区域干旱预警标准研究Ⅰ:基于Boltzmann函数的区域旱涝指数研究

基于区域内单站的逐日气象旱涝指数,通过具有明确物理意义的Boltzmann函数来求解某一区域在某一时间尺度下位于各个气象旱涝等级的逐日站数百分比累计概率分布,构建了可以反映区域气象旱涝强度的标准化区域气象旱涝强度指数(Regional meteorological Drought Intensity Index,RDI)和反映区域气象旱涝空间分布状态的标准化区域气象旱涝空间分布差异指数(Regional meteorological Drought variance Index,RDVI)。以构建河南省和江苏省月尺度的RDI和RDVI指数为例说明了区域气象旱涝指数的构建方法,并验证了两个指数的有效性。对于任一区域的不同空间尺度,两个指数可以从日尺度到年尺度乃至更长的时间尺度上进行计算。通过Boltzmann函数来构建RDI和RDVI指数的方法还具有很好的拓展应用性,其他气象干旱指数也可以采用本文方法来构建区域旱涝指数。     

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。     

多时间尺度气象干旱指数在内蒙古典型草原的适应性研究

利用1981—2015年内蒙古典型草原牧草观测站土壤水分和气象观测资料,对比分析不同时间尺度气象干旱指数与各季节0～20、0～50、0～100 cm深度土壤相对湿度的相关性,探究多时间尺度气象干旱指数在典型草原干旱监测中的适用性,并基于多元回归分析构建各站点不同季节土壤相对湿度的预测模型.结果表明:春、夏、秋三季,内蒙...     

气象干旱指标在内蒙古干旱监测评估中的应用

对在内蒙古气候中心干旱监测评估业务中经常使用的降水量距平百分率、土壤相对湿度干旱指数、综合气象干旱指数三种气象干旱指标进行详细介绍和适用性分析。并对三种气象干旱指标的监测结果进行对比分析,结果认为综合气象干旱指数指标能较确切反映出干旱程度,尤其在对干旱过程的跟踪方面具有明显的优势。降水量距平百分率指标反映干旱程度较轻,土壤相对湿度指标反映干旱程度比较敏感。     

综合气象干旱指数（Ic）自动计算的实现

综合气象干旱指数（Ic）是《气象干旱等级》国家标准中推荐使用的一种标准指数。在计算综合气象干旱指数的过程中要进行大量的数据处理。本文利用Access数据库和C#语言编程,解决了标准化降水指数、相对湿润指数等参数的自动处理,实现了综合气象干旱指数的自动批量计算,极大地提高了工作效率。     

基于前期降水指数的气象干旱指标及其应用

从气象干旱定义出发,考虑干旱累积效应,借鉴前期降水指数（API）和标准化降水指数（SPI）,建立基于标准化前期降水指数（SAPI）的逐日气象干旱指标,并利用1961-2010年全国632个台站的气象资料分析SAPI的适用性特征。结果表明：逐日SAPI曲线呈典型“锯齿型”特征,在降水持续偏少时段平稳下降,克服了基于“等权累加”建立的综合气象干旱指数由于前期降水移出计算窗口而导致的“不合理旱情加剧”问题,能够精细刻画干旱发生、发展和结束过程。SAPI敏感性分析表明,加剧一个干旱等级需要的无雨日数在降水越少的季节（地区）越多, 减缓一个干旱等级需要的日降水量在降水越少的季节（地区）越少。各等级旱日频率总体上与理论频率一致。降水量较少的季节（地区）,轻旱、中旱及总旱频率略高于降水量较多的季节（地区）,而重旱、特旱频率时空特征相反。1961-2010年全国平均各等级旱日频率均呈下降趋势,其中特旱较为明显,但具有复杂的时空特征：9-11月各等级旱日频率显著增加,其余月份以减少为主;各等级旱日频率总体上呈“西减东增”趋势。     

区域动态气象干旱强度指数及其应用

基于综合气象干旱指数的基本原理,以气象干旱等级为基础构建区域动态气象干旱强度指数,并就其在监测评估业务上的应用进行分析研究。结果表明:区域动态气象干旱强度指数实现了对干旱强度的实时动态监测和评价,充分考虑了干旱的累积效应,不以人为划定时段来评价干旱强度,具有动态性、连续性和客观性的特点,可广泛应用于区域干旱的实时监测、灾害预警、过程评价、历史排位判断、重现期分析等业务。通过对2009/2010年云南秋冬春特大干旱中的应用检验,效果优于气象干旱指数。     

西南地区农业旱情的气象干旱指数适应性研究

利用西南地区60站1961—2011年的日平均气温、降水量资料求得半年尺度的气象干旱指数值,包括帕尔默干旱指数、标准化降水干旱指数、Z指数、降水距平百分率指数。采用超前相关、相似和技巧评分两种计算方法检测与西南地区农业灾情最适宜的气象干旱指数。基于最适宜的干旱指数,给出西南地区农业干旱灾害可能发生的风险分布。结果表明:Z指数定义的冬半年气象干旱对西南地区农业旱情的指示性较其他3种气象干旱指标更优。冬半年Z指数小于等于-0.84时引发的西南地区农业干旱灾害成灾率大于8%的风险平均达0.53,农业干旱绝收率大于5%的风险平均达0.37,风险最大地区位于贵州西北部。结论有助于深入认识气象干旱指数与农业干旱灾情的联系,对于西南地区农业干旱的检测预测有一定的应用价值。     

基于多尺度标准化降水指数的陕西苹果主产区气象干旱分析

利用陕西省30个苹果基地县气象站1961—2010年50年月降水资料,计算陕西苹果主产区3、6、9和12个月各尺度的标准化降水指数SPI3、SPI6、SPI9和SPI12。结果表明陕西苹果主产区年SPI12、春夏秋SPI9以及秋季SPI3整体呈线性下降趋势(P<0.05),总体趋于干旱,且干旱强度有所加重。陕西苹果主产区轻度、中度、重度和极度气象干旱发生频率分别为16%、6%、4%和0%。使用克里格插值法绘制1961—2010年陕西苹果主产区年气象干旱频率分布图,其分布表现为自南向北间隔分布且关中果区干旱频率最高;春夏秋气象干旱频率分布上表现与年气象干旱频率近似;冬春气象干旱频率分布上大体表现为南高北低,东西中间低两边高,春夏气象干旱频率分布在东西南北上均大体表现为中间高两边低;季节气象干旱频率分布表现不一,总体上除春季关中果区气象干旱频率最高外,其余季节均为渭北东部果区气象干旱频率最高。加之陕西苹果基地县中76.4%的苹果园不具备灌溉条件,故该研究对建立具有针对性的防旱抗旱措施及应急预案均具有重要意义。     

气象干旱指数在东北春玉米干旱监测中的改进

利用土壤相对湿度数据和县级春玉米单产数据,在气象干旱指数SWAP（standardized weighted average of precipitation）的基础上,研究我国东北地区春玉米受干旱影响的界限指标,结果表明:SWAP在春玉米播种-出苗期低于-0.9,出苗-拔节期低于-1.0,拔节-抽穗期低于-1.2,抽穗-乳熟期低于-0.7时,土壤相对湿度偏低,即气象干旱一般为中旱时,不利于春玉米生长。以此构建春玉米干旱指数,对比我国东北地区春玉米干旱指数与省级农作物干旱受灾面积的关系,发现两者相关关系显著,尤其在典型干旱年份,两者对应关系更好,说明构建的东北地区春玉米干旱指数能够较好地反映干旱对春玉米的实际影响。利用东北地区县级春玉米单产数据对春玉米干旱指数进行等级划分,划分结果可为东北地区春玉米防旱减灾和安全生产提供参考。     

基于CI指数的河南省近40a干旱特征分析

基于河南省113个气象站1970～2007实测气象资料,利用气象干旱综合指数对河南省近40 a的干旱特征进行了统计分析.首先计算了历史逐日的CI指数,统计近40 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上统计了河南省历年各地区干旱发生的频率、覆盖范围,分析了干旱发生范围的年际变化和不同强度干旱的空间分布特征.分析结果表明:河南省伏旱发生频率最高为63.6%,冬季干旱发生频率最低为48.8%,春旱和秋旱发生频率相近,分别为55.4%和56.9%;全省大范围干旱发生的年份春季和秋季较多分别有9 a,冬季最少只有5 a;春季豫北各等级干旱发生天数均较高,夏季和秋季全省易发生大范围轻旱,重旱发生较少,冬季轻旱和中旱呈显著的纬向分布,南少北多,和降水的分布有较好的负相关性.     

基于气候系统内在层次性的气象干旱指数研究

气候系统除了具有非线性/非平稳性,还有层次性,许多大小不一的时空尺度构成了多层次结构,不同层次的气候系统具有不同的可预报性和稳定性。对于一种气象干旱指数而言,主要考虑从某一时段(尺度)内降水、温度、土壤湿度等要素测量值来建立干旱指数。本文首先从气候系统的非线性/非平稳性和内在层次性出发,针对中国不同地区的区域气候及其变化特征,使用信息熵方法从降水观测资料中提取出区域降水的两个(均态和变化)本征尺度,提出一种基于区域气候系统层次性内在特征的气象干旱指数MSPI。以2011年长江中下游春季严重气象干旱的发生、发展、持续、缓解情况为例,对MSPI的干旱监测能力进行检验。发现MSPI对不同程度的干旱都有较好的表征能力,并且对于干旱过程也有较好的识别能力。从各方面综合考虑,MSPI是一种可以较好满足逐日气象干旱监测、检测需求的气象干旱指数。在实际应用中,气象干旱指数MSPI可以作为其他不同时间尺度上的各种干旱指数的有益补充。     

基于MCI的中国干旱时空分布及灾情变化特征

利用中国825个气象站点1961—2015年逐日降水量、平均气温、最高气温、最低气温和平均风速等资料,根据2017年修订的国家标准《气象干旱等级》,计算得到各站点1961-2015年逐日气象干旱综合指数(meteorological drought composite index,MCI)。基于MCI指数系统分析了中国及东北、华北、西北东部、西南、长江中下游、华南6大区域中旱及以上干旱日数的时空分布及气候变化特征,并结合1951-2015年全国各省(区、市)农业干旱受灾面积和成灾面积,分析了我国不同地区干旱受灾情况以及灾情变化特征。结果表明:华北、黄淮、西北东部、东北西部、华南西部、西南大部以及内蒙古等地是我国干旱多发区,其中华北大部、黄淮东北部及陕西北部、甘肃河东大部、宁夏等地年干旱日数在60天以上,河北南部、宁夏大部、新疆北部和西部、云南中南部、海南南部等地最长连续干旱日数达210天以上;长江中下游、华南东部、西北中部、东北东部等地干旱日数相对较少。东北、华北干旱主要出现在春末和夏、秋季,西北地区东部主要发生在春末夏初,长江中下游地区主要出现在盛夏和秋季,华南地区的干旱主要出现在秋、冬季节,西南地区多出现在冬、春季节。1961—2015年,中国平均年干旱日数总体呈增加趋势,其中甘肃东南部、宁夏、陕西、山西南部、河南西部、湖北西北部、贵州中西部、云南中西部等地增加趋势明显,但西北中西部、东北中东部、江南大部、华南大部及青藏高原中西部、内蒙中西部等地年干旱日数呈减少趋势。1951—2015年,中国农作物因旱受灾和成灾面积总体呈增加趋势,但近年来有减少趋势。     

冬小麦冬季干旱时段灌溉气象适宜指数研究

对1955-2010年宿州市冬季降水量和气温变化的数理统计分析结果表明：宿州市冬小麦冬季仍处于缓慢生长状态,特别是在干旱和暖冬的双重影响下,冬季麦田一般需要灌溉一次。在此基础上,采用德尔菲法（Delphi technique）,确定了影响冬季麦田实施灌溉的降水、日最低气温和风速3个气象要素的各自的量化等级和影响灌溉适宜与否的权重系数,给出了冬季干旱时段灌溉气象适宜指数概念和计算模型,再结合天气预报产品的释用方法,得到了冬小麦冬季干旱时段灌溉农用天气预报产品。经实例应用,可适应对外发布冬季麦田灌溉农用天气产品的需要。     

渭河流域干旱特征及干旱指数计算方法初探

利用游程分析、马尔可夫平稳概率、随机过程等方法分析了渭河流域的干旱特征。结果表明,近44年（1958-2001年）渭河流域降水连续多水（少水）期多持续2～3年,单独多（少）水年出现的概率比连续多水（少水）年的概率大,连少年的概率比连多年的概率大,平均连续少水年数大于平均连续多水年数;枯（丰）水与偏丰（偏枯）之间的转移突变较大,对用水可能带来不利影响;偏枯年出现的概率最大,偏丰年次之,丰水年最小;渭河流域连续少水2～3年不仅发生频率较高,而且干旱强度也较大。同时根据降水和同期气温、天然径流量资料建立了适用于渭河流域的S干旱指数。     

基于CI指数的2008年河南省麦播后气象干旱演变分析

针对2008年麦播后至2009年1月河南全省范围的大面积干旱,引入气象干旱综合指数CI进行2008年麦播以来的气象干旱演变分析。根据河南省113个气象站1951-2008年的气象资料及65个自动气象站2009年1月份气象资料,从气象干旱的角度分析了不同等级干旱的发生发展及其空间分布特征,并提出相应的抗旱措施和建议。     

CI综合气象干旱指数在宁夏的本地化修正及应用

利用宁夏20个气象观测站近50a逐日平均气温和降水资料,采用累积频率法对CI综合气象干旱指数进行了本地化修正。通过对比分析,修正后的指数对干旱的演变反映更为合理,对干旱事件的监测效果更好,适宜在宁夏应用。其应用分析表明：麻黄山、海原、固原、西吉4地春季、夏季和秋季各季节的干旱日数均增加,强度均增强;秋季所有地区干旱日数增多,强度增强,且大部分地区秋季干旱日数增加幅度最大;固原及以北地区的干旱增加趋势明显高于南部阴湿地区,且干旱中心向西转移,21世纪以来同心和兴仁变为干旱中心。干旱事件中大部分干旱等级的日数与干旱日数和强度具有相同的变化趋势;春季大部分地区重旱和特旱日数的增加对其干旱日数的增加贡献率最大;夏季,盐池、麻黄山、固原和泾源特旱日数的变化对干旱日数变化贡献率最大;秋季,大部分地区中旱日数的变化对干旱日数变化的贡献率最大。21世纪以来,春夏季大部分地区干旱事件频率达到年代最高或次高值,且中部干旱带频率高于南部山区,大部分地区特旱日数达到年代最大值;秋季干旱事件频率减小,所有地区各干旱等级日数明显少于1980年代和1990年代。     

哈密地区气象干旱监测指数研究

应用Z指数方法和帕默尔气象干旱指数基本原理的优点,选取哈密地区6个代表站1961—2010年逐月降水量资料,分南、北两个区域建立区域修正帕默尔气象干旱指数,确定了区域旱涝等级的划分标准。以计算得到的干旱指数与历史旱情记录进行对比验证,并与Z指数、降水距平百分率干旱指数对比分析,结果表明该干旱指数对干旱的反应符合历史实际,较Z指数、降水距平百分率干旱指数更适合当地应用。在此基础上,对哈密地区修正帕默尔气象干旱指数与旱情的关系及干旱发生的特征作了更进一步分析。