区域气象干旱特征多变量Copula分析——以阿克苏河流域为例

根据阿克苏河流域及其周边区域9个站点1960~2010年日降水资料,以降水距平百分率(Pa)指数表征气象干旱状况,构建了3种Archimedean Copula函数,通过4种方法(RMSE、AIC、BIC、Bayes)的检验,选出GH Copula作为最合适多变量干旱特征联合分布函数,并开展了研究区干旱特征两变量联合分布及重现期研究。结果表明:1 3种Archimedean Copula函数中GH Copula函数对研究区域干旱联合重现期分布的拟合效果最优;2研究区整体上干旱风险较大,东部比西部干旱风险高,南部高于北部;3发生中等干旱和严重干旱时,阿拉尔和柯坪干旱风险增大,整体上"且"与"或"联合重现期的分布大体一致,发生长历时干旱时,干旱的严重程度也大,说明此区域的干旱特征对开展风险管理及应对很不利。     

基于SPEI和SDI指数的云南红河流域气象水文干旱演变分析

本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。     

水系连通变异下荆南三口河系水文干旱识别与特征分析

为揭示水系连通变异下荆南三口河系水文干旱演变特征,运用荆南三口河系五站1956-2016年的月径流量数据,采用游程理论识别该河系水文干旱特征变量,并运用Kolmogorow-Smirnov优度检验法选出干旱历时、干旱强度和峰值的概率分布函数,构建出水文干旱特征联合分布Copula函数,对水系连通变异下该河系水文干旱特征进行深入研究。结果表明：① 1989年为荆南三口河系（1956-2016年）水系连通变异分割点;② 该河系连通性变异前后水文干旱特征均发生显著变化,水文干旱事件发生的次数增多,干旱历时增长,干旱强度增大,峰值增高;③ 各站点的相同单变量重现期下二维联合重现期在水系连通变异前基本上均比水系连通变异后长,二维同现重现期在水系连通变异前均比水系连通变异后短;④ 水系连通变异后,该河系水文干旱历时、干旱强度和峰值呈现增加趋势,且在相同单变量重现期的情况下,干旱历时更长,干旱强度更大,峰值更高;⑤ 水系连通变异后水文干旱特征的变化幅度与变异前存在差异,不同河系其水文干旱特征的变化幅度不同。     

基于Copula函数的中国东部季风区干旱风险研究

利用1961~2016年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格网数据集计算了中国东部季风区不同时间尺度的标准化降水指数,并结合游程理论识别气象干旱事件。常规的单变量和基于Copula函数的双变量频率分析分别用来描述干旱事件的干旱历时和干旱烈度。结果表明：① 3个月时间尺度和6个月时间尺度的干旱特征空间格局非常相似,但与12个月时间尺度的干旱特征空间格局差异较大;② 各时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即具有较长干旱历时的地区往往也是干旱烈度较大的区域;③ 西南区、长江下游地区、黄淮海区北部和南部、内蒙古东部和黑龙江省东部干旱风险较高,而长白山地区、松嫩平原和珠江流域干旱风险较低。研究结果可为中国东部季风区的干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。     

新疆近半个世纪以来季节性干旱变化特征及其影响研究

系统分析新疆不同季节的干旱时空分布,讨论干旱对新疆农业生产的影响,研究结果表明:1新疆四季干旱整体异常均表现为北疆旱(湿润)南疆湿润(旱)或西部干旱(湿润)东部湿润(干旱)2种基本结构。新疆夏季和冬季有向湿润或涝的趋势发展;2北疆西部及北疆南部干旱影响范围减小趋势明显;冬季干旱影响范围减小明显;3北疆地区的受旱面积增加趋势不显著,南疆地区和东疆地区受旱面积显著增加,干旱除受降水影响外,还受到抗旱灌溉设施、抗旱能力、耕地面积的影响。     

基于Copula的近60a京津冀地区干旱灾害危险性评估

干旱灾害是京津冀地区主要气象灾害之一，严重影响社会经济和粮食安全。评估京津冀地区干旱灾害危险性，识别高危险区，旨在为灾害防范和应急调控提供参考。利用1958—2017年37个气象站降水日数据，计算标准化降水指数（SPI6），根据游程理论界定干旱历时和干旱强度。运用K-S检验法、AIC法分别确定指标的最优边缘分布函数和Copula函数，计算5 a、10 a、30 a及50 a一遇水平下干旱强度和干旱历时的重现期。结果表明：京津冀地区20世纪60年代中期至今SPI6呈下降趋势；指数分布和广义极值分布分别是干旱历时和干旱强度的最优边缘分布，Frank Copula在变量联合概率分布计算时拟合最好；就干旱历时和干旱强度重现期而言，30 a、50 a一遇水平下联合重现期为，北京市、沧州市、衡水市及承德市北部等地区的重现期长，危险性低，其余地区危险性较高；站点干旱灾害的联合重现期理论值与实际情况较符合，能够反映实际灾害情况。     

干旱强度及发生时间对华北平原五省冬小麦产量影响

本文利用2001-2016年时间分辨率为8 d的MOD09A1和MOD16A2的数据集,构建了基于NDVI和ET/PET的干旱指数（DSI）,分析华北平原五省不同程度的干旱在时间和空间上的分布情况,探究不同程度的干旱作用于冬小麦不同生长阶段对农作物产量产生的影响。研究表明：① 年际分布上,2001-2002年干旱最为严重,其余年份干旱显著减缓,年内分布上,干旱主要集中发生在春季和秋季,夏季次之,冬季最少;② 空间分布上,河北北部、河南南部、安徽及江苏的中部和北部、山东东部是干旱多发区;③ 干旱对冬小麦产量的影响研究表明,越冬期发生初旱对产量起促进作用,而在乳熟成熟阶段发生初旱则会导致农作物减产;轻旱发生在乳熟期会对冬小麦产量产生显著影响,而中旱发生在开花、乳熟成熟期都会对产量产生显著影响,随干旱程度加重,干旱对作物产量产生显著负作用的生长期越长;此外,在播种时若出现水分短缺也会对冬小麦的产量产生影响,尤其是发生重旱和特旱。研究不同强度干旱发生在不同生长阶段对冬小麦产量的影响,对研究区的灌溉时间规划以及保墒增产具有重要理论与现实意义。     

基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的毛乌素沙地1981—2020年干旱特征研究

大气干旱是影响半干旱沙区植被建设、生态恢复及社会经济可持续发展的重要因素。基于1981—2020年毛乌素沙地10个气象站点的逐月气象资料,计算了月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了该沙区近40年降水和气温的变化趋势、干旱事件及其频率的时空特征。结果表明：（1）毛乌素沙地近40年降水量和气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）;秋季和冬季降水量呈现显著的上升趋势（P<0.05）,四季气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）。（2）毛乌素沙地总体上呈现出不显著的湿润化趋势（P>0.05）,但秋季呈显著的湿润化趋势（P<0.05）;中、西部地区呈现出湿润化趋势,而东部地区则呈现干旱化趋势。（3）近40年毛乌素沙地的月尺度下干旱总频率达32.71%,各等级发生频率为轻旱>中旱>重旱>特旱,季节发生频次为冬季>夏季、秋季>春季;轻旱主要发生在毛乌素沙地的北部、中部、东南和西南部,中旱在东部、北部和西部边缘,重旱在东部、中部以及南部地区,特旱在西北部、南部和东南部区域。     

近50年河北省干旱时空分布特征

干旱是影响我国的主要气象灾害之一,本文采用标准化降水指数SPI作为干旱评价因子对近50年来河北省干旱的时空变化特征进行了研究,得出以下主要结论:(1)春季干旱最为严重,干旱率呈逐渐降低的趋势,夏季干旱率呈逐渐增加、秋季和冬季干旱率略有降低的趋势;(2)春季干旱在20世纪70年代最为严重,夏季、秋季和冬季的年代际干旱分别以2000年以来、20世纪60年代和90年代最为严重;(3)春季干旱发生概率均大于20%,发生概率大于30%的旱情多发地区在各市均有分布;全省大部分地区夏季、秋季和冬季干旱发生概率为20%~30%,夏季干旱多发地区主要集中在河北省北部和西南部,秋季干旱多发地区主要集中在河北省西部和南部,冬季干旱多发地区主要集中在河北省北部。     

青海高原干旱时空分异特征及发生风险研究

青海省干旱灾害具有发生频繁、影响范围大、持续时间长的特点,严重影响本省农牧业生产,对其发生、分布及出现风险进行研究,成果对降低农业生产风险、水利工程布局建设有很好的参考作用。本文通过修正Penman公式中辐射计算模型,定义青海省干燥度干旱指标,将干旱划分为重旱、中旱、轻旱、无旱四级,对青海省1960—2010年的干旱年际变化趋势及空间分布特征进行分析。构造月干旱发生风险指数,以5月份为例对青海省月干旱发生风险进行了评估。主要结论如下:(1)1961—2010年,青海省年干旱程度以重旱与中旱为主,50年来重旱次数呈现极显著减少趋势;无旱次数呈显著的增加趋势;轻旱与中旱次数无明显变化趋势。冬季干旱以重旱为主;春季重旱减弱,轻旱增加;夏季重旱显著减少,无旱次数显著增加;秋季重旱趋稳。(2)柴达木盆地为重旱高发区;青海省东南部久治、河南、班玛等地为无旱或轻旱主要影响区;祁连山区、东部农业区及青南称多、玉树等地受轻、中旱影响较大。(3)5月份,重旱在三江源的东南部、祁连山区、环青海湖区、东部农业区出现可能性低;中旱高风险区位于柴达木的大柴旦、德令哈、乌兰、都兰及小唐古拉山、治多区域;轻旱高风险区域包括天峻、祁连、环湖区域大部分、东部农业区大部分地区及三江源的杂多、玉树、兴海等地。     

Meteorological and Streamflow Droughts: Characteristics,Trends, and Propagation in the Milwaukee River Basin

This study examined meteorological and streamflow droughts for the period from 1951 to 2006 using the Milwaukee River basin in Wisconsin as the study area in an effort to improve the understanding of drought propagation. Specifically, this study aimed to answer the following research questions: (1) What are the temporal trends of meteorological and streamflow droughts identified by drought indicators? (2) How do the drought indicators manifest drought propagation? Meteorological droughts were identified using the Effective Drought Index (EDI), and streamflow droughts were identified using a threshold-level approach. The intensity and duration of both types of drought were found to have decreased over time, most likely due to increasing precipitation. Therefore, in the study area, and likely in the larger region, drought has become of less concern. The propagation of meteorological drought into streamflow drought was detected generally after moderate and severe sequences of negative EDI that eventually led to extreme meteorological drought events. The study finds that both EDI and the threshold-level approach are effective in diagnosing meteorological and streamflow drought events of all durations.     

松花江流域季节性气象干旱特征及风险区划研究

利用松花江流域67个代表性气象站1960~2009年气象观测资料,采用标准化降水指数（SPI）为评价指标,计算松花江流域50 a中各季干旱指数,在此基础上分析了流域季节性气象干旱演变特征及规律,研究发现,松花江流域气象干旱呈现出明显的空间分带性和季节分带性。从地域变化来看,流域干旱区主要分布在东北、西南部;从季度变化来看,春旱和夏旱是流域气象干旱的主要类型,夏季干旱最严重,春季次之。建立评价指标体系实现了基于GIS技术的气象干旱风险区划,针对不同风险区提出相应的抗旱措施,为流域有效应对干旱灾害提供依据。     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料，采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标，分析了石羊河流域水文干旱演变特征，并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致，流域水文干旱历时20世纪70年代最长，80年代最短；干旱烈度全流域90年代最强，烈度最弱出现在80年代；干旱强度全流域60年代最强，80年代强度最弱；石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势，西部增加幅度最大，中部增加幅度很小，流域东部年SDI在波动中呈减小趋势；石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多，四季水文干旱发生频率最高的是春季，冬季干旱发生频率最低；从流域不同地段看，水文干旱发生的频率流域东部最高；构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致，说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级；石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关，与降水量和平均气温呈正相关。     

基于SPEI法的陇东地区近50 a干旱化时空特征分析

选取陇东地区近50 a平均逐月降水和气温数据,采用Mann-Kendall方法、反距离加权插值（IDW）、功率谱分析、标准化降水蒸散发指数（SPEI）等方法分析了陇东地区近50 a来干旱变化的时空特征。研究显示：近50 a来陇东地区干旱化趋势非常明显,特别是20世纪90年代以来干旱趋势显著。持续干旱事件次数增多,持续干旱累积时间增长,以春夏连旱、伏秋连旱的次数增多为显著特征。发生干旱的周期在不同的时间尺度上表现不一致,随着时间尺度的增长,干旱出现的周期也在变长。干旱发生频率不断加快,尤其是在20世纪90年代以来,极端干旱事件的频率显著上升。近50 a来干旱频率较高的区域在环县西北部和六盘山以西静宁等地,干旱高频区逐步向中南部和东部转移。通过与其他方法对比分析和历史资料比对,证明SPEI在陇东地区有较好的适用性。     

明清时期凉山地区水旱灾害时空分布特征

在对四川凉山地区明清时期地方志及四川省志、档案材料、水旱灾害调查材料、今人水旱灾害史料汇编、旱涝分布图集、相关论著等所载水旱灾害史料搜集整理基础上,对四川凉山地区明清时期水灾和旱灾时空分布特征进行了量化统计分析。研究表明:明清时期四川凉山地区水旱灾害频发,而水灾较旱灾更为频繁;水旱灾害发生时间主要集中在春夏季节,其他季节分布较少;水灾与旱灾多隔年发生,较少同年爆发;水旱灾害等级以一般性水旱灾害和大水旱灾害为主,特大水旱灾害相对较少;水旱灾害多发地带集中在金沙江下游一带、安宁河流域一带,其他地域相对较少。明清时期四川凉山地区水旱灾害发生规律对当前凉山地区水旱灾害的防灾减灾具有一定的借鉴意义。     

松花江区气象水文干旱演变特征

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961~2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：① 1961~2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967~1983年和1996~2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。② 松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。 ③ 松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。     

黄土高原气象干旱和农业干旱特征及其相互关系研究

选择标准化降水指数（SPI）和植被状态指数（VCI）分别作为评价黄土高原气象干旱和农业干旱的指标，使用干旱频率和Sen斜率分析了黄土高原地区干旱的分布特征与变化趋势，并探讨了气象干旱与农业干旱的相关性。结果表明：① 黄土高原西部干旱频率总体上高于东部。气象干旱和农业干旱变化趋势在空间上表现有所不同，黄土高原西部、北部气象干旱呈不显著减缓趋势，东部和南部呈不显著加重趋势，但绝大部分地区的农业干旱呈减缓趋势，尤其是400 mm等降水量一线两侧区域。② 季节上，黄土高原夏季和秋季气象干旱频率较高，春季和冬季气象干旱频率相对较低。黄土高原农业干旱频率春季最高，夏季其次，VCI对农业干旱实时监测的适用性更强。③ 不同季节，农业干旱滞后气象干旱的时间长短不同，冬季滞后约2个月，春季滞后约1个月，夏季和秋季滞后少于1个月。黄土高原一熟制种植区的SPI-12值与VCI值具有较好的正相关性。研究结果可以为黄土高原的干旱监测和预警、干旱区划以及干旱灾害风险评估提供科学依据。     

气候变化背景下东北地区气象干旱的时空演变特征

基于中国东北地区98个气象站点历史数据和WCRP多模式耦合CMIP3输出的IPCC SRES A1B、A2和B1气候变化情景下的降雨资料,计算3、6、12和24个月尺度上的标准化降水指数(SPI),结合M-K检测、EOF分解和小波分析,研究东北地区干旱的时空变化格局及其对气候变化的响应特征。结果表明：① SPI能较好地检测东北地区干湿变化状况,4个时间尺度上主要的空间模态具相似的分布型,其中12个月尺度SPI显示东北大部分地区在过去50 a干旱程度呈显著加剧、范围有明显扩大的趋势,其中南部和中部辽河流域是干旱严重区;② 干旱时间变化特征具明显的空间差异,南部干旱第一主周期为11 a,北部则为3.5 a;③ 气候变化情景下,2011~2060年的干旱以前30 a趋强,之后趋缓,且干旱高发区存在一定的北移趋势。     

基于标准化降水指数的1960—2011年中国不同时间尺度干旱特征

利用1960—2011年中国566个气象站逐日降水资料,采用标准化降水指数对近52年中国的干旱特征进行了详细分析。结果表明：近52年来,中国存在一条由东北向西南延伸的干旱趋势带,东北、内蒙古中东部、华北、西北地区东部以及西南地区东部趋于干旱,而西北地区西部的北疆地区、青海中部以及西藏中北部等地呈显著变湿趋势;华北地区干旱化主要是夏季趋于干旱引起的,东北和西南地区的干旱化主要是夏、秋季趋于干旱引起的,西北地区东部和长江中下游地区主要是春、秋季趋于干旱。东北地区20世纪70年代和2000年后轻旱以上日数较多,60年代干旱日数最少;华北地区和西北地区东部90年代最多,60—80年代旱日较少;西南地区东部2000年后干旱日数最多,60—70年代较少;长江中下游地区60年代和21世纪后干旱日数偏多,80年代较少。60年代,易旱区主要位于西北地区中、西部以及长江中下游部分地区;70年代,西北西部和东北地区是干旱的高发区;80年代,易旱区位于华北、黄淮、内蒙古中西部以及西南东部等地;90年代,易旱区转移到中部,西北地区东南部、华北、黄淮、江淮以及江汉等地是干旱的高发区;进入21世纪后,东北、内蒙古东部、西北地区东部、西南东部以及长江中下游的部分地区干旱高发。