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。     

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。     

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。     

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。     

1961-2015年新疆降水及干旱特征分析

基于1961-2015 年新疆地区51 个气象站过去55 a 逐日降水资料,借助标准化降水指数、降水距平百分率表征干旱,利用线性趋势,K-means 聚类,Mann-Kendall 非参数检验,Morlet 小波分析等方法,分析过去55 a 降水及干旱变化特征。研究表明：（1）过去55 a 新疆降水量、雨日整体呈上升趋势,相关系数为0.83,降水量增加主要表现为雨日增长;降水空间分布和聚类得出,降水呈现显著“北多南少”格局,3 个降水分区的降水量表现为III 区 > II 区 > I 区。（2）干旱指数SPI、降水距平Pa极显著相关,干旱频次、影响范围、严重性总体呈现下降趋势;干旱变化率空间分布整体存在一致性,由南向北干旱缓解趋势增大,但局域上又有异质性,北疆个别站点干旱加剧;（3）干旱变化具有周期性,主周期为8 a,次主周期为4 a、16 a。     

呼和浩特市降水的时空变化及干旱特征分析

本文利用呼和浩特及其周边22个气象站点1951-2018年年降水量月数据,定性、定量揭示了呼和浩特地区降水的时空变化及干旱特征。结果表明：呼和浩特多年平均降水量整体呈东南向西北递减的分布规律,以下降趋势为主,有8个站点降水量呈上升趋势。呼和浩特夏季多年平均降水量最大,秋季、春季次之,冬季最少;春季、秋季降水量呈上升趋势,夏、冬两季相反;春季降水量上升速度整体大于秋季,夏季降水量减少速度整体大于冬季。呼和浩特秋季发生干旱事件的频率最高,其次是夏季、年际和春季,冬季最低;整体上,呼和浩特发生轻旱事件的频率最高,其次是中旱和重旱,特旱事件频率最低。本研究丰富了降水量时空变化及干旱特征的研究成果,为区域生态环境改善、水资源问题应对等提供了参考。     

基于MODIS数据新疆土壤干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着新疆的农业生产。利用中分辨率成像光谱仪MODIS影像MOD11A2数据和MOD13A2数据,数字高程模型(DEM)对Ts进行了纠正,提取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)构建NDVI-Ts特征空间,并依据特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为监测土壤湿度指标,反演了新疆2013年5、6、7三个月每16 d的土壤湿度。较好地反映地表图层土壤湿度,分析了新疆土壤湿度的时空分布特征,新疆北部地区土壤湿度高于南部,西部的土壤湿度高于东部,且土壤湿度由西北向东南逐步减小,依次表现为湿润>正常>轻旱>中旱>重旱>极旱;由5月到7月土壤湿度不断增大,这与新疆降水量分布和实地土壤含水率十分吻合,监测结果可信,能够为决策部门防旱抗旱提供有力的信息支持。     

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。     

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。     

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。     

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。     

近50 年西南地区极端干旱气候变化特征

利用中国气象局整编的1960-2009 年西南地区108 站逐日气温、降水等资料,计算年、月地表湿润指数,并进行标准化,统计极端干旱发生频率,对年际、年代际、季风期和非季风期的极端干旱变化特征进行分析,得出结论：(1) 整体上,四川盆地西南部、横断山区南端、广西南部沿海和贵州北部是近50 年来年极端干旱发生频率明显增加的地区;年代际变化上,20 世纪60-80 年代极端干旱呈逐渐减少趋势,高发区交替出现在东南-西北-东,90 年代下降明显,整个地区都转湿,进入21 世纪后,极端干旱距平呈现正距平,且增幅较大,区域间差异却显著减小。(2) 季风期与非季风期的极端干旱变化有很大差异,季风期极端干旱频率在不断增加,多发生在四川盆地周边海拔较高的山区、广西大部和“帚形山脉”地带,海拔对季风期极端干旱发生频率有一定影响;非季风期缓慢下降,整体偏湿。(3) 通过滑动t 检验和小波分析发现,季风期西南极端干旱在2003 年发生突变,非季风期在1989 年突变,年极端干旱发生频率是季风期和非季风期的突变叠加的结果;年极端干旱存在准5年和准12 年的周期变化。     

河南省气候变化特征及其对旱涝的影响

根据河南省21个气象站点1960-2013年的气温和降水资料,运用趋势线法、Mann-Kendall突变检验、Z指数法、马尔科夫模型、经验正交函数分解等研究了河南省气候变化特征及其对旱涝的影响。结果表明:(1)河南省气温呈现上升趋势,气温突变点是1997年;降水量呈现弱减少趋势。气温从南部向北部逐步降低,中部地区增温趋势明显;降水量由东南向西北逐步减少,中东部地区呈现增加趋势,北部、西部、南部呈现减少趋势。(2)河南省干旱化趋势不断加重。气温变化与旱涝发生次数具有同步性。气温突变点1997年前后对比发现,极端涝灾发生次数明显减少,极端旱灾发生次数明显增加。运用马尔科夫模型预测旱涝随时间变化的趋势,河南省以正常状态概率最大,旱灾状态概率大于涝灾。(3)河南省主要的旱涝空间分布型态分别为整体一致型、南北反位相型、东西反位相型。年际旱涝趋势空间变化与降水量趋势空间变化基本一致;春季的变干趋势从北部向南部逐步加重;夏季的增湿趋势,从西华-南阳一线,分别向东南和西北逐步减轻;秋季整个区域有变干趋势;冬季的增湿趋势从西南向东北逐步加重。     

1901-2012年中国西北地区东部多时间尺度干旱特征

以干旱的多时间尺度特征出发,利用CRU最新数据,计算了考虑降水和气温双因子影响的标准化降水蒸散指数(SPEI),并与标准化降水指数(SPI)进行对比,分析中国西北地区东部1901-2012年不同时间尺度的干旱特征。本文不仅对百年来CRU资料的可靠性进行检验,而且对SPEI在西北地区东部的适应性进行讨论。结果表明:CRU资料可靠性较好,但由于CRU资料本身的属性,1920年以前资料的可靠性不确定。从干旱事件的发生强度及干旱范围分析,SPEI在西北地区东部具有较好的适用性。SPEI与SPI在不同时间尺度下的波动变化一致,短时间尺度主要表现年内或季节特征,长时间尺度则侧重表现年际、年代际特征。将研究区分为高原东北区和陕南区进行分析,1901-2012年高原东北区有4个干期,陕南区有5个干期。针对温度变化对西北地区东部干旱的影响及与SPI对比表明,高温对干旱的贡献不容忽视。     

中国干旱灾害评估与空间特征分析(英文)

Based on the monthly precipitation data for the period 1960-2008 from 616 rainfall stations and the phenology data of main grain crops,the spatial characteristics of drought hazard in China were investigated at a 10 km×10 km grid-cell scale using a GIS-based drought hazard assessment model,which was constructed by using 3-month Standard Pre-cipitation Index (SPI).Drought-prone areas and heavy drought centers were also identified in this study.The spatial distribution of drought hazard in China shows apparent east-west dif-ference,with the eastern part of China being far more hazardous than the western part.High hazard areas are common in the eastern and central parts of Inner Mongolian Plateau,the central part of Northeast China Plain,the northern part of Heilongjiang,the southeastern part of Qinghai-Tibet Plateau,the central and southern parts of Loess Plateau,the southern part of North China Plain,the northern and southern parts of Yangtze River Plain,and Yun-nan-Guizhou Plateau.Furthermore,obvious differences in drought hazard were found both within and between different agricultural zonings.     

未来气候变化对我国南方水稻主产区季节性干旱的影响评估

研究我国水稻主产区季节性干旱受未来气候变化的影响, 对调整水稻种植布局、提高水稻生产适应气候变化能力具有重要意义。本文通过对比时间跨度为1981-2030 年水稻生产可用水量和季节性干旱的时空分布和干旱程度, 得出气候变化对未来我国水稻主产区季节性干旱有显著影响。主要结论有:2001-2030 年(对照期) 与1980-2000 年(基准期) 对比, (1) 早稻和晚稻生长季可用水量均值增加了10%以上, 中稻生长季可用水量保持不变。同时, 中稻和晚稻的生长季可用水量的空间分布更加均匀, 表明由于气候变化的影响, 水稻主产区水稻生长季可用水量从整体上会更加充沛、空间分布会更加均匀, 有利于缓解季节性干旱的发生。(2)水稻的季节性干旱均呈下降趋势, 早稻季节性干旱减少1.25 万km², 中稻季节性干旱减少8.00万km², 特别是晚稻季节性干旱减少25 万km², 几乎占晚稻种植面积的20%。表明由于气候变化的影响, 水稻主产区水稻季节性干旱总体趋于缓解, 特别是晚稻季节性干旱问题有明显改善。(3) 通过建立水文循环过程中可用水量与作物生长季需水量之间的关系, 构建的基于分布式水文模型的水分供需指数(WSDI) 适用于评估未来气候对水稻主产区季节性干旱的影响。     

近60年来西南地区旱涝变化及极端和持续性特征认识

利用1953~2012年中国西南地区44个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化旱涝指数,从旱涝的年代际、年际、季节内变化以及极端和持续性特征等方面进行了分析,结果表明：从旱涝的空间趋势变化来看,西南近60 a来秋季和年变化呈显著的一致变旱趋势,而春、夏、冬3季旱涝变化趋势表现出一定的区域性特征;从旱涝的时间演变来看,在温度与降水双重因子驱动下春、夏、秋、冬均表现为干旱化趋势,相比较秋季的干旱化程度最强,而春季的最弱,夏、冬两季相当,而全年的干旱程度比四季的程度更强;从极端旱涝的多时间尺度来看,在年代际和年际尺度上,极端洪涝发生频次逐渐减少,而极端干旱发生频次逐渐增多,从季节尺度看,春、冬两季极端干旱发生频次较多,而夏季最少,极端洪涝发生频次夏季最多,春季次之,秋季最少。从旱涝的持续性特征来看,持续性干旱事件的持续时间有增长趋势,发生频率有增多趋势,发生强度有增强趋势,并且主要发生在冬春两季,而持续性洪涝事件的持续时间、发生强度没明显变化趋势,发生频率有减少趋势,发生的季节也没明显差异。     

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。     

挠力河流域水稻生育期水分供需特征研究

基于MODIS遥感序列数据、常规气象数据、水稻生育期资料,利用区域遥感蒸散模型和水分盈亏评价模型,从栅格尺度揭示挠力河流域水稻生育期水分供需特征及水分盈亏状况。研究发现：① 全生育期的需水均值和降水均值分别为673.88 mm和291.81 mm,且各生育期的水分供需态势存在较大差异。中期的有效降水量与需水量分别占全生育期的42.25%和48.35%,而成熟期的有效降水量与需水量均偏低;② 水稻的缺水均值达到382.08 mm,空间上呈西、西北高而东、南、北端偏低的特点。全生育期和初期以轻度干旱为主,中期中度干旱区面积增加了10.68%,方向性极化特征突出,至成熟期缺水态势愈加严峻;③ 应依据不同生育期的水分供需特点来差别化灌溉水稻,对于中期和成熟期而言,应分别保证流域西北部和东南端的水稻用水需求。