基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征

干旱灾害是甘南高原发生最频繁的气象灾害之一,严重影响该地区农牧业生产和生态环境安全。利用1973—2022年甘南高原及周边31个气象观测站逐月降水和气温观测数据,选取标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）表征气象干旱,采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope估计方法,研究甘南高原年、季尺度的干旱时空分布及变化特征。结果表明：近50 a来,甘南高原年SPEI呈显著减小趋势,全域整体趋向干旱化,1986年为突变年。干旱变化趋势存在季节差异,夏、秋季呈干旱加剧趋势,春、冬季则相反。年和季SPEI变化趋势存在空间差异性,年和秋季全域呈干旱化趋势;夏季甘南高原中东部呈干旱加剧趋势,春季与夏季相似,但春季干旱加重区域和干旱化程度明显小于夏季;冬季整体呈干旱减轻趋势。甘南高原年和季节尺度不同等级干旱发生频率有明显的空间差异,高原中东部轻旱频发,高原南部中旱和重旱高发,特旱各区域发生频率均较低;高原西部干旱发生频率总体小于高原中东部。     

基于SPEI的开都河流域干旱时空演变特征分析

基于开都河流域5个国家基本气象站1961—2020年的逐日气象资料，计算了年和季节为主要时间尺度的SPEI指数数据，并利用Morlet小波分析、Mann-Kendall检验、趋势归因等方法，研究该区域的干旱时空演变规律及其原因。结果表明：近60 a，除冬季外，其余时间尺度上的开都河流域均呈干旱化趋势。在空间分布上，流域的年和夏季变化一致，自北向南呈“偏湿—偏干”趋势；春季与秋季变化趋势相同，自西向东呈“偏干—偏湿”趋势；冬季则整体呈“偏湿”趋势。气温是开都河流域干旱变化的主导因素，但流域北部地区干旱变化以降水影响为主，南部地区则受气温影响为主；同时，和静与焉耆区域除冬季外，气温对干旱趋势的贡献均远高于降水贡献，表明该区域干旱化较为严重。开都河流域各时间尺度上的干旱均基本2~6 a一遇，干旱特征多以轻旱为主，中旱次之。其中，春季不仅是重旱事件发生最多时期，还是流域干旱事件发生的主要时期。     

基于SPEI的1961—2015年淮北地区干旱时空分布特征

基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,利用淮北地区108个气象站逐月气温、降水观测资料,采用线性趋势、M K突变检验等方法,从不同时间尺度（年、季）和干旱程度（轻旱、中旱、重旱和特旱）分析了淮北地区1961—2015年干旱频率和时空变化特征。结果表明：淮北地区1961—2015年总体呈干旱略加强趋势,其中1998—2001年干旱发生最频繁,干旱强度、极端干旱及中等干旱的频次均呈增加趋势。2011年淮北地区干旱程度发生了突变性增强;20世纪90年代起淮北地区夏季经历了先湿后干的转变,2013年是夏季转向干旱化的突变点。秋冬两季是淮北地区发生干旱频率较高的季节。秋季干旱分布广、旱情最为严重,淮北地区北部是秋季干旱的高发区;冬季发生中旱以上干旱的地区分布较广,主要位于淮北地区内的安徽片西部和江苏片中部。春夏季发生高频率干旱的区域相对较小。     

1961-2013年尖扎县气候变化特征分析

利用尖扎气象观测站1961—2013年逐月气温与降水资料,运用气候诊断分析方法,分析近53年来尖扎气温、降水变化特征,结果表明:1961—2013年间尖扎气温变暖趋势明显,年气候倾向率为0.30℃/10a,冬季气温对气候变暖响应最为敏感;尖扎年平均气温在1996—1997年左右发生突变,春、夏、秋季平均气温基本都在20世纪末21世纪初发生突变,冬季平均气温早在1985—1986年发生突变,突变后气候都是明显增暖;1961—2013年尖扎年降水量无明显增降趋势变化,夏秋两季的降水呈弱的减少趋势,春冬季呈弱的增加趋势,但变化也并不明显;近53年尖扎年、四季降水量都没有发生明显的气候突变。夏季气温与降水量变化呈现负相关性。     

基于SPEI的安徽滁州市旱涝特征及其对小麦产量的影响

利用1961—2019年安徽滁州地区7个国家站常规气象观测资料和1980—2019年小麦生育期观测资料及单产数据,采用多时间尺度的SPEI旱涝指数,探讨分析滁州地区气象旱涝特征及其对小麦产量的影响。结果表明:滁州地区SPEI具有明显的月际、季节变化特征,冬季各月的SPEI收敛性最强,夏季各月的SPEI离散度最大,且呈现明显的春旱、夏涝特征,季节性连旱、连涝中春夏连旱、春夏连涝造成的影响最重。滁州市2000年以后春季呈现干旱化态势,20世纪90年代后夏、冬季均转为变湿的态势,尤以冬季变湿趋势最为显著,而秋季干湿趋势不明显,但2009年以后略有增湿趋势。3月的SPEI3与小麦气候产量相关性最显著,两者存在二次项系数为负的抛物线关系,当3月的SPEI3值大于0.81或小于-1.93时,可能会造成小麦高度减产。     

江门市2003—2021年干旱特征分析

基于2003—2021年江门市6个国家气象观测站和17个区域自动气象站逐月降水和气温资料，应用标准降水蒸发指数(SPEI)分析该区域干旱时空特征。研究结果表明：(1)近19年来，江门市干旱整体有不明显的湿润趋势，年发生频率为31.6%,平均站次比为38.4%,平均强度值为0.7,发生干旱时，以全域性轻旱为主。空间分布上，干旱发生的频率较高，但强度较低且以轻旱为主。全市存在一致变旱或变涝的特征，易出现全域性的干旱或洪涝。(2)江门市除了夏季有微弱的干旱趋势外，其他季节都呈湿润趋势，冬季最为明显。各个季节干旱发生的频率都较高，发生干旱时覆盖的范围也较大，且多数为全域性或区域性干旱。各个季节的干旱强度也比较接近，都以轻旱为主。年尺度SPEI在江门地区的适用性表现优秀，能准确识别出5个干旱过程，但季节尺度SPEI适用性表现一般，仅识别出3个干旱过程。     

西北干旱区水汽收支变化及其与降水的关系

利用NCEP资料计算并分析1961—2010年西北干旱区(35°N—50°N,73°E—105°E)经纬向水汽输送、蒸发和水汽辐合辐散的变化特征,以及它们与同期西北干旱区降水之间的关系。结果显示:(1)西北干旱区冬、春、秋季经向水汽输送为净输入,纬向为净输出,总水汽输送为净输入。夏季经、纬向水汽输送均为净输出;(2)1961—2010年,西北干旱区各季节降水均增加,冬、春季降水增加显著,夏、秋季降水增加不显著。冬季纬向水汽净输出减少,导致西北干旱区冬季总水汽输送增加;春、秋季经向净输入减少和夏季经向净输出增加,导致春、夏、秋季总水汽输送减少;(3)1961—2010年,西北干旱区各季节蒸发量显著增加,且夏季增加趋势最显著;(4)各季节水汽通量散度显著减小,水汽辐合加强,且夏季水汽辐合增强最明显;(5)蒸发增大和水汽辐合增强是西北干旱区降水增加的主要原因,但外部水汽输送变化也会影响降水变化。     

基于SPEI指数的河北省南部夏玉米生长季干旱特征分析

利用河北省南部8个气象站点1962—2018年的逐月气温、降水量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过小波分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了河北省南部夏玉米生长季(6—9月)干旱变化特征以期为干旱灾害的监测、预报预警及防御提供理论依据。结果表明:夏玉米苗期干旱发生频率为31.5%,1966年后苗期气候呈湿润化趋势,在1968和2009年附近可能发生了气候湿润化的突变,整个分析期(1962—2018年)干湿变化包含13～18a、5～8a周期振荡;夏玉米穗期干旱发生频率为40.3%,2006年后穗期气候呈持续干旱化趋势,在1980和1997年附近可能发生了气候干旱化的突变,整个分析期干湿变化包含15～22a、6～10a周期振荡;夏玉米花粒期干旱发生频率为29.8%,1989年后花粒期气候呈持续干旱化趋势,可能在1992和2002年附近发生了气候干旱化的突变;夏玉米生长季干旱发生频率约为30%,生长季气候总体呈干旱化趋势,特别是1997年后持续干旱化,可能在1996年附近发生了气候干旱化的突变。     

基于SPEI的中国西南地区1961-2012年干旱变化特征分析

利用1961—2012年中国西南地区86个气象站逐月降水量和平均气温资料,引入一个新的干旱指数——标准化降水蒸散指数(SPEI)作为干旱等级划分指标,研究了1961—2012年该地区不同时间尺度干旱的变化特征。结果表明:该地区12个月尺度干旱频率在云贵交界区呈显著增加趋势,其他区域变化不显著且不一致;少雨期(11—4月)6个月尺度干旱频率在全区显著增加,而在多雨期(5—10月)大部分区域干旱频率呈缓慢减少趋势,减少最明显的区域在四川南部;3个月尺度干旱频率在春季变化不明显,在秋季和冬季显著增加,其中2000—2012年的增加趋势尤为显著,干旱化趋势严重。     

基于SPI的1979—2020年广东气象干旱的时空特征

基于1979—2020年的月降水数据计算标准化降水指数(SPI),分析了广东省近42年不同尺度的干旱时间和空间特征,结果发现：(1)1979—2020年广东省有略湿润趋势;SPI10年干旱倾向为“三明治”状分布,珠三角和粤北地区逐渐湿润化,粤东和粤西呈略干旱化。(2)广东省年际SPI分布主要有6种表现类型：模态1反映南涝北旱或北涝南旱2种类型;模态2反映东旱西涝或西旱东涝2种类型;模态3反映沿海涝内陆旱或沿海旱内陆涝2种类型。(3)基于季节尺度：春季的干旱化趋势最为明显,夏季非干旱化趋势明显;秋季是广东地区干旱的高发时期,干旱分布最广;春季发生轻旱以上等级的地区主要位于雷州半岛一带;秋冬连旱在广东普遍发生。     

达州近50年气候变化特征分析

采用气候倾向率和趋势系数方法对达州6个气象站1960年以来气温、降水资料进行统计分析,结果表明:(1)1960年以来达州市年平均气温呈小幅上升的趋势,冬、春、秋三季增温,而夏季降温,气温年较差减小。20世纪80年代降温显著,90年代以后气温明显上升。(2)降水量趋势性变化不显著,总体呈略为增加的趋势。春、秋季降水减少,冬、夏季降水增多。近几年强降水频发,同时出现严重干旱。降水的相对集中和气温的升高,将导致干旱和洪涝发生的强度加重。     

云南地区季降水量和气温的潜在可预报性分析

利用云南地区42年气候资料,使用低频白噪声延伸法和方差分析方法,估计了该地区季节降水量和季节气温的气候噪声方差和潜在可预报性。分析结果表明：（1）云南季降水量的气候噪声方差随着季节降水量的增加而增加,空间上主要是由南往北减小,夏季降水量的气候噪声方差显著大于其他季节,季气温的气候噪声方差则随着季节气温的减小而增加,空间上春、冬季由东往西减小而夏、秋季由南往北增加;冬季气温的气候噪声方差显著大于其他季节;（2）云南季降水量和季气温的潜在可预报性同样具有显著的季节变化和空间变化,云南春季的降水量和气温的潜在可预报性均显著大于其他季节,夏季降水量和气温的潜在可预报性均较其他三个季节小;春、秋季降水量潜在可预报性西部大于东部,夏季北部大于南部,冬季则是南部大于北部,云南季气温除夏季外均是西部大于东部。（3）季风和冷空气活动可能对云南地区的季降水量和气温的潜在可预报性有重要影响。     

1918—2010年天津降水指数变化特征

利用天津1918—2010年逐日降水资料,分析了天津7个降水指数的长期变化趋势。结果发现:天津年降水量和降水日数年际差异较大,没有显著的趋势性变化。从1980年开始天津降水量和日数开始变小(少),方差也变小,四季中秋季降水量呈显著的增加趋势,夏季呈减少趋势,冬、春季变化较小。各极端降水指数中,均表现为线性趋势不明显,年际变化较大,20世纪90年代以来降水强度偏小,但呈缓慢的增加趋势,大雨日数也处于偏少阶段,大雨贡献率偏小,并呈减小趋势。四季中秋季连续5 d最大降水量呈显著的增加趋势,减少了秋季干旱的发生,最长连续无降水日数多发生在冬春季,近年来有增加的趋势。     

环青海湖地区气候变化及其对荒漠化的影响

对环青海湖地区1976年以来的气温、降水、蒸发等气候要素的气候变化趋势及突变现象进行了分析和检验。结果表明：年平均气温及春、夏、秋、冬四季气温均呈上升趋势，其中以秋、冬两季最为明显；年平均降水量及春、夏、冬季降水自90年代后出现减少趋势，秋季降水始终呈减少趋势，且线性变率达－7.28mm/10a；各季及年蒸发量呈增大趋势，其中年、夏季蒸发量的线性变率分别为11.7、9.39mm/a。各季及年气温出现过一次明显的增暖现象；降水虽然出现过一次明显的增加和减少，但增加出现在80年代，而减少则出现在90年代；同样，蒸发也出现过一次明显的增大和减小现象，只是减少出现在80年代，而增大而出现在90年代。这种气候趋势和突变现象的发生，加剧了环青海湖地区荒漠化的蔓延，致使草地退化、河流流量减少、湖泊水位下降，生态环境受到严重影响。     

气候变暖背景下我国南方旱涝灾害时空格局变化

我国南方地区各季节降水异常主要包含三种优势模态：长江及其以南地区降水呈整体偏多或偏少的一致型,长江中下游流域与华南呈反相变化的南北反相型以及东南与西南呈反相变化的东西反相型。其中一致型是南方地区各季节降水变率的第一优势模态。总体而言,在1961—2013年南方地区平均降水存在明显的年代际和长期趋势变化。其中,夏季和冬季南方区域平均降水具有相似的年代际变化特征,而秋季降水的年代际演变几乎与上述两个季节的相反。不过,在近30年南方各季降水量发生年代际转折的时间不尽相同：春季和秋季降水分别在21世纪初期和20世纪80年代中后期之后进入干位相,冬季和夏季降水则分别在80年代中期和90年代初期之后进入湿位相。自21世纪初期以来,南方夏季和冬季降水逐渐转入中性位相。此外,南方春季和秋季降水均呈减少趋势;而夏季和冬季则相反,均呈增多趋势。对于西南地区,除了春季外,其他三个季节的降水均呈减少趋势,出现了季节连旱的特征,尤其是秋旱最为严重。不过,不管是季节降水量还是旱/涝日数,在我国南方大部分地区其线性变化趋势并不十分显著,这与南方降水年代际分量对降水变率存在较大贡献相关。分析还发现,我国南方区域洪涝受灾面积具有比较明显的年代际变化,而干旱受灾面积则没有明显的年代际变化特征,近十多年来西南地区干旱和洪涝受灾出现了交替互现的特点。     

基于地基微波辐射计遥感的天津大气水汽和液态水特征

利用2013年3月至2017年2月天津西青地基35通道微波辐射计观测资料,分析天津地区大气水汽和液态水特征。结果表明：天津地区各季节积分水汽和积分液态水的日变化趋势基本一致,均呈单峰型日变化特征,其中夏季最大,秋季次之,冬季最小。各季节积分水汽最大值出现在23：00时（北京时,下同）的概率均明显大于其他时次,夏季和冬季的积分液态水的最大值出现在14时的概率最大,春季和秋季分别出现在10时和13时的概率最大。天津地区水汽密度由地面至3.5 km处逐渐减小,递减梯度由夏季、秋季、春季和冬季的顺序依次增大,各季节从1.5 km往上日变化均不明显。1 km以下,春季、夏季和秋季平均水汽密度的日变化曲线呈双峰型,主峰值分别出现在08时、11时和12时左右。冬季呈单峰型变化,峰值区出现在12-16时。液态水密度随高度分层变化,夏季的液态水密度大值区（0.08-0.14 g·m^-3）为5-6 km,在18-20时出现最大值。秋季、春季和冬季液态水密度的大值区出现的高度为1.5-3.5 km,但数值依次减小,春季和冬季的最大值出现在05时前后,秋季则出现在02时左右。另外天津地区水汽、液态水与温度和降水量的变化趋势基本一致,除夏季06-18时及冬季部分时次外,水汽与温度呈正相关。液态水与温度相关性较差,但与降水量呈正相关,全年液态水与降水量夜间的相关性大于白天。     

基于SPEI干旱指数的凉山州干旱特征分析

本文采用凉山州17个国家气象站1971~2017年的气象资料,利用基于Penman-Monteith模型的标准化降水蒸散指数SPEI,分析月、季、年不同时间尺度下凉山州SPEI干旱指数的时空分布状况,并以西昌气象站为代表进行了SPEI干旱指数的突变性M-K检验。结果表明:(1)标准化降水蒸散指数能较好地反映凉山州干旱发生程度;(2)凉山州干旱的年代际变化明显,20世纪70年代、80年代和21世纪10年代总体偏旱,20世纪90年代和21世纪00年代则相对较为湿润;(3)凉山州干旱发生频率空间分布不均,中部干旱发生频率高于北部和南部地区;(4)西昌市近30年来干旱总体偏轻,最近一次干湿突变发生于1987年;⑤各季节最近一次由干转湿的突变点,冬季在1999年、春季在1996年、夏季在1994年、秋季在1991年,呈逐季提前的趋势。      

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。     

1958—2007年天津降水量和降水日数变化特征

采用1958—2007年天津逐日降水观测数据,探讨降水变化特征。结果表明：近50 a来天津年降水量和年降水日数总体减少,二者每10 a分别减少8.9 mm和4.1 d,其中年降水日数的减少比年降水量的减少显著;四季中,夏冬季降水量明显减少而春秋季呈增加趋势,四季的降水日数均减少;年降水日数在1980年前后有一次明显突变,夏季降水量和春夏秋的降水日数在20世纪70年代和80年代均存在一次明显突变。降水日数和降水量的不同步变化反映发生极端降水事件的概率增加,这对农业生产和生态环境不利。     

石家庄市气候变化特征分析

利用石家庄市1951～2005年气温、降水资料,采用变率分析、趋势分析、小波变换和Mann-Kendall检验等方法对石家庄近55年的气候变化特征进行了分析。结果表明:①夏季、秋季气温变率小,冬季气温变化幅度最大;②年气温和四季气温线性上升趋势显著,春季、冬季升温最明显,近55年气候变暖主要是春季和冬季气温升高造成的。年降水量和四季降水量不存在线性变化趋势;③四季气温和年气温变化的周期性不明显,而降水量变化存在周期性;④石家庄四季气温和年气温在20世纪80年代末和90年初发生了明显的气候突变,而四季降水量和年降水量变化没有发生明显的气候突变。