甘肃省河东地区气象-水文干旱时空演变特征

干旱半干旱区是气候变化和人类活动的敏感和脆弱区,研究地区干旱时空演变特征有助于成灾机理分析。甘肃省河东地区是我国典型干旱半干旱区,主要依靠自然降水维持农业生产,旱灾尤为突出。基于标准化降水指数和标准化径流指数探讨河东地区气象-水文干旱的时空演变特征,结果表明:(1)气象干旱多发生于春夏两季及陇东地区,较少发生季节型以上气象干旱;(2)水文干旱较气象干旱历时更长,多年尺度干旱时有发生;(3)不同季节气象-水文干旱滞时不同,春夏两季几乎无滞后,秋季约滞后1个月,冬季约滞后4个月;(4)陇中和陇东地区历史受灾/成灾面积较大。本研究可为干旱半干旱区的旱灾预警评估和旱灾防控工作提供参考。

干旱评价指标体系研究进展

从干旱及干旱指标的分析入手,阐述了5种干旱指标:气象干旱指标、水文干旱指标、农业干旱指标、社会经济干旱指标以及生态干旱指标,并指出了其适用范围和优缺点,以及指标构建中存在的问题及未来发展方向,为干旱的评估与预测提供了依据。

中国北方干旱多发带极端春夏连旱的主要影响因子特征

在全球变暖背景下,天气气候事件表现出的极端性愈加明显,由此造成的各种气象灾害对社会和经济的危害程度进一步加大。在中国北方干旱多发带(Northern Drought-prone Belt,NDPB),极端干旱事件发生的次数更为频繁、强度更为剧烈、范围更为广阔。本文利用气象干旱综合指数、站点的降水和近地面气温、再分析资料以及海表温度、积雪范围、海冰密集度资料,通过统计分析和合成分析方法揭示了NDPB极端春夏连旱事件的主要影响因子特征。研究表明,主要环流因子表现为:3月自巴芬湾东传的波列,5月从哈德逊湾南部到贝加尔湖以东“正-负-正-负-正-负”的位势高度异常,6月60°N附近东传的波列、丝路波列以及偏东偏弱的西太平洋副热带高压;主要的外强迫因子表现为:拉尼娜向厄尔尼诺的位相转变及印度洋海盆和北大西洋中部偏暖的海温异常,欧亚大陆中高纬和北美大陆40°N-60°N之间明显偏小、青藏高原前期偏大后期偏小的积雪范围异常,以及巴芬湾和戴维斯海峡附近偏少而格陵兰海附近偏多、从巴伦支海到喀拉海呈现“正-负-正”分布的海冰密集度异常。

前期干旱寡雨条件下移栽期后移对烤烟碳氮代谢和产质量的影响

为探究移栽期后移对干旱寡雨条件下烤烟植株生长和烟叶品质的影响,本研究以K326为材料,当地常规移栽期(5月1日,T1)为参照,研究移栽期后移[(5月10日移栽,T2),(5月20日移栽,T3)]条件下烤烟生长、碳氮代谢关键酶活性、烟叶产质量的变化特征。结果表明,试验点2022年5至10月的降雨量分别为8.38、53.60、159.87、331.60、452.44、536.55 mm(移栽期呈干旱寡雨特征)。移栽期后移促进了烟株生长,与T1处理相比,T2和T3处理的株高分别提高8.13%和4.42%,茎围分别提高5.10%和17.02%,最大叶宽分别提高1.18%和9.62%。移栽期后移抑制烟株碳、氮代谢,与T1处理相比,T2、T3处理烟株蔗糖合成酶、硝酸还原酶活性降低。与常规移栽期相比,移栽期后移处理烟叶的产量和产值无显著差异,烟叶品质和烟叶感官质量得到提升,不同等级烤烟的常规化学成分(氯、钾、总氮含量和钾氯比)等指标均较满足优质烤烟的化学成分要求。综上,在云南地区前期干旱寡雨条件下,适当后移移栽期(即推迟至5月10日至20日)可以保障烟株的正常生长和烟叶品质。本研究结果为优质烟叶生产提供了理论依据。

长江流域干旱评估指标、时空特征及成因研究进展

在梳理长江流域干旱相关研究成果的基础上,从气象干旱、水文干旱、农业干旱3个角度评述了当前长江流域干旱评估指标的研究现状,阐述了长江流域干旱的时空特征及成因。指出当前研究在区域干旱的精准识别和多因素交互作用方面仍面临严峻挑战,未来长江流域干旱的主要研究方向包括提高多源数据综合利用水平,增强干旱监测的时效性与准确性;完善干旱监测及预报体系,提高干旱预测的科学性与可靠性;深化人类活动对干旱的响应研究,揭示人类活动与自然因素在干旱事件中的相互作用机制。

干旱指标的理论分析与研究展望

干旱作为最严重的气象灾害之一,已经对我国社会经济和人民生活造成严重影响。尽管关于干旱和干旱指标已有大量研究,但是由于干旱自身的复杂特性和对社会影响的广泛性,干旱指标都是建立在特定的地域和时间范围内,难以准确反映干旱发生的内在机理。为此有必要对干旱定义及国内外主要的干旱指标加以综述和评价,为干旱的监测和评估,特别是为全球变化中的气候—植被关系研究提供方法和依据。将干旱分为4种类型:气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱,并对当前国内外主要的干旱指标进行介绍,指出了其适用范围,并在归纳现有干旱指标不足的基础上提出了干旱指标的研究方向和任务。

普通烟草PYL基因家族成员鉴定及干旱胁迫下基因表达分析

PYR/PYL/RCAR(PYL)蛋白作为脱落酸(ABA)的直接受体,在ABA信号转导途径中发挥着关键调控作用。为探究PYL基因在烟草中的系统发育和表达模式,本研究利用生物信息学手段在普通烟草品种K326全基因组范围内进行了鉴定分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测了各基因在遭受干旱胁迫0、1、3、6、12、24、36和48 h的基因表达量。结果共鉴定到26个烟草PYL基因,依据系统发育和结构特点可划分为3个亚家族(Ⅰ~Ⅲ),成员数目分别为9、11和6。蛋白理化性质分析结果表明,所有烟草PYL蛋白都呈亲水性,氨基酸长度在173~586 aa之间,相对分子量在16 763.26~65 709.39 Da之间,等电点(pI)在4.73~9.05之间。顺式作用元件分析结果发现,烟草PYL基因启动子区含有MYB、NAC、WARKY、TCP、ZF-HD等逆境胁迫响应相关元件。基因表达结果显示,烟草PYL基因在遭受干旱胁迫后,除NtPYL8、NtPYL9、NtPYL17和NtPYL21基因外、其余基因表达量整体表现为上调趋势,但各亚家族成员间基因表达具有明显差异。其中亚家族Ⅱ中NtPYL1、NtPYL2、NtPYL4基因和亚家族Ⅲ中NtPYL25基因在遭受干旱胁迫6~12 h后基因表达量达到最高,且相对表达量较0 h上升显著,可作为烟草应答干旱胁迫的重要候选基因。本研究为进一步开展烟草候选抗旱PYL基因功能研究及育种利用奠定了基础。

干旱指数研究进展与展望

干旱是一种频发的自然灾害,对社会经济和生态环境造成极大危害。干旱指数是评估干旱的有力工具,但由于干旱发生的复杂性和干旱影响的广泛性等特点,使得干旱指数种类繁多且各有侧重。合理选择干旱指数是准确监测和评估干旱的基础。本文首先阐明干旱的概念与定义,然后对气象干旱、农业干旱、水文干旱、社会经济干旱、地下水干旱等单变量干旱指数及综合干旱指数的研究进展进行了系统的总结,将综合干旱指数按构造方法分为水量平衡法、权重法及统计概率法三类,分析了这三类方法的应用特点。提出了当前干旱定义中存在以人为中心的描述气象干旱产生的农业水文和社会经济影响,不能描述干旱导致的生态影响、干旱指数没有考虑干旱影响部门的水需求和多源数据融合等问题,提出了今后应在定义地下水干旱和生态干旱等新的干旱类型、发展更有效的干旱指数和基于多源数据融合的综合干旱指数等方面进行深入研究。

滇中高原地区干旱特性及风险分析

滇中高原地区是云南省社会经济发展的核心区,也是遭受干旱灾害最为严重的区域,研究该区域干旱特性及其风险对干旱灾害防御具有重要意义。采用多元Copula函数构建综合干旱指数MDI,识别出同时涵盖气象、水文、农业3类干旱特性的综合干旱事件,据此分析区域干旱特性,进而基于自然灾害风险理论提出干旱灾害风险评价方法,根据危险度、种植率、受灾率、缺水率4个因子划分干旱风险等级,评估滇中引水工程供水前后对区域干旱情势的影响。研究结果表明:①滇中高原地区的总体干旱特征为干旱历时1.90~5.10月、烈度2.80~4.50,二者的联合重现期为2.45~3.14 a;干旱历时、烈度、联合重现期的地区分布规律均为中部楚雄、昆明、玉溪以及南部红河等州市较长(强),西部大理、东部曲靖等州市较短(弱);滇中引水工程建成通水后区域干旱呈现历时变短、烈度减弱而联合重现期增长的发展态势。②滇中引水工程通水前滇中高原区干旱风险等级为4~7级,工程建成通水后干旱风险等级较现状普遍下降1~4级,干旱风险明显降低,这表明通过实施滇中引水工程构建滇中高原水网可提高区域防御干旱灾害的能力,有利于区域国民经济的持续稳定发展。

基于CWDI蒙冀半干旱区近60a谷子干旱时空变化特征

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站点1961-2019年谷子生长季(5-9月)逐日气象数据,采用作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,结合干旱强度、干旱频率、干旱站次比分析谷子干旱的时空变化特征。结果表明:(1)近60a,蒙冀半干旱区谷子干旱强度呈下降趋势。干旱的发生频率和站次比均随干旱等级的升高而降低。(2)在谷子各生育阶段,干旱强度和干旱频率表现为拔节期>苗期>成熟期>灌浆期>抽穗期。(3)空间分布上,研究区内谷子干旱强度和干旱频率均表现为由西北向东南逐渐降低,其中中旱、重旱和特旱的发生范围均减小。干旱强度和频率的降低有利于蒙冀半干旱区的谷子生产。

基于SPI-RRV指数中国气象干旱及其风险时空演变特征研究

为全面揭示变化环境下我国多维气象干旱特征,耦合气象干旱指数(SPI)和可靠性-回弹性-脆弱性(RRV)指数,提出了一种基于SPI-RRV指数的干旱风险评价方法,定量评价了中国气象干旱及其风险的时空演变特征。结果表明:SPI-RRV指数具有特征稳定和时空可比性强的特点,能够较为准确地评估气象干旱风险时空演变特征;南方平均干旱栅格比、干旱月占比和频次大于北方,湿润区和半湿润区干旱历时短、烈度大,半干旱区和干旱区干旱历时长、烈度相对较小;干旱高风险区转移具有显著年代际变化规律,空间上从西北向西南地区转移。

气候变化背景下山西省气象干旱时空演变特征

干旱频发对生态资源、农业发展造成了严重影响,为揭示山西省干旱时空演变特征,基于1971—2020年山西省24个气象站点的逐月气象资料,利用改进的Mann-Kendall方法检验各气象因子的年变化趋势,采用FAO56 Penman-Monteith公式计算参考作物腾发量(ET0),分析单个气象因子变化情况下ET0的变化特征和对气象因子的敏感性,比较各时间尺度(月、季、年尺度)不同干旱指数(降水距平百分率(Pa)、标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI))对山西省干旱灾害监测能力。结果表明:ET0与相对湿度呈负相关,气象因子对ET0的敏感性由大到小依次为相对湿度、日最高气温、2 m处风速、日最低气温、日平均气温,ET0呈波动下降趋势。SPEI能够在多时间尺度上有效反映山西省干旱状况,是该地区干旱监测的有效工具。在月、季、年尺度下,比较3个干旱指数,Pa检测效果较差,SPI和SPEI在某些地理区域存在较大差异,整体而言,SPEI在多数地区检测干旱的性能更好;SPEI-1尺度下,各干旱等级发生频率由大到小依次为轻旱(14.8%)、中旱(10.6%)、重旱(5.6%)、特旱(1.9%),3月干旱发生率最高(34%),12月发生率最低(31.8%),吕梁市、晋中市、大同市干旱情况较为严重;SPEI-3尺度下,季节发生干旱频率由大到小依次为秋季(33.5%)、夏季(32.5%)、春季(31.9%)、冬季(31.4%),大同市、长治市特旱发生频率最高,旱情最为严重,忻州市轻旱频率、朔州市中旱频率、吕梁市重旱频率最高;SPEI-12尺度下,轻、中、重、特旱频率分别为14.8%、10.5%、5.4%、2.3%,SPEI-12相较SPEI-1和SPEI-3识别重旱、特旱的站点更多,并基于游程理论得出,山西省南部干旱频次更多,东部干旱历时更长、干旱严重程度更大,干旱峰值主要出现在山西省南北部,由于年均降水呈波动性下降,年均气温整体上升,山西省的气候趋于暖干化,南北部旱情将有所加重,中部地区旱情有所减缓,全域性干旱仍有很大发生可能。

不同浓度多效唑对干旱胁迫下玉米幼苗的影响

为研究不同浓度多效唑浸种对干旱胁迫下‘昭黄24号’玉米幼苗生长发育及生理生化特性的影响,以‘昭黄24号’玉米种子为材料,采用水培试验,设置为10%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫和多效唑浓度(0、100、200、300、400 mg/L)的正交设计,以探究提高‘昭黄24号’玉米幼苗抗旱性的最佳浸种浓度,同时为提高‘昭黄24号’质量提供理论依据和参考。结果表明,在干旱胁迫条件下,玉米幼苗的生长发育明显受到抑制,表现为株高显著降低。然而,在多效唑浸种的干预下,玉米幼苗的生长发育得到改善,根长和根冠比随多效唑浓度的增加呈现上升趋势。在100 mg/L多效唑处理组中,株高降低了23.45%,而根长和根冠分别提高了9.25%和1.07%。此外,多效唑浸种还显著提高了玉米幼苗的叶片水分含量和叶绿素含量,降低了丙二醛含量,从而减轻了干旱胁迫对玉米幼苗的氧化损伤。综上所述,多效唑浸种对干旱胁迫下‘昭黄24号’玉米幼苗的生长发育及生理生化特性具有显著的促进作用(P<0.05),其中以100 mg/L多效唑浸种效果最好,200 mg/L次之,提高了干旱逆境下玉米幼苗的耐受性和适应性。

干旱指标研究的进展与展望

对气象干旱指标、农业干旱指标、水文干旱指标和社会经济干旱指标4个方面的研究成果进行了较为全面的对比分析,并提出了干旱指标研究中仍存在的主要问题以及今后研究的重点与展望。干旱气候的影响具有持续时间长、范围广、灾害程度重的特点,而干旱指标是衡量干旱气候的标准。分析指出,按照大气、土壤、水文和作物干旱的相互关系及其因果关系,应该首先考虑大气干旱,而考虑大气干旱时,最好利用降水百分数或距平百分率,这样便于统一比较各个地区的干旱程度。其次,再根据不同的领域和对象,考虑土壤、农作物、牧业和水文干旱等。在研制干旱指标时,要注意要素的可收集性及其适时性,考虑主要要素和监测业务的可行性,干旱指标要简单、明了,可计算性强,以便于业务使用和推广。

安徽省干旱危险性评价及等级划分

区域干旱危险性评价是实现旱灾风险管理的基础,可为防旱减灾工作提供科学有效的决策依据。选取安徽省104个县级行政区的水资源量和降水量数据,采用指标综合评估法构建了基于危险性指数的干旱危险性定量评价方法,对安徽省各县区的干旱危险性进行了评价,得到了安徽省干旱危险性等级分布图。结果表明:基于水资源量和降水量数据的计算结果绘制的县域干旱危险性区划图中,除个别县区的危险性等级分布有所差异外,安徽省干旱危险性等级分布由北到南逐渐降低;安徽省干旱危险性程度的总体变化趋势与其自然地理分布紧密相关,并且受到社会发展的影响。研究结果可为安徽省旱灾风险区划提供支撑。

我国气象干旱研究进展评述

近几十年来,在全球变化和社会经济高速发展的影响下,全球环境问题尤为突出。其中最为严峻的问题之一是干旱的频繁发生。干旱已经成为全球性的问题,由干旱,尤其是重大干旱灾害所引起的水资源匮乏、粮食危机、生态恶化(如荒漠化等),直接威胁到国家的长期粮食安全和社会稳定。针对这些问题,本文介绍了国家对干旱研究的需求和近年来在干旱研究领域的主要科技进展,提出了目前干旱研究领域存在争议的问题、以及面对国家需求应解决的关键科学问题。并对未来5～10 a该领域的发展趋势进行了简要分析。

西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征

为了解西南地区气象干旱向水文干旱传播的特征,采用西南地区1968—2017年101个气象站观测资料和8个水文站月径流资料,计算了标准化降雨蒸散发指数(SPEI)和标椎化径流指数(SRI),基于皮尔逊相关系数(PCC)确定了干旱响应时间并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,构建了线性干旱传播模型并确定了西南地区部分流域气象干旱向水文干旱传播的触发阈值。结果表明:西南地区干旱响应时间为2~7月;水文干旱敏感度分布与气象干旱传播率分布较为一致;干旱烈度传播阈值较小的流域,水文干旱事件历时更长。

中国典型大范围持续干旱事件对大气环流的响应

在全球气候变化和人类活动强度增加的双重驱动下,频繁、广发的大范围极端干旱事件给中国经济社会发展和生态环境造成了严重影响。为分析中国干旱的时空动态演变特征,该研究采用标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)结合干旱历时、干旱面积以及干旱烈度,构建了一种基于持续干旱栅格概念的大范围持续干旱事件识别方法,研究1961—2020年中国历史大范围持续干旱事件的时空动态演变特征及其对大气环流的响应机制。研究发现:过去60年中国共发生了47场大范围持续干旱事件,平均持续干旱历时为7.14个月,平均持续干旱面积为28.66%,平均持续干旱烈度为-2.86;1980—2010年间每10 a发生的干旱事件平均持续干旱面积出现连续扩大趋势,在1970—2020年间每10 a发生的干旱事件平均持续干旱历时集中在4~8个月之间;海洋尼诺指数(Oceanic Ni?o Index,ONI)与中国大范围持续干旱事件的发生表现出较强的相关性,ONI与SPEI3之间主要存在16~48月的共振周期,当强拉尼娜事件发生时会导致中国春季降水的减少,增加中国发生春旱的频次。研究结果有助于进一步理解中国干旱的成因和规律,提升防旱抗旱政策的科学性和精准性。

基于有效干旱指数的锡林郭勒干旱时空分布特征

[目的]识别锡林郭勒草原干旱事件、干旱频率和干旱强度,明确锡林郭勒气象干旱场,进而为锡林郭勒减轻干旱引发的环境和经济问题。[方法]选取1969—2018年锡林郭勒地区9个气象站点逐月观测数据,计算有效干旱指数(effective drought index,EDI),结合Mann-Kendall检验、经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解、干旱定量表征等方法,分析了60年来锡林郭勒干旱时空格局特征。[结果]锡林郭勒地区的年平均EDI指数以0.029/10 a的速度下降,干旱趋势明显增强,平均每年发生0.5次干旱事件。锡林郭勒正常发生的频率为67.17%~72.65%,发生重旱的频率为0.02%~0.99%,发生不同干旱的频率差异性较大,西南部、中部是干旱强度较高的区域。锡林郭勒前2个主要特征向量的方差贡献率分别达52.75%和14.38%,空间模态表现为一致型和东南—西北反位相型。[结论]考虑有效降水的EDI指数在揭示草原干旱时空变化趋势方面更有优势,可以用来识别气象干旱时空模态的变化情况。

气候变化背景下赣江流域复合高温干旱事件时空演变特征

【目的】在气候变化背景下,全球多区域复合高温干旱事件频率与强度呈现增加趋势。系统揭示赣江流域复合高温干旱事件的时空演变特征,为灾害风险防范提供参考。【方法】采用1961—2021年的日最高温度和表层土壤含水量数据,评估赣江流域热浪、农业干旱和复合高温干旱事件的时空变化趋势,对比分析复合高温干旱事件与单独极端事件的特征差异。【结果】结果表明:赣江流域农业干旱事件频次呈下降趋势(-0.027场/10 a),热浪事件及复合高温干旱事件的频次呈上升趋势(0.084场/10 a、0.013场/10 a)。与1961—2000年相比,2001—2021年赣江流域农业干旱的发生频率在北部大部分区域有所下降,南部地区大部分区域有所增加;热浪事件的发生频率在全流域均呈增加趋势;复合高温干旱的发生频率在东北部有所下降,南部显著上升。与单独热浪事件和单独农业干旱事件相比,复合高温干旱下的热浪事件历时和烈度分别增加16.87%和26.25%,农业干旱事件历时和烈度分别增加10.65%和26.86%。【结论】赣江流域南部地区复合高温干旱事件发生频率显著增加;相比于单独的极端事件,复合高温干旱事件的危险性有所增强,未来应加强该区域的复合高温干旱风险防范能力。