福建省几种气象干旱指数的对比分析

选用合理的干旱指数对干旱进行监测一直是干旱研究的难点之一,对不同指数的适用性进行研究可以为干旱监测提供一定的参考依据。基于1960—2017年福建省气象站的逐日气象观测数据,采用频率累积法对五种干旱指数的阈值进行修正,利用层次分析法计算不同等级干旱事件的权重,结合120个典型历史干旱事件,对降水距平百分率(P_a)、标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、相对湿润指数(MI)、改进综合气象干旱指数(CI_(new))在福建省的适用性进行了分析。结果表明:CI_(new)适用于春秋冬季和年际的干旱监测,MI适用于夏秋冬季的干旱监测,这两种指数对重旱和特旱事件的监测效果比较好,SPI和SPEI对中旱和轻旱事件的监测效果比较好。五种指数均能比较好地描述干旱的发展过程,CI_(new)的监测结果更贴合实际,并且较符合干旱发生的机制。因此CI_(new)在福建省的干旱监测中比较适用,MI次之。     

CI指数及SPEI指数在长江中下游地区的适用性分析

根据综合气象干旱指数(CI)在长江中下游地区应用中存在的不足,首先对CI中SPI指数等权累积降水进行合理的非等权处理及MI指数的优化,得到改进的综合气象干旱指数。然后利用1962—2013年长江中下游地区164个气象站的观测资料,对比分析了改进的综合气象干旱指数和标准化降水蒸散指数(SPEI)在长江中下游地区的适用性效果。结果表明:改进的综合气象干旱指数物理意义明确,解决了原CI指数对干旱开始时间、旱情发展中不连续加重现象和旱情解除时间滞后等不足,特别是对长江中下游地区的旱涝急转现象反映及时准确;设计的多时间尺度综合气象干旱指数与SPEI指数相关系数平均达0.8以上,说明得到的多时间尺度综合气象干旱指数对旱情的分析评估能力较强。经过适用性对比分析证明,月尺度综合气象干旱指数在江苏和安徽省应用效果要优于SPEI指数,湖南、江西和湖北省月尺度综合气象干旱指数在10—4月间的评估效果更好,SPEI指数在5—9月更优。因此,改进的综合气象干旱指数对长江中下游地区干旱分析与监测、预报预警等具有良好的推广应用价值。      

基于前期降水指数的气象干旱指标及其应用

从气象干旱定义出发,考虑干旱累积效应,借鉴前期降水指数（API）和标准化降水指数（SPI）,建立基于标准化前期降水指数（SAPI）的逐日气象干旱指标,并利用1961-2010年全国632个台站的气象资料分析SAPI的适用性特征。结果表明：逐日SAPI曲线呈典型“锯齿型”特征,在降水持续偏少时段平稳下降,克服了基于“等权累加”建立的综合气象干旱指数由于前期降水移出计算窗口而导致的“不合理旱情加剧”问题,能够精细刻画干旱发生、发展和结束过程。SAPI敏感性分析表明,加剧一个干旱等级需要的无雨日数在降水越少的季节（地区）越多, 减缓一个干旱等级需要的日降水量在降水越少的季节（地区）越少。各等级旱日频率总体上与理论频率一致。降水量较少的季节（地区）,轻旱、中旱及总旱频率略高于降水量较多的季节（地区）,而重旱、特旱频率时空特征相反。1961-2010年全国平均各等级旱日频率均呈下降趋势,其中特旱较为明显,但具有复杂的时空特征：9-11月各等级旱日频率显著增加,其余月份以减少为主;各等级旱日频率总体上呈“西减东增”趋势。     

CI和MCI干旱指数在宁夏的适应性对比

利用1981—2017年宁夏18个气象站逐日降水量、平均气温等资料以及各县市灾情和年度气候影响评估报告,以CI和MCI为干旱监测指标,从干旱日数、干旱强度、典型干旱事件3方面,对比分析2种干旱指数在宁夏气象干旱监测中的差异,探讨其适用性。结果表明:近36 a来,CI和MCI监测的宁夏中旱及以上等级干旱日数的年变化趋势一致,总体呈减少趋势,但CI的中旱及以上等级干旱日数比MCI偏多,且空间分布特征不尽一致,尤其在北部干旱区差异显著;CI和MCI干旱强度的变化趋势基本一致,但CI干旱强度比MCI偏强,且降水偏少越明显,CI比MCI强度越强。对于典型干旱事件,CI监测的干旱强度强,开始时间早,持续时间长,跨等级的跳跃现象明显,不符合干旱演变特征,而MCI的干旱监测效果更稳定,持续性更好,但干旱程度偏轻。宁夏降水量总体偏少,多集中在5—9月,且蒸发量大,由于MCI放大了更长时间(150 d)前降水的作用,使其干旱表征比实际干旱程度轻,总体上CI比MCI更适合于宁夏逐日气象干旱监测,但2种干旱指数均可反映宁夏中南部气象干旱日数和强度的时间演变特征。     

干旱指数在淮河流域的适用性对比

利用淮河流域河南、安徽、山东、江苏4省170个站1961—2010年逐日气温、降水以及土壤墒情和干旱灾情资料,从干旱年际变化、季节演变、空间分布、典型干旱过程诊断、不合理跳跃点以及与土壤墒情、干旱灾情相关性等方面,对比分析降水距平百分率 (Pa)、Z指数、标准化降水指数 (SPI)、相对湿润度指数 (MI)、综合气象干旱指数 (CI) 和改进的CI (CINew) 在淮河流域的适用性。结果表明:各干旱指数对淮河流域的典型旱年均有较好的诊断能力;在干旱季节演变及空间分布的诊断方面,Pa,MI,CI和CINew与实际较为吻合,而Z指数和SPI诊断效果较差;在典型干旱过程诊断以及不合理跳跃次数方面,CI和CINew更能刻画出干旱发生发展机制,而Pa,Z指数,SPI,MI效果较差;与土壤墒情和历史干旱灾情相关性方面,CI和CINew比Pa,Z指数,SPI,MI具有更好的相关性。即对于淮河流域的干旱监测诊断,CI和CINew要优于Pa,Z指数,SPI及MI,具有更好的适用性。     

气象干旱综合监测指数在安徽省的适用性分析

利用1981—2016年安徽省77站日降水量、平均气温和土壤墒情资料,通过相关分析和主成分分析方法构建了该区域旱季(10月至次年3月)、涝季(4-9月)气象干旱综合指数MCI_anhui,从频率分布、干旱日数演变、不合理跳跃次数及代表站典型干旱过程等方面,对4种气象干旱指数在安徽省的适用性展开对比分析。结果表明:MCI_anhui在反映较重等级气象干旱时优于其他指数,能很好地诊断出安徽历史上典型大旱年;基于该指数的干旱日数时空演变表现为沿淮北夏旱和春末旱最多,江淮之间春末夏初旱情最多,沿江江南秋旱最多;36年所有干旱过程中不合理跳跃次数不足10次,就典型干旱过程中对降水反应的敏感性而言,它在表现干旱缓慢发展的特征时优于其他指数,不合理波动较少,且干旱后期缓和或解除过程中也不如其他指数过于敏感。综合来看,MCI_anhui对干旱过程具有较好的识别与诊断能力,在安徽省适用性良好。     

2017年春夏呼伦贝尔草原干旱过程多种监测指数对比分析

以2017年春夏季呼伦贝尔草原干旱过程为研究对象,利用呼伦贝尔草原范围内6个气象站的气温、降水数据和MODIS NDVI数据,分析对比2017年4—9月多种气象干旱指数（Pa30、SPI30、SPEI30、CI、MCI）与植被状态指数（VCI）的监测情况。结果表明：只考虑单一降水的气象干旱指数（Pa30、SPI30）在4月波动较大,且此类指数无法反映出高温等其他气象条件对干旱发展的影响。综合气象干旱指数(CI、MCI)由于引入多时间尺度干旱进行计算,旱情缓解时轻旱等级持续的时间过长,且草原植被在降水增加后的恢复速度较快,造成干旱缓解期间植被与监测结果差异较大。MCI与同期和前1期VCI的相关性最好,CI和SPEI30与前1期和前2期VCI的相关性较好,而只考虑单一降水的气象干旱指数与VCI的相关性普遍偏差。植被对SPEI30的响应时间更长,更适宜草原生态干旱的早期预警使用。     

气象干旱综合监测指数在湖北的本地化应用及其适用性分析

在对气象干旱综合监测指数(IMCI)特点理论分析基础上,结合湖北省干旱特点,对IMCI在湖北省应用进行了参数修订。通过与干旱监测业务中使用的综合气象干旱指数(ICI)在干旱统计特征、典型干旱过程诊断能力方面的对比分析,评估了IMCI指数在湖北省的适用性。结果表明:IMCI未改变ICI干旱监测的总体结论,但在干旱演变过程方面较ICI平缓,且对持续时间较长的大旱过程刻画较好。修订后的IMCIHB有效纠正了IMCINCC对旱情发生、发展及缓解过程反应过于迟钝、旱情监测偏重的不足,同时相对于ICINCC2对降水过于敏感又有所改善。然而,IMCINCC和IMCIHB依然存在冬季对微量降水过于敏感及旱情不连续发展的不足。干旱指数在特定区域应用时进行适当的修订和适用性检验是必要的,研究结果可为IMCI在国内其他地区应用的修订提供参考。     

干旱指数在山西逐日监测中的适用性研究

综合气象干旱指数(CI)和标准化降水指数(SPI)在逐日监测中往往会出现干旱突然加重的现象,这是由于某时段内每日降水量对当前干旱的发展贡献是等权重的。本文基于线性递减非等权重的方法对CI进行了修正,同时对加权降水量(WAP)进行了标准化(Standard WAP Index,SWI)。以山西为例,通过对比CI修正前后,即CI和CI_new(CI修正后),与SPI和SWI在不连续加重现象(UED)的总体分布、典型事例干旱演变特征以及与土壤湿度相关性等方面的差异,分析了4种干旱指数对山西逐日干旱演变的监测能力。结果表明:1)CI_new出现UED的次数较CI有了明显下降,SWI出现UED的次数也比SPI有了大幅的减少,且SWI在这4种指数中是出现UED次数最少的指数;2)CI_new和SWI较CI和SPI与同期土壤湿度的相关性均有所提高,表明修正后的CI_new和SWI更加符合土壤湿度的变化,更能反映土壤干旱的演变规律。针对干旱发展过程中不连续加重的现象,通过非等权重方法有效地减少了该现象的发生。     

基于CI指数的衡阳县2013年干旱特点分析

利用衡阳县观测站1960—2013年逐日平均、最高(低)气温、降水量等气象资料,统计出该区域2013年逐日综合气象干旱指数(CI指数)、积温等数据,并对其进行日、月变化分析及历年对比。结果表明:2013年衡阳县干旱是在全球变暖背景下出现的极端气候事件,年内有两次干旱过程,过程数略偏少,第2次过程持续时间长达149 d,干旱强度为-235.1,仅次于1964年;本次干旱发展及消失过程迅速,中段持续时间长,以中等及以上干旱为主,越严重的干旱日,较历年偏多越显著;全年达到CI干旱等级日数偏多,共有162 d,7月3日—8月14日,出现了该地区有气象记录以来的最长连续高温日数(43d);衡阳县全年热量充沛,月积温以正距平为主,3月积温偏多最明显(32.9%);CI指数干旱等级越高,其对降水敏感性越强。     

哈密地区气象干旱监测指数研究

应用Z指数方法和帕默尔气象干旱指数基本原理的优点,选取哈密地区6个代表站1961—2010年逐月降水量资料,分南、北两个区域建立区域修正帕默尔气象干旱指数,确定了区域旱涝等级的划分标准。以计算得到的干旱指数与历史旱情记录进行对比验证,并与Z指数、降水距平百分率干旱指数对比分析,结果表明该干旱指数对干旱的反应符合历史实际,较Z指数、降水距平百分率干旱指数更适合当地应用。在此基础上,对哈密地区修正帕默尔气象干旱指数与旱情的关系及干旱发生的特征作了更进一步分析。     

降水温度均一化指标修正及在西南地区的适用性

该文在考虑气温和降水影响干旱的权重不同基础上,对前人提出的降水温度均一化指标(简称S)进行修正,定义为S_m。通过对比修正前后干旱指数在干旱频率、年干旱强度以及与其他干旱指数的相关性等方面,分析了修正后效果及其在西南地区的适用性。结果表明:S_m可以准确地描述旱季和雨季,优于S;修正前后的干旱指数在年干旱强度方面没有显著差异,但S_m减弱了S的部分不合理跳跃现象,且11 a平滑得到的结果与统计事实较为一致;对比修正前后指数与相对湿润度指数(M)、综合气象干旱指数(CI)以及标准化降水指数(SPI)的相关性发现,S_m不仅矫正了S与M、CI的负相关,而且与M的相关性非常好,能较好地反映土壤的干湿状况,与各个时间尺度的SPI的相关性均超过了99%显著性检验;运用S_m定义的西南地区旱涝年具有统计学意义,且典型旱涝年的时空分布与事实一致。因此认为,S_m在西南地区有较好的适用性。     

基于CI指数的2008年河南省麦播后气象干旱演变分析

针对2008年麦播后至2009年1月河南全省范围的大面积干旱,引入气象干旱综合指数CI进行2008年麦播以来的气象干旱演变分析.根据河南省113个气象站1951-2008年的气象资料及65个自动气象站2009年1月份气象资料,从气象干旱的角度分析了不同等级干旱的发生发展及其空间分布特征,并提出相应的抗旱措施和建议.     

基于CI指数的2008年河南省麦播后气象干旱演变分析

针对2008年麦播后至2009年1月河南全省范围的大面积干旱,引入气象干旱综合指数CI进行2008年麦播以来的气象干旱演变分析。根据河南省113个气象站1951-2008年的气象资料及65个自动气象站2009年1月份气象资料,从气象干旱的角度分析了不同等级干旱的发生发展及其空间分布特征,并提出相应的抗旱措施和建议。     

气象干旱预警信号发布解除流程

介绍气象干旱综合指数CI的计算方法和怎样用综合指数CI来确定气象干旱等级。指出气象干旱预警信号发布、变更及解除标准,说明整个气象干旱预警信号发布解除流程。     

安徽冬麦区4种干旱指数应用对比

干旱是安徽冬小麦生育期主要的农业气象灾害,对冬小麦生长发育及产量形成均产生重要的影响。利用安徽冬麦区36个气象站1960—2012年逐日气象资料,分别计算冬小麦生育期水分亏缺指数(CWDI)、综合气象干旱指数(CI)、标准化降水指数(SPI)及降水距平百分率(PA),并对上述指标的计算结果进行对比及适应性分析。结果表明:冬小麦生育期4种干旱指数得到的干旱日数时空分布趋势基本一致;SPI和PA指数计算相对简便、稳定,但由于没有考虑水分支出,易导致干旱程度跳跃发展,CI和CWDI指数考虑了最近的降水情况,同时考虑了水分的收支情况,能够较好的表征干旱过程发生发展机制及特征,尤其是CWDI考虑到生长季作物系数,能反映作物水分亏缺状况。通过干旱指数与冬小麦减产率的相关分析,进一步表明CWDI在安徽冬小麦生育期干旱监测评估中具有较好的适用性。     

区域干旱预警标准研究Ⅱ:区域旱涝强度等级划分及其在干旱预警中的应用研究

基于区域气象干旱指数的基本概念和构建方法,计算了中国11个一级气象地理区划的逐日标准化区域气象旱涝强度指数(Regional meteorological Drought Intensity Index,RDI)及标准化区域气象旱涝空间分布差异指数(Regional meteorological Drought variance Index,RDVI),并给出各区域的逐日标准化RDI的旱涝等级划分规则,进一步将区域逐日的RDI和RDVI指数综合使用,对区域气象干旱过程进行较好的分析和判断。通过分析区域RDI和RDVI指数逐日演变,将干旱预警分为三个等级,即红色预警(一级)、黄色预警(二级)和橙色预警(三级),对应于当前时刻的区域RDI指数达到"特别干"、"严重干"和"中等干"等级且未来一周气象干旱等级不会下降,给出了相应的RDVI指数的识别依据,研究了各级区域干旱预警标准,从气象干旱角度进行研究得到的气象干旱预警标准可以为干旱的监测、预警提供科学依据。     

综合气象干旱指数修正及在西南地区的适用性

以我国西南地区为例,在用加权降水量 (W_AP) 改进标准化降水指数的基础上,对综合气象干旱指数 (I_C) 进行了修正,定义为I_CW。通过对比指数修正前后在干旱频率、年干旱强度和干旱发展过程中的不连续加重、以及与同期土壤湿度相关性的差异,分析了I_CW在修正后的改进效果及在西南地区的适用性。结果表明:修正前后的综合气象干旱指数在多年干旱频率和年干旱强度两方面没有显著差异,但I_CW减少了干旱发展过程中的不连续加重现象,且与同期土壤湿度有更好的相关性,即I_CW比I_C更加接近实际干旱的演变规律,I_CW比I_C更适合在西南地区实时干旱监测业务中使用。然而,由于该研究未对I_C中的相对湿润度指数进行修正,而相对湿润度指数的突变同样可以导致不连续加重的出现,因此,I_CW只是在一定程度上减少了不连续加重的影响。     

北疆绿洲农业区气象干旱指数的确定及干旱特征分析

气象干旱指数是衡量农业干旱程度的指标之一。选取降水距平百分率PA、标准化降水指数SPI、标准化降水蒸散指数SPEI、通过SPI和SPEI构建的综合指数nSPEI（新的标准化降水蒸散指数）四种干旱指数,利用北疆绿洲农业区1961－2020年的气象数据,进行相关性、回归拟合、不同等级干旱频率分布等方面的对比,优选出对旱情描述更符合实际的干旱指数,并进而分析研究区的干旱变化特征。结果表明：（1）PA的干旱标准低估了干旱程度,SPI对温度上升引起的干旱加剧不敏感,SPEI计算蒸散发选用的Thornthwaite方法会高估温度对干旱的影响,nSPEI克服了SPI和SPEI的不足,对研究区的适用性最优。（2）近60年,研究区季尺度气象干旱随时间呈波动性变化特征,进入21世纪以来,春、夏季表现为湿－干变化,秋季表现为弱的干－湿变化,在干旱强度上,春、夏季由弱增强,秋季略减弱,在干旱范围上,以全局性干旱为主,春季局域性干旱增多,夏、秋季局域性干旱减少,在干旱频次上,春季特旱多,夏季重旱多,要注意相伴随的大风灾害和高温灾害,都会进一步加重农业旱情和灾情。     

基于CI指数的河南省近40a干旱特征分析

基于河南省113个气象站1970～2007实测气象资料,利用气象干旱综合指数对河南省近40 a的干旱特征进行了统计分析.首先计算了历史逐日的CI指数,统计近40 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上统计了河南省历年各地区干旱发生的频率、覆盖范围,分析了干旱发生范围的年际变化和不同强度干旱的空间分布特征.分析结果表明:河南省伏旱发生频率最高为63.6%,冬季干旱发生频率最低为48.8%,春旱和秋旱发生频率相近,分别为55.4%和56.9%;全省大范围干旱发生的年份春季和秋季较多分别有9 a,冬季最少只有5 a;春季豫北各等级干旱发生天数均较高,夏季和秋季全省易发生大范围轻旱,重旱发生较少,冬季轻旱和中旱呈显著的纬向分布,南少北多,和降水的分布有较好的负相关性.