基于SPEI指数的华北冬麦区干旱时空分布特征分析

气候变化的背景下,华北地区干旱化趋势不断加剧。利用华北冬麦区45个气象站1961—2010逐月温度与降水数据,选取标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)作为区域干旱指数进行华北冬麦区近50年干旱时空特征分析。研究表明:(1)近50年来华北地区平均温度明显上升,研究区整体呈现干旱化加剧趋势。华北地区平均SPEI指数对于典型干旱年份的表征准确,与历史资料相符合。(2)华北不同区域之间增温率不同,导致干旱化趋势存在差异。通过对典型站点的分析,发现增温率越大的区域干旱化趋势越严重。(3)不同等级干旱发生的站次比能够较好地反映不同年型干旱的发生特点。对SPEI指数矩阵的EOF分析结果显示出华北地区典型的干旱时空分布特征,第一模态呈现全区旱涝变化一致型的分布形式,高值区包括山东西部、河南北部、河北南部地区,表明这些地区对干旱的反应最为敏感。时间系数序列未显示出明显的变化趋势;第二模态呈现南北相反的分布型,河北及山东的大部分地区空间系数均为正值,而河南大部分地区为负值。时间系数序列整体呈下降趋势,表明研究区北部干旱化趋势加剧,南部干旱化有所缓解;第三模态呈现东西相反的分布形式,这种分布特征的变化趋势不明显。     

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。     

基于SPEI的辽宁省玉米生育期干旱特征分析

在全球气候变暖的背景下,探究玉米生育期的气候变化及干旱特征,对于预防干旱灾害对作物造成的损失,以及农业可持续发展意义重大。基于1967—2018年辽宁省33个国家级气象台站逐日观测数据,计算了不同月尺度下玉米各生育期标准降水蒸散指数（SPEI）,并结合干旱频率及干旱站次比综合分析了干旱时空变化情况。结果表明：（1）辽宁省玉米生育期降水量以13.31 mm/10a的速率减少,与SPEI呈显著正相关（P<0.01）;气温以0.25℃/10a的速率显著上升（P<0.01）,与SPEI呈负相关。（2）播种-出苗期、出苗-拔节期和喇叭口期SPEI在时间上均呈上升趋势,抽雄期和成熟期呈降低趋势;在空间上全生育期SPEI表现为西北向东南递增趋势。（3）全生育期干旱站次比以0.41%/10a的速率上升;出苗-拔节期干旱站次比呈减少趋势,其他生育阶段均呈上升趋势;发生干旱类型频次区域性干旱 > 部分区域性干旱 > 局域性干旱 > 全域性干旱。（4）全生育期干旱频率整体呈现出由西北向东南递减的特征,且干旱频发区主要在辽西地区;干旱发生频率轻旱 > 中旱 > 重旱 > 特旱。（5）出苗-拔节期为干旱站次比最高的时期;SPEI平均值和不同等级干旱频率最高的时期均为播种-出苗期。该研究成果可为区域农业干旱风险评价以及抗灾减灾等提供参考。     

SPEI指数在中国东北地区干旱研究中的适用性分析

干旱指数的区域适用性是准确表征区域干旱的重要前提,本文以中国东北地区为典型研究区,探讨标准化降水蒸散指数(SPEI)在该地区应用的有效性。基于研究区90个气象台站的逐日气象资料,计算1961—2014年多时间尺度的SPEI指数。从Kolmogorov-Smirnov(K-S)拟合优度检验、SPEI与典型干旱事件核准、SPEI与农作物受旱灾面积及与土壤湿度相关性分析等方面,验证SPEI指数在东北地区的适用性。分析结果表明:1)东北地区多时间尺度的累积水分亏缺量符合Log-logistic分布,SPEI指数在东北地区的应用具备数学统计理论基础;2)生长季平均SPEI值与黑龙江省、吉林省和辽宁省农作物受旱灾面积比例均呈极显著负相关(P0.01);3)在1、3、6和12个月尺度下,SPEI与土壤湿度呈显著正相关(P0.05)的站点比例分别为90.2%、92.16%、90.2%和88.24%。综上所述,SPEI指数不仅满足数学理论统计的要求,而且与干旱灾情数据和土壤水分监测值均具有极度的关联性,说明其在东北地区干旱预测和定量化研究中具有较好的适用性。     

中国遥感干旱指数时空特征及其对气候和地表覆盖变化的响应

干旱严重影响植被生长,威胁粮食安全,基于遥感计算的植被状态指数（Vegetation Condition Index,VCI）、温度状态指数（Temperature Condition Index,TCI）和植被健康指数（Vegetation Health Index,VHI）是常用的干旱指数,被广泛应用于干旱监测。为了探究近年来我国干旱特征及其对气候和地表覆盖变化的响应,分析了2003-2016年期间VCI、TCI和VHI的时空变化特征;采用最小二乘（OLS）和偏相关分析方法分析了这些指数对气候和地表覆盖变化的响应。基于上述干旱指数计算的干旱频率表明,中温带中部和南温带等地区干旱发生频率高,干旱指数变化趋势表明在2003-2016年期间中国大部分地区干旱缓解,但在中温带、南温带和高原气候区等局部地区干旱加剧;总体而言,干旱指数随着年平均温度的上升和年降水量的降低而减小,VHI与温度和降水量的相关性在不同气候区的一致性优于VCI和TCI;裸土的减少和植被的增加导致干旱指数增大,树木转变为低矮植被干旱指数降低。     

基于SPEI指数的1961-2014年东北地区气象干旱时空特征研究

干旱导致生态系统生产力降低,已成为全球观测的事实,并将在未来气候情景下继续加剧。揭示干旱的时空分布特征是抗旱防灾、保障农业生产安全、维持生态系统健康的迫切要求。应用标准化降水蒸散指数（SPEI）和经验正交函数（EOF）分解方法,分析东北地区干旱特征,揭示干旱发生的时空变化规律。基于东北地区90个气象台站,计算1961-2014年的SPEI指数,从干旱频率、干旱范围和干旱强度等方面研究其特征,并利用EOF分解方法解构干旱空间模态和时间系数。研究结果表明：1）东北地区干旱的时间差异明显。1961-2014年,东北地区以1983年、1995年和2008年为转折点经历了"干-湿-干-湿"的波动变化;夏季发生的干旱范围最大、强度最强,冬季的范围最小、强度最弱;2）东北地区干旱的空间分布差异大,西部干旱发生频繁、发生次数多、持续时间长、旱灾强度大;3）在1、3、6和12个月的多时间尺度下,东北地区年均SPEI变量场EOF分解的前3个主要空间模态均表现为全区一致型、南北相反型和东西相反型,其方差累积贡献率约为58%;4）随着研究时间尺度的增大,干旱的空间分布规律和时间变化趋势逐渐明晰,表明东北地区干旱具有明显的尺度特征。综上所述,基于SPEI指数对东北地区干旱进行多尺度时空分解,刻画了干旱的基本特征,并解构了干旱的时空分异规律,研究结果可为该区的干旱预警研究及生态系统灾害管理提供科学依据。     

干旱监测指数研究

日益严重的全球化干旱问题已经成为各国科学家和政府部门共同关注的热点,它直接威胁着人类的生存环境.而干旱监测,尤其是遥感干旱监测,一直是科学界公认的难题.本文对传统的干旱监测指数如帕尔默干旱指数、作物湿度指数、标准降水指数、地表水分供应指数的优缺点进行评述;将遥感干旱监测指数分成2类,一类是基于地表反射率和发射率的干旱监测指数;另一类是基于地表水和能量平衡模型的干旱监测指数,详细介绍了这2类干旱遥感监测指数的原理、方法以及适用范围.对各种干旱监测指数存在的问题以及干旱监测的发展趋势进行了探讨.     

2001-2019年太行山南麓栓皮栎人工林叶面积指数与气候因子的关系

栓皮栎(Quercus variabilis)是我国天然分布最广的树种之一,太行山南麓属我国林业工程重点区域,对气候变化较敏感,研究该地区栓皮栎人工林叶面积指数(LAI)与气候因子的关系对我国林业生态工程建设、温带森林碳汇功能评估有重要意义。依托河南黄河小浪底地球关键带国家野外科学观测研究站,利用LAI实测数据对2001—2019年基于MODIS地表反射率反演的LAI产品进行校正,分析了近19年来太行山南麓的气候变化趋势,以及40年生栓皮栎-刺槐-侧柏混交人工林LAI的变化特征及其与气候因子的关系。结果表明：2001—2019年实验区气候为变暖、变湿润趋势,气温升高温变化率为0.70℃/10a,生长季增温高于非生长季,生长季和非生长季降水量分别为增加和减少趋势。近10年来气候暖湿化趋势加快,高温天气发生的频率和强度增加。实验区栓皮栎混交人工林LAI为增加趋势,近19年平均值为2.09,增长率为0.21/10a,近熟林时期LAI增长率低于中龄林时期。气温是影响LAI季节和年际变异的主导气候因子,降水量主要影响LAI的季节变异。近熟林时期高温天气超过35 d的年份LAI比上一年度减小。     

基于优选遥感干旱指数的华北平原干旱时空变化特征分析

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品和气象资料,对比分析了作物缺水指数(CWSI)、干旱严重度指数(DSI)、归一化植被供水指数(NVSWI)和温度植被干旱指数(TVDI)表征华北平原干旱状况的适用性,并基于优选后的指数研究了2000—2018年干旱的时空变化特征。结果表明：(1)CWSI在反映干旱的效果上明显优于另外三种干旱指数。(2)时间上,2000—2018年春季干旱最严重,其次是秋季和冬季,夏季干旱最轻,但春季干旱强度有所下降,速率为-0.03/10a,而其他三季均呈增加趋势,速率为(0.01—0.08)/10a。(3)空间上,华北平原东部和东南部发生轻旱频率高,西部和北部中旱及以上干旱频率较高。山东省西北部及河南省东部、安徽省北部等地春旱呈显著减弱趋势(P<0.05);夏季华北平原东南部干旱增加趋势显著(P<0.05),而北部减弱趋势显著(P<0.05);秋季华北平原西南一带干旱上升趋势较大;冬季西部、中部及南部干旱增加趋势显著(P<0.05)。     

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。     

基于全球气候模式集合的鄱阳湖流域未来潜在蒸散量及其干旱效应研究

鄱阳湖流域近年来旱涝灾害频发,原有的水量平衡被打破。因此,开展鄱阳湖地区潜在蒸散量及干旱效应研究具有重要意义。潜在蒸散量（Reference Evapotranspiration,ET₀）是评价区域水资源配置和计算干旱指数的重要指标。以我国的鄱阳湖流域为研究区,依托统计降尺度模型,基于站点观测数据、气候模式数据以及美国环境中心再分析数据,运用遗传算法构建多模式集合,模拟未来情景下流域潜在蒸散量和干旱指数（Drought Index,DI）时空演变特征。结果表明：基于遗传算法构建的模式集合较单一气候模式或等权模式集合,模拟性能佳;RCP4.5、8.5情景下流域ET₀均呈上升趋势,ET₀变化的第一主周期分别为20年和4年,流域ET₀未来空间变化特征表现为东高西低;RCP8.5情景下,鄱阳湖流域DI在年际上呈显著上升趋势,9-11月是干旱风险防范的关键时期;流域年DI变化的主周期为8年,流域的中东部地区将是未来干旱风险防范的重点区域。本研究为认识区域尺度下气候变化对潜在蒸散量的影响提供借鉴,同时为政府部门科学应对鄱阳湖流域未来时期可能出现的旱情提供的决策支持。     

基于NDVI的云南省2009-2010年干旱遗产效应研究

气候变化正导致干旱事件发生的强度、频度显著改变,极端气候事件发生的不确定性直接影响陆地生态系统关键生态过程。我国西南地区在2009-2010年发生百年一遇的极端干旱,目前关于植被生长在长时间尺度对此次干旱事件的响应尚不明确。以云南省为研究区,基于多年Normalized difference vegetation index(NDVI)影像数据以及长时间序列气象资料对此次极端事件的干旱遗产效应开展研究,分析了干旱遗产效应的持续时间以及不同植被类型的响应差异。结果表明:1)云南省植被生长在极端干旱事件发生后受到的抑制时间大约持续1-2年,受影响区域主要集中在遭遇降水严重减少的地区;2)海拔2000 m附近为植被对干旱响应最为敏感的区域,海拔高于4000 m的植被生长几乎未受到干旱影响;3)较之草地和农田,森林植被受到的抑制作用更为强烈。研究揭示了极端干旱对云南省植被生长造成的影响,为该地区未来应对极端干旱并有效开展植被恢复提供理论依据。     

基于MRICES模型的气候融资模拟分析

气候融资是促进发展中国家获得减排资金的重要途径之一.基于发达国家成立专项资金用于国际气候融资且发展中国家将其所获得的转移资金完全用于碳减排的经济机制下,在MRICES(Multi-regional integrated model of climate and economy with GDP spillovers,GDP溢出作用下的多区域气候经济综合模型)模型的基础上,扩展了模拟国际气候融资的模块.实验分析了气候融资在全球减排中的气候保护效益和对全球各国产生的经济效益.研究发现,持续的气候融资能有效抑制全球升温,但《坎昆协议》中提出的资金额度仅能使2100年全球升温比无资金转移时降低0.01℃,全球气候保护需要制定更长期的转移计划;气候融资能使发展中国家的经济受益,而发达国家虽然在转移初期会遭受轻微的GDP损失,但从长期看资金转移将促进发达国家的经济增长,最终出现资金转移输出方和输入方双赢的局面;同时,国际气候资金适量转移至中国有助于实现资金的优化高效使用,中国在全球减排中的贡献不容小觑.气候融资是一项气候保护有效、经济效益显著的减排机制.     

Dominant tree species are at risk from exaggerated drought under climate change

Predicting the consequences of climate change on forest systems is difficult because trees may display species‐specific responses to exaggerated droughts that may not be reflected by the climatic envelope of their geographic range. Furthermore, few studies have examined the postdrought recovery potential of drought‐susceptible tree species. This study develops a robust ranking of the drought susceptibility of 21 tree species based on their mortality after two droughts (1990s and 2000s) in the savanna of north‐eastern Australia. Drought‐induced mortality was positively related to species dominance, negatively related to the ratio of postdrought seedlings to adults and had no relationship to the magnitude of extreme drought within the species current geographic ranges. These results suggest that predicting the consequences of exaggerated drought on species’ geographic ranges is difficult, but that dominant species like Eucalyptus with relatively slow rates of population recovery and dispersal are the most susceptible. The implications for savanna ecosystems are lower tree densities and basal area.     

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。