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。     

北方偏暖雨雪少 南方偏冷雨雪多

概 况 本月长江以北广大地区明显偏暖;江南南部及云、贵两省气温偏低。长江以北大部地区及江南北部、东部和华南东部雨雪明显偏少,有些地区出现冬旱;江南中部及西南大部地区雨雪偏多。西北太平洋上有两个台风生成。 本月我国长江以北广大地区气温显著偏高,月平均气温一般较常年同期偏高1—3℃(见图1),     

华南冬春降水的年际变化及其与水汽输送的联系

利用1960—2008年华南47个基准站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了华南冬春降水的年际变化特征及其与水汽输送的联系。结果表明,1960年代—1970年代和1990年代末至今,华南冬、春降水明显偏少。华南冬春降水异常以"全区冬春同号型"居多,且冬春连旱频率较高。影响华南冬春连续旱/涝的水汽输送存在季节性差异,冬季水汽输送变化主要来源于孟加拉湾和南海,春季水汽输送变化则来源于南海和我国北方。进一步探讨海温异常的影响发现,与华南冬春连续旱(涝)事件相关的Ni o3.4海温存在正、负异常型,海温异常中心分别偏向Ni o4(Ni o3)区和Ni o3(Ni o4)区。Ni o3.4区海温正异常时,孟加拉湾和南海水汽输送与华南冬春连续旱涝有密切联系;Ni o3.4区海温负异常时,冬季自西北太平洋经南海的水汽输送及春季自菲律宾海经南海的水汽输送和北方水汽输送对华南冬春连续旱涝有重要影响。以上水汽输送在两种海温异常情况下,连涝(旱)年均异常偏强(弱)。因此,Ni o3.4海温异常的变化及分布与华南冬春持续旱/涝事件存在联系,在此气候背景下,水汽输送异常是影响华南冬春降水异常的重要物理因子,其中南海是水汽输送异常显著相关区。     

华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析

对1951—2007年华南地区18站春季（3—5月）降水进行EOF分析,发现华南春季降水的空间分布具有全区一致性、东西反位相、南北反位相及东北—西南反位相等特点。第二特征向量主要反映了华南春季降水的纬向非均匀分布特征,据此将华南春季降水型分为西涝东旱型和西旱东涝型,并利用NCEP再分析资料对春季降水的纬向分布异常年的大气环流背景特征进行了研究。结果发现：在西涝东旱年,华南西北部存在海平面气压场和高度场的正异常中心,有利于冷空气的南下,而该正异常中心的南部出现负异常,华南东部及其东部海面上呈现范围较大的气压场和高度场正异常,华南西部盛行东南风异常,华南东部存在东北风距平,风场和水汽输送场在华南西部表现为异常辐合,在华南东部表现为异常辐散,因此造成了华南西部降水的偏多和东部降水的偏少。同时,850 hPa涡度场、200 hPa散度场、850 hPa垂直速度场和1000 hPa温度场也均呈现出有利于华南西部降水增多和东部降水减少的环流形势。在西旱东涝年,情况基本相反。     

2002年我国天气气候特点

2002年我国主要天气气候特点为：全国降水量偏多，但时空分布不均，北方地区早春和伏秋少雨，受旱范围广，华南沿海地区别冬春夏初少雨连旱；汛期内无大范围或持续的强降水过程发生，但长江中下游一带春汛明显，北方雨季偏早，南方部分地区暴雨洪涝及局地山洪、泥石流、滑坡等灾害较重。全国大部地区气温偏高，但起伏变化较大。沙尘天气时段集中，影响范围广，强度偏强。登陆我国的台风(包括热带风暴)个数接近常年；冰雹、龙卷风等强对流天气偏多。     

中国南方旱涝时空分布特征分析

用1955-2001年我国南方81个测站全年逐月降水量资料,利用Z指数确定单站旱涝等级.结果表明,春季华中地区和两广交界处更易发生干旱,湖南与华南沿海地区降水偏多,出现洪涝的几率较大;夏秋两季106～115 °E,23～32 °N区域和四川西北部地区出现干旱的频率较高,洪涝频率较高地区主要集中在长江流域,同时四川南部、云南中部、华南沿海出现大涝的频率较高;冬季南方大部分地区发生旱涝的频率较小,干旱多发区主要集中在云南中部以及江苏、安徽两省,西南部出现降水偏多的频率较高.通过对降水资料的EOF分析发现,我国南方春季降水主要为南旱北涝、南涝北旱两种分布型.夏季降水区域主要分为长江流域与华南沿海地区、云南两个区域,而秋、冬季南方降水分布比较均匀,表现为南方一致旱或涝.     

2011年中国气候概况

2011年,我国气候总体呈现暖干特征。全国年平均气温较常年偏高0．5℃,为1997年以来连续第15个暖年;年降水量556．8mm,较常年偏少9％,为1951年以来最少。年内,我国未出现大范围持续性严重干旱和流域性洪涝灾害,低温冰冻和雪灾、局地强对流、热带气旋灾害较轻。但区域性、阶段性气象灾害频发。华北、黄淮出现近41年来最重秋冬连旱;长江中下游出现近60年来最重冬春连旱,6月旱涝急转,发生暴雨洪涝灾害;西南出现近60年来最重夏秋旱;华西和黄淮秋汛明显;华南南部10月发生较重暴雨灾害;强降水造成北京等大城市发生内涝;夏季南方大部持续高温,多地高温破历史纪录;台风纳沙、梅花影响范围广、致灾程度较重。2011年中国气象灾害为正常偏轻年份,直接经济损失偏多,死亡人数和受灾面积均为1990年以来最少。     

基于标准化降水指数的沧州干旱时空特征

使用河北省沧州市14个气象站1966—2017年逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)分析该区域干旱时空特征。结果表明:(1)沧州年际干旱频率为26.9%,全域性、区域性、局域性干旱出现几率接近,轻旱、中旱较多,干旱范围与强度呈正相关,2003年后旱情减轻。干旱频率与强度呈负相关,西部干旱频率高、强度低,中部、东部频率低、强度高。(2)季节干旱频率为69.2%,春旱、冬旱发生频率高,多为全域性,但夏旱、秋旱发生后平均干旱强度更大。1980、1990年代和21世纪初旱情较重,2007年以后旱情减轻。空间分布上,夏旱的频率、强度分布与年际分布较为相似,与春旱分布几乎相反,秋旱、冬旱分布较为平均。全市旱涝变化较为一致,中部区域最为同步。     

江南高温少雨旱情重 黄淮暴雨成灾损失大(2003年8月)

8月份 ,江南、华南大部、西南南部、华北大部、东北南部月降水量偏少 ,上旬南方大范围持续酷热干旱 ;黄淮大部、西北东部、西南北部、华北南部、东北北部月降水量偏多 ,下旬西北东部、黄淮大部、华北南部及四川等地发生严重洪涝。全国大部地区气温接近常年或偏高 ,光热条件较好 ,对农业生产有利 ,但部分地区出现阶段性低温阴雨寡照天气 ,影响了农作物正常生长发育。有 3个台风和热带风暴登陆我国 ,华南部分地区受灾较重。近 2 0个省市区局地遭受雷雨大风、冰雹和龙卷风袭击。1　南方大范围持续酷热干旱本月降水量 ,东北大部、华北南部、西北…     

华南冬春季连续性降水异常的成因分析

根据1959 ～2010年华南逐月降水资料、全球月平均高度场、风场和海表温度等资料,采用合成分析的方法,对华南冬春季连续性降水异常的可能原因进行了初步分析.结果表明:华南冬、春降水的影响系统各不相同,冬季偏旱(涝)年东亚大槽较常年偏强(弱),冬季风偏强(弱),西北太平洋海温偏暖(冷);春季偏旱(涝)年孟加拉湾以北的南支槽偏弱(强),东太平洋海温异常偏冷(暖).影响冬、春季降水的系统之间又不是绝对独立的,在一定程度上存在着相互联系,乌拉尔山阻塞高压偏强,哈德莱环流偏强会导致冬春季持续性降水偏少.西北太平洋海温持续偏暖易导致冬春连旱,热带东太平洋海温持续偏暖易导致冬春连涝.     

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。     

我国北方地区冬小麦干旱灾害风险评估

选取我国粮食重要生产区——北方冬麦区作为研究区,基于干旱灾害对作物产量的影响开展冬小麦干旱灾害风险评估和区划。在确定干旱灾害危险性指标过程中,通过对比分析MCI、CWDIa、CI、Pa及Ma干旱指数的适应性,确定了干旱灾害风险危险性指数;在分析北方冬麦区干旱背景和脆弱性时,考虑了冬麦区的地形、土壤类型、土壤有效持水量、河网水系、灌溉条件、降水量及干燥度等环境因素,以及冬小麦的耕地面积、播种面积、主要生育期的水分敏感系数、历史产量等。与以往致灾因子危险性分析方法不同,本文首先建立了干旱指标与冬小麦减产率之间的关系,通过减产率等级来确定干旱致灾临界阈值,在此基础上计算分析了冬小麦全生育期和6个关键生育期不同等级干旱发生的频率。综合考虑干旱发生的危险性、不同地区干旱背景和脆弱性,建立了我国北方冬麦区全生育期和6个关键生育期的干旱灾害风险评估模型和区划方法,实现了我国北方冬麦区干旱灾害的风险评估和区划。结果表明,MCI更能反映北方冬麦区干旱的特征,故以MCI指数作为干旱灾害风险危险性指数;我国北方冬麦区中北部的干旱灾害风险较高,应该加强防旱抗旱能力建设,南部地区包括苏皖和河南东南部的干旱灾害风险较小。本文建立的北方冬麦区不同生育期干旱灾害风险评估模型可应用于干旱灾害风险动态评估实时业务中。     

华北冬小麦-夏玉米两熟区干旱特征分析

研究华北冬小麦一夏玉米主要生长季的干旱时空特征,可为全球气候变暖背景下制定抗旱减灾对策提供理论依据。利用华北5省（市）64个气象台站1961-2010年逐日降水资料,以降水负距平或降水量表征的干旱指标,通过经验正交分解法提取了冬小麦、夏玉米全生育期和关键生长阶段的特征向量和时间系数,分析了干旱频率、站次比及干旱强度的变化特征,并通过构建冬小麦-夏玉米轮作期综合干旱指数,探讨了华北地区农业干旱的总体状况。结果表明：EOF分解的前4个模态提取了60％以上作物干旱的主要时空分布信息,冬小麦主要生长季收敛效果优于夏玉米;冬小麦全生育期、苗期及拔节-抽穗期干旱的高强度中心主要分布在冀中南、豫北及鲁西北地区,而灌浆-成熟期干旱则以豫东为中心;夏玉米全生育期干旱的高强度中心主要位于冀南和鲁北地区,初夏旱以冀北大部为高强度区,而卡脖旱以豫西和鲁南为高强度区。从时间系数和区域干旱强度及站次比的时间变化趋势看,冬小麦全生育期干旱、灌浆-成熟期干旱及夏玉米初夏旱、卡脖旱均表现为递减趋势,但未通过显著性检验,而冬小麦播种期、拔节-抽穗期干旱,以及夏玉米全生育期干旱为不显著的递增趋势。整个冬小麦-夏玉米轮作期干旱威胁较高的地区主要位于京津局部、冀中南、豫北和鲁北等地区。     

Spatiotemporal variability of drought on a short–medium time scale in the Calabria Region (Southern Italy)

The study analyses spatial and temporal patterns of drought in an area with a wide range of precipitation characteristics (the Calabria region in southern Italy) during the period 1921?C2007. The short-time (2, 3 and 6?months) Standardised Precipitation Index (SPI) was estimated to analyse drought especially from the agricultural point of view. Principal component analysis (PCA) was applied to the SPI to assess the spatial variability of drought. During the period of observation, moderate to severe drought occurred at a frequency of almost 13?% in wet seasons (autumn and winter). Almost half of the region was affected by drought in the years 1981?C1990 when the area experienced its most severe drought. Although the spatial patterns of drought estimated by PCA were logical and consistent with precipitation distribution, very complex patterns were observed for all the time scales looked at. The high fragmentation of the maps obtained makes them of limited value, and caution is recommended in classifying the region into homogeneous areas.     

2009年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2009年总体来看,全国天气气候的特征为气温偏高,平均降水偏少,夏季为近10多年来降水最少的年份,区域性和持续性干旱非常显著:黄淮、华北发生了严重的秋冬季连旱,东北西南部夏秋旱严重,江南西部、华南西部和西南南部夏秋旱明显等。2009年在南海和西太平洋生成的热带气旋个数明显偏少,但是登陆的偏多,初次登陆时间偏早。分析发现,2009年赤道中东太平洋春季前处于冷水位相,4月以后进入暖水位相,6月开始了一次厄尔尼诺事件。受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500 hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;东亚冬季风偏弱,夏季风偏强;西太平洋暖池区冬春季热带对流活动偏强,夏秋季正常;亚洲中高纬度经纬向环流交替转换,其中5月纬向环流盛行,6月、10月和11月经向环流盛行。这些环流异常是影响2009年中国气候异常的主要原因。     

Effects of drought on winter wheat yield in north China during 2012�C2100

Winter wheat is one of China’s most important staple food crops, and its production is strongly influenced by weather, especially droughts. As a result, the impact of drought on the production of winter wheat is associated with the food security of China. Simulations of future climate for scenarios A2 and A1B provided by GFDL-CM2, MPI_ECHAM5, MRI_CGCM2, NCAR_CCSM3, and UKMO_HADCM3 during 2001-2100 are used to project the influence of drought on winter wheat yields in North China. Winter wheat yields are simulated using the crop model WOFOST (WOrld FOod STudies). Future changes in temperature and precipitation are analyzed. Temperature is projected to increase by 3.9-5.5 for scenario A2 and by 2.9-5.1 for scenario A1B, with fairly large interannual variability. Mean precipitation during the growing season is projected to increase by 16.7 and 8.6 mm (10 yr)-1 , with spring precipitation increasing by 9.3 and 4.8 mm (10 yr)-1 from 2012-2100 for scenarios A2 and A1B, respectively. For the next 10-30 years (2012-2040), neither the growing season precipitation nor the spring precipitation over North China is projected to increase by either scenario. Assuming constant winter wheat varieties and agricultural practices, the influence of drought induced by short rain on winter wheat yields in North China is simulated using the WOFOST crop model. The drought index is projected to decrease by 9.7% according to scenario A2 and by 10.3% according to scenario A1B during 2012-2100. This indicates that the drought influence on winter wheat yields may be relieved over that period by projected increases in rain and temperature as well as changes in the growth stage of winter wheat. However, drought may be more severe in the near future, as indicated by the results for the next 10-30 years.     

基于SPEI指数的华南春季旱涝时空特征

基于1961-2016年逐年华南春季SPEI指数,采用滑动t检验、Morlet小波分析、EOF分解等方法,讨论华南春季旱涝时空变化特征.结果表明:(1)华南春季在20世纪60年代处于干旱期,70年代至90年代初处于雨涝期,90年代初至21世纪初出现大幅度旱涝转换,以后又进入干旱期.华南春季1983年以前呈现趋湿润化;在...     

中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因

利用1961—2016年中国160站逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因。结果表明：1）1961—2016年南方冬雨年际变化显著,且降水量呈现阶段性变化,1961—1988年为少雨期,1989—2016年为多雨期。2）El Niño事件与南方冬雨之间的相关关系存在年代际差异。1961—1988年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向差异很小,不利于冷空气向南推进,850 hPa上中国南方南风距平偏小,来自孟加拉湾和南海的水汽较难向中国南方地区输送,且中国南方地区受下沉运动异常影响,对流发展受抑制,故南方冬雨偏少;1989—2016年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向梯度较大,有利于冷空气向南推进,850 hPa上南海北部到中国东部出现异常的西南风,有利于孟加拉湾和南海的暖湿气流向中国南方地区输送,且中国南方地区受上升运动异常控制,有利于对流发展,故南方冬雨偏多。     

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。