干旱指数在淮河流域的适用性对比

利用淮河流域河南、安徽、山东、江苏4省170个站1961—2010年逐日气温、降水以及土壤墒情和干旱灾情资料,从干旱年际变化、季节演变、空间分布、典型干旱过程诊断、不合理跳跃点以及与土壤墒情、干旱灾情相关性等方面,对比分析降水距平百分率 (Pa)、Z指数、标准化降水指数 (SPI)、相对湿润度指数 (MI)、综合气象干旱指数 (CI) 和改进的CI (CINew) 在淮河流域的适用性。结果表明:各干旱指数对淮河流域的典型旱年均有较好的诊断能力;在干旱季节演变及空间分布的诊断方面,Pa,MI,CI和CINew与实际较为吻合,而Z指数和SPI诊断效果较差;在典型干旱过程诊断以及不合理跳跃次数方面,CI和CINew更能刻画出干旱发生发展机制,而Pa,Z指数,SPI,MI效果较差;与土壤墒情和历史干旱灾情相关性方面,CI和CINew比Pa,Z指数,SPI,MI具有更好的相关性。即对于淮河流域的干旱监测诊断,CI和CINew要优于Pa,Z指数,SPI及MI,具有更好的适用性。     

综合气象干旱指数修正及在西南地区的适用性

以我国西南地区为例,在用加权降水量 (W_AP) 改进标准化降水指数的基础上,对综合气象干旱指数 (I_C) 进行了修正,定义为I_CW。通过对比指数修正前后在干旱频率、年干旱强度和干旱发展过程中的不连续加重、以及与同期土壤湿度相关性的差异,分析了I_CW在修正后的改进效果及在西南地区的适用性。结果表明:修正前后的综合气象干旱指数在多年干旱频率和年干旱强度两方面没有显著差异,但I_CW减少了干旱发展过程中的不连续加重现象,且与同期土壤湿度有更好的相关性,即I_CW比I_C更加接近实际干旱的演变规律,I_CW比I_C更适合在西南地区实时干旱监测业务中使用。然而,由于该研究未对I_C中的相对湿润度指数进行修正,而相对湿润度指数的突变同样可以导致不连续加重的出现,因此,I_CW只是在一定程度上减少了不连续加重的影响。     

呼伦贝尔市新旧综合气象干旱指数应用对比

利用呼伦贝尔市4个气象台站1972—2013年逐日气象观测资料,计算逐日新的综合气象干旱指数MCI与旧的综合气象干旱指数CI,并对比两种干旱指数统计出的干旱日数、干旱强度,以及根据相应标准统计出的干旱过程和与实际干旱发生情况的吻合程度,分析新旧指数的优劣。结果表明,由于CI没有区分逐日降水量在指数中的权重,从而造成其跳变要多于MCI,而且MCI引入了近150天降水量的SPI并区分了冬、夏半年的权重值,避免了干旱指数对呼伦贝尔市冬季、初春干旱评价过重的问题。结合呼伦贝尔市实际的气候特点和干旱灾害发生实况,MCI更符合实际,适合业务应用。     

降水温度均一化指标修正及在西南地区的适用性

该文在考虑气温和降水影响干旱的权重不同基础上,对前人提出的降水温度均一化指标(简称S)进行修正,定义为S_m。通过对比修正前后干旱指数在干旱频率、年干旱强度以及与其他干旱指数的相关性等方面,分析了修正后效果及其在西南地区的适用性。结果表明:S_m可以准确地描述旱季和雨季,优于S;修正前后的干旱指数在年干旱强度方面没有显著差异,但S_m减弱了S的部分不合理跳跃现象,且11 a平滑得到的结果与统计事实较为一致;对比修正前后指数与相对湿润度指数(M)、综合气象干旱指数(CI)以及标准化降水指数(SPI)的相关性发现,S_m不仅矫正了S与M、CI的负相关,而且与M的相关性非常好,能较好地反映土壤的干湿状况,与各个时间尺度的SPI的相关性均超过了99%显著性检验;运用S_m定义的西南地区旱涝年具有统计学意义,且典型旱涝年的时空分布与事实一致。因此认为,S_m在西南地区有较好的适用性。     

多时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测中的适用性研究

基于安徽省81个气象站1961—2017年逐日降水数据及土壤墒情和干旱灾情资料,从诊断干旱日数年际变化、季节演变、空间分布、频率分布、典型干旱过程演变及与土壤墒情、干旱灾情的相关性等方面,研究6种时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测效果。结果表明:不同时间尺度SPI在干旱监测中差异明显,6种时间尺度SPI对于干旱日数年际变化、不同等级干旱频率分布具有较好的监测效果,但对于干旱日数季节演变和空间差异性诊断与实况存在偏差;从典型干旱过程诊断来看,时间尺度越短,降水权重越大(例如SPI30、SPI60),SPI监测曲线对降水的响应越敏感,而SPI150、SPI180等时间尺度长的SPI对降水的响应又过于"迟钝";从与土壤墒情的相关性来看,时间尺度短的SPI30与10 cm表层土壤墒情相关性最好,相关系数达0.91,时间尺度长的SPI180与50 cm深层土壤墒情相关性较好;在各时间尺度SPI与年降水量的负相关及与干旱灾情的正相关方面,相关系数随着时间尺度的增长均先增后减,时间尺度适中的SPI120相关性最好。总体来看,不同时间尺度SPI代表不同含义,针对不同时间尺度的气象干旱应采用不同时间尺度的SPI进行监测评估。     

福建省几种气象干旱指数的对比分析

选用合理的干旱指数对干旱进行监测一直是干旱研究的难点之一,对不同指数的适用性进行研究可以为干旱监测提供一定的参考依据。基于1960—2017年福建省气象站的逐日气象观测数据,采用频率累积法对五种干旱指数的阈值进行修正,利用层次分析法计算不同等级干旱事件的权重,结合120个典型历史干旱事件,对降水距平百分率(P_a)、标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、相对湿润指数(MI)、改进综合气象干旱指数(CI_(new))在福建省的适用性进行了分析。结果表明:CI_(new)适用于春秋冬季和年际的干旱监测,MI适用于夏秋冬季的干旱监测,这两种指数对重旱和特旱事件的监测效果比较好,SPI和SPEI对中旱和轻旱事件的监测效果比较好。五种指数均能比较好地描述干旱的发展过程,CI_(new)的监测结果更贴合实际,并且较符合干旱发生的机制。因此CI_(new)在福建省的干旱监测中比较适用,MI次之。     

CI指数及SPEI指数在长江中下游地区的适用性分析

根据综合气象干旱指数(CI)在长江中下游地区应用中存在的不足,首先对CI中SPI指数等权累积降水进行合理的非等权处理及MI指数的优化,得到改进的综合气象干旱指数。然后利用1962—2013年长江中下游地区164个气象站的观测资料,对比分析了改进的综合气象干旱指数和标准化降水蒸散指数(SPEI)在长江中下游地区的适用性效果。结果表明:改进的综合气象干旱指数物理意义明确,解决了原CI指数对干旱开始时间、旱情发展中不连续加重现象和旱情解除时间滞后等不足,特别是对长江中下游地区的旱涝急转现象反映及时准确;设计的多时间尺度综合气象干旱指数与SPEI指数相关系数平均达0.8以上,说明得到的多时间尺度综合气象干旱指数对旱情的分析评估能力较强。经过适用性对比分析证明,月尺度综合气象干旱指数在江苏和安徽省应用效果要优于SPEI指数,湖南、江西和湖北省月尺度综合气象干旱指数在10—4月间的评估效果更好,SPEI指数在5—9月更优。因此,改进的综合气象干旱指数对长江中下游地区干旱分析与监测、预报预警等具有良好的推广应用价值。      

改进的综合气象干旱指数在保山市的适用性分析

针对综合气象干旱指数CI会在某些情况下指示旱情等级不合理变化的问题,采用线性递减权重方案代替等权方案计算30 d、90 d降水和可能蒸散,得到改进的综合气象干旱指数CI_(new);从气候统计特征、旱情等级变化、干旱频率和典型干旱过程演变4个方面与CI进行比较,讨论CI_(new)在云南保山市的应用效果及其适用性。结果表明:(1)CI_(new)基本保持了CI反映的干旱频率分布特征,但干旱次数和中旱频率增加。(2)CI_(new)明显地改善了CI指数"指示旱情等级不合理加剧"现象;在无明显降水时段指数下降较缓慢,没有CI指数有时会出现的"指示旱情缓解"现象。(3)改进的综合气象干旱指数CI_(new)对干旱的演变描述更客观合理,适用于保山市气象干旱监测和评估服务。     

五种干旱指标在安徽省应用研究

运用安徽省78个代表站1961-2008年逐日气温和降水资料,采用累积频率法对五种干旱指标的阈值进行修正,用修正后干旱指标来分析安徽省干旱的年际变化、季节演变及空间分布等特征.结果表明:五种干旱指标按照干旱过程计算得到历年总干旱日数的演变趋势基本一致,干旱日数较多的年份与安徽省历史典型大旱年记录非常吻合;Z指数和SPI指数无明显季节变化趋势,而Pa,MI和CI三种指标季节变化趋势明显且基本一致,安徽省秋旱最多,夏旱次之,冬、春旱相对较少;Z指数和SPI指数尤明显的空间分布特征,Pa,MI和三种指标的空间分布基本一致,呈现纬向空间分布,干旱频率自北向南递减;对于安徽干旱监测业务来说,五种干旱指标中CI指数为最优.     

改进的CI指数在安徽省应用研究

运用安徽省77个气象台站1961—2009年的逐日气温和降水资料以及安徽省所有测墒站建站至2009年的土壤墒情资料,研究分析改进的CI指数在安徽省的应用情况。结果表明：在统计特征、与土壤墒情的相关性以及干旱的空间分布等方面,改进的CI指数NCC2CI保持了原来的CI指数OldCI的优点;但在干旱过程的逐日演变诊断方面,NCC2CI指数较OldCI指数有了诸多改进。对于安徽省干旱监测业务来说,NCC2CI明显优于OldCI。     

2017年春夏呼伦贝尔草原干旱过程多种监测指数对比分析

以2017年春夏季呼伦贝尔草原干旱过程为研究对象,利用呼伦贝尔草原范围内6个气象站的气温、降水数据和MODIS NDVI数据,分析对比2017年4—9月多种气象干旱指数（Pa30、SPI30、SPEI30、CI、MCI）与植被状态指数（VCI）的监测情况。结果表明：只考虑单一降水的气象干旱指数（Pa30、SPI30）在4月波动较大,且此类指数无法反映出高温等其他气象条件对干旱发展的影响。综合气象干旱指数(CI、MCI)由于引入多时间尺度干旱进行计算,旱情缓解时轻旱等级持续的时间过长,且草原植被在降水增加后的恢复速度较快,造成干旱缓解期间植被与监测结果差异较大。MCI与同期和前1期VCI的相关性最好,CI和SPEI30与前1期和前2期VCI的相关性较好,而只考虑单一降水的气象干旱指数与VCI的相关性普遍偏差。植被对SPEI30的响应时间更长,更适宜草原生态干旱的早期预警使用。     

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。     

基于SPI与相对湿润度指数的1961-2009年东北地区5-9月干旱趋势分析

依据东北地区1961-2009年71个气象台站月平均气温、降水资料,运用标准化降水指数（SPI）与相对湿润度指数等干旱指标分析了东北地区5-9月的干旱趋势。结果表明：1961-2009年,东北大部分地区在5-9月呈干旱化趋势,仅在黑龙江大兴安岭北部、黑龙江西南部以及黑龙江与吉林的东部交界处表现为湿润化;东北三省干湿震荡主要周期大约为22-24a,近49a发生了4次干湿交替,突变年为1976及1996年。就干旱发生范围而言,近49a东北地区干旱面积呈上升趋势,以1996年为分界线,农作物干旱受灾比在吉林增幅最大,辽宁次之,黑龙江最小,采用SPI与相对湿润度指数评价东北地区干旱较符合实际。就干旱发生频率而言,高值区主要集中在东北西部,特别是黑龙江的齐齐哈尔与大庆地区、吉林的白城地区及辽宁的朝阳地区。干旱与极端干旱的发生频率在1981-1990年较低,在2001-2009年最高,而极端干旱发生频率增加幅度明显高于一般干旱。     

我国东南夏季干旱指数的ECC预测方法

根据中国东南夏季气温和降水显著负相关的特点,构造合适的干旱指数。选取美国NCEP／NCAR再分析月平均海表温度场、北半球500hPa高度场、亚欧大陆表面温度场作为预测因子,取由国家气象中心整理的中国160站月平均降水和温度资料计算出的东南部干旱指数作为预测对象,采用集合典型相关分析方法（ensemble canonical correlation,ECC）预测东南夏季干旱指数。预测与实况之间的空间相关性和时间相关性均表明,该方法优于单因子场典型相关分析（canonical correlation analysis,CCA）预测方法,其中采用超级集合平均法又比等权集合平均法具有更高的预测技巧。     

基于CLDAS资料的内蒙古干旱监测分析

以内蒙古地区为研究区域,对中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）的土壤湿度和降水数据进行了评估,使用土壤相对湿度法和连续无降水日数法监测2014年夏季干旱,并选择干旱年（2014年）和湿润年（2013年）与标准化降水指数和降水百分位指数法进行验证分析。结果表明：CLDAS资料能够很好地再现日土壤相对湿度动态变化情况和降水落区与量级,能够满足干旱监测的需求;基于CLDAS数据的土壤相对湿度法可以方便、快捷地监测干旱日变化和区域性变化,连续无有效降水日数法对评估长时间、持续性干旱较为有效;CLDAS同化数据在时效性、分辨率、代表性上能够满足气象服务的需求,可作为观测资料的重要补充广泛应用于业务和科研,特别是对于地广人稀且气象站点相对较少的内蒙古地区气象服务潜力巨大。