鄱阳湖流域气象干旱的区域性特征及干旱过程演变

基于1960—2020年鄱阳湖流域及周边29个国家气象站的连续观测资料,通过计算标准化降水蒸发指数(SPEI)并结合游程理论,研究分析了气象干旱的区域性特征及干旱过程演变。结果表明:①鄱阳湖流域月尺度气象干旱的发生频率为31.7%~34.8%,不同等级干旱发生频率的空间格局差异明显;②春、秋季节流域尺度SPEI呈现微弱下降趋势,干旱影响范围呈不显著的增加趋势,夏、冬季节情况与此相反;③就干旱区域性特征而言,鄱阳湖流域季节性气象干旱以全流域性干旱和局域性干旱为主(发生频率分别为29.5%和23.4%),区域性干旱和部分区域性干旱的发生频率(分别为10.7%和5.7%)相对较低;④游程理论揭示在过去的61 a间共发生50次流域尺度气象干旱事件,干旱事件的发生频次随干旱历时的增加显著减少,其中干旱历时最长的可达49个月;⑤流域尺度气象干旱事件的历时、峰值烈度以及总烈度的演变呈现较强的年代际波动特征;⑥干旱历时与总烈度之间存在显著的线性关系,与峰值烈度之间存在显著的幂函数关系,与平均烈度之间的相关关系不明显。这些研究结果明晰了鄱阳湖流域气象干旱的区域性特征与干旱过程演变,为合理开展流域气象干旱影响评估和制定防范策略提供科学依据。

1961—2022年四川省区域性干旱过程识别及时空演变特征

利用四川142个国家气象站1961—2022年逐日气温、降水资料,基于气象干旱综合指数(MCI)及其区域性干旱过程识别方法,分析四川区域性干旱时空变化特征。结果表明:(1)1961—2022年四川识别239次区域性干旱过程,平均3.9次/a,综合强度为较强等级以上占比49.4%;过程开始11月最多,9月最少;过程频次1960年代和1990年代偏少,1970年代、1980年代和21世纪以来相对偏多。(2)四川省区域性干旱过程的综合强度呈显著增强趋势,主要是过程影响范围增加趋势明显,平均每10 a增加3.7站,而过程强度和持续天数的变化趋势均不明显。(3)四川省各地干旱日数变化趋势各异,盆地及攀西地区干旱频发态势明显,常见4种区域干旱分型,分别是盆西南型、盆东北型、盆西北型和攀西型。(4)2022年四川省发生4次区域性干旱过程,过程频次接近常年水平,年度干旱综合评价为近10年来偏强。区域性干旱过程识别结果与业务实际和灾情验证比较吻合,综合强度指标对干旱事件的影响有一定表征能力,可本地化业务应用于四川区域性干旱过程监测评估。

玉米光合生理参数对全生育期干旱与拔节后干旱过程的响应

作物对干旱的响应已有大量研究,但对不同强度干旱及其持续时间响应过程的研究甚少。通过开展全生育期干旱和拔节后干旱过程的影响模拟实验,试图揭示夏玉米叶片光合生理特性对不同干旱强度及其持续时间的响应机理,为我国北方地区玉米育种和节水灌溉提供科学的理论依据。研究结果表明:1)干旱显著降低了玉米叶片的叶绿素相对含量(SPAD),但两种干旱处理下的SPAD随干旱持续时间的延长而出现响应差异并逐渐扩大;2)不同强度、不同持续时间的干旱处理均明显抑制了玉米叶片的最大净固碳速率(A_(sat)),拔节后的轻度干旱过程对玉米叶片A_(sat)的影响最大;3)拔节期后重度干旱过程处理下玉米叶片虽保持较高的光合速率,但叶片数量急剧减少,而且一直保持在营养生长阶段,没有产量;4)在两种干旱处理方式下,玉米叶片PSII的光化学效率(F_v′/F_m′)均到灌浆中期才开始出现显著降低现象,表现出了较强的干旱适应能力;5)SPAD与叶片光合及叶绿素荧光参数均存在较强的相关关系,可作为评价玉米叶片光合性能对干旱胁迫敏感性的指示性指标;6)不仅干旱强度影响玉米叶片的生理生态过程,干旱发生的时间也具有重要的影响。

1961—2019年长江中下游区域性干旱过程及其变化

客观识别区域性干旱过程,评估其强度是开展精准监测、评估干旱影响业务的基础。基于长江中下游地区502个国家级气象站1961—2019年逐日气温、降水资料以及1971—2019年干旱受灾面积,运用气象干旱综合指数(MCI)及区域性干旱过程识别方法,识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程,干旱过程的次数随着持续天数增多呈明显减少趋势,决定系数达0.89。1961—2019年长江中下游地区共发生6次特强区域性干旱过程、19次强区域性干旱过程、38次较强区域性干旱过程,其余63次为一般区域性干旱过程,区域性干旱过程的持续天数、平均强度、平均影响面积以及综合强度指数的变化趋势形态各异。长江中下游地区年干旱日数总体呈现“北部多于南部、平原多于山区”的分布特征,且总体呈现“西北部增多、东南部减少”的变化趋势,干旱日数与干旱受灾面积变化趋势较为一致,相关系数达0.66。由典型区域性干旱过程监测评估可知,干旱综合强度指数与干旱站数存在明显的正相关,干旱综合强度指数越强,各等级干旱站数越多;各地干旱日数的多少与干旱受灾面积的大小也较为一致,干旱日数越多的地区,干旱受灾面积越大。总体来看,区域性干旱过程识别方法及评估结果与干旱灾情较为吻合,能较好地识别出区域性干旱过程,并可从持续天数、平均强度、平均影响面积以及干旱综合强度等多角度对干旱过程进行监测评估。

干旱过程、时空尺度及干旱指数构建机制的探讨

由于干旱自身不同于其他自然灾害的发生发展特点,目前国内外对干旱的研究及如何应对干旱所引发的灾害依然存在诸多障碍。根据水文干旱研究中所应用的游程理论,进一步分析阐述了干旱的发展演变过程,及干旱各参数之间的关系,确定了干旱的内涵为水分的供需平衡,从而定义了一个具有广泛意义的干旱概念。在此基础上阐述了不同部门所关注干旱类型之间的区别与联系,分析了各干旱类型的侧重点及其时空尺度。并进一步以干旱概念为基础,分析了干旱指数的构建依据及其优缺点,并得出以SPAC(土壤-植物-大气连续体)为基础构建具有较强物理基础的机理性干旱指数是未来干旱监测研究的方向。同时,干旱是一个非常复杂的过程,需要多学科联动建立一套较为完善的科学理论,才能使干旱研究更深入。

江苏省典型干旱过程特征

为了研究江苏省重大干旱过程的生消和演变特征,选取2006年10—11月覆盖全省的一次严重秋旱事件作为典型个例,收集54个气象台站的逐日气象观测资料,计算逐日复合气象干旱指数CI值,以此为基础统计干旱发生的开始日期、结束日期、持续日数和逐日旱强,研究全省和各地区的旱情生消和演变特征;选用MODIS产品数据,利用植被供水指数法,反演干旱发展过程;利用实测土壤相对湿度数据,在ArcGIS9.3中采用反距离权重插值法,分析干旱事件中土壤湿度的空间变化特征。研究结果表明:(1)在这一典型秋旱事件中,由CI指数、VWSI指数和土壤相对湿度反映的大气、植被、土壤干旱的生消和演变过程基本一致。(2)干旱的发生是由西北到东南逐渐扩展蔓延,结束则由东南向西北逐渐收缩消失,持续天数从北向南递减。(3)旱情总体上北重南轻,但不同地区因大气背景和自然地理条件不同发展过程差异较大。(4)利用CI指数、VSWI指数和土壤湿度可以较全面而系统地监测干旱过程的生消、演变和强度变化。

局部覆盖条件下干旱过程对土壤水分蒸发的影响

采用旱棚人工控水、蒸发桶称重法,对地膜、渗水膜、干草、塑料泡膜4种地面覆盖材料在50%覆盖度下的土壤水分蒸发性能及保墒能力进行了研究。结果表明,4种透水或不透水覆盖材料均能有效减少土壤水分蒸发,其中蒸发抑制作用最强的为地膜,其次为渗水膜,塑料泡膜作用最小;在为期5个月的试验期间,地膜、渗水膜、干草、塑料泡膜覆盖可减少土壤蒸发量分别为23.04,10.89,10.03和5.68mm。试验还发现,覆盖材料对土壤蒸发的抑制能力与土壤干旱过程密切相关,低含水率持续干旱阶段土壤蒸发速率随蒸发历时延长而减小;高含水率干湿交替及持续干旱阶段则相反。局部覆盖能显著提高覆盖区与相邻非覆盖区的平均土壤含水率,延长适宜植物生长的土壤水分的持续期,减轻持续干旱对造林成活和幼林生长的威胁。

2022年长江流域高温干旱过程及其影响评估

2022年夏秋季长江流域出现大范围异常高温干旱事件,对自然生态和社会经济造成了广泛影响,引起了社会广泛关注。利用最新观测资料,系统分析了2022年长江流域高温干旱的气候特征,并采用区域性高温和区域性干旱过程监测评估方法,评估了2022年区域性高温和干旱过程的综合强度及其影响。结果表明:2022年夏季长江流域最高、最低和平均气温均为1961年以来同期最高,高温日数为1961年以来最多,高温覆盖范围为1961年以来最广,高温过程综合强度为1961年以来最强,达“特强”等级;2022年夏秋季长江流域干旱过程最大覆盖范围达全流域的94.5%,为1961年以来最广,过程期间累计降水量为1961年以来同期最少,过程综合强度为1961年以来最强,达“特强”等级。持续性异常高温干旱造成流域水电、航运、供水和居民生活受到显著影响,部分地区农作物减产,生态环境有所退化。在全球气候变化背景下,近20 a来长江流域区域性高温和干旱事件具有显著的增多、增强以及同时发生的趋势,其影响呈现出系统性和复合型的新特点。未来流域水资源管理需重视气候变化风险,提高应对极端干旱与高温复合灾害的能力。

干旱过程系统与干旱指数

在讨论干旱过程系统、干旱指数问题的基础上，提出用干燥度、旱灾指数和干旱度研究旱灾。建立了旱灾测防系统（ＯＰＲＤＳ）及其结构框架，并提出了用旱灾测防系统减消旱灾的一般程序。

典型洪水和干旱过程对湖泊湿地的生态作用

在分析水文过程、栖息地变化和湿地生态之间关系的基础上,指出洪水和干旱过程是驱动湿地过渡带生态过程的重要因子,对于湖泊湿地生态产生重要作用。选Okeechobee湖湿地为试验区,研究典型洪水和干旱过程下,不同频率水位的湖泊湿地淹没变化,分别从定量和定性角度,利用栖息地适宜指数模型评价下垫面变化的生态作用,分析产生生态作用的原因,并以实测候鸟资料验证结果。指出一定程度的洪水和干旱过程有利于过渡带生物物种的多样性。

气象干旱过程识别及致灾因子特征分析

为科学识别气象干旱及其发生、发展过程,并探究其致灾因子变化特征,通过1981—2020年海西州8个气象站点逐日气象干旱综合指数(Meteorological drought composite index,MCI)描述历年干旱事件,识别干旱过程个数、入旱出旱时间,分析干旱过程强度、干旱过程降水量等。结果表明:1981—2020年,海西州共识别干旱过程192个,干旱开始时间介于5月18日—6月20日之间,结束时间介于7月4日—8月8日之间,历时时长40~63 d;各等级干旱日数变化趋势不一,茫崖、乌兰县干旱日数变化呈增加趋势,变化倾向率分别为2.0 d·(10a)^(-1),1.0 d·(10a)^(-1),其余站点呈减小趋势,变化倾向率介于-4.0~-1.0 d·(10a)^(-1)。不同干旱等级的干旱日数大体呈中部少,西部多的态势,西南地区干旱最为严重;时间序列上,轻、中、重、特旱日数和年最长连续干旱日数呈减少趋势;年最长连续干旱日数均值为16 d,最大值为65 d(1995年);茫崖干旱过程强度最高,天峻和都兰相对较低。

天水地区干旱过程风险评估方法研究

为研究天水地区干旱变化特征并对其进行定量评估,本文采用天水地区7个气象站1965—2012年48年的气象观测资料,依据风险评估和正态分布等相关理论,首先确定了干旱过程综合评估指数;其次分析了天水地区干旱过程的变化特征;再次利用干旱过程综合评估指数序列对天水地区干旱过程强度风险评估等级进行划分,确定了明显干旱过程重现期评估指标;最后利用等级划分指标及重现期评估指标对2013年天水明显干旱过程进行了试评估。结果表明,该方法能科学、及时、有效的对天水干旱过程风险进行量化评估,对提高防灾减灾和决策气象服务的实效性具有一定的参考价值和意义。

荒漠草原石生针茅光合特性对渐进式土壤干旱过程的响应及敏感性分析

陆地生态系统碳收支对极端气候变化十分敏感。为探究石生针茅荒漠草原碳收支对土壤极端干旱过程的响应机制,本研究以荒漠草原石生针茅为试验材料,采用遮雨棚人工控水方法模拟土壤的极端干旱过程,测定多项石生针茅碳交换特征参数,分析其变化特征并对比不同参数对干旱的敏感性差异。结果表明:水分利用效率(WUE)与土壤含水量(SWC)呈显著的指数关系,气孔导度(G_(s))、最大羧化速率(V_(cmax))和磷酸丙糖利用率(TPU)与SWC呈显著的线性关系,其余特征参数与SWC均呈显著的二次曲线关系,且在干旱胁迫下叶片尺度的特征参数最先出现下降响应;饱和光强下叶片净光合速率(A_(sat))、蒸腾速率(E)、最大电子传递速率(J_(max))、PSⅡ的有效光化学量子产量(Fv′/Fm′)、PSⅡ的实际光化学效率(ΦPSⅡ)和生态系统净碳交换(NEE)均存在水分阈值;在干旱过程中,Gs、WUE、Vcmax、TPU、生态系统呼吸速率(Re)和生态系统总初级生产力(GEP)最先开始下降,E、NEE和Jmax的整体变化速率较快;导致石生针茅叶片光合速率下降的主要原因由气孔限制转为非气孔限制时的SWC为14.73%,而石生针茅生态系统由碳汇转变为碳源的SWC为7.85%。可见,石生针茅生态系统的碳交换与土壤含水量密切相关,且土壤极端干旱显著降低了其碳吸收。

新疆气象干旱过程识别及多维变量联合分布特征分析

【目的】新疆是我国典型的干旱区,境内干旱灾害频发,缓解其严峻的干旱形势迫在眉睫;为揭示新疆气象干旱特征并探究其干旱重现期,【方法】采用1960-2021年新疆60个气象站点逐日气象数据,选取气象干旱综合指数(MCI)作为干旱评价指标进行干旱等级的划分,基于游程理论识别干旱过程并提取3个典型干旱特征变量,分析新疆近62年来发生干旱过程的时间变化趋势和各等级干旱日数的空间分布特征,通过优选得出的Copula函数构建干旱特征变量的二维、三维联合分布函数模型,推求干旱重现期。【结果】结果表明:在年际变化上新疆干旱过程数量呈现减少趋势,1960-2021年北疆发生干旱过程总数较南疆高,在春季新疆易发生干旱过程,且易发生春夏连旱;随着干旱等级的增加,干旱日数显著减少,旱情呈现出北疆重于南疆的空间分布特征;广义极值分布函数能较好的拟合干旱强度和干旱历时,威布尔分布函数拟合干旱峰值的效果最佳,Gumbel Copula函数拟合干旱强度-历时的二维联合分布时效果较好,Clayton Copula函数在干旱历时-峰值和强度-峰值的二维联合分布及三维联合分布中拟合效果最佳。【结论】Copula函数能较好地描述新疆多维干旱特征变量的联合分布,新疆发生长历时、高强度的极端干旱事件的概率相对较小,发生短历时、低强度的干旱过程概率相对较大,研究成果可为干旱风险评估提供技术支持。

基于干旱过程模拟的旱情综合评估方法应用研究

在对国内外干旱评估方法研究进行综述的基础上,指出干旱起因是降水偏少,但发展成灾,则有一个缓慢渐进过程,它不仅取决于降水、气温等气象条件,还与地形、土壤、作物等因素密切相关。考虑到旱灾的成因是多条件的,旱灾的影响和体现也是多方面的,只有结合干旱发展的各阶段,才能全面地认识和评估旱情。利用基于分布式水文模拟的干旱模型,在完整模拟干旱发生发展和结束过程的基础上,整合多种旱情指标,提出能反映干旱发展过程主要特征的旱情综合评估方法体系,并以长江上游川渝地区2006年严重干旱事件为例,开展了应用示例研究。

CMIP6模式对云南区域性干旱过程的模拟评估及预估

21世纪以来,云南频繁发生全省性干旱过程,造成严重的灾害。未来在气候变化背景下云南全省性干旱过程将如何变化尚未得到充分研究。基于16个第六次耦合模式比较计划(CMIP6)的模式结果和区域性干旱过程监测评估方法,研究了云南省区域性干旱过程历史时期的特征和未来不同排放情景下的可能变化。结果显示,适当订正后的CMIP6模式能较好地模拟出近54年云南省区域干旱事件的特征,模式偏差主要表现为夏季降水偏多、10—11月降水偏少。未来54年在三种排放情景下,云南省区域性干旱过程发生次数将增加1.1~4.7次,持续日数将增加2.6~4.0日,影响范围将增加0.2~0.6站,累计强度将增加0.1~0.2。未来发生在干季内的干旱过程次数将减少,但持续日数、影响范围、累计强度都将增加;由干季延伸至雨季的干旱过程次数、持续时间、累计强度都将增加;发生在雨季内的干旱过程次数和影响范围将增加、累计强度将减小。滇西北、滇东北等受干旱过程影响较轻的地区未来也将更容易受到干旱过程的影响。上述结果表明未来云南省全省性干旱过程将加强。

西藏干旱过程的气候及主要环流特征

为了认识和预测未来干旱过程发生 ,对它的气候必须有所了解 ,并且对应的大气环流主要特征要做详细分析。为此本文对西藏地区 2 3个站点逐日降水资料 ,从气候角度统计了干旱过程 ,初步了解西藏地区干旱过程规律及气候概况 ,对干旱过程期的高空环流特征进行了分析 ,提出干旱过程期中短期环流特征及预报指标。

WOFOST模型蒸散过程改进对玉米干旱模拟影响

分别利用优化蒸散计算(PM方案)、作物系数(CC方案)和二者同时优化(PMCC方案)改进WOFOST模型,基于降水适宜年(2012年)和干旱年(2015年和2018年)在辽宁省锦州开展的玉米分期(4月20日、4月30日和5月10日)播种试验资料评价模型改进效果。结果表明:2012年,PM方案可增大潜在蒸散,CC方案在作物系数小(大)于1时使潜在蒸散减小(增大);3个方案对叶面积指数、地上生物量和土壤湿度模拟几乎不产生影响。2015年,PM方案的拔节后叶面积指数、地上生物量、产量和土壤湿度较原模型明显减小,蒸腾速率在喇叭口期之前增大,之后减小;CC方案在喇叭口期之前蒸腾速率小于原模型,之后大于原模型,其他4个变量略大于原模型。PMCC方案的各变量模拟值介于PM方案和CC方案之间,3个播期模拟精度叶面积指数分别提高6%,21%和3%,地上生物量分别提高8%,8%和14%,产量分别提高66%,63%和66%。2018年,PMCC方案前两播期地上生物量模拟精度分别提高5%和1%,产量模拟精度分别提高32%和5%。PMCC方案可改善模型在干旱条件下的模型性能。

干旱过程中荒漠生物土壤结皮-土壤系统的硝化作用对温度和湿度的响应——以沙坡头地区为例

以腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类结皮所覆盖的土壤和流沙为研究对象,采用原状土室内培养法,在15和20℃两个温度、10%和25%两个湿度下连续培养20 d,分别在培养后的第1、2、5、8、12、20天连续测定土壤样品中的NO3--N含量,探讨不同温度和湿度条件下荒漠土壤的净硝化速率在干旱过程中的变化规律.结果表明：藓类结皮的NO3--N含量（2.29 mg·kg-1）高于藻类结皮（1.84 mg·kg-1）和流沙（1.59 mg·kg-1）,3种类型的土壤净硝化速率介于-3.47~2.97 mg·kg-1·d-1之间.10%湿度条件下,藻类和藓类结皮在25℃下的净硝化速率比15℃分别减少75.1%和0.7%;25%湿度条件下,分别减少99.1%和21.3%;15℃、10%湿度条件下藻类和藓类结皮的净硝化速率比25℃、25%湿度条件下增加193.4%和107.3%.表明在全球变暖背景下,无论土壤湿度增加或减少,干旱过程中的荒漠生物土壤结皮-土壤系统净硝化速率在一定程度上都会受到抑制.

延伸期干旱、沙尘暴过程低频方法预报系统简介

对延伸期干旱、沙尘暴过程低频预报系统的整体框架、子模块构成和功能、预报方法、操作步骤及应用情况进行详细介绍。该系统主要有干旱、沙尘暴过程低频方法预报2个子系统,各子系统包括低频天气图、关键区低频曲线2种预报方法。目前中国气象局兰州干旱气象研究所已使用该系统对西北地区东部的干旱过程和沙尘暴过程进行预报,就沙尘暴预报效果来说,2012年预报准确率达到75%,2011年和2013年的预报准确率均达到67%,预报时效达到8-31 d。而对干旱过程的预报效果,2012年预报准确率达80%,2011、2013年分别达75%、67%,预报时效达6-30 d。