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。     

多种干旱指数在中国北方的适用性及其差异原因初探

利用中国北方(东北、华北、内蒙古、黄淮以及西北地区中东部)12个省(区)267个站点逐日气象数据和典型站点土壤相对湿度资料,对目前应用最为广泛的5种干旱指数在该区域的适用性进行了评估,并对各指数监测结果差异原因进行了初步探讨。结果表明,在我国北方干旱监测中,MCI和K指数的监测效果要优于SPI、Pa和SPEI指数。MCI指数对研究区春旱的监测尤具有优越性,K指数对偏东、偏南区域的夏、秋、冬季旱情的监测能力略优于MCI指数,Pa和SPI指数对夏、秋季的旱情监测准确率较高,而SPEI指数对夏旱有较强的监测能力。Pa指数、SPI指数以及SPEI指数监测准确率低主要是因为这些指数监测偏轻或漏测的频率较高,而K指数对东北区域的春旱漏测频率也较高,漏测频率高达29%。各类干旱指数的监测能力与各自考虑的干旱影响因子及其时间尺度密切相关,抓住主要因子和主要影响时间尺度是准确监测旱情的关键。     

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。     

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。     

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。      

基于标准降水指标的新疆干旱特征演变

运用标准降水指标 (Standardized Precipitation Index, SPI) 对新疆地区53个雨量站1957—2009年日降水量资料进行全面分析,研究了不同干旱等级发生概率的空间分布变化规律。同时,采用Mann-Kendall趋势检验法分析了各月份标准降水指标值、干旱强度和干旱历时的变化趋势,探讨了新疆地区干旱时空演变特征。结果表明:北疆易发生中等及以上干旱,而南疆易发生轻度干旱。总的来说,北疆干旱强度有下降的趋势,干旱历时趋于缩短,南疆南部干旱强度和干旱历时有轻微上升,东疆中部干旱情况显著恶化。具体来说,北疆冬季干旱程度有减弱趋势,而对于农业生产较重要的春、夏、秋季,西部干旱加剧;南疆夏季干旱有减弱趋势;东疆中部四季干旱程度有轻微加剧趋势。     

基于MCI干旱综合指数的贵州省干旱时空分布及灾情变化特征

基于贵州省83个国家级气象站1981年1月至2023年3月逐日气象干旱综合指数（Meteorological Drought Composite Index,MCI）及历史干旱灾情资料,从干旱过程演变特征、不合理跃变次数以及干旱日数与干旱灾情的相关性等方面,分析MCI在贵州省的适用性,揭示贵州省干旱时空分布及变化规律,并分析ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)事件对贵州省干旱的影响。结果表明：MCI在贵州省有较好的适用性。贵州西北部、北部及南部等地是干旱多发区,年干旱日数在40 d以上,东南部、西南部及中部一带干旱日数相对较少;西部春旱重、东部夏旱重。1981—2022年,贵州省平均年干旱日数和干旱强度总体呈增加趋势,其中西部增加趋势明显,东部呈减少趋势;秋季和冬季干旱强度呈增加趋势且秋季最明显,春季和夏季则呈减弱趋势。1981—2022年贵州省共发生3次特强、9次强、17次较强区域性干旱过程,一般区域性干旱过程27次,区域性干旱过程的持续天数、平均强度、平均影响面积以及综合强度指数均存在较大波动,总体呈弱增加趋势。贵州省及其9个市（州）1981—202...     

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。     

干旱严重指数（DSI）在内蒙古地区的适用性分析

利用MODIS遥感产品计算内蒙古地区2000—2019年植被生长季的干旱严重指数(DSI),并结合气象干旱综合指数(MCI)、植被状态指数(VCI)等干旱指数和典型干旱过程,对DSI在内蒙古地区的适用性进行分析。研究表明,DSI与MCI、VCI的平均相关系数为0.509和0.839,分别通过0.05和0.01的显著性检验,具有较好的一致性。与MCI相比,DSI具有更高的空间分辨率,能反映不同植被类型抗旱能力的差异和区域植被改善后抗旱能力的增强。与VCI相比,DSI受高植被覆盖区归一化植被指数(NDVI)饱和现象的影响更小,并在干旱缓解期的灵敏性更高。DSI在内蒙古地区的适用性较好,可在干旱监测研究与业务中进行尝试和使用。     

几种干旱指标对西南和华南区域月尺度干旱监测的适用性评价

利用西南和华南区域129个气象站逐日和逐月气象数据,计算并对比分析了7种干旱监测指标在该区域的适用性,结果表明:MCI指数和K干旱指数在研究区各季干旱监测中表现均较好,其中,夏、秋季K指数优于MCI指数,冬、春季MCI指数优于K指数;DI指数对冬、春季旱情监测较好;PDSI指数和G EVI指数在夏、秋季监测能力较强;SPI指数夏季监测效果较好;SPIW60指数在各季的监测能力都较弱。K指数对干旱演变过程的刻画能力最强,其次是DI指数;MCI指数在干旱缓解阶段存在监测偏重的情况;SPI、SPIW60以及GEVI指数对干旱的累积效应考虑不够,存在监测偏轻、缓解或解除过快情况;PDSI指数对干旱波动发展过程反映能力较差。综合来看,MCI指数和K指数优于其他指数,K指数更适用于研究区的月尺度干旱监测。     

Assessment of global meteorological,hydrological and agricultural drought under future warming based on CMIP6

在全球变暖背景下,分析和预测干旱的变化趋势和传播规律对于区域生态环境安全和灾害管理具有重要意义.本文基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),分析了SSP2-4.5和SSP5-8.5两种变暖情景下的气象(标准化降水指数SPI和标准化降水蒸发指数SPED,水文(标准化径流指数SRI)和农业(标准化土壤水分指数SSI)...     

基于两种潜在蒸散发算法的SPEI对中国干湿变化的分析

利用美国普林斯顿大学高分辨率的全球陆面同化数据集和美国国家环境预测中心的辐射再分析数据,根据Thornthwaite和Penman-Monteith公式分别计算了1948～2008年中国区域潜在蒸散发量;而后,使用降水和两套潜在蒸散发数据分别计算得到标准化降水蒸散发指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),并以此研究了1949～2008年中国区域干湿变化时空特征以及两种SPEI结果之间的差异;最后,给出了两种SPEI在中国的适用区域。结果表明:两种SPEI均显示中国地区整体上存在变干趋势,季节上以春季的变干趋势最为显著;空间上表现为以长江为界的南涝北旱,显著变干的区域有内蒙古中部、华北、东北以及四川东部地区,显著变湿的地区主要位于新疆北部和西部。同时,各种不同等级干旱也呈增加趋势,其中以中等干旱增加最为显著。1990年代中后期以来是中等和极端干旱发生最多的时期,空间上与SPEI显著减小的区域相对应。两种SPEI在 冬、春季差异最大,这主要是由于期间两种潜在蒸散发的计算结果之间存在很大差异。在Penman-Monteith公式中,由于空气动力项对冬、春季北方潜在蒸散发的贡献显著增加,基于该公式的SPEI相对而言能更合理地描述干湿变化特征。     

基于SPEI指数的近58 a甘肃省干旱特征分析北大核心

利用甘肃省19个气象站点1960—2018年逐月平均降水量、气温等数据,应用标准化降水蒸散量指数(Standardized Preapitation Evapotranspiration Index,SPEI)、Penman-Monteith模型、小波分析等方法分析了甘肃省近58 a不同时间尺度干旱事件的时空演变特征。结果表明:月尺度干旱频率3月最高,2月最低;季尺度上秋季干旱最严重,春季次之;冬季干旱化趋势最慢,春季最快。近58 a甘肃省SPEI指数呈下降趋势,年尺度SPEI指数存在8 a、12 a、26 a的周期。干旱发生频率在年尺度和月尺度上的分布较为一致,河西走廊东段与甘南州地区频率较低,酒泉北部地区与甘肃省东、中部地区频率较高;季尺度上,春季兰州与武威南部地区频率较高,庆阳地区频率最低;夏季为白银与武威北部地区频率最高,张掖中部地区、白银北部地区以及临夏、庆阳、平凉地区最低;秋季频率最高的地区为兰州东部、定西东北部以及嘉峪关地区,最低的地区在酒泉、张掖、武威北部及平凉中部地区;冬季高值区在平凉,低值区在武威与甘南。干旱发生强度最高的地区为张掖,其次为酒泉、庆阳及白银等地区,最低的区域位于甘肃西南地区。酒泉、嘉峪关等地区干旱化程度逐年加剧;甘肃东南地区干旱速率较西北地区慢;中西部地区干旱化速率最慢,且甘南北部与武威西南部地区有湿润化趋势。     

Spatiotemporal patterns of drought at various time scales in Shandong Province of Eastern China

The temporal variations and spatial patterns of drought in Shandong Province of Eastern China were investigated by calculating the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) at 1-, 3-, 6-, 12-, and 24-month time scales. Monthly precipitation and air temperature time series during the period 1960–2012 were collected at 23 meteorological stations uniformly distributed over the region. The non-parametric Mann-Kendall test was used to explore the temporal trends of precipitation, air temperature, and the SPEI drought index. S-mode principal component analysis (PCA) was applied to identify the spatial patterns of drought. The results showed that an insignificant decreasing trend in annual total precipitation was detected at most stations, a significant increase of annual average air temperature occurred at all the 23 stations, and a significant decreasing trend in the SPEI was mainly detected at the coastal stations for all the time scales. The frequency of occurrence of extreme and severe drought at different time scales generally increased with decades; higher frequency and larger affected area of extreme and severe droughts occurred as the time scale increased, especially for the northwest of Shandong Province and Jiaodong peninsular. The spatial pattern of drought for SPEI-1 contains three regions: eastern Jiaodong Peninsular and northwestern and southern Shandong. As the time scale increased to 3, 6, and 12 months, the order of the three regions was transformed into another as northwestern Shandong, eastern Jiaodong Peninsular, and southern Shandong. For SPEI-24, the location identified by REOF1 was slightly shifted from northwestern Shandong to western Shandong, and REOF2 and REOF3 identified another two weak patterns in the south edge and north edge of Jiaodong Peninsular, respectively. The potential causes of drought and the impact of drought on agriculture in the study area have also been discussed. The temporal variations and spatial patterns of drought obtained in this study provide valuable information for water resources planning and drought disaster prevention and mitigation in Eastern China.     

Drought analysis in Jordan under current and future climates

Droughts have adverse socioeconomic, agricultural, and environmental impacts that can be reduced by assessing and forecasting drought behavior. The paper presents detailed analyses of both meteorological and vegetative droughts over the period from 1970 to 2005. Standardized Precipitation Index (SPI) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) have been used to quantify drought according to severity, magnitude and spatial distribution at the Hashemite Kingdom of Jordan. Results suggest that the country faced during the past 35 years frequent non-uniform drought periods in an irregular repetitive manner. Drought severity, magnitudes and life span increased with time from normal to extreme levels especially at last decade reaching magnitudes of more than 4. Generated NDVI maps spatial analyses estimate crop-area percentage damage due to severe and extremely severe drought events occurred during October, December, and February of 2000 to be about 10%, 45%, and 30%, respectively. In response to drought spatial extent, the paper suggest the presence of two drought types, local drought acting on one or more geographical climatic parts and national drought, of less common but more severe, that extend over the whole country. Droughts in Jordan act intensively during January, February and March and tend to shift position with time by alternative migrations from southern desert parts to northern desert parts and from the eastern desert parts to highlands and Jordan Rift Valley (JRV) at the west. The paper also investigates the potential use of Global Climate Model’s (GCM) to forecast future drought events from 2010 till 2040. Tukey HSD test indicates that ECHAM5OM GCM is capable to predicted rainfall variation at the country and suggests future droughts to become more intensive at the northern and southern desserts with 15% rainfall reduction factor, followed by 10% reduction at the JRV, and 5% at the highlands.     

标准化降水蒸发指数在中国区域的应用

利用中国气象局160个站1951～2010年月降水和月平均气温资料,分析了最近定义的一种干旱指数——标准化降水蒸发指数(SPEI)在我国不同等级降水区域的适用性,并与标准化降水指数(SPI)和湿润指数H进行了对比分析。结果表明:1)在我国年均降水量大于200 mm的地区,各种时间尺度的SPEI分析均适用;在干旱区(年均降水量小于200 mm),只有12个月以上的大尺度SPEI分析适用性较好;其中12个月尺度的SPEI分析在各区适用性最好。2)由于干旱区冬季的潜在蒸发量和降水量0值均较多,导致1、3、6个月的小尺度SPEI分析在该区不适用。3)与SPI和H指数相比,SPEI既能充分反映1997年气温跃变以后增温效应对干旱程度的影响,又可作为监测指数识别干旱是否发生和结束,能较准确地表征干旱状况。     

基于SPEI的1960—2018年赣江流域干旱特征

基于赣江流域39个气象站点逐月降水和气温数据,计算不同时间尺度标准化降水蒸散发指数(SPEI),采用Mann-Kendall突变检验、主成分分析(PCA)等方法,分析了赣江流域1960—2018年干旱时空变化特征.研究表明:不同时间尺度SPEI均有微弱升高的趋势,干旱形势有所缓解,SPEI能够较好地表征赣江流域旱涝情况.赣江流域中部的轻旱和特旱发生频率要高于其他地区,中旱主要高发地区主要分布在南部和西部区域,重旱主要集中在东部和北部.赣江流域干旱的空间分布具有较好的一致性,旱涝变化整体保持一致,南部与北部旱涝状态存在相反的纵向差异,且中部与南部、北部旱状况涝存在空间差异.     

The role of temperature in drought projections over North America

The effects of future temperature and hence evapotranspiration increases on drought risk over North America, based on ten current (1970–1999) and ten corresponding future (2040–2069) Regional Climate Model (RCM) simulations from the North American Regional Climate Change Assessment Program, are presented in this study. The ten pairs of simulations considered in this study are based on six RCMs and four driving Atmosphere Ocean Coupled Global Climate Models. The effects of temperature and evapotranspiration on drought risks are assessed by comparing characteristics of drought events identified on the basis of Standardized Precipitation Index (SPI) and Standardized Precipitation Evapotranspration Index (SPEI). The former index uses only precipitation, while the latter uses the difference (DIF) between precipitation and potential evapotranspiration (PET) as input variables. As short- and long-term droughts impact various sectors differently, multi-scale (ranging from 1- to 12-month) drought events are considered. The projected increase in mean temperature by more than 2 °C in the future period compared to the current period for most parts of North America results in large increases in PET and decreases in DIF for the future period, especially for low latitude regions of North America. These changes result in large increases in future drought risks for most parts of the USA and southern Canada. Though similar results are obtained with SPI, the projected increases in the drought characteristics such as severity and duration and the spatial extent of regions susceptible to drought risks in the future are considerably larger in the case of SPEI-based analysis. Both approaches suggest that long-term and extreme drought events are affected more by the future increases in temperature and PET than short-term and moderate drought events, particularly over the high drought risk regions of North America.     

新疆天山山区干旱灾害综合风险评估与区划

以自然灾害风险四因子理论为基础,综合考虑研究区自然及社会经济情况,建立适合天山山区干旱灾害风险概念框架和指标体系,结合GIS技术进行了该地区干旱灾害风险评估与区划。结果表明：致灾因子危险性较高的区域是伊犁河谷及天山北坡一带,东疆地区和南疆西部危险性较低;承灾体脆弱性较高的区域为伊犁河谷和博州地区,吐鲁番、哈密及克州属于低脆弱区;孕灾环境敏感性较高地区主要分布在天山北坡的精河至吐鲁番一线、阿克苏地区西部、巴州北部等地,伊犁河谷、巴州北部、哈密市北部、南疆西部山区属低敏感区;防灾减灾能力整体表现为中东部高于西部区域;新疆天山山区干旱综合风险整体呈现出中部高、两端低的趋势,即中部的天山南北两侧干旱风险高于南疆西部和东疆地区。构建的评估模型总体反映了研究区旱灾综合风险水平,可为新疆天山草原灾害风险管理、应对气候变化、抗旱减灾行动提供参考。