我国西南干旱研究最新进展综述

随着全球气候变化,重大干旱等极端气候事件有增加趋势。我国历来是受干旱危害最严重的国家之一,近年来干旱强度和受旱区域不断增加,而且开始由干旱半干旱区向湿润区发展。雨水充沛、气候湿润的西南地区,近年来发生持续数年的严重干旱事件,给当地社会经济造成重大损失,并引起了广泛关注。许多学者也对西南干旱进行了分析研究,他们通过分析西南地区降水和温度的时空分布特征,以及影响西南干旱的大气环流和天气系统,寻找造成西南干旱的发生规律、特征和形成机理;还有学者运用干旱指数、卫星遥感等方法研究了西南干旱的监测技术。本文研阅了近10 a来大量相关文献,对西南干旱的最新研究成果进行了总结和评述,力图为西南乃至其它区域干旱的研究提供借鉴,为干旱防灾减灾提供帮助。     

WRF模式对西南地区干旱事件的模拟研究

2009—2010年在中国西南地区发生了严重的秋冬春三季持续性干旱,为了评估WRF模式两种陆面方案在中国西南地区干旱事件中的模拟性能,该文采用Noah陆面方案和Pleim_Xiu陆面方案两种WRF模拟方案对西南干旱事件进行模拟研究。两种陆面方案都合理的模拟出了西南地区极端干旱事件中的降水空间分布与时间序列,但与观测资料相比仍然存在一定的误差。两种陆面方案的相互比较表明,在极端干旱事件模拟中,Noah陆面方案在降水模拟中有着一定的改进作用。在对西南干旱时期的蒸发模拟当中,Noah和Px方案相比有着更低的误差,采用Noah陆面方案能更好的模拟蒸发状况。     

2011年8月气候异常及成因分析

在总结2011年8月我国气候异常与大气环流特征的基础上,针对西南干旱和热带气旋活动偏少两大气候异常事件的成因进行了分析。结果表明：高度场偏高、西太平洋副热带高压偏强、夏季风偏弱和水汽条件较差等大气环流异常是导致高温干旱的主要原因;中部型拉尼娜事件的滞后影响和印度洋偏暖的影响是西南干旱的重要外强迫条件。南海对流活动偏弱,菲律宾以东季风槽位置偏北,热带气旋活动区域垂直风切偏大,西北太平洋副热带高压偏强等因素导致热带气旋活动偏少。     

1960—2010年中国西南地区区域性气象干旱事件的特征分析

利用区域性极端事件客观识别法（Objective Identification Technique for Regional Extreme Events,OITREE）和1960—2010年中国西南地区（四川、云南、贵州省和重庆市）101个站综合气象干旱指数（CI）进行区域性气象干旱事件识别研究,确定了相应的OITREE方法参数组,并识别得出87次中国西南地区区域性气象干旱事件,其中9次达到极端强度,而2009年9月—2010年4月发生的特大干旱是中国西南地区近50年最严重的区域性气象干旱事件。进一步分析表明,中国西南地区区域性气象干旱事件的持续时间一般为10—80 d,最长可达231 d;11—4月是西南地区的旱季。云南和四川南部是西南干旱的频发和强度中心地区;强的（极端及重度）干旱事件可分为5种分布类型,其中南部型出现机会最多。过去50年西南地区区域性气象干旱事件频次显著增多,强度有所增强,其主要原因可能是该地区降水量显著减少所致,而气温升高也起到了推波助澜的作用。     

2009—2010年黔西南秋冬春连旱成因分析与影响评估

2009-09—2010-03出现的严重秋冬春连旱天气,是黔西南有气象记录以来最严重的干旱,干旱造成黔西南直接经济损失26亿元以上。利用黔西南气候资料和相关统计方法及文献资料分析,结果表明:热低压天气过程偏多和大气环流形势异常导致了黔西南降雨量严重偏少、温度偏高、蒸发量异常偏多,这些数据创造了黔西南历史同期之最,从而造成黔西南严重的干旱灾害,对黔西南工农业生产和人民生命财产危害极大。黔西南特殊的地形地貌、人为影响和其它一些自然因素等等也是造成此次干旱灾害的原因之一。     

中国干旱事件成因和变化规律的研究进展与展望

干旱是世界上危害最广泛、最严重的自然灾害之一。中国地处典型季风气候区,干旱灾害的影响尤为突出。国际上对干旱问题已经进行了大量研究,逐渐由对干旱的定性和表象的认识发展到对干旱客观特征的定量认识和形成机理的深入揭示。自新中国成立以来,中国从以往仅对一些重大干旱事件的零散认识逐步发展到与国际干旱研究的完全接轨,干旱研究取得了长足进展。但是,目前对干旱研究取得的科学进展缺乏客观全面的整体认识,对干旱研究的发展方向尚未能充分洞察。为此,基于国际干旱研究现状,系统回顾了新中国成立以来中国干旱研究的历程,总结了中国干旱研究的重要进展,划分出了干旱事件的现象特征和时空分布、干旱形成机理及变化规律、干旱灾害风险和骤发性干旱研究兴起等中国干旱研究的4个主要发展过程。并从干旱事件特征、干旱时空分布、干旱变化规律、干旱成因、干旱影响机制、干旱风险形成过程以及干旱对气候变暖的响应、骤发性干旱的特殊性等方面归纳凝练了中国干旱研究的主要成果。同时,结合干旱研究的国际前沿、热点问题和发展趋势,科学分析了中国干旱研究的不足和问题,提出了中国未来干旱研究需要在加强典型干旱频发区综合性干旱科学试验研究的基础上,对干旱形成的多因子协同影响、陆-气作用对干旱形成发展的作用、骤发性干旱的判别及监测预测、各类干旱之间转换规律及其非一致性特征、关键影响期对农业干旱发展的作用、干旱对气候变暖响应的复杂性、干旱灾害风险的科学评估等重点科学问题上取得突破。      

气候变暖下干旱对森林生态系统的影响

人类活动显著影响着全球大气循环格局,全球平均温度升高导致干旱事件发生幅度、频度和持续时间增加,这对森林生态系统带来更多的是负面影响.本文基于已有研究,系统总结了干旱事件对森林生态系统地理分布格局、群落结构重建、植物生长和生理特性、死亡和灭绝、植物生产力以及碳循环功能的影响及其机理,并对未来干旱事件对森林生态系统长期效应以及在不同时间尺度上作用机理的研究提出建议.本研究对开展全球变化背景下森林生态系统对干旱事件响应机制的研究具有重要指导意义.     

一种大范围干旱的识别方法及其应用

基于日本APHRO格点降水数据计算格点SPI序列,兼顾时空连续性,定义了一种大范围长历时干旱的识别方法。该方法以我国国土面积的10%作为大范围干旱事件影响范围的最小阈值,同时给定了干旱事件影响区域的空间连续和时间连续的判定标准,另辅以干旱烈度计算方法和干旱中心的识别方法,给出了此类干旱事件的面积、历时、烈度及干旱中心的指数定义和事件的识别过程。在此基础上,识别了我国1961—2015年以来的69次大范围干旱事件,得出这69次大范围干旱事件的平均面积指数为30.49%,平均干旱历时为8.15个月,平均干旱烈度为-4.192。利用此方法对1998—2002年发生在华北地区的持续性区域干旱事件进行再分析。结果表明,这一时期的干旱事件不仅局限于华北地区,同时也波及到东北、西北、西南和东南等地,涉及了4次大范围长历时的干旱过程。     

2009/2010年中国西南区域性大旱的特征分析

针对目前各种干旱指数对干旱事件整体识别能力的局限性,采用一种新的客观识别方法"区域性极端事件客观识别方法(OITREE)"对2009~2010年中国西南地区的秋冬春连旱进行了特征识别。结果表明:(1)此次干旱事件的发生时段为2009年8月25日至2010年4月18日,历时237 d,为近50 a(1961~2010年)综合强度排名第五位的干旱事件,是一次极端干旱事件;(2)此次极端干旱过程最大影响面积为576.82万km2,影响范围涉及到云南全省、四川南部、贵州大部(主要是西部)以及重庆、广西西部,其中,云南、贵州和广西3省交界区干旱最严重,其次为云南的中部和中西部,且云南省不论受旱面积还是受旱强度都是最大的;(3)此次干旱过程有4个明显变化阶段:干旱增强、减弱、再增强、最后解除。第一阶段为2009年8月25日至10月下旬,干旱开始发展并持续增强,影响范围最大可达约370万km2,包括西南、华南、华东、华北及东北南部的小部分地区,持续达2个月,受影响的核心区域除了西南地区以外,还有华北和华南的部分区域;第二阶段为2009年11月初至12月中旬,干旱强度急剧下降,影响范围最小只有约50万km2,主要在西南地区,持续时间只有1个月;第三阶段,2009年12月中旬至2010年3月下旬,旱情再一次增强,干旱面积再次扩大,影响范围最大可达约200万km2,包括西南及西北地区东部,持续时间为3个月,是4个阶段中发展时间最长的,主要受影响的核心区域为西南地区;第四阶段,2010年3月下旬至4月中旬,干旱逐渐缓解,直到过程结束,旱情解除。OITREE方法能从不同层次和方面完整地描述干旱事件的时空变化特点,其判别结果与实际情况基本一致,是一种有效监测干旱的新方法。     

2011年夏季气候异常及主要异常事件成因分析

本文对2011年夏季的中国气候及大气环流异常特征进行分析,发现我国总体气温偏高,降水偏少。西北西部、华北南部、江淮至江南一带,西南地区东部等地出现了阶段性的较大范围极端高温天气过程。西南地区东部和广西等地出现严重干旱;而长江下游地区降水显著偏多。进一步对中国气候异常事件的成因分析表明：异常高压的长期维持,孟加拉湾的向北水汽输送偏弱及西太平洋副热带高压位置偏东使其西侧的东南和偏南水汽输送对我国西南地区影响小是导致西南地区严重干旱的大气环流因素;2010年秋季出现的中部型拉尼娜事件可能是西南干旱的一个重要外强迫条件。2011年夏季亚洲极涡偏弱偏小,欧亚中高纬地区经向环流偏强,有利于冷空气南下;同时,中纬度西太平洋地区海温持续偏低而激发反气旋性环流产生,造成西太平洋副高偏大偏强,冷暖气流在长江下游地区交汇造成降水显著偏多。     

中国生态脆弱区高温热浪和干旱历史变化特征分析北大核心CSCD

高温热浪和干旱是影响陆地生态系统最主要的极端天气气候事件。已有关于中国高温热浪和干旱历史变化的定量研究主要针对全国范围、地理分区或单一区域,对于我国生态脆弱区相关极端事件的历史变化特征尚不清楚。本文利用中国CN05.1格点化观测数据集中的日最高气温观测资料和全球逐月标准化降水蒸发指数格点数据,分析了中国典型生态脆弱区1980~2014年发生的高温热浪和干旱的时空变化特征。结果表明:1980~2014年中国生态脆弱区的年高温日数和热浪次数整体呈增加趋势,两者变化趋势的空间分布类似。在空间分布上,高温热浪显著增加的区域主要位于北方生态脆弱区的中部和西部以及南方生态脆弱区的东部。其中,高温热浪增长显著的面积比率在西南岩溶山地石漠化脆弱区最高,在南方农牧脆弱区最低。区域平均来看,除南方农牧脆弱区较少发生高温热浪外,各脆弱区高温日数和热浪次数均呈现增加趋势,且除北方农牧林草区外,其余脆弱区增加趋势显著。北方生态脆弱区高温和热浪的发生频率和年际变化在20世纪90年代中期起均迅速增加。此外,中国生态脆弱区东部多呈现变干趋势且中等和极端干旱发生月数增多,其余地区则多变湿且极端干旱发生月数减少;区域平均来看,除西南岩溶山地石漠化脆弱区区域平均的干旱发生月数呈现显著增加趋势以外,其他区域的干湿和干旱发生月数的变化趋势小且不显著。     

2010年秋冬季西南地区严重干旱与南支槽关系分析

利用1951~2009年西南地区24个站点逐月降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了2009/2010年冬季我国西南地区严重干旱的演变特征,并使用SVD、小波分析和合成分析揭示了南支槽与我国西南地区冬季严重干旱的关系。结果表明:2009/2010年西南地区冬季严重干旱从秋季10月份云南省开始出现大范围干旱为征兆,11~2月逐步发展到西南三省,3月减弱。从秋季10月到次年2月的降水持续偏少,加重了此次旱情。2009/2010年冬季西南地区严重干旱的开始、发展和减弱与同期500hPa南支槽活动及整层水汽输送有着密切的关系。我国西南地区11~3月降水和前期11月南支槽指数在10~12年周期变化上存在显著的反相关系,前期11月南支槽区负距平,南支槽指数偏弱,南支槽加深,水汽输送充足,西南地区降水偏多;反之,前期11月南支槽区正距平,南支槽指数偏强,南支槽变浅,水汽条件不足,西南地区降水偏少。SVD分析表明,高度场第一模态同性相关场的关键区在青藏高原南侧孟加拉湾地区,反映了南支槽强弱变化信息,第一模态的这对空间分布型表明18~20°N,84~92°E范围11~3月500hPa高度场异常偏低时,同期我国西南地区降水偏多;高度场第二模态同性相关场的关键区在22°N以南区域,反映了西风强弱变化信息。第二模态的这对空间分布性表明70~110°E之间22°N以南区域11~3月500hPa高度场异常偏低时,同期我国西南地区降水偏少。11~3月关键区500hPa高度场与我国西南地区同期降水在时空场上都有着很好的同步关系,并且前期500hPa高度场是我国西南地区11~3月旱涝情况的一种预测信号。      

全球干旱指数研究进展

干旱是世界最严重的气象灾害, 是自然灾害中经济损失最重、影响范围最广的灾害。我国深受干旱灾害的影响, 近几十年干旱事件频繁发生, 给社会造成的不利影响和对人们生存环境的危害日趋严重。因此, 讨论全球干旱指数研究进展对于我国干旱研究及防旱抗旱工作具有重要意义。该文系统介绍全球特别是欧美等国气象干旱指数、农业干旱指数、水文干旱指数、遥感干旱指数以及综合干旱指数研究进展, 并与我国干旱指数研究情况对比。探讨我国在干旱研究领域存在的主要问题, 包括干旱指数适用性比较不足, 新的机理性干旱监测指数研究不足, 干旱预测预警研究不足。因此加强干旱机理机制研究、开展干旱监测准确性定量评估和加强数值模式在干旱预测预警中的应用是未来研究的重点和难点。     

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。     

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。     

西南地区持续性气候事件的未来变化预估

利用RegCM4.0区域气候模式单向嵌套BCC_CSM1.1模式输出资料进行连续积分获得的模拟预估数据,对西南地区未来2025-2055年在两种温室气体排放情景下持续性干期和持续湿期事件的特征及其相对于历史基准期的变化进行了预估分析。结果表明,最长持续干期和湿期在RCP4.5和RCP8.5两种情景下的变化趋势不一致,RCP8.5情景下的最长湿期和持续湿期事件的发生频次相较RCP4.5并没有大幅增加,而是比RCP4.5情景具有更高的年际变率特征。相对于历史基准期,两种情景下的最长持续性气候事件的日数和发生频次在西南地区的东南部区域显著性增加,而在川西高原地区显著减少。对于持续干期发生的频次FCDD和最长持续湿期而言,四川中部以及四川、云南和贵州三省邻接处在RCP4.5情景下表现为显著增加的区域在RCP8.5情景下转变为显著减少。未来几十年西南地区持续性湿期和干期的分布特征可能更加趋于不均匀。     

攀枝花一次特重旱灾发生特点及成因分析

2009年秋~2010年春,四川川西南山地,以攀枝花为代表的秋冬春特重旱灾,是中国西南大旱灾害的重要组成部分。本文采用1965~2010年攀枝花所属台站有连续气象记录以来的观测资料进行统计分析,并依据旱灾气候背景、气象干旱指标和灾情评估规定,对该区域、该时段特大干旱发生的特点及成因进行了综合分析。结果表明,本次干旱是在攀枝花季节性干旱背景下,因长时间少雨而形成的持续时间长、影响范围广、旱灾程度深的极端气候事件。      

Rainfall characterisation by application of standardised precipitation index (SPI) in Peninsular Malaysia

The interpretations of trend behaviour for dry and wet events are analysed in order to verify the dryness and wetness episodes. The fitting distribution of rainfall is computed to classify the dry and wet events by applying the standardised precipitation index (SPI). The rainfall amount for each station is categorised into seven categories, namely extremely wet, severely wet, moderately wet, near normal, moderately dry, severely dry and extremely dry. The computation of the SPI is based on the monsoon periods, which include the northeast monsoon, southwest monsoon and inter-monsoon. The trends of the dry and wet periods were then detected using the Mann–Kendall trend test and the results indicate that the major parts of Peninsular Malaysia are characterised by increasing droughts rather than wet events. The annual trends of drought and wet events of the randomly selected stations from each region also yield similar results. Hence, the northwest and southwest regions are predicted to have a higher probability of drought occurrence during a dry event and not much rain during the wet event. The east and west regions, on the other hand, are going through a significant upward trend that implies lower rainfall during the drought episodes and heavy rainfall during the wet events.     

Assessment of future drought in Southwest China based on CMIP5 multimodel projections

In the last decade, a series of severe and extensive droughts have swept across Southwest China, resulting in tremendous economic losses, deaths, and disruption to society. Consequently, this study is motivated by the paramount importance of as- sessing future changes in drought in Southwest China. Precipitation is likely to decrease over most parts of Southwest China around the beginning of the century, followed by widespread precipitation increases; the increase in potential evapotran- spiration （PET）, due to the joint effects of increased temperature and surface net radiation and decreased relative humidity, will overwhelm the whole region throughout the entire 21st century. In comparative terms, the enhancement of PET will outweigh that of precipitation, particularly under Representative Concentration Pathway （RCP） 8.5, resulting in intensified drought. Generally, the drying tendency will be in the southeast portion, whereas the mountainous region in the northwest will become increasingly wetter owing to abundant precipitation increases. Droughts classified as moderate/severe according to historical standards will become the norm in the 2080s under RCP4.5/RCP8.5. Future drought changes will manifest different characteristics depending on the time scale： the magnitude of change at a time scale of 48 months is nearly twice as great as that at 3 months. Furthermore, we will see that not only will incidences of severe and extreme drought increase dramatically in the future, but extremely wet events will also become more probable.