基于SPEI指数的长江中下游流域干旱时空特征分析

基于长江中下游流域1961—2015年129个气象站点的逐日气温和降水数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),对长江中下游流域近55年年尺度及各季节干旱变化趋势、站次比、强度和频率进行了分析,并探讨了干旱和区域气温、降水变化及ENSO的关系。结果表明:(1)在区域尺度,近55年长江中下游流域年尺度、春季和秋季呈干旱化趋势,春季干旱化趋势显著;夏季和冬季呈湿润化趋势。空间变化上,对于年尺度,汉江流域、中游干流区及洞庭湖流域以干旱化趋势为主,鄱阳湖流域、下游干流区和太湖流域以湿润化趋势为主;春季和秋季分别有96.90%和92.25%的站点呈干旱化趋势;夏季和冬季分别有82.95%和72.87%的站点呈湿润化趋势。(2)年尺度、春季和秋季干旱站次比及强度均呈增加趋势,春旱站次比与强度增加趋势显著;夏季和冬季干旱站次比和强度均呈下降趋势。(3)年尺度和春季干旱频率在21世纪初均达到最高,年尺度、春季和夏季干旱频率从20世纪90年代到21世纪初均呈增加趋势。(4)春、秋季干旱化趋势与降水量的减少及气温的上升相关,夏、冬季降水量的增加使得夏、冬季呈湿润化趋势。冬季SOI和次年春季干旱相关性极显著,冬季发生拉尼娜事件时,次年春季更易发生干旱。     

1986—2019年黄土高原干旱变化特征及趋势

干旱作为极端气候事件之一,其频率和强度的变化影响到区域水资源,而干旱半干旱区植物生长的主要限制因素是水分,因此,研究黄土高原干旱时空特征及未来变化趋势对当地的生态环境具有重要意义。本研究基于1986—2019年降水和温度逐月格点数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和干旱发生频率,并运用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计方法,探讨了黄土高原的年、季尺度干旱时空分布及变化特征,最后利用NAR神经网络结合Hurst指数对黄土高原未来干旱趋势进行预测。结果表明: 研究期间,黄土高原总体呈现干旱化趋势,且年际和季节尺度的干旱发生频率在空间上差异较大。其中,年际、春季和冬季以黄土高原东南部和西部干旱发生频率最高,夏季和秋季以西北部干旱发生频率最高。夏季以中度干旱发生频率最高,年际及其他季节以轻度干旱发生频率最高。黄土高原春、夏季呈现干旱化趋势,秋、冬季研究区大部分区域干旱趋势减轻。黄土高原年际、春季、夏季的SPEI值在未来一段时间内仍处于下降趋势,即干旱化趋势加重,且夏季的Hurst指数最大,持续性变化最强,未来持续干旱的可能性高于其他季节。     

近40年来辽宁地区气候干湿界线年代际波动及其成因

应用1961～2004年辽宁省内52个气象站的温度、降水、湿度、风和日照等气候资料,采用改进的Penman模型计算了辽宁地区近40年的潜在蒸发量,讨论了其时空代表性及分布特征;以干燥度指数为干湿气候区的划分标准,通过对该地区近40年干湿气候界线波动状况的对比,在10年际尺度上详细分析了其干湿气候界线波动及变化规律.结果表明,20世纪60年代以来,辽宁省干湿气候界线波动显著,呈现出整体移动的特征,但半湿润与湿润、半干旱与半湿润两条界线并未表现出同进、同退的年际变化特征.20世纪90年代辽宁省干湿气候存在一次突变,半湿润与湿润界限明显东移,半干旱与半湿润界线明显西移,半干旱和湿润区面积都显著缩小,半湿润区面积显著扩大.辽宁西部的气候干湿状况主要由西太平洋副热带高压和东南季风控制,辽宁东部的气候干湿状况除受西太平洋副热带高压和东南季风的影响外,还应考虑到地形降水的作用.     

基于SPI的石羊河流域气候干湿变化及干旱事件的时空格局特征研究

利用石羊河流域4个气象站1960—2013年逐月降水量资料,应用标准化降水指数(SPI)、游程理论等方法,分析石羊河流域近54年的气候干湿变化及不同时间尺度干旱事件时空演变特征。结果表明:1不同时间尺度SPI对降水量变化的敏感程度存在较大差异,时间尺度越小,SPI对一次降水的反应越明显。2石羊河流域年代际、年际和季的SPI在波动中均呈增加趋势,其中,冬季湿润化速度最快,对年湿润化过程的贡献最显著。31960—2013年,石羊河流域不同时间尺度干旱事件持续时间、干旱程度和干旱强度均呈减少趋势,且波动渐趋平缓;石羊河流域农业干旱和水文干旱最严重的时期分别为1964—1965年和1962—1964年。4两种时间尺度干旱事件持续时间的减少速度从上游至下游均逐渐变慢,上游乌鞘岭地区是农业干旱持续时间最长区域,永昌和下游民勤地区是水文干旱持续时间较长区域;两种时间尺度干旱事件干旱程度减少速度最快区域均在上游乌鞘岭地区;武威和民勤地区3月尺度干旱强度稍有上升,其它地区不同时间尺度干旱事件干旱强度均呈下降趋势,永昌地区是多尺度干旱事件干旱强度较大区域。     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅴ.南方地区季节性干旱特征分区和评述

在干旱特征研究的基础上开展季节性干旱分类分区,可为不同干旱区域应对全球气候变化、制定抗旱减灾对策和防控技术提供理论依据.以国家标准中的气象干旱、农业干旱指标为主要依据,利用南方地区268个气象台站1959-2008年的气候资料,在分析南方地区季节性干旱的气候背景和分布特征的基础上,采用综合因子与主导因子相结合方法、逐级指标筛选法,综合灾害分析和聚类分析方法,对季节性干旱进行3级分区.一级分区以年干燥度和季干燥度为主要指标,以年尺度和主要作物生长季的降水量为辅助指标,将南方区域分为半干旱区、半湿润区、湿润区和极湿润区4个一级区;在此基础上再划分为川滇高原山地温凉半干旱区,江北温暖半湿润区、华南暖热半湿润区和西南高原温凉半湿润区3个半湿润区,长江流域温热湿润区、华南暖热湿润区和西南山地温暖湿润区3个湿润区,以及华南暖热极湿润区和江南西南山区温凉极湿润区2个极湿润区,共9个二级干旱分区.最后基于多个干旱指标的干旱频率和干旱强度,将南方区域分成29个三级干旱区.在分区基础上对不同季节性干旱特征分区分布情况、干旱特点及对农业生产影响进行评述,并提出了防旱避灾措施.     

山西省参考作物蒸散量的时空变化特征

基于山西省境内70个地面气象观测站1960—2019年的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等气象资料,应用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET₀),对山西省ET₀的时空变化特征及不同气候带和海拔的蒸散特征进行定量分析。结果表明: 1960—2019年,研究区年均ET₀在空间上呈现由西向东逐渐递减的趋势;以1982年为拐点,前后两个时段均呈逐年增加趋势,月际、旬际波动为单峰变化曲线。不同气候带ET₀的差异性表现为:温带半干旱气候区的年、春、夏、秋季ET₀高于暖温带半湿润气候区和暖温带半干旱气候区;冬季,暖温带半湿润气候区ET₀最高。不同海拔ET₀的差异性表现为:＜660 m海拔区的年、夏、秋、冬季ET₀高于其他海拔区域。     

1962—2010年甘肃省黄土高原区干旱时空动态格局

借助ArcGIS 9.3和SPSS软件平台,根据甘肃省黄土高原区33个气象站1962—2010年气象资料,利用综合气象干旱指数(CI)从干旱率、干旱强度和干旱频率三方面对甘肃省黄土高原区近50年的干旱时空变化特征进行了分析。结果表明:春、秋季干旱率呈现显著增加趋势,夏、冬季干旱率呈略微增加趋势;夏季干旱频率最大,春季、秋季次之,冬季最少;春、秋季干旱以2000年来最为严重,夏季干旱以2000年以来、20世纪70年代和90年代均较严重,冬季干旱以20世纪80年代最为严重;甘肃省黄土高原区逐年干旱持续日数和干旱强度存在明显的年际波动,线性变化趋势明显;从空间分布来看,春、夏和秋季干旱多发区主要集中在甘肃省黄土高原区西北部,而106°E以西"临洮-通渭-天水"一线和庆阳东南部是干旱多发区变幅最大的地方,冬季干旱多发区主要集中在甘肃省黄土高原区南部。     

1951—2018年中国年降水量及气象干旱的时空变异

探求降水量及干旱时空变化特征及规律是当前水文学研究的重要课题。基于中国619个气象站1951—2018年的降水量数据,采用距平百分率法和Morlet小波分析等方法,揭示年降水量及干旱的时空变异。结果表明: 研究期间,中国年降水量空间上呈东南至西北阶梯递减的特征,多年降水量变化剧烈程度反之;地势二、三阶梯分界线左右区域降水量呈下降趋势,且多于20世纪60—70年代发生突变,其余地区呈上升趋势,大多数突变发生于20世纪90年代;温带大陆和温带季风气候区降水量主周期小。20世纪60年代至21世纪10年代,中国干旱区面积减少,半干旱区面积增加,特别是近10年干旱和半干旱区面积减小,半湿润区面积增大。在30°—40° N之间发现一条干旱南北差异分界线,分界线以北干旱次数远多于以南;干旱的主体区域在年代际的转移方向为西北中部→华北南部→华北北部,发生次数及分布范围逐渐减小。     

1960-2010年甘肃省不同气候区SPI与Z指数的年及春季变化特征

根据甘肃省1960-2010年26个气象站点的日降水资料,利用标准化降水指标(SPI)和Z指数,对比分析了51年来甘肃省不同气候区年及春季干旱的变化特征.结果表明:甘肃省年SPI和Z指数总体为河西冷、暖气候区及祁连山区呈增加趋势,其中河西西部暖温带干旱区增加幅度最大,SPI和Z指数变化倾向率均为0.13·(1Oa)-1;陇中南、北气候区及甘南区呈降低趋势,以陇中南部冷温带半湿润区减小幅度最大,SPI为-0.13·(1Oa)-1,Z为-0.14·(10a)-1.初春的干旱等级变化呈降低趋势,陇中南部冷温带半湿润区降低幅度最大,SPI为-0.12·(10a)-1,Z为-0.06·(10a)-1;春季SPI和Z指数与年变化趋势一致.年代际变化为河西60年代、河东90年代出现严重干旱.不同气候区变化不同,河西冷、暖气候区及祁连山区的干旱指数变化率为正值,干旱程度减小,春季干旱弱于年变化,而陇中南、北气候区及甘南区则为负值,干旱程度增加,春季干旱强于年变化.甘肃省干旱的空间分布差异性显著,表现为自西北向东南递增的趋势.     

西藏羊卓雍湖流域气候干湿状况分析

应用Penman-Monteith模型分析了西藏羊卓雍湖流域潜在蒸散、干湿指数的年际变化趋势、年代际变化特征,并讨论了影响干湿指数变化的气象因子.结果表明:近46年(1961-2006年)羊卓雍湖流域年潜在蒸散以13.1mm·10a-1的速率显著减小,各季潜在蒸散均表现为减少趋势,减幅冬季最大,夏季最小;46年来羊卓雍湖流域季和年干湿指数的变化趋势均不明显,但近26年(1981-2006年)由于降水增加明显、潜在蒸散显著减小,除冬季外其他季节和年干湿指数都呈现明显的增大趋势,以夏季增幅最大;年平均干湿指数除20世纪80年代偏小外,其他年代均偏大,特别是90年代较为明显;干湿指数增大,暖湿化的气候变化趋势明显;降水量和相对湿度的明显增加,以及平均气温13较差的显著减小是干湿指数显著增加的主要原因,日照时数减少在干湿指数增加趋势中也起着重要作用.近年来,羊卓雍湖水位显现上升趋势,这可能与降水量增多和气温升高、冰雪融水增加有密切关系.     

青藏高原植被生长季NDVI时空变化与影响因素

青藏高原是中国乃至亚洲的生态屏障,研究其植被对气候变化的响应对区域生态保护具有重要的现实意义。基于MOD09A1数据反演的生长季归一化植被指数(NDVI),分析2001—2018年青藏高原植被生长季NDVI时空特征和变化趋势,结合气象站点数据阐释NDVI与气候因子的关系。结果表明: 研究期间,青藏高原植被生长季NDVI呈缓慢上升趋势,不同气候区生长季NDVI年际变化差异明显,NDVI值波动幅度表现为高原湿润气候区>半湿润气候区>半干旱气候区>干旱气候区。青藏高原湿润气候区、半湿润气候区、干旱气候区、半干旱气候区NDVI显著升高和降低面积占比分别为1.4%和1.9%、4.9%和1.5%、16.4%和0.8%、7.0%和2.0%,干旱和半干旱气候区NDVI升高面积占比明显大于湿润和半湿润气候区。气温是影响湿润气候区和半湿润气候区NDVI变化的主导因子,而在干旱气候区,降水对NDVI的影响明显强于其他气候因子。气温对整个青藏高原植被生长季NDVI的驱动作用强于降水和相对湿度。     

近40年中国干旱特征及其对植被变化的影响

全球变暖影响下，中国干旱事件发生愈加频繁。过去半个世纪里，中国半干旱和半湿润地区的分界线总体南移，干旱面积呈增加趋势，因此了解中国干旱变化趋势对区域生态环境保护具有重要意义。基于GLASS数据产品、ERA5-Land数据，采用游程理论和多元线性回归等方法，探究1982—2018年间多尺度干旱事件基本特征(干旱持续时间、干旱严重度、干旱强度等),并分析植被生产力变化趋势，揭示干旱对植被变化的累积影响。结果表明：(1)新疆、青藏高原以及东南地区干旱较为严峻，而华中、华东大部分区域处于轻旱或无旱状态；(2)1982—2018年间，中国植被生产力整体呈改善态势，显著改善区集中在中国中部，而退化区集中在东南部、内蒙古和西藏南部；(3)中国大部分区域干旱与植被呈正相关，且干旱对植被多为累积影响，在干旱区和半干旱区尤为明显；(4)随着植被覆盖度的增加，植被与近短期尺度干旱的相关性也逐渐增加，由干旱区到湿润区，近短尺度干旱对植被变化的影响逐步增大。其中，SPEI-6(标准化降水蒸散发指数—中期尺度)对植被轻微变化累积影响最显著，而SPEI-12(标准化降水蒸散发指数—长期尺度)对植被显著变化累积影响更...     

黄土高原旱作区土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分利用率的影响

选择黄土高原旱作区8个冬小麦测站2m土层深度多年土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论观点出发,研究了土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分生产力的影响。该区域是一个贮水和保水性能良好的天然土壤水库,半干旱区、半湿润区、湿润区1m和2m土层内最大贮水力分别为270、299、331mm和561、605、676mm,随湿润度增加而增大;但实际贮水能力只有111、183、269mm和230、370、550mm,相当于半干旱区、半湿润区和湿润区最大贮水力的41%、61%和81%,可达到最适宜贮水量的51%、76%、102%。半干旱区远不能满足冬小麦生长需要,达到严重干旱程度;半湿润区只能勉强维持生存需要,达到轻度干旱,必须采取一套有效保墒耕作抗旱措施。冬小麦全生育期2m土层农田实际耗水量和蒸腾系数分别为304-343mm和330-648,随干旱程度增加而增大。冬小麦全生育期降水量只能满足耗水量的65%-95%,有5%-35%的耗水量是从播前土壤贮水量补给的。冬小麦营养生长阶段浅层耗水量大于生殖阶段,但深层耗水量正好相反。土壤贮水量是该区域冬小麦生产力最重要因素,冬小麦土壤水分籽粒生产力为0.30-1.38kg/mm,平均为0.87kg/mm,生物产量生产力为1.416kg/mm,随干旱程度增大明显递减。旱作区冬小麦水分生产力低而不稳,但潜力很大。必须在肥力、耕作、管理等措施要跟上,水分生产力水平才能提高。     

Analysis of Precipitation Characteristics during 1957-2012 in the Semi-Arid Loess Plateau,China

Precipitation is the only water supply and most important factor affecting vegetation growth on the slopes of semi-arid Loess Plateau of China. Based on precipitation data from 7 synoptic stations in the study area over the period 1957–2012, the trends of precipitation and standardized precipitation index (SPI) were analyzed by using linear regression, Mann−Kendall, and Spearman’s Rho tests at the 5% significance level. The results show that (1) the precipitation fluctuation of monthly precipitation was intense (coefficients of variation> 100%), and the drier years were recorded as 1965 and 1995 at all stations. (2) The significant change trend of different stations varied on different time scales: the Changwu station had a significant decreasing trend in April (−0.488 mm/year) and November (−0.249 mm/year), while Luochuan station was in April (−0.457 mm/year); Changwu station displayed a significant increasing trends in winter (0.220 mm/year) and a significant decreasing trends in spring (−0.770 mm/year). The significant decreasing trends in annual precipitation were detected at the Suide (−2.034 mm/year) and Yan’an (–2.129 mm/year) stations. (3) The SPI−12 series analysis suggests that the drought degree of Yulin and Changwu was the lowest and that of Hengshan was the highest among the 7 synoptic stations.     

黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应

为了探究气候变化背景下黄淮海地区的干旱特征,基于黄淮海平原34个气象站点的1961—2012年气象数据,使用相对湿润指数探讨分析了近50年黄淮海地区冬小麦生长季及4个季节干旱的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)在整个分析期内(1961—2011)冬小麦生长季干旱减轻,但是在近20年干旱有了加重的趋势,且干旱加重的趋势是一种突变现象。(2)黄淮海地区1961年以来,春季、冬季以及冬小麦生长季内均表现为不同程度的干旱,干旱频率都达到90%以上,其中春、冬两季最为干旱,3个时段整个黄淮海中北部地区都为高频干旱区域,且4个季节及冬小麦生长季干旱程度与干旱频率的区域分布均表现为由南向北递增的趋势。(3)黄淮海地区的干旱特征对降水、太阳辐射和相对湿度这3个气候要素的变化最为敏感。     

中国北方干湿气候区C_3草本植物δ~（13）C值及其与湿润指数的关系

通过对中国北方C3草本植物稳定性碳同位素的测定以及有关该区植被碳同位素资料的收集,共获取了47个样点的地理位置、气候因子和325个植物样品的碳同位素数据;计算了中国北方不同气候分区的湿润指数,分析了C3草本植物δ13C值的空间特征以及与湿润指数等环境因子之间的关系。在所调查的范围内,中国北方地区C3草本植物δ13C值的分布区间为-29.9‰--25.4‰,平均值为-27.3‰。C3草本植物δ13C的平均值从半湿润地区到半干旱地区再到干旱地区显著变重;3个气候分区植物δ13C值的变化范围分别是-29.9‰--26.7‰（半湿润区）、-28.4‰--25.6‰（半干旱区）和-28.0‰--25.4‰（干旱区）。一元回归分析表明,各气候分区C3草本植物δ13C值与湿润指数的关系存在差异,在半干旱区、半湿润区和整个北方地区,C3草本植物δ13C值与湿润指数均呈显著线性负相关（P〈0.05）,随着湿润指数的增加,C3植物δ13C平均值均变轻,但下降幅度不同。而在北方干旱气候区内,C3草本植物δ13C与湿润指数呈显著正相关（P〈0.05）,湿润指数每升高0.1,植物δ13C平均值增加1.3‰。年均温度可能是决定该区内各样点湿润指数和C3植物对13C分馏能力差别的主要原因。