标准化降水蒸发指数在中国区域的应用

利用中国气象局160个站1951～2010年月降水和月平均气温资料,分析了最近定义的一种干旱指数——标准化降水蒸发指数(SPEI)在我国不同等级降水区域的适用性,并与标准化降水指数(SPI)和湿润指数H进行了对比分析。结果表明:1)在我国年均降水量大于200 mm的地区,各种时间尺度的SPEI分析均适用;在干旱区(年均降水量小于200 mm),只有12个月以上的大尺度SPEI分析适用性较好;其中12个月尺度的SPEI分析在各区适用性最好。2)由于干旱区冬季的潜在蒸发量和降水量0值均较多,导致1、3、6个月的小尺度SPEI分析在该区不适用。3)与SPI和H指数相比,SPEI既能充分反映1997年气温跃变以后增温效应对干旱程度的影响,又可作为监测指数识别干旱是否发生和结束,能较准确地表征干旱状况。     

Observed spatiotemporal characteristics of drought on various time scales over the Czech Republic

This paper analyses the observed spatiotemporal characteristics of drought in the Czech Republic during the growing season (April to September) as quantified using the Standardised Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) on various time scales. The SPEI was calculated for various lags (1, 3, 6, 12, and 24 months) from monthly records of mean temperature and precipitation totals using a dense network of 184 climatological stations for the period 1961–2010. The characteristics of drought were analysed in terms of the temporal evolution of the SPEI, the frequency distribution and duration of drought at the country level, and for three regions delimited by station altitude. The driest and the wettest years during the growing season were identified. The frequency distribution of the SPEI values for seven drought category classes (in per cent) indicates that normal moisture conditions represent approximately 65 % of the total SPEI values for all time scales in all three regions, whereas moderate drought and moderate wet conditions are almost equally distributed around 10.5 %. Differences in extremely dry conditions (5 %) compared with extremely wet conditions (1.5 %) were observed with increasing SPEI time scales. The results of the non-parametric Mann–Kendall trend test applied to the SPEI series indicate prevailing negative trends (drought) at the majority of the stations. The percentage of stations displaying a significant negative trend for the 90, 95, 99, and 99.9 % confidence levels is approximately 40 %. An Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis was used to identify the principal patterns of variability of the SPEI during the growing season that accounted for the highest amount of statistical variance. The variance explained by the leading EOF range 66 to 56 %, whereas for EOF2 and EOF3, the value is between 7 and 11 % and between 4 and 7 %, respectively, for the SPEI is calculated for 1- to 24-month lags.     

基于SPEI的1960—2018年赣江流域干旱特征

基于赣江流域39个气象站点逐月降水和气温数据,计算不同时间尺度标准化降水蒸散发指数(SPEI),采用Mann-Kendall突变检验、主成分分析(PCA)等方法,分析了赣江流域1960—2018年干旱时空变化特征.研究表明:不同时间尺度SPEI均有微弱升高的趋势,干旱形势有所缓解,SPEI能够较好地表征赣江流域旱涝情况.赣江流域中部的轻旱和特旱发生频率要高于其他地区,中旱主要高发地区主要分布在南部和西部区域,重旱主要集中在东部和北部.赣江流域干旱的空间分布具有较好的一致性,旱涝变化整体保持一致,南部与北部旱涝状态存在相反的纵向差异,且中部与南部、北部旱状况涝存在空间差异.     

基于SPEI指数分析华中地区近40a干旱时空分布特征

分析了1961-2009年华中地区降水量、气温及蒸发量变化特征,在此基础上,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)确定华中地区的干旱强度,按照SPEI指数的标准界值将干旱强度划分为4个等级并分析了各干旱等级的发生频率和空间分布。不同时间尺度SPEI指数的EOF分析表明:华中地区干旱的主要空间分布具有较好的全区一致性,且春季干旱的强度在四季中是最强的。     

甘肃河东春末夏初干旱的时空特征和预测研究

利用甘肃５５ 个测站,１９６８ ～１９９７ 年５ 月中旬至６ 月中旬降水资料,采用 Ｅ Ｏ Ｆ、 Ｒ Ｅ Ｏ Ｆ、波谱分析,对春末夏初降水异常的空间结构及时间演变特征作了研究。结果表明,甘肃河东春末夏初降水异常在空间上主要表现为陇东、中部、陇东南、甘南４ 个主要类型。河东各主要气候区春末夏初降水的时间变化基本趋势是：８０ 年代春末夏初降水增加,而９０ 年代以来,降水均有不同程度减少,干旱加剧。甘肃河东春末夏初降水变化以短周期振荡为其主要特征。在１０ 年的年际变化中,陇东比各型均落后１ ～２ 年。从环流形势看,当春末夏初北半球５００ｈ Ｐａ 高度距平场结构呈现出明显的正 Ｐ Ｎ Ａ 型时,中国西北地区同期降水偏少     

1964-2008年辽宁省旱涝时空分布特征及演变趋势

利用1964—2008年辽宁51站降水量资料,采用Z指数和区域旱涝HL指数分析了全区近45a旱涝变化。结果表明：近45a辽西、辽北以及辽东南地区单站旱涝发生频率均明显高于辽中、辽东地区;区域性洪涝指数逐渐减小,区域性干旱指数逐步增大。对辽宁51站Z指数进行了EOF和REOF分析,可知辽宁旱涝的空间分布特征除受大尺度天气系统所带来的降水量变化影响外,同时还受地理位置、海陆分布等多种因子影响。通过REOF方法可将全区分为4个区域,即Ⅰ辽西地区,Ⅱ辽北、辽西北地区,Ⅲ辽中、辽东地区和Ⅳ辽东南地区。     

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。     

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。     

1960—2010年中国南方地区夏季旱涝时空分布特征

基于1960—2010年中国南方地区51 a降水资料,进行Z指数变换,再利用降水距平场作REOF分区,并分别对各区域代表站点Z指数序列作线性趋势分析和M-K分析及Morlet小波分析。结果表明：中国南方5个分区岳阳站、广州站、丽水站、信阳站和巢湖站5个典型站点的年际及年代际波动幅度都比较明显,但均呈由干变湿的趋势。且5个站点分别在1973、1993、1992、2002年和1979年发生突变,突变后UF一直呈上升趋势,总体均由干变湿5,个分区旱涝异常具有相对一致的性质。中国南方地区夏季降水具有多时间尺度振荡的特点,存在2—3 a和5—6 a的周期。     

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。      

Analysis of drought in the region of Abruzzo (Central Italy) by the Standardized Precipitation Index

The paper presents a comprehensive analysis of drought phenomena in the Region of Abruzzo (Central Italy) using the Standardized Precipitation Index (SPI) computed at different time scales (3, 6, 12, 24 months). The study is based on monthly precipitation data collected from 1951 to 2009 at 69 climatic stations uniformly distributed over the region. According to the trend analysis, most stations are characterized by increments in both drought severity and variability, particularly at the longer time scales. A principal component analysis applied to SPI time series enabled to identify two main patterns: the first more correlated to the coastal areas, the second more correlated to the inland, mountainous areas. However, the spatial patterns become less defined as the time scale increases, making more uncertain the definition of homogenous areas to be used in drought management plans. In most cases, the identified drought patterns have similar negative overall tendencies, but different trend directions in some sub-periods. In particular, the first drought pattern is clearly characterized by a trend reversal (from decreasing to increasing) during the last decade. This temporal evolution, consistent with that observed by large-scale analyses in the corresponding (or near) grid points, was not detected for the second pattern, which is probably influenced by local topographic and/or orographic factors. The results confirm the complexity of drought phenomenon in a typical Mediterranean region and the necessity of high-resolution datasets to capture its temporal and spatial variability.     

1960-2011年洞庭湖区年降水量变化特征

以洞庭湖区24个气象站1960-2011年的降水量资料为基础数据,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验法、小波分析等方法分析了洞庭湖区年降水量的变化特征,并采用正交分解函数EOF、旋转正交分解函数REOF计算了洞庭湖区年尺度的标准化降水指数（SPI）,分析了洞庭湖区的旱涝时空分布特征。结果表明：洞庭湖区年降水量空间上由北向南逐渐增加,时间上没有显著变化趋势。1963年洞庭湖年降水量发生突变。洞庭湖区年降水量存在6a、9a和16-17a振荡周期。洞庭湖区旱涝频繁,极端气候事件有增加的趋势。洞庭湖区年降水量在空间上具有较好的一致性,为普遍干旱或洪涝,但也存在南北反相变化即南部干旱北部洪涝或南部洪涝北部干旱的特点。洞庭湖区年降水量存在南部、西北部和中部3个异常气候区。     

近50年四川地区旱涝时空变化特征研究

根据1961-2007年四川地区123个测站的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用Z指数作为旱涝等级划分标准,分析了四川地区旱涝出现的频率,采用EOF、REOF分析、趋势分析、滑动t检验以及小波分析等方法,研究了四川地区旱涝灾害发生、发展的空间演变特征及时间变化趋势。结果表明,该地区旱涝事件的空间分布可...     

华北冬小麦-夏玉米两熟区干旱特征分析

研究华北冬小麦一夏玉米主要生长季的干旱时空特征,可为全球气候变暖背景下制定抗旱减灾对策提供理论依据。利用华北5省（市）64个气象台站1961-2010年逐日降水资料,以降水负距平或降水量表征的干旱指标,通过经验正交分解法提取了冬小麦、夏玉米全生育期和关键生长阶段的特征向量和时间系数,分析了干旱频率、站次比及干旱强度的变化特征,并通过构建冬小麦-夏玉米轮作期综合干旱指数,探讨了华北地区农业干旱的总体状况。结果表明：EOF分解的前4个模态提取了60％以上作物干旱的主要时空分布信息,冬小麦主要生长季收敛效果优于夏玉米;冬小麦全生育期、苗期及拔节-抽穗期干旱的高强度中心主要分布在冀中南、豫北及鲁西北地区,而灌浆-成熟期干旱则以豫东为中心;夏玉米全生育期干旱的高强度中心主要位于冀南和鲁北地区,初夏旱以冀北大部为高强度区,而卡脖旱以豫西和鲁南为高强度区。从时间系数和区域干旱强度及站次比的时间变化趋势看,冬小麦全生育期干旱、灌浆-成熟期干旱及夏玉米初夏旱、卡脖旱均表现为递减趋势,但未通过显著性检验,而冬小麦播种期、拔节-抽穗期干旱,以及夏玉米全生育期干旱为不显著的递增趋势。整个冬小麦-夏玉米轮作期干旱威胁较高的地区主要位于京津局部、冀中南、豫北和鲁北等地区。     

基于SPEI的河南省冬小麦生育期干旱时空特征分析

利用河南省24个地面气象站1961-2009年逐日降水和气温资料计算SPEI(标准化降水蒸散指数),并按照SPEI的标准界值将干旱强度划分为轻度干旱、中度干旱和极端干旱.根据河南省冬小麦的生长特点将小麦生育期划分为生育前期、分蘖期和返青-抽穗-成熟期.采用Meteoinfo软件、Morlet小波分析方法、线性回归研究不同生育期干旱变化趋势、覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,结果表明,冬小麦各个生育阶段均出现过不同程度的干旱,只是不同地区、不同年份发生的频率和强度不同,但各阶段均存在着轻度干旱发生的概率最大,而极端干旱发生的概率最小的特点.驻马店地区在各阶段发生干旱的概率都较大.对河南省冬小麦全生育期的SPEI分析表明,全生育期干旱出现概率的极值中心有显著的10 a左右的周期变化特征,近年来干旱指数呈逐渐增大的趋势.     

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。     

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响Ⅰ--观测分析

采用旋转经验正交函数（REOF）方法对1901～2000年中国东部43个站夏季降水资料进行分析,得到：华南、西南地区和长江中下游地区及华北北部、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常三个最主要的区域,对三个主要模态对应的时间系数序列与太平洋SSTA作相关分析,结果表明影响东部夏季降水的关键海区是：前期冬季西北太平洋黑潮海区、前期春季赤道中东太平洋和同期北太平洋中纬中太平洋海区;并对关键海区SSTA与东部120个站夏季降水作SVD分析,进一步证实：这三个关键海区SSTA与东部夏季降水有显著的耦合相关关系。另外,对三个主要降水异常区的夏季降水异常的极端年份500hPa高度场进行合成分析,其结果为数值模拟分析提供依据。     

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。     

吉林省夏季降水时空变化特征研究

根据吉林省46个气象站1961-2010年夏季6-8月降水资料,采用线性趋势估计、旋转经验正交函数(REOF)等方法,对吉林省夏季降水的空间分布结构和长期变化特征进行了分析.得到如下结论:(1)近50 a吉林省夏季降水整体有减少的趋势,但未能通过显著性检验;从1980s初期开始,夏季极端旱涝事件发生频率有增大趋势,旱涝交替变化更加频繁;在降水异常的背景下吉林省大部分地方的暴雨发生频率呈增多趋势;(2)采用REOF客观的数学方法得到吉林省夏季降水的3个气候分区,即西北部平原区、中南部区和东部山区,这3个分区较好地反映了夏季降水的地域差异分布特征;(3)吉林省3个降水气候区分别呈现不同的降水趋势变化,西北部平原区降水趋势减少导致干旱发生概率增大,中南部区降水趋势增加导致洪涝发生概率增大,东部山区降水稳定少变.     

精细化要素客观预报中的站点差异性研究

以山东省乡镇级精细化要素预报为例,预报站点由县级123个增至1 561个。在精细化要素客观预报方法开发中,如何处理多量预报站（格）点问题？利用山东省稠密的区域自动站观测资料,通过分析不同站点空间分辨和地形属性的观测要素的统计学差异,研究各种气象要素的站点差异性。结果表明：温度、降水等要素具有明显的局地小气候特征,需要更高空间分辨率的预报站点来捕捉;市区、郊区以及不同高度山区等站点间最低气温各分位数统计值差异均较大,但相关系数较高,且频率分布形态相似;风对地形更敏感,不同测站间相关系数较低,分位数统计值和频率分布形态差异均较大。上述结果可为精细化要素客观预报业务中的站（格）点处理提供理论和技术支撑。