenced by the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO). Thirty-year running correlation coefficient diagnostic analysis revealed that moisture variability in monsoon Asia is associated with the Pacific Decadal Oscillation(PDO).