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。     

基于格网的青海省干旱灾害综合风险评估

干旱灾害风险评估是执行区域性干旱灾害风险管理的重要举措,是有效实施气象防灾减灾工作的非工程性技术措施。随着气象现代化的逐步实施,干旱灾害风险评估技术和精度的重要性越加凸显。为科学、准确地评估青海省区域干旱的监测精度和干旱灾害风险等级,以青海省为例,采用青海省1961-2010年50个气象站潜在蒸散和降水数据,基于气象灾害风险度评估理论和方法,并根据《青海省地方干旱等级划分标准》,通过干旱灾害风险度模型和ArcGIS空间分析相结合的方法,较为系统地分析了青海省干旱灾害风险时空分布特征及其灾害风险等级。结果表明：近50 a以来,青海境内主要发生了不同程度的冬春季干旱。从时空分布特征来看,轻、中、重度干旱灾害分布和演化趋势基本一致,干旱灾害易发高发区主要分布于柴达木盆地西北部;环青海湖流域和共和盆地以及东部农业区局地处于中等风险水平,其余地区干旱灾害风险水平较低;从市、县、镇区域单元来看,茫崖、花土沟镇、冷湖及格尔木市干旱灾害风险较高,天峻、都兰、乌兰、共和、兴海、同德、贵南、同仁、化隆、循化及唐古拉等地次之,其余地区干旱灾害风险水平较低,青海境内干旱灾害的发生不仅受降水量影响,还与不同类型的下垫面密切相关。     

1960—2016年黄土高原干旱和热浪时空变化特征

基于1960—2016年黄土高原49个气象台站日最高气温和月降水数据,论文利用百分位高温阈值和标准化降水指标对黄土高原干旱和热浪时空变化特征进行了分析,识别并探讨了干旱和热浪同时发生事件的演变规律。结果表明：① 黄土高原热浪频次整体呈增加趋势,日高温热浪增加趋势最大,增速达到0.29次/a,1995年之后增加趋势更为明显,显著增加区域集中在山西东北部、青海省东部和甘肃中南部;② 1960—2016年黄土高原旱涝指数呈下降趋势,即表现为由涝转旱,20世纪90年代初为旱涝变化的转折点,年旱涝指数下降趋势显著区占整个研究区的62%,其中黄土高原沟壑区南部、陕北南部、山西南部、甘肃东部干旱趋势较为明显;③ 干旱和热浪同时发生事件总体呈现增加趋势,增速为0.66次/10 a,其中1960—1979年呈下降趋势,降速为-0.26次/a,1980—2002年呈增加趋势,2003年之后变化趋势较为平稳;空间上,山西东部、陕北南部和甘肃东南部发生频次较高,并且显著增加区主要位于山西东北部、甘肃中东部和宁夏北部。     

基于SPI的1960~2012年西南地区水稻生长季干旱时空特征分析

基于1960~2012年逐月降水资料,选取标准化降水指数（SPI）为干旱衡量指标,将SPI1与水稻各生长阶段（Growth Period of Rice,GPR）相结合,研究西南地区近53 a来整体和水稻（Oryza sativa）4个生长阶段的干旱时空演变特征。结果表明：整体上,西南地区历年干旱站次比均高于50%,全域性干旱特征显著。水稻不同生长阶段干旱时空分布特征差异显著。① GPR1和GPR2阶段以全域性干旱为主,GPR3和GPR4阶段则呈现局域性干旱>区域性干旱>全域性干旱的特征;② 生长阶段内干旱连续性特征明显,尤其是GPR2 阶段,易发生周期为2~6 a的全域性干旱和区域性干旱。③ 轻旱高值区呈现由东北向西南转移的趋势;中旱高发区呈现出明显的从北部向南部移动的趋势;重旱高发区各阶段空间分布差异较大。④ 水稻在GPR1和GPR2阶段主要受轻旱和中旱影响;GPR3和GPR4阶段重旱发生频率上升,影响范围增大。     

基于多变量概率分析的珠江流域干旱特征研究

根据珠江流域42 个站点1960-2005 年的46 年日降水资料,以6 个月尺度的SPI 值表征珠江流域干旱情况。通过Mann-Kendall 趋势分析研究了珠江流域干旱时间演变特征,同时基于多变量Copula 函数,在定义的两种不同干旱情景下,根据两变量联合重现期及其对应的第二重现期,比较性地研究了珠江流域的干旱风险。研究结果表明：(1) 珠江流域西部有变旱的趋势而东部有变湿润的趋势,其中显著的变旱趋势集中在11、12、1 月,显著的变湿趋势集中在6、7 月。同时除个别站点外,干旱历时和干旱严重程度趋势不显著;(2) 珠江流域整体上干旱风险较大,东部要比西部干旱风险高。珠江流域内发生长历时干旱时,干旱严重程度也往往很大,对干旱风险管理很不利。在发生严重程度的干旱时,珠江流域东部的干旱高风险区域增加,威胁珠江三角洲地区水资源安全;(3) 由于第二重现期综合考虑了各种情况,可能第二重现期对干旱风险分析的结果更稳健一些。     

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。     

基于多源数据的西藏东南部历史干旱监测与分析

干旱作为频发的全球性自然灾害之一，造成了严重的社会、经济和生态环境问题。以西藏主要耕作区为研究区，2001—2015年MODIS、TRMM和SRTM DEM数据为数据源，利用植被状态指数（VCI）、温度条件指数（TCI）和降水状态指数（PCI）〖WTBZ〗等模型参量，采用空间主成分分析方法构建区域干旱综合监测模型，对模型精度和可靠性进行检核验证，并以所建模型对研究区2001—2015年逐月干旱进行识别，采用地理时空分析方法对研究区干旱变化特征及趋势进行研究。结果表明，干旱综合监测指数（DCMI）能够较好地反映区域土壤相对湿度与标准化降水蒸散指数（SPEI）的变化，干旱综合监测模型具有较好的适用性；研究区全年干旱频率在空间分布上呈现出西高东低的特征，大部分地区干旱频率小于20%，约12.41%的区域干旱频率超过20%；从不同等级干旱发生频率来看，日喀则市为轻旱、中旱易发区，重旱易发区则集中于日喀则市和昌都市的中部及东部地区；区域月际干旱频率空间格局差异较大，全年干旱易发生于1、8、11月等月份，局部地区干旱易发月份存在差异；区域年内旱情变化趋势差异性较大，10月~次年9月，旱情加剧区域呈现出随月份变化由耕作区东部向西部逐渐转移的趋势。     

1470-1912年西北东部地区极端干旱事件的复原及分形特征研究

通过对西北东部地区1470-1912年干旱灾害历史资料的搜集整理,根据干旱发生强度、持续时间、发生范围,定义了强旱事件,建立了极旱因子模型,复原了443年西北东部地区极端干旱事件,并根据时间分形原理,挖掘出极旱事件时间序列的分维特征。经过对比分析得到以下结论：建立的模型结果与记载结果具有显著的相似性;全序列旱灾时间分维值随极旱强度的增加而降低,与极旱发生周期呈反位相关系;各类别极旱有自己的时间重演律,极旱程度越轻,无标度区越宽,分维值越高,短周期比较明显。     

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。     

青海高原东部河湟谷地生态风险评价——以海东市为例

以位于青海高原东部河湟谷地的海东市为研究区,在土地利用变化分析的基础上构建生态指数,利用移动窗口法获得区域空间连续的生态风险指数,再结合GIS空间分析获得与土地利用空间尺度相一致的生态风险评价结果。结果表明：1999-2009年,青海高原东部农业区土地利用变化明显,有林地、灌木林地、建设用地面积迅速增加,耕地、水浇地、草地面积持续大幅减少,土地利用变化区域占总面积的42.04%;生态高风险区面积增加显著,增长率达27.11%,主要位于未利用地和建设用地区域;生态中风险地区面积减少,主要位于旱地、水浇地、草地分布区域;生态微、低风险区域主要位于林地、灌木林地区域。     

东北地区夏季干旱风险评估与区划

利用东北地区逐日平均气温、降水量资料,定义了夏季干旱指数,分析了东北地区夏季干旱的时间和空间演变规律和特点,计算了东北地区夏季降水变异系数、夏季干旱风险指数和风险概率并进行了分析,定义了夏季干旱综合风险指数,并进行了综合风险分区。结果表明:东北地区夏季干旱在空间分布上呈西重东轻的特点,20世纪90年代以来,东北地区夏季干旱处于前所未有的多发阶段。黑龙江西南部,吉林、辽宁两省西部为夏季干旱高或较高风险区;黑龙江中北部和东部以及吉林、辽宁两省中部为夏季干旱较低风险区;黑龙江中南部、吉林东部,辽宁东南部为夏季干旱低风险区。对于夏季干旱的高风险区和较高风险区要采取重点防御、大力推广抗旱农业生产技术、加大气候预测研究力度、加强东北地区抗旱能力建设等措施,以减轻夏季干旱损失。     

“一带一路”陆域地理格局与环境变化风险

“一带一路”建设是中国在新时期推动国际合作共赢的倡议,旨在打造绿色、健康、智力、和平丝绸之路,保障“一带一路”沿线各国人民共同发展。系统分析“一带一路”沿线国家环境特征、演化趋势与未来风险格局,是“一带一路”建设的科学基础。应用遥感监测、统计资料,探究“一带一路”陆域气候、地形、土壤、水文、植被环境要素空间分布特征和时空差异;依据经典综合自然区划的方法论,将“一带一路”陆域划分为中东欧寒冷湿润区、蒙俄寒冷干旱区、中亚西亚干旱区、东南亚温暖湿润区、巴基斯坦干旱区、孟印缅温暖湿润区、中国东部季风区、中国西北干旱区和青藏高原区等9个区域。结合模型模拟、情景预估等技术手段,将自然灾害损失评估方法论用于预估未来30年高温热浪、干旱和洪涝等突发性极端事件的灾害风险,以趋势—基线对比方法预估宏观生态系统、粮食生产等渐变事件的风险。结果显示,亚欧大陆西部将是暖干趋势;青藏高原两侧区域高温热浪高风险;中东欧寒冷湿润区东部干旱高风险;孟印缅温暖湿润区和中国东部季风区洪涝高风险;荒漠边缘区域为生态脆弱高风险区;中低纬区域为粮食减产高风险区。     

气候变暖背景下中国干旱变化的区域特征

在全球气温日趋升高和极端降水增加的气候背景下，近年来中国干旱变化特征异常突出，新形势下需进一步深入认识干旱发生特征及影响机制。利用1960-2014年中国527个气象站逐日气温和降水量数据，选用改进的综合气象干旱指数（MCI）作为干旱监测指标，详细分析了中国各区域干旱强度、次数和持续时间变化特征及其差异性。结果表明：1960年以来，中国各区域干旱程度加重，范围增大，次数增多，持续时间增长。干旱特征发生了明显的区域变化，各个区域干旱变化差异显著。西南、华中、华北和华南区域干旱程度明显加重，主要是重度以上干旱次数较多。华北和西南干旱年数最多，为45年，其他地方为35~36年，华北重度以上干旱年份最多，为14年，其次是东北和华南的7年。干旱发生时间和区域也有随机性，中国各区域四季都有可能发生干旱，干旱不仅发生在北方干旱和半干旱区域，在南方湿润和半湿润区域同样发生。各区域以夏旱为主，东北以春旱和夏旱居多，华南以秋旱为主。干旱持续时间不等，有时高达9个月。有些区域年内干旱呈单峰型，有些区域为双峰型。气候变暖背景下，中国各个区域干旱呈加重趋势。     

1961-2008年中国西北东部旱涝异常分布及干旱变化特征

 应用主成分分析和旋转主成分分析方法,利用陕、甘、宁、青四省（区）170个测站,对1961-2008年大气干旱指数S＝ΔT/δT-ΔR/δR的地域相关和年际变化特征进行了分析。结果表明：西北地区东部旱涝异常在空间上表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部旱涝异常存在三个基本相关的区域：甘肃东南部及陕西、河西走廊及河套地区、青海区。50 a来,各区在1974-1977年间和1982-1985年间湿润多雨,1994年以后相对少雨干旱。进一步分析发现,研究区域中西部尽管降水是增加的,但干旱指数变化不明显,而区域东部地区干旱指数变化很明显,说明区域中西部地区变湿不明显,而区域东部暖干化趋势明显。     

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。     

基于SPEI的辽西地区气象干旱时空分布特征

干旱是辽西地区最为频繁的自然灾害之一,已严重制约人们的生活和经济发展。以辽宁省西部作为研究区域,借助该区8个气象站点1960-2015年逐月气温、降水数据,计算年、季、月时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,并进行Mann-Kendall 趋势变化和ArcGIS空间可视化分析,揭示了辽西地区近56a气象干旱的时间变化趋势,以及干旱频率和干旱强度的空间分布特征。结果表明：近56a辽西地区干旱发生频率呈现上升趋势,尤其是21世纪以来;季节干旱变化趋势不甚明显,各季节均有干旱发生,其中秋季干旱最严重;辽西各地区均有干旱发生,在年尺度、季尺度和月尺度下发生频率分布不均,总体呈西部频率高东部频率低的趋势;21世纪以来发生连续干旱次数较多,干旱发生强度呈现西南强,东北弱的分布特征,高值中心在建平。     

黑龙江省气象灾害风险评估与区划

利用黑龙江省74个气象站1971-2005年夏季气温和2004-2007年的农作物受灾面积资料,采用信息扩散理论对黑龙江省低温冷害、干旱和洪涝等主要气象灾害进行了风险评估与区划研究,对干旱和洪涝采用受灾指数评估方法。研究结果表明:黑龙江省低温冷害风险概率主要表现为北部大于南部,一般冷害风险概率表现为西南地区大于全省其它地区,严重冷害风险概率则表现为北部地区最高,中部及东南部地区次之;黑龙江省干旱灾害风险概率西部和北部地区明显高于南部和东部地区;黑龙江省洪涝灾害风险概率则表现为中部地区大于全省其它地区,中部伊春地区为全省洪涝灾害高风险区。     

基于SPI指数的甘肃省河东地区干旱时空特征分析

干旱是西北地区主要的自然灾害之一。本文以甘肃省河东地区作为研究区,基于该地区38个气象站1971-2010年逐月降水数据计算标准化降水指数（SPI指数）,分析了不同时间尺度SPI指数的时间序列特征,探讨了SPI₃和SPI₁₂的年代际距平和倾向率的时空变化,以及特旱、重旱和中旱的发生频次。结果表明：（1）随着时间尺度的增加,SPI指数随机性在减弱,持续性在加强。干旱出现较多的时期为1991-2005年,出现较少的时期为1974-1982年。（2）20世纪80年代以前河东地区偏湿,90年代以后河东地区有偏干的趋势。河东地区行政区划分为7个部分,70-80年代,除甘南地区外,其余地区的SPI₃倾向率均显著增加;80-90年代,河东地区SPI₃倾向率持续减少,减少最明显的为定西地区;90年代到21世纪初,河东地区SPI₃倾向率又有增加趋势。对于SPI₁₂来说,自20世纪70年代到2010年,除甘南、陇南和天水地区的SPI₁₂倾向率为先减少后增加以外,其余地区均呈现先增加,后减小,然后再增加的趋势。（3）3个月时间尺度干旱的分布范围广,发生频次高,主要发生于河东地区的北部。12个月时间尺度的特旱主要发生在河东地区的北部,重旱和中旱主要发生在河东地区的东部。     

大理河流域干旱变化特征及其与极端降水的关系

基于标准化降水指数(SPI)方法,对1971—2017年大理河流域干旱变化特征及其与极端降水的联系进行了分析。结果表明:(1)不同时间尺度SPI对降水量变化的敏感程度不同,SPI1和SPI3适用于短期气象旱涝特征的识别,而SPI6和SPI12对揭示区域长期旱涝影响及持续时间效果较好。2种时间尺度SPI(SPI3和SPI12)的时间变异性均呈显著增加趋势。(2)不同季节SPI的变化趋势和干旱等级频次存在差异,仅冬季有一定的下降趋势,其余季节呈增加趋势,秋季最显著。年SPI波动幅度较大,总体上呈增加趋势,2001年以来最明显。干旱等级均以轻旱和中旱为主(21.2%～36.1%),夏、秋季发生干旱的频率最高。(3)干旱事件持续时间呈不显著的减少趋势,长时间尺度干旱事件平均持续时间、最长持续时间以及下降速度均大于短时间尺度。(4)降水集中程度增大会导致SPI1减小,增加干旱发生的可能性。典型极端降水可能会降低干旱发生的概率。     

中国现代干旱灾害的时空特征*

本文提出了一个考虑前期降水短缺影响的干旱指数。利用1951-1991年逐月全国160个站的降水资料划分干旱等级,分析了我国干旱,包括多旱、重旱和持续干旱的区域分布,指出我国主要有四大干旱中心;分析了干旱随时间的变化,发现全国及多数区域的现代干旱存在着线性增长的趋势。最后利用全国干旱受灾和成灾面积讨论了干旱的影响,指出全国近代干旱受灾和成灾面积存在着三个高值期,且总体线性增长趋势也很明显。