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。     

PDSI、SPEI及CI指数在2010/2011年冬、春季江淮流域干旱过程的应用分析

利用1951-2011年江淮流域70个测站的观测资料,计算了PDSI、SPEI及CI指数,又通过这三种干旱指数与降水异常和气象服务信息,综合分析了2010年10月至次年夏初江淮流域的旱涝情况及各指数的优缺点.结果表明,三种干旱指数都能够描述出江淮流域此次秋、冬及春季连旱过程,但对冬季干旱表现的都不够理想:PDSI指数对干旱的范围、发展及持续性的描述较好但敏感度不够,冬季中前期旱情未能反映;月尺度SPEI指数较为灵敏但过于依赖降水量的变化,干旱的持续性不够,冬季旱区有所偏差;季尺度SPEI指数表现出干旱开始时间有所滞后且偏旱;CI指数能够及时监测到干旱的发生、发展,但干旱发展过快、旱情偏重(尤其在冬季),在某些条件下干旱解除时间有所滞后.     

基于SPEI和SPI指数的西江流域干旱多时间尺度变化特征

利用1959 2016年西江流域34个国家气象站的月降水和月平均气温资料,计算了西江流域近57年来不同时间尺度(1个月、3个月、6个月和12个月)的标准降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和标准降水蒸发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)。在此基础上,对比分析了干旱的时空演变特征及干旱指数的表征差异。结果表明:(1)在12个月尺度上,近57年来西江流域大部分地区干旱强度呈现极显著的加重趋势,干旱频率也呈现极显著的上升趋势。(2)在3个月尺度上,西江流域春旱和秋旱较为频繁,影响范围广,而夏旱和冬旱频率低,影响范围小。在12个月尺度上,2000年以后,干旱频率最高,影响范围也更广。(3)干旱频率高、易旱区范围最广的时期为20世纪80年代,其次分别为2010 2016年、20世纪60年代和21世纪00年代,在20世纪70年代和90年代易旱区影响范围较小,干旱频率较低。在12个月的尺度上,SPEI和SPI指数旱涝评价结果整体比较接近。(4)在1个月、3个月和6个月的尺度上,SPEI指数整体上低于SPI指数。尤其在冬季和春季各月SPEI指数远远低于SPI指数。     

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。     

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。     

三种干旱指数对西南地区适用性分析

利用1951年1月2011年12月中国160个气象站的月降水量和平均气温资料,计算了近61年西南地区18个气象站逐月M指数和季、半年和年尺度的逐月SPI和SPEI指数。参考过去该地区发生的干旱灾害历史资料,研究了三种指数对不同时间尺度干旱的表征能力。结果表明:(1)SPEI指数能抓住降水和蒸发这两个影响干旱的重要决定因素,对西南地区季、半年、年尺度的干旱有较好的表征能力;(2)SPI指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱表征是适用的,对半年尺度的干旱也适用,但表征能力不及SPEI指数,对季节尺度的干旱,春、秋季是适用的;(3)M指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱,部分站点是适用的,对半年尺度的干旱,夏半年是适用的,对季节尺度的干旱,春、夏季是适用的。     

SPI与K指数在阿勒泰地区应用的对比分析

干旱是限制新疆阿勒泰地区农牧业生产可持续发展最主要的自然灾害之一,研究适合该区的干旱指标,是进行有效干旱监测的基础。利用阿勒泰地区7个气象台站1961-2009年的月降水量、气温资料,计算SPI和K指数,比较分析了SPI和在该地区应用较好的K指数。结果表明：SPI计算简单,资料容易获取,而且计算结果与K指数有较好的一致性,能够较好地反映该地区干旱状况,特别是SPI可以计算不同时间尺度的指标值,能够满足不同水资源状况分析的要求。对比分析了5种时间尺度的SPI值,发现SPI能较准确地反映该地区的旱涝趋势,尤其是3、6个月时间尺度的SPI值,能较好的反应该地区的干旱发展,12个月尺度对长期连续干旱监测较好。     

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SPEI指数分析华中地区近40a干旱时空分布特征

分析了1961-2009年华中地区降水量、气温及蒸发量变化特征,在此基础上,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)确定华中地区的干旱强度,按照SPEI指数的标准界值将干旱强度划分为4个等级并分析了各干旱等级的发生频率和空间分布。不同时间尺度SPEI指数的EOF分析表明:华中地区干旱的主要空间分布具有较好的全区一致性,且春季干旱的强度在四季中是最强的。     

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。     

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。     

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。     

贵州省综合气象干旱阈值修订研究

采用贵州省32个代表站的逐日综合干旱指数CI,利用累积频率的方法,进行干旱等级阈值修订,并根据订正前后的阈值对干旱的日、月、季、年等不同时间尺度变化以及干旱强度的空间分布、典型个例的持续性差异等进行对比分析。结果表明:订正后的阈值与CI阈值等级范围上有细微的差别;订正后的指标在不同时间尺度以及干旱过程强度的分布范围等都比原指标偏大,且判断出来的干旱过程次数更多、连续性更强,能较好的反映贵州省干旱特征。     

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）。     

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。      

塔里木河流域Palmer指数的改进与评估

利用塔里木河流域气象、水文和土壤资料改进了流域PDSI指数,分析比较了改进的PDSI和原PDSI监测流域干湿能力。结果表明,在该流域,年和四季改进的PDSI数值和等级变化比原PDSI的更接近NDVI的变化;改进后年、夏季和秋季PDSI与NDVI为正相关且相关性较高,春季和冬季的改进前后都为负相关,改进后年和四季的相关系数都高于原PDSI的,说明改进后PDSI在夏、秋季反映流域干湿的能力较强,改进前后在春、冬季都较弱。在流域大部分区域改进后年和四季PDSI与NDVI相关系数高于原PDSI的,说明改进的PDSI能更好地反映流域干湿的空间变化。在该流域,改进后年和四季PDSI与NDVI指数的相关和逐年变化吻合度都好于原PDSI的。与实际旱情比较,改进的PDSI正确监测干旱总年数要多于原PDSI的,改进的PDSI监测干旱漏报总年数、空报总年数和监测正确率都好于原PDSI的。因此改进后的PDSI能够更好地监测塔里木河流域的干湿状况。     

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.     

基于逐月标准化降水蒸散指数的多尺度方法分析气候变化对澜沧江流域归一化植被指数的影响

基于澜沧江流域10个气象站点1951~2012年的日降水资料的逐月标准化降水蒸散指数(SPEI)值、各站1998~2012年流域的归一化植被指数(NDVI)值,利用SPEI以及趋势分析法,多尺度分析了澜沧江流域干旱发生的时间和强度演变特征以及上中下游NDVI时间变化特征,探讨了气候变化对植被变化的影响,并对NDVI与SPEI的变化进行了相关性分析。结果表明,不同站点和不同时间尺度的SPEI值均呈现出干旱化逐年加强的线性趋势,上游相对于中下游干旱态势较轻,且时间尺度越大,干旱波动趋势越明显;在季节尺度上,夏、秋、冬的SPEI值均呈下降趋势,其中冬季干旱最为严重;15年来澜沧江流域各区域年平均NDVI总体表现为先降低后增加,总体植被状况得到改善,其中下游较明显。从年际变化看,对于流域的不同区域,NDVI与不同尺度的SPEI的相关性和滞后性有较大差异,年代际之间的响应规律也不同,中下游的SPEI对同年NDVI的响应比较敏感,而上游则表现出明显的滞后性。说明NDVI对SPEI的响应比较敏感,干旱程度的变化在一定程度上影响着流域的植被状况,SPEI是影响NDVI的因素之一。     

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。     

基于日值SPEI东北地区近58a干旱时空演变特征

在全球变暖的大背景下,关于灾害性天气事件的研究有利于灾害的风险性管理,对农业生产有指导作用。本文主要基于1960-2017年日值标准化降水蒸散指数（SPEI）数据,对东北地区的干旱进行时空演变分析。结果发现,日值SPEI相比月值SPEI能更加精准地识别干旱事件的发生,相较之下月值SPEI更容易低估干旱事件的强度和持续时间;干旱的时空变化,在时间上主要表现为2000年是东北地区干旱事件变化的转折点,2000年前易发生持续时间长且强度高的极端干旱,而2000年以后易发生严重干旱,持续时间和强度比极端干旱事件少,因而受到严重干旱的发生频率、强度以及持续时间的增长和极端干旱事件的发生频率和强度、持续时间减少的影响,东北地区近58年来所有干旱事件频率呈上升趋势,但是强度和持续时间呈下降趋势;干旱持续时间和强度在空间上增长的区域集中在内蒙古西部,减少的区域集中在东北地区的中东部;干旱事件的年代际变化表现为1990-1999年干旱事件的持续时间和强度是这58年来最少的,增长较明显的年代主要是在2000年以后。