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。     

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。     

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。     

基于SPAC原理建立内蒙古草原干旱指标

利用近20多年气象资料和土壤水分及牧草产量资料,采用对比分析和简化的水量平衡方法,建立了典型草原、草甸草原、荒漠草原需水量及生长季内草地蒸散系数 (Kc)随时间变化经验方程,确定出不同草原类型区需水量和Kc系数,草甸草原、典型草原和荒漠草原4—9月的需水量分别是390 mm、360 mm和180 mm,平均Kc系数为0.62、0.58和0.30;以SPAC理论为基础,给出草原旱情指数（K）的计算方法,结合牧草减产率（I）,提出干旱等级指标,当0.8＞K≥0.6、25%＜I≤45%时为轻旱,0.6＞K≥0.4、45%＜I≤65%时为中旱,K＜0.4、I＞65%时为重旱。经3 a的使用检验,指标的一致性达到75.3%,与牧业气象报表描述的旱情基本吻合,结果比较理想。     

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。     

黄河流域气象水文干旱时滞效应与影响因素分析

本文基于ERA5气候数据、GRACE重力卫星的Level 3水储量产品数据,计算了黄河流域的标准降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）和标准化陆地水储量指数SWSI(Standardized Water Storage Index, SWSI),采用Spearman秩相关法探究了SPEI和SWSI之间的时滞效应,并利用地理探测器模型分析了气象水文干旱时滞差异的主导影响因素以及各因素之间两两交互的影响作用。研究结果表明：2003—2019年黄河流域气象干旱与水文干旱间均存在明显的时滞效应,不同月份的SWSI和SPEI的滞后时间不一样,整个流域春冬两个季节的平均滞后时长为3个月,夏秋季节的平均滞后时长为4个月。土壤类型对时滞差异的影响最大,气象因子和人类活动对时滞差异的影响次之,气象因子中潜在蒸散的影响最大。不同因子间的交互影响均比单因子影响大。在双因子交互影响中土壤类型和潜在蒸散之间的协同作用最为显著,其次为土壤类型与温度以及土壤类型与土地利用的协同作用。     

干旱指标在陕西省应用的敏感性分析

利用陕西省1961—2005年各气象站旬气象资料、33个农气旬报站土壤相对湿度及2001年6月13日NOAA-16极轨气象卫星资料,分析了降水距平百分率、Z指数、Palmer干旱指数、土壤相对湿度对干旱的发生、发展、变化的敏感性,描述干旱发生的范围、程度的差异,并将反映出的旱情与同时段用遥感监测得到的旱情进行比较。结果表明:降水距平百分率、Z指数对旱情的变化具有很高的敏感性,各干旱指标都能反应出区域内干旱的发生,但各指标反映出的干旱程度和范围不同;与同时段遥感监测得到的旱情相比,遥感监测的旱情更加细致,并与地表状况有关。干旱是一个累积过程,同时与影响对象有密切关系,使用干旱指标分析旱情时需要根据受旱对象选用不同的干旱指标,综合考虑前期的水分状况与旱情发生、发展有关的因素。     

干旱荒漠区沙土凝结水与微气象因子关系

凝结水作为干旱区降雨以外的主要水分补给,具有重要的生态水文意义。目前,凝结水研究已成为干旱区生态水文学研究的一个重要组分\.通过定位观测,对凝结水的形成机理、形成量和影响因子已有了初步的认识\.但是受土壤水分、风速和下垫面性质的影响,凝结水量与微气象因子的关系复杂,导致凝结水模拟估算存在诸多困难。本文通过控制试验,在排除土壤水分、风速和下垫面对凝结水形成过程影响的条件下,开展观测,建立凝结水形成速率与近地层微气象因子之间的多元回归方程,旨在为凝结水模型构建提供参考。结果显示:凝结水形成速率与空气相对湿度呈波尔兹曼函数关系,与气温和地表温度均呈显著的线性负相关关系,而与气温和地表温度差、露点温度呈显著的线性正相关关系。多元回归分析显示,沙土凝结水主要受近地层空气相对湿度、气温和地表温度的控制,表明在凝结水模型构建中应重点考虑这3个微气象因子的影响。     

中国气象农业非参数化综合干旱监测及其适用性

旱灾是对人类社会影响以及致损最大的灾种之一,如何进行可靠的旱灾监测是旱灾预警与旱灾防灾减灾的关键。气象干旱与农业干旱的综合干旱方法是目前干旱监测的主要方法之一。本文对多变量标准化干旱指数（MSDI）方法进行改进,以非参数化的方法计算标准化降水蒸散指数（SPEI）、标准化土壤湿度指数（SSI）,提出改进的MSDI,即气象农业综合干旱指标（MMSDI）。在此基础上,用1979-2015年中国降水资料、蒸散发资料以及土壤湿度数据对不同时间尺度（3月尺度与6月尺度）分别研究气象干旱、农业干旱、气象农业综合干旱,用气象农业综合干旱分别与气象干旱、农业干旱和改进之前的气象农业综合干旱对比,并结合实际记录的干旱事件时空特征验证,结果证实MMSDI指数可以同时监测气象与农业干旱,且其监测结果准确度高于单一变量的气象（SPEI）或农业（SSI）干旱监测,MMSDI指数对气象农业综合干旱具有更好的监测效果,可考虑作为中国气象农业综合干旱监测及旱灾预警的重要理论依据。     

2001−2018年西北地区植被变化对气象干旱的响应

基于2001?2018年逐月的MODIS NDVI数据,以归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）和植被状态指数（Vegetation Condition Index, VCI）作为植被生长状况指标,结合2001?2018年的月降水和月均温数据计算的标准化降水蒸散指数值,分析西北地区植被状况和气象干旱指数的变化趋势及其空间分布特征,以及多时间尺度下植被对气象干旱的响应。结果表明：2001?2018年西北地区植被的生长状况整体呈好转趋势,但空间分布上差异明显,东部植被改善状况高于中西部地区。近18 a西北地区5种不同时间尺度标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）均值整体上均呈增加趋势,表明干旱程度降低;空间上,干旱化趋势整体上表现为中西部高,东部低。植被生长状况在大部分区域均与SPEI呈现不同程度的正相关,总体表现为,西北地区东部植被对气象干旱的响应程度最高,西部次之,中部最低;不同植被类型中,草地对SPEI-12的响应最强,耕地次之,而林地的响应最弱;各植被类型在生长季的多数月份中对SPEI-3和SPEI-12的响应普遍较高。     

中国干旱内陆河出山径流对流域气象要素与全球气象指数的响应特征研究

干旱内陆河出山径流及其影响因素分析对于流域水资源评价、流域经济生态安全保障具有重要意义。基于1960-2012年塔里木河流域"三源流"与黑河流域的出山径流、降水、气温资料及4个全球气象指数监测数据,采用小波分析方法研究了各水文气象要素的周期特征,以及流域出山径流对气象要素与气象指数的响应特征。结果表明：（1）各水文气象因子多具有1~2个显著周期,周期多在2~7 a尺度范围内。（2）叶尔羌河、黑河出山径流与流域降水分别在6~17 a、2~16 a周期上关系显著。各出山径流与流域降水、气温的多尺度共振周期性差异,反映了各径流来源构成及其与气象要素年际动态方面的差异。（3）各流域出山径流对气象指数的响应特征不同,这在显著时频域以及径流响应时滞等方面均有表现。此研究可为气候变化条件下干旱内陆河流域生态-水文过程响应及水资源管理提供依据。     

气象干旱对中亚棉花产量的影响

极端干旱事件频发对中亚棉花生产具有重要影响。本文利用乌兹别克斯坦赞格阿塔实验站棉花大田试验数据评估了APSIM-Cotton模型的适用性,根据CMIP6气候模式模拟的SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种共享社会经济路径下的气候变化数据集,分析了2021—2090年SPEI-3干旱指数的变化特征,进而利用APSIM-Cotton模型模拟了考虑CO₂肥效作用的气象干旱对棉花产量的影响。结果表明：APSIM-Cotton模型能够准确模拟乌兹别克斯坦塔什干地区的生育期和产量变化趋势;未来塔什干地区呈现温度明显升高、干旱发生频率明显增加的特征;气象干旱将导致棉花产量下降,SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种排放情景下,严重气象干旱导致2021—2050年棉花产量较1961—1990年分别下降28.0%、29.6%和32.1%,2061—2090年棉花分别减产31.5%、33.1%和35.7%,在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,极端气象干旱导致2061—2090年棉花产量分别下降41.3%和54.2%;CO₂浓度升高可提高棉花产量,贡献率为14.9%~25.0%,但浓度达到750 µmol/mol以上时,棉花增产幅度将不再持续增加。     

基于SPEI指数的秦岭南北地区干旱时空变化特征

基于秦岭南北地区47个气象站点1960-2016年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了秦岭南北地区不同时间尺度干旱发生频率和强度的时空演变特征,并试图揭示该区域干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能够较好的反映秦岭南北地区的干旱特征及干湿演变状况。从时间变化上看,近57 a来秦岭南北地区呈干旱化趋势,以20世纪90年干旱化趋势最为显著,干旱化趋势最显著的区域为秦岭以北地区,但近22 a秦岭南北地区开始出现湿润化趋势;从季节来看,四季大部分区域呈干旱化趋势,秋季干旱化趋势最显著且开始最早,春季次之,冬、夏干旱化趋势相对不显著。从空间来看,秦岭南北地区在年、季、月尺度上均有干旱发生且各地区分布极不均匀;其中秦岭以北地区干旱发生频率较高,其他子区域干旱发生频率的空间分布特征较为复杂。干旱发生强度呈现出中西部强,四周弱的特点,干旱发生强度最强的地方为陕西石泉,为14.7%,最弱的地方为四川阎中,为23.6%。     

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。     

乌鲁木齐地区夏季气象干旱的变化特征及成因分析

为了更准确的掌握乌鲁木齐地区夏季气象干旱的变化特征并研究其成因,以乌鲁木齐地区5个站点的历史降水资料为基础,统计得到其1961-2015年夏季累积降水在100～250 mm范围内变化,并通过计算Z指数来表征干旱变化特征,利用Mann-Kendall检验和Morlet小波分析归纳了乌鲁木齐夏季气象干旱在1980年代中期的突变特征以及1986年以来12 a左右的周期性变化特征。在此基础上结合NCEP/NCAR再分析资料、JRA海表温度（SST）等数据,通过对比典型旱/涝年的异常特征,对夏季气象干旱发生的成因进行了分析,发现低纬东风输送强时水汽可由80°～90°E向北越过青藏高原影响新疆地区,反之则包括乌鲁木齐在内的天山以北地区可降水量都偏少,并且指出赤道东太平洋SST异常所导致的赤道纬向垂直环流异常是导致这一差异的可能成因。此外还对乌鲁木齐夏季气象干旱与大气环流指数存在的关联进行了讨论。这些结果为乌鲁木齐降水机理研究以及气候预报提供了重要依据,并为人工影响天气和抗旱减灾工作提供了有力支撑。     

地理学视角的干旱传播概念、特征与影响因素研究进展

从地理学视角理解干旱传播时空维概念内涵,沿着“概念界定—特征量化—过程描述”这条主线全面揭示干旱传播特征、模式与机制及其研究现状,对于深刻理解干旱发展始终全过程中干旱演变过程与驱动因素具有重要的理论意义。论文首先从地理学时空完备性进行干旱传播概念界定;分析干旱传播的时空两维特征并归纳其研究思路与方法;探究干旱传播的主要影响因素;并归纳出基于“特征—过程—机制”的干旱传播研究框架与展望。通过梳理国内外文献并综述表明,干旱传播具有时空维概念与特征,其主要受下垫面因素(水系特征)、气候变化与人类活动(土地利用行为)控制。目前,干旱传播主要集中于干旱传播时间维度上的滞后性特征及传播概率研究,在探索其空间维度特征、演绎干旱传播过程并揭示其驱动机制方面尚有不足。揭示气象干旱、水文干旱、农业干旱至社会经济干旱形成与演变的过程机制和规律是干旱研究的重要内容,是制定高效的御旱抗旱措施的首要前提,从地理学视角揭示干旱传播概念内涵并探究其特征与过程机制应是干旱研究的题中要义。     

几种干旱评估指标在宁夏的应用对比分析

简要分析了几种干旱评估指标（Pa、K、SPI、PDSI和CI）与实况的等级差异;重点对比分析了Pa、K指数和SPI指数的干旱频率、干旱等级一致率、空漏评估率等与干旱实况的差异。结果表明,Pa、SPI指数和PDSI指数的评估效果接近;CI指数的评估效果与K指数接近。大部分年份Pa、K指数和SPI指数的等级较实况偏低,K指数更接近实际等级;大部分地区K指数较Pa和SPI指数反映的干旱频率高,K指数放大了干旱频率,尤其放大了中旱频率,Pa和SPI指数明显缩小了干旱频率;K指数的绝对一致率和相对一致率均高于Pa和SPI指数,大部分出现干旱的年份,Ｋ指数都能体现出来;Pa和SPI指数各等级的一致率差异不大。同时,K指数的空评估率较Pa和SPI指数高,漏评估率最低,其空、漏评估率之和最小,而且春旱小于其他3个季节的干旱。综合分析,K指数和CI综合干旱指数评估效果较好,但需进一步改进以适宜宁夏应用。     

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。