干旱指标的理论分析与研究展望

干旱作为最严重的气象灾害之一,已经对我国社会经济和人民生活造成严重影响。尽管关于干旱和干旱指标已有大量研究,但是由于干旱自身的复杂特性和对社会影响的广泛性,干旱指标都是建立在特定的地域和时间范围内,难以准确反映干旱发生的内在机理。为此有必要对干旱定义及国内外主要的干旱指标加以综述和评价,为干旱的监测和评估,特别是为全球变化中的气候-植被关系研究提供方法和依据。将干旱分为 4种类型：气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱,并对当前国内外主要的干旱指标进行介绍,指出了其适用范围,并在归纳现有干旱指标不足的基础上提出了干旱指标的研究方向和任务。     

植被状态指数VCI与几种气象干旱指数的对比——以河南省为例

使用1982-2006年GIMMS AVHRR NDVI数据集与同期的CI、K、Pa、SPI、Z、PDSI等干旱指数做了对比分析, 讨论了河南省植被状态指数VCI对气象干旱的滞后效应及干旱监测能力. 结果表明: VCI指数与气象干旱指数的相关性受不同下垫面的影响较大, 农地的VCI与气象干旱指数相关性要明显高于林地, 农地VCI与气象干旱指数呈现正相关关系. 在河南省不同的作物生长阶段, VCI对气象干旱有着不同的滞后效应, 其中, 3-5月份冬小麦生长期VCI对气象条件的反应滞后1~3个月, 7、9月份夏玉米生长期VCI对气象条件的反应滞后1月. 总体上看, 结合前期的气象数据, VCI对河南省气象干旱有一定的指示作用和监测能力.     

区域气象干旱评估分析模式

为应对全球范围内日益严重的干旱问题,对区域气象干旱相对完整的评估分析模式开展了探讨。提出了从区域气象干旱识别到干旱特征值计算,再到干旱特征多变量分析的3个分析评估步骤。并以渭河流域为例,对研究区域进行了矩形干旱评估单元划分,选取了RDI（Reconnaissance Drought Index）为评估指标对区域内各单元各时段的干旱状态进行了识别,结果与历史记载的干旱年份吻合较好。分别采用了分布拟合、相关系数和Copula函数等统计学方法对区域干旱的干旱特征值（干旱历时、干旱面积、干旱强度和干旱频率）进行了特征分析,得出了一系列的单变量、双变量及多变量特征分析对比结果。通过对各类分布函数的计算和绘图,得到了渭河流域干旱事件发生的条件概率和重现期,形成了一套相对完整的区域干旱评估分析模式。     

水文干旱研究进展

水文干旱是自然干旱中的一种重要类型,影响自然界水循环过程中蒸发、下渗和径流三大环节,关系着水文循环和水量平衡。当前的干旱研究多集中在气象干旱、农业干旱上。鉴于水文干旱研究的重要性和目前水文干旱研究的不足,对当前水文干旱研究进行了分类评述,提出了研究中存在的问题及主要发展方向,可为水文干旱的进一步研究提供参考。     

青藏高原地区气象干旱研究进展与展望

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此,着眼于青藏高原的区域特点,对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析,系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果,揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征：干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部,高发时段为1980年代和2000年代;归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法：基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测;给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律：青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区,东北部、西南部和东南部是较高风险区;高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景,预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加;但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性,未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大;同时,提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题,并结合国际前沿...     

干旱频率分析研究进展

从干旱定义与识别、点干旱频率分析和区域干旱频率分析3个方面系统阐述了干旱频率分析研究进展和存在问题,归纳了适用于干旱频率分析的干旱定义,干旱识别存在的主要问题以及区域干旱频率分析研究的3种途径。提出综合利用研究区域水文气象特性、干旱成因、旱情、旱灾,并结合前期的大气环流条件等信息来描述和识别干旱,重点开展对干旱特征变量的理论分布、干旱事件重现期公式和经验频率公式等基本理论的研究,关注区域干旱频率分析,注重对径流、土壤水、地下水和供水系统的干旱特性分析。     

基于概率矩阵的干旱等级变化评估及应用

干旱等级具有多级和跃迁性质,有必要提出一种既能反映不同干旱等级变化特征,又能体现干旱总体变化特征的定量评估方法。通过构建干旱等级变化的概率矩阵,引入变化率乘子和变化程度乘子,推导干旱等级变化率和变化程度计算公式,提出干旱等级变化的综合定量评估方法;借助标准化降水蒸散指数和标准化径流指数,应用于东江流域评估月、季和年尺度的气象干旱向水文干旱传递过程中干旱等级变化及水库影响下水文干旱等级变化。结果表明:①气象干旱向水文干旱传递过程中干旱总体变化程度较小,但干旱等级变化明显,月、季和年尺度的总体变化率分别达到了45.9%、46.8%和34.9%;②干旱在10月下降了约1.4个等级,在春季上升了约1.3个等级;③水库径流调节对于缓解月、季尺度水文干旱作用显著,干旱等级总体变化率均约为33%,其中春季干旱程度下降了约1个等级。该方法不仅适用于评估干旱变化,也可应用于评估具有分级特征的其他灾害变化。     

延安地区明代干旱灾害与气候变化研究

通过对陕西省延安地区明代（公元1368—1644年）历史资料的搜集和整理,对该时期干旱灾害等级、时间变化及成因进行了分析。结果表明：在明代的277年中,延安地区共发生干旱灾害91次,平均每3年发生1次。轻度干旱灾害发生17次,中等干旱灾害发生30次,大干旱灾害发生29次,特大干旱灾害发生15次,分别占到干旱灾害总数的18.7%、32.9%、31.9%和16.5%。大干旱灾害与特大干旱灾害发生频次高是明代延安地区干旱灾害的突出特点,指示明代总体为干旱气候期。延安明代干旱灾害可分为4个阶段,第一阶段为公元1368—1420年,为干旱灾害少发期;第二阶段为公元1421—1520年,为干旱灾害多发期;第三阶段为公元1521—1617年,为干旱灾害少发期;第四阶段为公元1618—1644年,为干旱灾害多发期。各等级干旱灾害特别是大与特大干旱灾害显著增加,指示第二、四阶段气候显著变干,降雨量明显减少。延安地区明代出现了2个极端干旱气候亚阶段,分别在1480—1499年和1626—1641年之间,当时年均降水量比现今少200 mm左右。     

基于主成分分析的干旱综合指标构建及其应用

探讨了干旱综合指标的构建,提出采用主成分分析法将降雨、径流及土壤含水量等水文气象要素融合为一个干旱综合指标,并将该指标应用于干旱过程识别和干旱频率分析,且以南盘江上游西桥水文站以上区域为例,将基于干旱综合指标计算的干旱重现期同基于降雨、径流和土壤含水量等单指标计算的干旱重现期进行对比分析。结果表明:采用主成分分析法构建的干旱综合指标是合理可行的。     

广西干旱喀斯特平原的干旱及其成因量化研究

作为广西的重要粮食基地的喀斯特平原区,是气候干旱和喀斯特干旱迭加的地区,干旱问题已成为该区经济发展的障碍。本文主要通过以往的研究资料的分析、计算,从造成干旱的气候、喀斯特地质背景及人类活动3个方面的主要因素,分析干旱形成原因和量化干旱程度。研究结果表明,气候因素是产生干旱的基本原因;可溶岩地质基础是干旱形成的重要原因; 人类不合理活动则加重了旱灾的程度。其干旱程度,在峰丛谷地农业区最为严重,峰林谷地农业区和峰林平原区中等,孤峰平原区最轻。      

干旱演变驱动机制理论框架及其关键问题

干旱演变驱动机制是科学认识干旱问题和制定有效防旱抗旱政策的理论基础。针对气象干旱、水文干旱和农业干旱3种干旱类型,分别分析了其形成过程,并阐述了其之间的关系;采用"驱动力-压力-状态-响应"模式构建了干旱演变驱动机制总体研究框架,并探讨了干旱演变驱动力系统构成、干旱演变驱动机制、变化环境下干旱演变规律及其响应等关键科学问题。     

论气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险特征与管理策略

干旱是全球影响最广泛的自然灾害,给人类带来了巨大的危害,近百年气候显著变暖使干旱灾害及其风险问题更加突出。目前,对干旱和干旱灾害风险的内在规律理解并不全面,对气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险的表现特征认识也比较模糊。在系统总结国内外已有干旱和干旱灾害风险研究成果的基础上,归纳了干旱灾害传递过程的基本规律及干旱灾害的本质特征,综合分析了干旱灾害风险关键要素的主要特点及其相互作用关系,讨论了气候变暖对干旱和干旱灾害风险的影响特点,探讨了干旱灾害风险管理的基本要求。在此基础上,提出了干旱灾害防御的主要措施及干旱灾害风险管理的重点策略。     

基于条件分布模型的气象水文干旱传递分析

气象干旱发展到一定程度可以传递为水文干旱。以潘家口水库流域1961—2010年逐月平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数（SPI）和标准化径流指数（SRI）,以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱传递到未来的不同等级和不同的预测期（或滞后期）的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较短或预测期（滞后期）较短时,其对应的SRI水文干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期（滞后期）延长,其对应的SRI水文干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。     

干旱监测与评价技术的发展及其科学挑战

由于气候变暖及人类活动加剧,干旱灾害对全球粮食、水资源和生态安全及人类可持续发展的威胁日益突出,对干旱决策服务和应急管理能力提出了严峻挑战,干旱监测预警、影响评估及应急管理等方面的技术水平亟待进一步提高.在系统总结以往研究成果基础上,阐述了对干旱气候、干旱和干旱灾害的科学认识,归纳了干旱气候、干旱和干旱灾害的成因及其主...     

宁波市2013年夏季干旱分析

2013年夏季干旱给宁波市带来了极大的损失。本文利用全市63个国家基本雨量站资料,采用连续无雨日法和降水量距平法评估此次干旱的干旱等级,并提出了回归分析的改进方法。通过与历史同期旱情进行对比分析,认为宁波市2013年夏季干旱为近60年比较严重的年份之一,频率分析达到30年一遇。     

人类活动对水文干旱形成与发展的影响研究进展

在高强度人类活动对地球系统产生全方位深刻影响下,干旱灾害已经不再是严格意义上的自然灾害,而成为自然-人为复合灾害。人类活动通过改变大气成分(主要通过温室气体排放)引起全球或区域性水循环过程的变化,导致气象干旱时空特性变化,从而间接影响到水文干旱的形成发展;通过改变河流蓄存状态与水力联系(主要通过蓄、引、提、调水工程)以及用水特性变化,改变河流与地下水系统调蓄功能与产汇流过程,从而直接影响到气象干旱向水文干旱的传递过程以及水文干旱的发展过程。考虑自然和社会水循环之间复杂的相互作用过程,揭示人类活动对干旱形成与发展的影响是干旱研究的重要发展方向。     

沧州市应积极开发利用本地区咸水资源

沧州市由于所处地理位置决定，所以咸水资源比较丰富，应该积极开发充分利用这一资源。实践证明，咸水用于农业灌溉同样可以增产，尤其在干旱年份效果更为突出。同时，咸水利用后可以降低地下水位，有利于盐碱地的改良；咸水利用后可以节约深层淡水，缓解市区的地面沉降。如此形成良性循环，生态环境不断得到改善，经济将会持续发展。     

GEV干旱指数及其在气象干旱预测和监测中的应用和检验

介绍了一种新的基于广义极值分布(Generalized Extreme Value,GEV)的干旱指数的构建过程及其原理。并利用1951—2010年中国地区160个气象台站的逐月降水资料,选择6个代表台站,检验1951—2010年60年间预测的干旱和实际干旱事件发生的吻合程度;利用2009—2010年资料检验GEV指数和实际发生的干旱事件在月尺度上的监测效果。结果表明,利用GEV方法定义的干旱指数能较好地监测干旱事件的发生和发展,与目前广泛使用的Ci指数监测结果较为一致。同时这种指数也能用于某一地区干旱事件的预测和干旱等级的划分。对干旱业务监测和预测有重要的参考意义。但该指数对站点疏密有一定的依赖性,站点稀疏的区域存在着一些误差。     

风险管理是干旱管理的发展趋势

对我国干旱管理现状进行了分析,指出了存在的问题,介绍了抗旱工作要从被动抗旱向主动防旱、科学防旱转变的趋势,并从应急抗旱向常规抗旱和长期抗旱转变的科学管理理念出发,提出我国的干旱管理方式应该从现行的危机管理向风险管理转变,并重点介绍了干旱风险管理的几个主要方面:干旱期的水资源管理、干旱早期预警和干旱预案.     

变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应

在干旱事件不确定性和枯期径流变异性的双重影响下,水文干旱特征时序非一致性问题为其联合分布模拟带来困难。基于东江干流测站日径流过程数据,采用游程理论提取水文干旱事件,并结合干旱特征均值变化、时序一致性分析及边缘分布模拟,以确定干旱事件融合及剔除评判标准的合理取值。基于Rosenblatt变换Cramer-von Mises检验统计量拟合方法,构建水文干旱特征两变量联合分布Copula模型,并根据同频法设计两变量组合值。通过对比枯期径流变点分隔子序列干旱特征,分析变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应。结果表明:水文干旱事件融合和剔除的评判标准值分别取0.1和0.3比较合理。干旱特征两变量之间具有较高的正相关性,但不同时间系列不同变量之间的联合分布及边缘分布最优模型并不一致。流域水库尤其是新丰江水库的径流调节作用,对于缓解东江中下游水文干旱效果明显,超阈联合重现期为2年的设计干旱持续时间、总缺水量和最大日缺水量分别减少了63%~71%、71%~84%和30%~47%,但如果要满足东江河道内最小管理流量目标,其依然分别达到了12~18 d、6 114万~9 030万m3和715.0万~929.0万m3。