区域气象干旱特征多变量Copula分析——以阿克苏河流域为例

根据阿克苏河流域及其周边区域9个站点1960~2010年日降水资料,以降水距平百分率(Pa)指数表征气象干旱状况,构建了3种Archimedean Copula函数,通过4种方法(RMSE、AIC、BIC、Bayes)的检验,选出GH Copula作为最合适多变量干旱特征联合分布函数,并开展了研究区干旱特征两变量联合分布及重现期研究。结果表明:1 3种Archimedean Copula函数中GH Copula函数对研究区域干旱联合重现期分布的拟合效果最优;2研究区整体上干旱风险较大,东部比西部干旱风险高,南部高于北部;3发生中等干旱和严重干旱时,阿拉尔和柯坪干旱风险增大,整体上"且"与"或"联合重现期的分布大体一致,发生长历时干旱时,干旱的严重程度也大,说明此区域的干旱特征对开展风险管理及应对很不利。     

水系连通变异下荆南三口河系水文干旱识别与特征分析

为揭示水系连通变异下荆南三口河系水文干旱演变特征,运用荆南三口河系五站1956-2016年的月径流量数据,采用游程理论识别该河系水文干旱特征变量,并运用Kolmogorow-Smirnov优度检验法选出干旱历时、干旱强度和峰值的概率分布函数,构建出水文干旱特征联合分布Copula函数,对水系连通变异下该河系水文干旱特征进行深入研究。结果表明：① 1989年为荆南三口河系（1956-2016年）水系连通变异分割点;② 该河系连通性变异前后水文干旱特征均发生显著变化,水文干旱事件发生的次数增多,干旱历时增长,干旱强度增大,峰值增高;③ 各站点的相同单变量重现期下二维联合重现期在水系连通变异前基本上均比水系连通变异后长,二维同现重现期在水系连通变异前均比水系连通变异后短;④ 水系连通变异后,该河系水文干旱历时、干旱强度和峰值呈现增加趋势,且在相同单变量重现期的情况下,干旱历时更长,干旱强度更大,峰值更高;⑤ 水系连通变异后水文干旱特征的变化幅度与变异前存在差异,不同河系其水文干旱特征的变化幅度不同。     

基于Copula的近60a京津冀地区干旱灾害危险性评估

干旱灾害是京津冀地区主要气象灾害之一,严重影响社会经济和粮食安全。评估京津冀地区干旱灾害危险性,识别高危险区,旨在为灾害防范和应急调控提供参考。利用1958—2017年37个气象站降水日数据,计算标准化降水指数（SPI6）,根据游程理论界定干旱历时和干旱强度。运用K-S检验法、AIC法分别确定指标的最优边缘分布函数和Copula函数,计算5 a、10 a、30 a及50 a一遇水平下干旱强度和干旱历时的重现期。结果表明：京津冀地区20世纪60年代中期至今SPI6呈下降趋势;指数分布和广义极值分布分别是干旱历时和干旱强度的最优边缘分布,Frank Copula在变量联合概率分布计算时拟合最好;就干旱历时和干旱强度重现期而言,30 a、50 a一遇水平下联合重现期为,北京市、沧州市、衡水市及承德市北部等地区的重现期长,危险性低,其余地区危险性较高;站点干旱灾害的联合重现期理论值与实际情况较符合,能够反映实际灾害情况。     

基于GAMLSS模型的水文干旱指数研究——以玛纳斯河流域为例

传统的水文干旱指数是在一致性条件下确定的,而在非一致情况下水文干旱指数的识别精度受到质疑。特别是当全球气候发生剧烈变化的时候,应用合适的干旱指数可以增加干旱预警的精确度。一般在非一致情况下,通常会认为干旱指数的概率分布参数服从时间或者其他协变量的线性或者非线性变化。因此以玛纳斯河流域肯斯瓦特站为例,构建以时间为协变量的GAMLSS模型,建立非一致情况的标准化径流指数SRI_ns,并对比分析,讨论其适用性。结果表明：① 肯斯瓦特站1957—2014年期间,径流量的变化趋势比降水和气温的变化趋势更为明显,径流发生明显变化主要集中在秋季和冬季,降水全年各月的变化趋势不明显,气温则在春季和夏季变化较剧烈。② 通过对比研究区1957—2014年内有历史资料记载的历史干旱事件,SRI_ns对于研究区干旱事件的识别更准确,SRI_ns识别的严重干旱和极度干旱事件的发生频率要比SRI_s高。③ 通过游程理论识别出干旱特征变量,将干旱特征变量采用均匀分布随机化处理可以提高干旱历时序列的拟合精度。干旱特征变量序列的最优分布均为对数正态分布。④ SRI_ns和SRI_s的干旱特征变量的二维联合分布的最优Copula函数均为joe函数。通过对比干旱特征变量二维联合概率和重现期,SRI_ns可以缩小风险区间,增加干旱风险预警的精度,因此更适用于该研究区的干旱预测与风险评估。     

基于Copula函数的中国东部季风区干旱风险研究

利用1961~2016年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格网数据集计算了中国东部季风区不同时间尺度的标准化降水指数,并结合游程理论识别气象干旱事件。常规的单变量和基于Copula函数的双变量频率分析分别用来描述干旱事件的干旱历时和干旱烈度。结果表明：① 3个月时间尺度和6个月时间尺度的干旱特征空间格局非常相似,但与12个月时间尺度的干旱特征空间格局差异较大;② 各时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即具有较长干旱历时的地区往往也是干旱烈度较大的区域;③ 西南区、长江下游地区、黄淮海区北部和南部、内蒙古东部和黑龙江省东部干旱风险较高,而长白山地区、松嫩平原和珠江流域干旱风险较低。研究结果可为中国东部季风区的干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。     

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。     

贝叶斯框架的Copula季节水文干旱预报模型构建及应用

根据季节径流量相关特性,利用标准径流指数(SRI),通过优选Copula函数和径流量分布函数,构建贝叶斯框架的Copula季节水文干旱预报模型,并对阿克苏河西大桥水文站进行实证分析。结果表明：① Gamma、Lognormal、Normal、Gumbel、Exponential 5种分布函数中,Gamma、Gumbel能较好拟合夏、秋季径流量;② Gumbel-Hougaard、Clayton、Frank 3种Copula函数中,Clayton能较好联结夏、秋季径流量分布函数;③ 构建模型预报表明,2001~2009年秋季发生干旱概率较低(24%~38%),以轻微、中度干旱为主,而2010年发生干旱的概率极高(95%),发生异常干旱的概率偏高(81%),与实际发生的干旱情况基本一致;④ 贝叶斯框架下构建的Copula模型能准确预报季节水文干旱发生,减少预报的不确定性,为特定区域干旱预报提供了一条新的途径。     

用降雨和河川径流资料随机分析确定干旱事件的重现期

对建立的年系列而言,历时达一年的干旱事件重现期的计算可使用一些近似分布,然而对历时大于一年的水文事件的重现期,目前还没有现成的分析方法。本文的目的在于研究过去观测到的或将来可能发生的小降雨量和小河川径流量估算重现期的方法。在分析中使用了澳大利亚维多利亚五个主要水库入流和相应的流域平均降雨量资料。     

基于Copula函数的韩江流域旱涝组合事件概率特征研究

以韩江流域潮安、横山和溪口3个代表性站点1959—2000年日流量数据为基础资料,选取4种边缘分布函数拟合各站点春、夏、秋、冬四季的径流距平百分率序列,并利用线性矩法估计参数,在此基础上采用4种Copula函数拟合春-夏、夏-秋、秋-冬、冬-春径流距平百分率序列,然后计算出各站点连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率,结果表明:1)基于Copula函数建立的联合分布模型可以较好地描述季节间连旱连涝和旱涝交替这2类旱涝组合事件发生的概率;2)潮安与溪口站夏-秋、秋-冬时段平均每4年发生一次连旱连涝的事件,春-夏、冬-春时段发生连旱和先旱后涝的概率均在10%左右;横山站秋冬季节平均每1.28年就发生一次连续干旱的事件。     

基于马尔科夫模型的新疆水文气象干旱研究

在气象干旱SPI和水文干旱SRI的二维变量干旱状态的研究基础上,通过一阶马尔科夫链模型对二维变量干旱状态进行频率、重现期和历时分析,并预测未来非水文干旱到水文干旱的概率,研究结果表明：（1）开都河、和田河在干旱形成中危害大,阿克苏河在干旱演变中危害大,开都河和叶尔羌河在干旱持续中危害大。开都河和叶尔羌河主要以气象水文干旱为主,和田河和阿克苏河以水文干旱为主。（2）开都河连续湿润或者干旱的概率最大,状态2与状态4、状态5的相互转移概率低,和田河和开都河状态4不能一步转移到状态2。（3）在长期干旱预测中,塔河流域从状态2达到状态4或者状态5的概率最低,开都河（或和田河）从非水文干旱状态到状态4的概率最大（或最小）,从非水文干旱状态到状态5的概率最小（或最大）。     

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。     

陕西省生态农业干旱区划研究

选取主要气候变量、地质土壤类型、水文、径流特征、地表植被类型及分布等10个影响陕西省生态农业干旱因子,利用K-Means Clustel‘Analysis(快速聚类法)和Hierarchical Cluster Analy-sis(分层聚类法)相结合的方法,对陕西省生态农业干旱区划进行研究,将陕西地区划分为8个生态农业干旱相似区,并对区划合理性进行了检验.分析表明:采用生态因子和干旱因子相结合的聚类分析方法能够较好地反映陕西省生态农业干旱实际情况,充分地体现"陕西省生态农业干旱"的空间分布特征,具有较强的科学性.     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料,采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标,分析了石羊河流域水文干旱演变特征,并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致,流域水文干旱历时20世纪70年代最长,80年代最短;干旱烈度全流域90年代最强,烈度最弱出现在80年代;干旱强度全流域60年代最强,80年代强度最弱;石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势,西部增加幅度最大,中部增加幅度很小,流域东部年SDI在波动中呈减小趋势;石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多,四季水文干旱发生频率最高的是春季,冬季干旱发生频率最低;从流域不同地段看,水文干旱发生的频率流域东部最高;构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致,说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级;石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关,与降水量和平均气温呈正相关。     

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。     

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。     

Characterization of drought in the Kerio Valley Basin,Kenya using the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index: 1960−2016

The Kerio Valley basin in Kenya has undergone several periods of drought, yet drought patterns in the region are not well understood due to limited climatic data. Drought events in the region have resulted in crop failure and livestock deaths, exacerbating food shortages. In this study, the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), a multi‐scalar drought index was used to examine the onset, duration, severity, intensity, and frequency of agricultural and hydrological drought in the region. The gridded 0.5° × 0.5° climatic datasets from Climatic Research Unit for the period 1960?2016 was used for analysis. Temporal evolutions of SPEI at 6‐ and 12‐month lags were subsequently used to evaluate agricultural and hydrological drought, respectively. Additionally, the Mann‐Kendall trend test was used to test for trends in the time series. Results from the analysis show that: 1) droughts are becoming more frequent in the region, 2) drought intensities in the arid and semi‐arid lands have weakened, 3) regions west of the Kerio River have recently recorded a wetting trend, and 4) the southern and central regions of the basin are drought‐prone. Understanding the spatial and temporal patterns of drought in the basin can assist in drought preparation and mitigation planning.     

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。     

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。