基于SPEI的中国西南地区1961-2012年干旱变化特征分析

利用1961—2012年中国西南地区86个气象站逐月降水量和平均气温资料,引入一个新的干旱指数——标准化降水蒸散指数(SPEI)作为干旱等级划分指标,研究了1961—2012年该地区不同时间尺度干旱的变化特征。结果表明:该地区12个月尺度干旱频率在云贵交界区呈显著增加趋势,其他区域变化不显著且不一致;少雨期(11—4月)6个月尺度干旱频率在全区显著增加,而在多雨期(5—10月)大部分区域干旱频率呈缓慢减少趋势,减少最明显的区域在四川南部;3个月尺度干旱频率在春季变化不明显,在秋季和冬季显著增加,其中2000—2012年的增加趋势尤为显著,干旱化趋势严重。     

三种干旱指数对西南地区适用性分析

利用1951年1月2011年12月中国160个气象站的月降水量和平均气温资料,计算了近61年西南地区18个气象站逐月M指数和季、半年和年尺度的逐月SPI和SPEI指数。参考过去该地区发生的干旱灾害历史资料,研究了三种指数对不同时间尺度干旱的表征能力。结果表明:(1)SPEI指数能抓住降水和蒸发这两个影响干旱的重要决定因素,对西南地区季、半年、年尺度的干旱有较好的表征能力;(2)SPI指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱表征是适用的,对半年尺度的干旱也适用,但表征能力不及SPEI指数,对季节尺度的干旱,春、秋季是适用的;(3)M指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱,部分站点是适用的,对半年尺度的干旱,夏半年是适用的,对季节尺度的干旱,春、夏季是适用的。     

淮河流域1914—2013年气候干湿变化特征

利用淮河流域1914—2013年标准化降水蒸散指数(SPEI)研究流域的气候干湿变化、干旱的时空分布和周期特征,结果表明：流域的年际和年代际变化均呈湿润化趋势;四季中,除秋季外均通过了Mann-Kenddall趋势检验(0.05显著性水平),秋旱最易发生。干旱空间分布非常不均匀,不同程度的干旱频率有较大的地区差异,中旱频率高值区位于流域西北以及东北部,重旱频率由北向南递增,极旱频率在流域内较小,高值区域位于流域的东南角。流域均呈湿润化趋势,但西部、东部和北部边界一带湿润化趋势不明显。淮河流域存在35～65 a、17～30 a、3～7 a的三类尺度的干旱周期,以55 a为第一主周期。     

江门市2003—2021年干旱特征分析

基于2003—2021年江门市6个国家气象观测站和17个区域自动气象站逐月降水和气温资料，应用标准降水蒸发指数(SPEI)分析该区域干旱时空特征。研究结果表明：(1)近19年来，江门市干旱整体有不明显的湿润趋势，年发生频率为31.6%,平均站次比为38.4%,平均强度值为0.7,发生干旱时，以全域性轻旱为主。空间分布上，干旱发生的频率较高，但强度较低且以轻旱为主。全市存在一致变旱或变涝的特征，易出现全域性的干旱或洪涝。(2)江门市除了夏季有微弱的干旱趋势外，其他季节都呈湿润趋势，冬季最为明显。各个季节干旱发生的频率都较高，发生干旱时覆盖的范围也较大，且多数为全域性或区域性干旱。各个季节的干旱强度也比较接近，都以轻旱为主。年尺度SPEI在江门地区的适用性表现优秀，能准确识别出5个干旱过程，但季节尺度SPEI适用性表现一般，仅识别出3个干旱过程。     

基于SPEI的广西喀斯特地区1971—2017年干旱时空演变

利用广西喀斯特地区64个气象站1971-2017年逐日气温和降水量观测资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)作为干旱评价指标,分析该地区干旱时空演变规律。结果表明,广西喀斯特地区年尺度干旱基本为2 a一遇,发生频率中部低、东西部高,以轻旱和中旱为主。秋旱发生频率最高,冬旱次之,春旱和夏旱发生频率较低,各季节干旱多以轻旱为主。其中,春旱3~4 a一遇,发生频率由西南向东北呈递减趋势;夏旱3~4 a一遇,发生频率由东向西呈减弱趋势;秋旱接近1 a一遇,发生频率中东部高于西部,该季节中旱、重旱和特旱发生频率也明显高于其他季节;冬旱1~2 a一遇,发生频率西北部较高,且由西向东呈递减趋势。1971-2017年,广西喀斯特地区冬旱、夏旱呈波动减弱趋势,春、秋旱呈增强趋势。在15~20 a时间尺度上,年和各季节的干旱存在明显的干湿循环,5 a以下小尺度干旱周期振荡更频繁。SPEI与土壤湿度呈显著正相关,利用SPEI可较客观反映该地区旱情。     

西南地区秋季干旱的年代际转折及其可能原因分析

采用1961~2012年中国气象局753站降水和温度资料、NCEP/NCAR全球大气再分析资料、NOAA海表温度资料等,应用观测统计分析和全球大气环流模式NCAR CAM5.1数值模拟,基于标准化降水蒸散指数(SPEI),对我国西南秋季干旱的年代际转折及其可能原因进行了分析。观测分析结果表明:(1)西南秋季干旱的主要分布型为全区一致型;西南秋季SPEI在1994年发生年代际突变,突变后(前)为偏旱(涝)期。(2)西南秋季偏旱期的主要环流特征是,西太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大、强度偏强,南支槽偏弱,西南地区存在下沉运动。(3)热带东印度洋-西太平洋的海表温度年代际升高对西南秋季SPEI在1994年发生年代际突变有重要作用,该关键海区海表温度异常升高,一是会使秋季西南地区500 hPa高度场偏高,南支槽减弱;二是产生偏强的Hadley环流,使得我国西南地区存在下沉运动;三是会在西太平洋激发气旋性环流,使我国西南地区被偏北气流控制,削弱了向我国西南地区的水汽输送,容易造成该地区的秋季干旱。应用NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行了关键海区海表温度年代际变化的敏感性试验,验证了观测分析结果,即秋季关键海区海表温度年代际升高对西南秋季年代际变旱有重要作用。     

中国西南地区春旱特征及其异常环流分析

利用中国西南地区云、贵、川、渝四省市95个气象台站1961-2017年逐日气温和降水量数据及NCEP/NCAR月平均再分析资料,计算了57年来西南地区春季季节尺度标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了西南地区春季干旱时空变化特征、干旱的异常环流特征及异常海温分布特征。结果表明,1961-2017年中国西南地区西部变暖变湿,东部变暖变干;SPEI指数存在明显的年代际变化特征;西南地区SPEI指数主模态呈整体一致分布,第二模态呈东西反相分布;对流层低层自西南地区的异常东北气流及青藏高原南侧的异常东风气流不利于源于印度洋和孟加拉湾的水汽向西南地区输送,200hPa副热带西风急流异常对西南地区干旱有重大影响,200hPa上西南地区表现异常辐合,配合中层显著的异常下沉运动,容易造成西南地区干旱;太平洋、印度洋海温异常,会影响大气环流,进而影响西南地区的旱涝情况。     

基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征

干旱灾害是甘南高原发生最频繁的气象灾害之一,严重影响该地区农牧业生产和生态环境安全。利用1973—2022年甘南高原及周边31个气象观测站逐月降水和气温观测数据,选取标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）表征气象干旱,采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope估计方法,研究甘南高原年、季尺度的干旱时空分布及变化特征。结果表明：近50 a来,甘南高原年SPEI呈显著减小趋势,全域整体趋向干旱化,1986年为突变年。干旱变化趋势存在季节差异,夏、秋季呈干旱加剧趋势,春、冬季则相反。年和季SPEI变化趋势存在空间差异性,年和秋季全域呈干旱化趋势;夏季甘南高原中东部呈干旱加剧趋势,春季与夏季相似,但春季干旱加重区域和干旱化程度明显小于夏季;冬季整体呈干旱减轻趋势。甘南高原年和季节尺度不同等级干旱发生频率有明显的空间差异,高原中东部轻旱频发,高原南部中旱和重旱高发,特旱各区域发生频率均较低;高原西部干旱发生频率总体小于高原中东部。     

中亚复合高温干旱事件识别与特征分析

由于复合高温干旱事件造成的综合效应远超普通干旱事件,复合高温干旱日益受到人们关注。基于中亚地区1981—2020年欧洲中期天气预报中心的第五代再分析陆地产品（Land Component of the Fifth Generation of European Reanalysis, ERA5-Land）的逐小时温度数据、月尺度潜在蒸散量数据和日尺度多源集成降水产品,计算标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）和日最高温度,识别复合高温干旱事件并分析其特征,得到以下结论：（1）复合高温干旱事件在中亚各地区空间分布上呈非集中趋势,1980年代、1990年代、2000年代和2010年代发生频次较高的区域分别位于东南部、北部、西北部和西部;（2）这些事件的时间分布表现出由大波动变为平稳小波动的趋势,且2020年之后将维持此平稳状态;（3）分析1984、1993、2010、2020年4个复合高温干旱事件典型年份,发现1984年高温干旱主要集中在中亚东南部,1993年仅零星地区偶发,2010年北部多发复...     

干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响

为了探讨干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）的影响,本文基于2000～2020年12个月尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）和同一时期的MODIS(Moderate-resolutionImagingSpectroradiometer) NPP数据,运用Theil-Sen趋势分析和MannKendall非参数检验方法对干旱与NPP时空变化特征进行分析,并采用相关分析方法探讨干旱对锡林郭勒草原NPP的影响。结果表明：锡林郭勒草原气候整体呈湿润趋势,东部较西部更为明显;NPP呈增加趋势,由东北向西南递减;SPEI与NPP呈正相关的面积达99.88%,说明植被状况随着干旱的缓解整体趋于好转;时间上,SPEI与不同植被类型NPP均呈显著正相关,其中相关性最大的是典型草原;干旱的发生会造成NPP损失,其减少幅度随干旱强度和面积的增加而上升。研究结果可为应对气候变化、抗灾减灾等工作提供科学依据。     

基于SPEI指数的近58 a甘肃省干旱特征分析

利用甘肃省19个气象站点1960—2018年逐月平均降水量、气温等数据,应用标准化降水蒸散量指数(Standardized Preapitation Evapotranspiration Index, SPEI)、Penman-Monteith模型、小波分析等方法分析了甘肃省近58 a不同时间尺度干旱事件的时空演变特征。结果表明：月尺度干旱频率3月最高,2月最低;季尺度上秋季干旱最严重,春季次之;冬季干旱化趋势最慢,春季最快。近58 a甘肃省SPEI指数呈下降趋势,年尺度SPEI指数存在8 a、12 a、26 a的周期。干旱发生频率在年尺度和月尺度上的分布较为一致,河西走廊东段与甘南州地区频率较低,酒泉北部地区与甘肃省东、中部地区频率较高;季尺度上,春季兰州与武威南部地区频率较高,庆阳地区频率最低;夏季为白银与武威北部地区频率最高,张掖中部地区、白银北部地区以及临夏、庆阳、平凉地区最低;秋季频率最高的地区为兰州东部、定西东北部以及嘉峪关地区,最低的地区在酒泉、张掖、武威北部及平凉中部地区;冬季高值区在平凉,低值区在武威与甘南。干旱发生强度最高的地区为张掖,其次为酒泉、庆阳及白银等地区,...     

我国西南地区干旱变化及对贵州水稻产量影响

近几年,我国西南地区干旱频繁发生,严重影响农业生产。为了探讨干旱和水稻产量之间关系的复杂性,采用中国气象局国家气象信息中心提供的西南地区348个站气象数据,计算了西南地区干旱的变化趋势,并利用2000—2011年贵州省县级水稻产量资料分析了干旱对水稻单产的影响,探讨了干旱、水资源灌溉以及水稻产量之间的关系。结果表明:1951—2012年西南地区降水量平均减少16.9 mm/10 a,特别是8—10月降水量明显减少。同时,西南地区干旱日数呈上升趋势,平均增加3.3 d/10 a。对比水稻产量发现,当累计干旱日数少于40 d时,干旱对水稻产量一般不会造成影响;当累计干旱日数超过86 d时,干旱造成水稻减产20%~73%,这意味着当累计干旱日数超过3个月时,江河塘库蓄水将受到影响,进而影响水稻的灌溉,造成水稻严重减产;当累计干旱日数为40~86 d时,水稻减产一般少于20%,但地区差异较大。     

基于SPI指数近57年肇庆市干旱特征分析

选取肇庆市6个国家基本气象站1962-2018年逐月降水资料,基于标准化降水指数SPI,利用线性回归、M-K突变检验、Morlet连续复小波分析和EOF分解等方法对肇庆市近57年干旱时空变化特征进行分析.结果表明:(1)1962-2018年肇庆市SPI12呈震荡上升趋势,但线性趋势不显著;序列存在6、11、18年的周期...     

基于CART算法的夏季干旱预测模型研究及应用

利用标准化降水蒸散指数(SPEI)作为判断干旱是否发生的标准,基于数据挖掘方法中的CART算法探究夏季西太平洋副高北界、夏季西太平洋副高强度指数、准两年振荡(QBO)、东亚夏季风指数、夏季北大西洋涛动(NAO)、夏季太平洋年代际振荡(PDO)、厄尔尼诺指数等多项气候因子与干旱的关系,构造分类决策树,得到干旱预报规则集,从而建立干旱的预报模型。预报模型以各项气候因子为输入变量,是否干旱为目标变量。根据1955—2012年商丘月平均气温和月总降水资料计算出商丘夏季58 a的SPEI指数作为干旱判定指标;以同期的多项气候因子数据作为输入变量,随机选取46 a的数据得到7条分类规则集,分类准确率为86.96%。使用剩余12 a的数据验证,准确率高达91.67%。结果有力地证明了基于CART算法建立干旱预报模型的可行性、科学性、有效性以及与干旱研究理论的一致性,为干旱模型的研究及季节性预测提供了科学有效的新思路。     

基于SPEI干旱指数的凉山州干旱特征分析

本文采用凉山州17个国家气象站1971~2017年的气象资料,利用基于Penman-Monteith模型的标准化降水蒸散指数SPEI,分析月、季、年不同时间尺度下凉山州SPEI干旱指数的时空分布状况,并以西昌气象站为代表进行了SPEI干旱指数的突变性M-K检验。结果表明:(1)标准化降水蒸散指数能较好地反映凉山州干旱发生程度;(2)凉山州干旱的年代际变化明显,20世纪70年代、80年代和21世纪10年代总体偏旱,20世纪90年代和21世纪00年代则相对较为湿润;(3)凉山州干旱发生频率空间分布不均,中部干旱发生频率高于北部和南部地区;(4)西昌市近30年来干旱总体偏轻,最近一次干湿突变发生于1987年;⑤各季节最近一次由干转湿的突变点,冬季在1999年、春季在1996年、夏季在1994年、秋季在1991年,呈逐季提前的趋势。      

基于SPI的黔东南州近52a的干旱特征分析

基于1961—2012年黔东南州16站的逐月降水资料,从单站干旱SPI指数出发,分析了黔东南州52 a来年际干旱和季节性干旱的时间变化趋势和空间变化特征,结果表明:152 a间,年际干旱和季节性干旱呈上升趋势,干旱主要集中在1985—1989年和2001—2012年;2除冬旱以外,无论是年际干旱还是季节性干旱,干旱发生频率较高地区位于黔东南州中部以北地区,州南部年际干旱、春旱、夏旱和秋旱发生频率较低;3森林覆盖率较高的地区发生干旱的频次最低,降水较少地区发生干旱的频次较高。     

联合干旱指数在干旱监测中的应用——以广东韶关地区为例

气候变化影响了水循环与地区的水量平衡过程,一定程度上改变了干旱的形成与演变条件。以标准化降水量与蒸散发量差值表征水分偏离正常程度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)为基础,从多时间尺度联合的视角建立联合干旱指数(JDI),并以广东韶关为例分析修正的新指数JDI在干旱监测中的准确性和有效性。结果表明,综合了不同时间尺度干旱特征信息的JDI能够较全面地反映干旱的形成与演进过程。通过对干旱监测的评价以及与实际旱情的对比分析,验证了联合干旱指数JDI在实际干旱监测中的准确性和有效性,其可作为未来干旱监测的新理想指标。     

东北地区夏季干旱的年际—年代际变化特征

利用国家气候中心提供的1951—2012年160个标准站的逐月降水和温度资料,计算了表征东北地区干旱的SPEI指数,并对该指数进行EMSD分解,研究了东北地区干旱的年际—年代际变化特征。结果表明,东北地区夏季干旱年际—年代际变化特征明显,年际变化中具有显著的准2 a、准5 a和准7 a振荡周期;年代际变化中则具有显著的准17 a和22 a振荡周期。进一步分析发现,1975—1984年和1994—2008年为相对干旱阶段,其中1994—2008年旱情比较严重,1953—1975年、1984—1994年以及2009—2012年为相对湿润阶段。Mann-Kendal检验结果表明,东北地区夏季旱涝突变发生在1975年和1994年。     

长江中下游地区干旱变化特征分析

利用24°~35°N,104°~124°E范围内180个测站的日降水量和气温资料,计算了各季1969-2008年的综合气象干旱指数,以及3个代表站1953-2008年的Z指数,分析了近40年长江中下游地区的干旱发生频率、覆盖范围及年际变化和不同干旱强度的空间分布。结果表明,干旱覆盖范围达90%以上的事件在1980年以前主要出现在冬季,1990年代主要出现在春季,到21世纪则主要出现在夏季。春、秋季干旱有下降的趋势,而冬、夏季为增加趋势。虽然长江中下游地区冬季干旱覆盖范围在减小,但出现干旱的频率较大,说明冬季出现局部干旱的程度在增大。而夏季干旱发生频率较小,但覆盖范围正在高值期,说明夏季的旱涝程度还在加大。虽然春季发生干旱的频率较高,但多以轻旱为主,并且覆盖范围也处在下降期,因此,春季干旱应比过去有所减缓。从各方面来看,秋季出现干旱的几率最低。     

1960—2010年中国西南地区区域性气象干旱事件的特征分析

利用区域性极端事件客观识别法（Objective Identification Technique for Regional Extreme Events,OITREE）和1960—2010年中国西南地区（四川、云南、贵州省和重庆市）101个站综合气象干旱指数（CI）进行区域性气象干旱事件识别研究,确定了相应的OITREE方法参数组,并识别得出87次中国西南地区区域性气象干旱事件,其中9次达到极端强度,而2009年9月—2010年4月发生的特大干旱是中国西南地区近50年最严重的区域性气象干旱事件。进一步分析表明,中国西南地区区域性气象干旱事件的持续时间一般为10—80 d,最长可达231 d;11—4月是西南地区的旱季。云南和四川南部是西南干旱的频发和强度中心地区;强的（极端及重度）干旱事件可分为5种分布类型,其中南部型出现机会最多。过去50年西南地区区域性气象干旱事件频次显著增多,强度有所增强,其主要原因可能是该地区降水量显著减少所致,而气温升高也起到了推波助澜的作用。