干旱指标研究的进展与展望

对气象干旱指标、农业干旱指标、水文干旱指标和社会经济干旱指标4个方面的研究成果进行了较为全面的对比分析,并提出了干旱指标研究中仍存在的主要问题以及今后研究的重点与展望。干旱气候的影响具有持续时间长、范围广、灾害程度重的特点,而干旱指标是衡量干旱气候的标准。分析指出,按照大气、土壤、水文和作物干旱的相互关系及其因果关系,应该首先考虑大气干旱,而考虑大气干旱时,最好利用降水百分数或距平百分率,这样便于统一比较各个地区的干旱程度。其次,再根据不同的领域和对象,考虑土壤、农作物、牧业和水文干旱等。在研制干旱指标时,要注意要素的可收集性及其适时性,考虑主要要素和监测业务的可行性,干旱指标要简单、明了,可计算性强,以便于业务使用和推广。     

基于多种卫星的县级尺度干旱监测指数比较——以河北玉田县为例

为确定不同遥感数据源在县级尺度进行干旱监测的能力,利用环境减灾卫星、SPOT4和RAPIDEYE数据分别构建了垂直干旱指数、修正垂直干旱指数和温度植被干旱指数,以河北玉田县为例进行了对比研究。结果表明,基于环境减灾卫星的垂直干旱指数和修正垂直干旱指数变化与RAPIDEYE趋势一致,在冬小麦拔节期,当土壤含水量较高时,两指数值起伏变化不明显;在抽穗期,两指数能较好反映各层土壤含水量的起伏变化。而基于SPOT4的修正垂直干旱指数在一定程度上反映土壤含水量的变化特点,垂直干旱指数对土壤含水量变化不敏感。从数据源选取角度,环境减灾卫星和RAPIDEYE在县级尺度具有较好的干旱监测能力。由于基于环境减灾卫星的温度植被干旱指数与冬小麦单产具有显著以上水平的相关性,据此建立的线性估产模型是一种简单易行的旱灾预警模型。     

异常干旱气候事件及其对农业影响评估模式

分析华北地区干旱的特点,指出干旱是该地区最突出的气象灾害;采用降水量距平百分率和干旱指数分别确定了单站及区域干旱等级标准,并对近40年主要干旱事件强度(等级)进行评定;最后依据干旱指数建立了干旱受灾面积和成灾面积评估模式,以及干旱经济损失评估模式.评估结果与实际基本吻合.     

宁夏中南部地区干旱变化趋势分析

采用国家最新发布的综合气象干旱指数,详细分析了宁夏中南部地区干旱发生频率、日数和强度的变化趋势。发现宁夏中南部地区春、夏季干旱变化趋势基本相似,而与秋季干旱变化趋势基本相反。20世纪60年代至80、90年代,宁夏中南部地区春、夏季干旱总体呈弱减轻趋势,而秋季干旱呈非常显著的加剧趋势,80、90年代秋季干旱强度较60年代增强了两倍多;进入21世纪以来,春、夏季干旱显著加剧,中部干旱带春、夏季干旱、南部山区夏季干旱强度较20世纪90年代平均增加了约1~2倍,而秋季干旱出现了明显减弱的新趋势。随着春、夏季干旱加剧,对农林牧业\,生态环境、人畜饮水的影响越来越严重,旱灾造成的损失也在不断增大,应引起高度重视。最后提出了应对干旱加剧的措施建议。     

农业干旱业务化监测研究进展与展望

业务化农业干旱监测系统是农业干旱监测和预测以及农业风险评价和防范的有力工具,为了更好地促进农业干旱业务化监测的发展,系统回顾了基于气象变量、土壤湿度、植被状态和多变量等4类常用干旱指数,详细分析了美国、中国、欧洲和联合国粮食及农业组织等业务化农业干旱监测系统的特征,讨论了业务化农业干旱监测系统中存在的问题：如数据的质量及融合不稳定、综合干旱指数的构建不确定、监测的时间分辨率有待提高、缺乏考虑水文条件以及作物的生长过程等影响的问题。展望了未来农业干旱业务化监测,应从利用多源数据监测干旱、构建综合指标时需考虑区域时空差异及不同指标间的累积性和滞后性、加强机器及深度学习在综合指标构建中的作用、发展日时间尺度监测干旱以应对骤旱事件的发生、强化作物生长过程模型和先进的技术手段在干旱监测中的作用等方面深入发展。     

农业干旱监测研究进展与展望

本文全面分析了农业干旱的概念内涵及其与其他干旱类型之间的关系,进而从基于站点监测和基于遥感监测两个方面,系统梳理了国内外农业干旱监测的近今进展,对比了不同干旱监测指标的适用范围和局限性;同时,通过文献统计和重要文献引用揭示了国内外农业干旱监测研究的发展历程和最新进展,即农业干旱监测指标从传统的单一气象监测指标逐渐向气象与遥感相结合的综合监测指标转变。最后,在分析农业干旱监测现有挑战和困境的基础上,将农业干旱监测未来发展趋向归纳为5点展望,即进一步明晰农业干旱发生机理和受旱过程、识别农业干旱影响因素及其相互作用关系、构建多时空尺度农业干旱监测模型、耦合农业干旱定性表征与定量评估模型以及提高农业干旱监测模型中遥感数据的应用水平。     

中国主要河流干旱特性的统计分析

在大量实测年径流量资料的基础上，分析了作为水文干旱定量指标负轮长的统计变化特性，并以哈尔滨和陕县为例，以随模拟途径探讨了严重干旱出现可能性的定量估计方法。结论是：－Ⅲ型分布可用来表示负轮长的统计特征；严重干旱出现可能性的定量估计，随机模途径最适当。     

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。     

基于土壤水分的农业干旱监测研究进展

土壤水分是评估农业干旱的关键变量。然而长期以来,由于缺乏大范围、高精度、长时间的土壤水分观测数据,基于土壤水分的农业干旱监测在实际应用中受到限制。近年来,随着遥感观测技术的发展,土壤水分数据的时空覆盖度和产品精度显著提升,基于土壤水分的农业干旱监测逐渐吸引更多的关注。论文系统归纳了站点观测与微波遥感观测的土壤水分数据特性,综述了目前基于土壤水分的3种农业干旱监测指标：基于长时间土壤水分序列的干旱指标、基于土壤水分与土壤水力学参数的干旱指标和基于土壤水分等多变量综合的干旱指标。最后,论文从提高土壤水分数据空间分辨率、加强农业干旱机制研究与完善农业干旱监测体系三方面提出基于土壤水分的农业干旱监测所面临的挑战与机遇,以期为未来的相关研究提供参考。     

气候变暖背景下中国干旱强度、频次和持续时间及其南北差异性

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灾害影响机制。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）作为监测指标,详细分析了中国干旱强度、频次和持续时间变化特征及其南北差异性。结果表明：气候变暖背景下,中国干旱范围扩大、程度加剧、频次增加;干旱发生的范围发生了明显的转移,北方干旱加剧的同时,南方干旱明显加重,尤其是大旱范围明显增加。中国干旱范围主要在黄河流域以南和长江以北地区。干旱频次北方高于南方,东部高于西部,长江流域以北干旱频次较高。中国干旱持续时间较长,而且四季都有可能发生干旱。干旱不仅发生在干旱区和半干旱区,湿润和半湿润区域也常有干旱发生。不同年代、不同区域干旱发生的程度、持续时间和频次有一定的差异。中国20世纪90年代中后期至21世纪初期干旱范围最广、持续时间最长,造成的损失最严重。中国干旱强度、频次和持续时间南北差异性显著。气候变暖后,中国干旱强度加重、范围扩大、频次增加和持续时间增加明显。     

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。     

基于标准化降水指数的陕西黄土高原地区1971—2010年干旱变化特征

利用陕西黄土高原地区68个气象站降水资料,选择标准化降水指数（SPI）为干旱指标,分析了该地区最近40年（1971—2010年）的月、季、年干旱特征,在此基础上利用经验正交函数(EOF)分解方法进行了干旱分区,并分析了全年及各季节干旱站次比和干旱强度的年际变化。结果表明:EOF分解第1、2、3特征向量分别反映了陕西黄土高原地区干旱的一致变化、南-北反向分布和中部-南北反向分布的不同特点;年度干旱站次比和干旱强度有明显的阶段性分布特点,在年代之间有重-轻-重-轻的变化趋势。2001年以来,年度和夏、秋、冬季干旱强度都有不同程度降低,春季干旱有增强趋势。陕北和关中地区的春季、夏季干旱变化趋势相反,秋季、冬季干旱变化趋势一致。地区平均每年出现干旱月3.8个,几乎每年都有干旱月出现,最多的一年可出现6—9个干旱月。     

基于MODIS和TRMM数据的黄土高原农业干旱监测

农业干旱对农业生产影响最为严重,基于站点观测数据的干旱指数不能准确监测区域尺度的农业干旱特征。因此,利用2003—2015年MODIS地表温度(LST)、植被指数(NDVI)和TRMM降水(3B43)数据以及1960—2015年黄土高原地区及周边92个气象站点的月均温和月降水量数据,构建了综合遥感干旱监测模型规模干旱条件指数(Scale Drought Condition Index,SDCI),对黄土高原地区农用地生长季(4～10月)旱情的时空分布特征进行研究,结果表明:黄土高原地区农用地生长季多年平均干旱状态为中度干旱,干旱程度在空间上表现为西北部较严重,东南部较轻。2003—2015年黄土高原地区旱情年际变化总体呈波动减轻趋势,2003—2007年旱情越来越严重,2007—2014年旱情波动减轻,2014—2015年旱情有所加重。黄土高原地区旱情年内变化表现4～8月持续减轻,8～10月持续加重,干旱程度具体表现为4月、5月、6月和10月呈中度干旱,7月、8月和9月呈轻度干旱。研究表明利用多源遥感数据构建的具有适当权重的SDCI可以有效监测黄土高原地区作物生长季的干旱状况。     

1960-2016年黄土高原多尺度干旱特征及影响因素

明晰黄土高原干旱特征对于生态工程建设和社会经济可持续发展具有至关重要的作用。基于1960—2016年黄土高原59个气象台站数据和标准化降水蒸散指标（SPEI）,本文分析了黄土高原多尺度干旱时空变化特征,并探讨了遥相关指数对黄土高原干旱变化的影响。结果表明：① 黄土高原SPEI指数呈下降趋势,其中70年代初和90年代末为显著干旱时期,80—90年代初为较湿润时期;② 年尺度SPEI呈下降趋势的区域遍布整个黄土高原,以山西西部、宁夏北部和甘肃中东部最为显著,而黄土高原西北和西南部则表现为变湿趋势;③ 春、夏和秋三季SPEI均呈下降趋势,且夏、秋季下降趋势较大,趋势系数均为-0.03/10a。春季干旱趋势与年际变化较为一致,秋季干旱趋势范围较大,占总面积的64.53%,冬季干旱范围较小且不显著;④ 多尺度干旱同时受IOD、NAO、PDO、AMO和ENSO3.4等遥相关指数的共同影响,且该影响存在明显的年际和年代际相位转换特征。多元回归分析显示,IOD和NAO对黄土高原干旱解释率较高,分别为22.98%和12.23%,而ENSO3.4解释率较低,表明黄土高原降水变化与西南季风具有较好的关联性。     

甘肃黄土高原春旱的气候特征及预测方法

利用甘肃黄土高原55个气象站在1968-2000年间的春季降水、气温资料, 计算了春季干湿指数, 划分了春旱标准, 用REOF方法进行了气候分区, 分析了其时空分布特征和变化规律, 计算了其与欧亚500hPa高度场、赤道北太平洋海温和高原加热场的相关关系, 建立了甘肃黄土高原春旱的均生函数预测模型。结果表明, 干旱有三个高发区, 频率为36%~57%, 约2~3年一遇, 且有增加的趋势。春旱与当年高原500hPa高度场、赤道北太平洋海温及上年盛夏高原加热场呈正相关, 与前期冬季高原加热场呈负相关, 所建立的预报模型有一定的预报能力。     

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.     

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。     

中国黄土高原地区干旱特征

利用黄土高原51站40年气象观测资料及修正palmer干旱指数,主要采用EEOF(扩展经验正交分解函数)等分解方法,研究黄土高原土壤干旱演变。结果表明:40年来干旱趋于加重;1973年、1989年为Petitt变点,1973年之前旱年相对较少,1989年之后干旱年份明显增多干旱加重;干旱最敏感区(变化大值区)在高原腹地,高原周边地区干旱变幅较小;干旱变化振荡周期以2~4年为主;干旱准2年振荡的空间演变清晰,干旱移动方向和强度变化比较明显,在5个月之内强度、范围加大,大值区数值增大并向周围扩展旱情加重,再经过5个月后干旱大值区的数值下降快于周围,从敏感区向高原四周扩散;干旱变化强度、位相等具有区域差异,主要存在高原西部、晋中盆地、高原东北部、关中平原、渭河上游区等5个次区域。     

黄土高原沟壑区干旱阳坡的地域分异特征

针对黄土高原沟壑区干旱阳坡这种典型的困难立地进行因地制宜的植被恢复建设。本文选取甘肃西峰、山西吉县、陕西安塞、宁夏固原为研究区,采用25 m分辨率的DEM为数据源,基于GIS提取相关地形信息研究其干旱阳坡的地域分异特征。结果表明：①不同类型沟壑区干旱阳坡面积比例占45%～54%,表现为高塬沟壑区＞过渡地带＞丘陵沟壑区。②不同类型沟壑区干旱阳坡面积比例随坡度的变化规律不同,高塬沟壑区呈左偏态分布,其他样区均基本呈近似正态分布,且丘五区和过渡地带呈双峰现象。③不同类型沟壑区梁峁坡面积比例关系为：高塬沟壑区>过渡地带>丘陵沟壑区;沟坡面积比例为：丘陵沟壑区>过渡地带>高塬沟壑区;川台地面积比例为：丘五区＞过渡地带＞丘二区＞高塬沟壑。④不同类型沟壑区各立地类型组所占的面积比例各不相同,除高塬沟壑区外基本呈阳向缓坡组＞阳向陡险坡组＞坡顶或沟底。研究成果可为黄土高原地区开展抗旱造林与植被重建提供理论依据。     

农户尺度的黄土高原乡村干旱脆弱性及适应机理

干旱脆弱性及人类对干旱的适应机理分析是干旱及半干旱地区人地关系研究的重要内容,也是西北地区乡村人地系统可持续性研究的新视角。本文运用Turner脆弱性分析框架,将其改进应用到黄土高原乡村农户的干旱脆弱性及其适应领域,选取榆中县和长武县气象数据和农户调查数据,应用主成分分析、综合指数法、差异性分析和鲁棒性分析等方法分别对指标权重、农户干旱脆弱性指数及其差异性与脆弱性指数的不确定性进行分析与检验,并从适应能力、适应策略和适应模式三个层面揭示适应机理。主要结论为：①中连川乡农户干旱脆弱性指数大于洪家镇,且不同村落间农户干旱脆弱性指数差异显著;②农户干旱适应机理为暴露—敏感性影响农户收入,农户生计系统是适应干旱暴露扰动的决定因子,农户类型、生计方式、土地利用、灌溉设施和政策扶持的差异性产生不同的适应模式和适应效果;③农户干旱脆弱性指数排名出现频率较高且排名变化范围较小,具有较强的鲁棒性,表明农户干旱脆弱性计算结果具有稳健性。