新疆地区植被对多时间尺度干旱的响应研究

新疆是中国干旱区的主体，区域内生态承载能力和植被覆盖率较低，受干旱影响突出。本文以标准化降水蒸散指数(Standard Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)表征干旱状况，以归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)表征植被状况，系统研究了1982—2015年新疆不同气候区、不同土地利用类型下，植被对多时间尺度干旱事件的响应及其时滞效应。结果表明：（1）新疆NDVI表现出北疆大于南疆、山区大于平原的总体分布特征。NDVI高值区集中在天山南北坡、阿尔泰山山脉，低值区分布于塔里木盆地边缘及昆仑山脉北缘，NDVI值普遍低于0.20；（2）北疆西部、西北部山区，NDVI主要表现出与较长时滞（12—24月）SPEI的高相关性（Rmax>0.6），而南疆植被NDVI普遍与短时滞（1—6月）SPEI呈较小相关性（Rmax<0.4）；（3）不同植被类型对干旱的敏感性存在差异。林地与长时间尺度（SPEI时间尺度中位数为11）SPEI相关性较大（相关系数中位数为0.49）；农作物对干旱的敏感性最低，但在人为活动干扰下其时滞尺度的离散程度最大。（4）对于不同气候区，半干旱气候区内植被对较长时期的干旱具有最高的敏感性；湿润区NDVI与SPEI相关性最小，极端干旱区干旱对植被影响的时滞性最短（SPEI时间尺度中位数为5）。     

洪湖水位对不同时间尺度SPEI/SPI干旱指数的响应研究

流域洪涝与干旱对流域水资源利用及生态平衡具有重要影响。探讨流域水文要素与气候因子的关系,是应用气候指数进行流域旱涝监测和影响评估的重要前提。基于四湖流域8个气象站及洪湖湖区水位代表站逐月观测资料,从月、季及连续时间序列月平均标准化水位距平与不同时间尺度SPEI/SPI干旱指数的相关分析,研究洪湖水位对不同时间尺度SPEI/SPI指数的响应。结果表明：四湖流域洪涝与干旱主要受降水控制,洪湖水位与SPEI/SPI干旱指数具有较好的相关性,但其相关程度因不同月份和季节及干旱指数的时间尺度存在一定差异,总体上洪湖水位与4~6个月时间尺度SPEI/SPI干旱指数相关性最为密切,表明洪湖水位对降水及蒸散发导致的水分盈亏的响应具有时滞效应和累积效应,当前月洪湖水位受当月及前3~5个月水分盈亏的共同影响。基于5个月时间尺度的SPEI/SPI干旱指数监测历史时期洪湖水位变化具有很好的一致性。研究结果为基于常规气象观测资料进行四湖流域旱涝监测提供了理论依据,同时可为其他流域旱涝监测与评估提供借鉴。     

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。     

淮河流域1914—2013年气候干湿变化特征

利用淮河流域1914—2013年标准化降水蒸散指数(SPEI)研究流域的气候干湿变化、干旱的时空分布和周期特征,结果表明：流域的年际和年代际变化均呈湿润化趋势;四季中,除秋季外均通过了Mann-Kenddall趋势检验(0.05显著性水平),秋旱最易发生。干旱空间分布非常不均匀,不同程度的干旱频率有较大的地区差异,中旱频率高值区位于流域西北以及东北部,重旱频率由北向南递增,极旱频率在流域内较小,高值区域位于流域的东南角。流域均呈湿润化趋势,但西部、东部和北部边界一带湿润化趋势不明显。淮河流域存在35～65 a、17～30 a、3～7 a的三类尺度的干旱周期,以55 a为第一主周期。     

利用条件植被指数评价西藏植被对气象干旱的响应

基于2000—2014年4—10月西藏气象站遥感干旱指数 (条件植被指数,VCI) 和气象干旱指数 (标准降水指数,SPI) 之间的相关性,评估植被对气象干旱的响应特征,通过分析气候环境要素对响应特征的影响并归纳相应规则,获取西藏地区植被对气象干旱有明显响应的区域分布。结果显示:VCI与12周时间尺度的SPI具有较强相关性,说明西藏地区植被生长对降水的响应大约滞后12周;植被对气象干旱响应不敏感的原因主要包括气候极度干燥或极度湿润、土地覆盖类型为森林、年平均归一化植被指数 (NDVI) 值过小、多年NDVI变化标准差过小、有降水之外的其他水源补给等;基于对区域气候环境要素特征的分析,可以得出西藏中部偏南地区植被对气象干旱有明显响应,主要包括拉萨地区、山南地区北部、日喀则地区东部、那曲地区中部和西南部、阿里地区的东南部。     

干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响

为了探讨干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）的影响,本文基于2000～2020年12个月尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）和同一时期的MODIS(Moderate-resolutionImagingSpectroradiometer) NPP数据,运用Theil-Sen趋势分析和MannKendall非参数检验方法对干旱与NPP时空变化特征进行分析,并采用相关分析方法探讨干旱对锡林郭勒草原NPP的影响。结果表明：锡林郭勒草原气候整体呈湿润趋势,东部较西部更为明显;NPP呈增加趋势,由东北向西南递减;SPEI与NPP呈正相关的面积达99.88%,说明植被状况随着干旱的缓解整体趋于好转;时间上,SPEI与不同植被类型NPP均呈显著正相关,其中相关性最大的是典型草原;干旱的发生会造成NPP损失,其减少幅度随干旱强度和面积的增加而上升。研究结果可为应对气候变化、抗灾减灾等工作提供科学依据。     

青藏高原不同时间尺度植被变化特征及其与气候因子的关系分析

利用1982-2006年GIMMS NDVI数据,以多种统计方法为基础,探讨了青藏高原(下称高原)不同时间尺度(年际、季节及月)植被变化的时空特征及其与气候因子的关系。结果表明:高原整体年平均NDVI变化呈波动上升趋势,其中夏季趋势最大,达0.004(10a)-1。不同覆盖度像元变化对总体植被变化的贡献不同,低植被覆盖像元变化对各季节总体植被变化贡献均较大,其中冬季最大;中等植被覆盖像元变化的贡献主要在秋季;高植被覆盖像元的贡献则夏季最明显。青藏高原植被变化存在显著的空间差异,其中夏季呈增加和减少趋势的面积均最大,分别达30.51%、10.52%,增加的区域主要位于高原东部,减少的区域主要在高原中部的藏北高原。进一步分析高原植被和气候因子的相关性表明,中等植被覆盖区植被与气候因子的相关性最高,其次是高植被覆盖区,低植被覆盖区的相关性则最低。在年际和季节尺度上,植被生长主要与温度和降水的累积效应有关,其中在植被生长较好的季节和区域更明显。而在月尺度上,中低植被覆盖区植被生长受短期降水事件影响较大,高植被覆盖区则仍是温度的累积效应占主导。     

多时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测中的适用性研究

基于安徽省81个气象站1961—2017年逐日降水数据及土壤墒情和干旱灾情资料,从诊断干旱日数年际变化、季节演变、空间分布、频率分布、典型干旱过程演变及与土壤墒情、干旱灾情的相关性等方面,研究6种时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测效果。结果表明:不同时间尺度SPI在干旱监测中差异明显,6种时间尺度SPI对于干旱日数年际变化、不同等级干旱频率分布具有较好的监测效果,但对于干旱日数季节演变和空间差异性诊断与实况存在偏差;从典型干旱过程诊断来看,时间尺度越短,降水权重越大(例如SPI30、SPI60),SPI监测曲线对降水的响应越敏感,而SPI150、SPI180等时间尺度长的SPI对降水的响应又过于"迟钝";从与土壤墒情的相关性来看,时间尺度短的SPI30与10 cm表层土壤墒情相关性最好,相关系数达0.91,时间尺度长的SPI180与50 cm深层土壤墒情相关性较好;在各时间尺度SPI与年降水量的负相关及与干旱灾情的正相关方面,相关系数随着时间尺度的增长均先增后减,时间尺度适中的SPI120相关性最好。总体来看,不同时间尺度SPI代表不同含义,针对不同时间尺度的气象干旱应采用不同时间尺度的SPI进行监测评估。     

内蒙古地区植被对气候变化的响应

植被作为表征陆地生态环境变化的指示器,其对气候变化的响应研究已成为当前全球变化领域的主要内容之一。基于1982—2012年归一化植被指数(NDVI)和同期观测温度和降水资料,分析了内蒙古地区植被对气候变化的响应。研究表明,1982—2012年,植被指数总体呈波动变化,且区域差异明显。从年际变化来看,植被受降水影响明显;年内变化上,气温对植被的作用明显。内蒙古不同区域植被对气候的响应方式不同,其中内蒙古东北部地区对气温和降水的响应无滞后时间,其余地区对气温和降水的滞后时间为1个月。     

西辽河流域归一化植被指数与气象因子相关性分析

为了解西辽河流域归一化植被指数(NDVI)的分布规律、变化趋势及对气候变化的响应,利用2000—2018年西辽河流域11个气象站逐日气象资料和MODIS归一化植被指数数据集,通过线性回归和相关分析,探讨了生长季各月NDVI与气象因子的时滞性,以及气象站周围10 km缓冲区内不同植被类型NDVI与气象因子的相关性。结果表明：西辽河流域年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势。NDVI呈上升趋势,植被有所改善,不同植被类型NDVI均呈增加趋势,耕地增加趋势最快,耕地长势受益于农事活动的完善和增进。NDVI空间分布呈现中间低,四周高特点。生长季各月NDVI与降水量存在明显的滞后性,滞后期为1个月;仅8月NDVI与前1个月平均气温和最高气温存在滞后性。不同植被类型NDVI与平均气温、最高气温的相关性密切。耕地NDVI与气象因子的相关性较好。研究结果可为维护西辽河流域生态系统平衡提供参考。     

高温热浪指标研究

根据热浪所具有的气温异常偏高(或为高温闷热)及通常要持续一段时间这两个特征,研究设计了综合表征炎热程度和过程累积效应的热浪指数作为热浪的判别指标,并提出了热浪的分级标准.利用1994和1995年7-8月武汉市逐日中暑人数和2003年7 8月上海市逐日死亡人数资料对热浪指标和分级标准进行了验证分析,结果表明,热浪指数可以...     

旱灾成灾综合指数的研究

分析了旱灾成灾的主要影响因素。指出作物的需水状况及环境对水的供应状况是决定旱灾能否发生的关键因素。自然降水的变异、土层水的调贮量、作物不同生育期对缺雨的反应状况及人类活动都会对灾情产生影响。因为不同生育阶段作物的水分敏感度不同，旱灾不是单凭降水距平就可以完全确定，必须根据缺雨程度、缺雨持续时间和缺雨期间作物对水分的敏感度等情况进行综合评价，并给出了全面评价成灾状况的旱灾综合指数。     

旱灾成灾综合指数的研究

分析了旱灾成灾的主要影响因素。指出作物的需水 状况及环境对水的供应状况是决定旱灾能否发生的关键因素。自然降水的变异、土层水的调贮量、作物不同生育期对缺雨的反应状况及人类活动都会对灾害情产生影响。     

干旱监测预警指数研究

提出以降水的应时性、有效性、土层水的后效作用,以及大气温湿状况为依据,建立干旱指标的问题,给出了评价短期气候干旱状况的干旱实时监测和预警指数。同时对如何科学地度量干旱灾害程度也进行探讨。     

基于气候系统内在层次性的气象干旱指数研究

气候系统除了具有非线性/非平稳性,还有层次性,许多大小不一的时空尺度构成了多层次结构,不同层次的气候系统具有不同的可预报性和稳定性。对于一种气象干旱指数而言,主要考虑从某一时段(尺度)内降水、温度、土壤湿度等要素测量值来建立干旱指数。本文首先从气候系统的非线性/非平稳性和内在层次性出发,针对中国不同地区的区域气候及其变化特征,使用信息熵方法从降水观测资料中提取出区域降水的两个(均态和变化)本征尺度,提出一种基于区域气候系统层次性内在特征的气象干旱指数MSPI。以2011年长江中下游春季严重气象干旱的发生、发展、持续、缓解情况为例,对MSPI的干旱监测能力进行检验。发现MSPI对不同程度的干旱都有较好的表征能力,并且对于干旱过程也有较好的识别能力。从各方面综合考虑,MSPI是一种可以较好满足逐日气象干旱监测、检测需求的气象干旱指数。在实际应用中,气象干旱指数MSPI可以作为其他不同时间尺度上的各种干旱指数的有益补充。     

广西雷暴天气预报指标研究

利用2003-2012年的地面填图和探空资料,统计常用对流参数满足指定阈值条件时广西6个探空站出现雷暴天气的概率（简称＂雷暴概率＂）。统计结果表明：整层比湿积分（IQ）、K指数（KI）和抬升指数（LI）与雷暴概率有显著的线性关系,当IQ、KI增大,或LI减小时,雷暴概率增大。对流有效位能（CAPE）在0-200J·kg-1之间增长时雷暴概率迅速增大,但超过200J·kg-1后雷暴概率增大不明显。根据统计结果,选取IQ、KI和LI作为预报因子,CAPE作为消空因子,定义了一个适用于广西雷暴天气的经验预报指标。用2013年资料做试报检验,结果表明该指标对6小时内的雷暴天气有较好的预报能力。     

The impact of global warming on the Southern Oscillation Index

The Southern Oscillation Index (SOI)??a measure of air pressure difference across the Pacific Ocean, from Tahiti in the south-east to Darwin in the west??is one of the world??s most important climatic indices. The SOI is used to track and predict changes in both the El Ni?o-Southern Oscillation phenomenon, and the Walker Circulation (WC). During El Ni?o, for example, the WC weakens and the SOI tends to be negative. Climatic variations linked to changes in the WC have a profound influence on climate, ecosystems, agriculture, and societies in many parts of the world. Previous research has shown that (1) the WC and the SOI weakened in recent decades and that (2) the WC in climate models tends to weaken in response to elevated atmospheric greenhouse gas concentrations. Here we examine changes in the SOI and air pressure across the Pacific in the observations and in numerous WCRP/CMIP3 climate model integrations for both the 20th and 21st centuries. The difference in mean-sea level air pressure (MSLP) between the eastern and western equatorial Pacific tends to weaken during the 21st century, consistent with previous research. Here we show that this primarily arises because of an increase in MSLP in the west Pacific and not a decline in the east. We also show, in stark contrast to expectations, that the SOI actually tends to increase during the 21st century, not decrease. Under global warming MSLP tends to increase at both Darwin and Tahiti, but tends to rise more at Tahiti than at Darwin. Tahiti lies in an extensive region where MSLP tends to rise in response to global warming. So while the SOI is an excellent indicator of interannual variability in both the equatorial MSLP gradient and the WC, it is a highly misleading indicator of long-term equatorial changes linked to global warming. Our results also indicate that the observed decline in the SOI in recent decades has been driven by natural, internally generated variability. The externally forced signal in the June?CDecember SOI during 2010 is estimated to be approximately 5% of the standard deviation of variability in the SOI during the 20th century. This figure is projected to increase to 40% by the end of the 21st century under the A2 SRES scenario. The 2010 global warming signal is already a major contributor to interdecadal variability in the SOI, equal to 45% of the standard deviation of 30-year running averages of the SOI. This figure is projected to increase to nearly 340% by the end of the 21st century. Implications that these discoveries have for understanding recent climatic change and for seasonal prediction are discussed.     

An Index Measuring the Interannual Variation of the East Asian Summer Monsoon ——The EAP Index

Based on the EAP (East Asia/Pacific) teleconnection in the summer circulation anomalies over ther Northern Hemisphere, an index measuring the strength of the East Asian summer monsoon, i.e., the so-called EAP index, is defined in this paper. From the analyses of observed data, it is clearly shown that the EAP index defined in this study can well describe the interannual variability of summer rainfall and surface air temperature in East Asia, especially in the Yangtze River valley and the Huaihe River valley, Korea,and Japan. Moreover, this index can also reflect the interannual variability of the East Asian summer monsoon system including the monsoon horizontal circulation and the vertical-meridional circulation cell over East Asia. From the composite analyses of climate and monsoon circulation anomalies for high EAP index and for low EAP index, respectively, it is well demonstrated that the EAP index proposed in this study can well measure the strength of the East Asian summer monsoon.     

改进的CI指数在安徽省应用研究

运用安徽省77个气象台站1961—2009年的逐日气温和降水资料以及安徽省所有测墒站建站至2009年的土壤墒情资料,研究分析改进的CI指数在安徽省的应用情况。结果表明：在统计特征、与土壤墒情的相关性以及干旱的空间分布等方面,改进的CI指数NCC2CI保持了原来的CI指数OldCI的优点;但在干旱过程的逐日演变诊断方面,NCC2CI指数较OldCI指数有了诸多改进。对于安徽省干旱监测业务来说,NCC2CI明显优于OldCI。     

风廓线和冰雹指数本地化调整及实例分析

通过对风廓线斜距,0℃、-20℃层高度及冰雹百分比阈值的修改,观察20km、30km风廓线及订正前后冰雹指数的输出,得到了一些具有韶关本地特点的观测现象：斜距调节前后风廓线输出结果差异不大;冰雹指数产品在订正前后有比较明显的不同,对比分析表明用缺省参数比较符合冰雹发生时的实际情况,这种情况可能与广东地处低纬度地区有关。