基于PDSI和SPI的综合气象干旱指数研究

在总结对比已有气象干旱指数的基础上,结合帕默尔干旱指数(PDSI)和标准化降水指数(SPI)的优点,提出综合气象干旱指数DI,并对综合气象干旱指数与区域干旱受旱/成灾面积和径流丰枯的相互关系进行分析,结果表明:综合气象干旱指数能够较好地反映区域干旱受旱/成灾范围,以及河道径流的丰枯状况。并且综合气象干旱指数还同时考虑了月季降水量的异常和一段时间的水分亏缺,比单个气象干旱指数更能反映农业干旱和水文干旱。

PDSI和Z指数在西北干旱监测应用中差异性分析

利用西北地区137个气象台站1961～2003年气象资料，分别计算了西北地区的Z和PDSI两种干旱指数，并对其结果进行了对比分析。结果认为：两种指数在多数地区多数季节可以互相兼容，但Z指数适宜于在雨季表征干湿事件，而PDSI则适宜于西北的所有地区和所有季节，并对当地干旱事件的反映更为敏感；在对不同程度干旱面积的表征上，PDSI对轻旱的表征反映较为敏感，而Z指数对重旱的反映更为敏感；对于中等程度的干旱而言，两种指数表征下的干旱面积较为统一；从西北地区的实际情况出发，PDSI对干旱的表征更为客观。

基于帕默尔干旱指数的中国春季区域干旱特征比较研究

利用全国515个站(1957-2000年)气象资料,修正计算帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index),进行干旱区划和研究春季区域演变特征。结果表明:中国干旱变化全区一致性程度低,干旱演变的区域差别大,存在着以内蒙古高原、南岭、华北北部及长白山脉、长江中下游、黄土高原、黄淮地区、天山北部、东北平原、河西走廊、云贵高原、塔里木盆地、青藏高原等为代表的12个干旱特征区。内蒙古高原区、华北北部及长白山脉区、黄土高原区、天山北部区域、东北平原区、河西走廊及其沙漠戈壁区春季干旱指数趋势变化呈下降趋势。南岭区、长江中下游区、黄淮区域、云贵高原区、塔里木盆地区、青藏高原区春季干旱指数趋势变化呈上升趋势。中国春季干旱指数大多存在5～8年的短周期年际周期变化,12～13年、15～16年的长周年际周期变化存在于部分区域,个别区域还存在20年长周期年际周期变化。中国干旱的区域特征差别显著。

基于PDSI指数的三江源干旱气候特征分析

根据三江源地区12个气象站点1971—2004年的气象资料,利用修正的Palmer旱度模式,计算分析了三江源地区PDSI指数的时空变化特征,并采用Morlet小波变换系数分析了PDSI指数的变化周期。结果表明:三江源地区有变干趋势,但变化趋势不显著,其中黄河源显著变干对三江源变干影响较大;三江源地区干旱发生年份与厄尔尼诺现象出现的年份基本相近;三江源地区西北较干旱、东南较湿润;经小波分析,三江源PDSI指数大约有20 a的第一主变化周期,与太阳双黑子活动周期相近,在20 a周期内还包括11～12 a和6 a的小周期;三江源干旱化与气候变暖、降水减少密切相关,尤其是夏、秋两季。

腾格里沙漠南缘近315年5～6月PDSI指数变化

利用昌灵山早材宽度年表重建腾格里沙漠南缘在过去315 a的5～6月份PDSI指数变化,重建方程的方差解释量达42.0%。腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列平均值为-0.32。腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列对西北地区干旱极端历史事件有良好的响应。空间分析显示腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列与亚洲季风尾闾区PDSI指数的变化比较一致,同时还与西北地区的多条PDSI指数重建序列有着良好的相关性。腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列具有25 a(95%)、12 a(95%)、3.4 a(99%)、2.8 a(99%)、2.6 a(99%)、2.3 a(95%)的周期变化。

修正帕默尔干旱指数在农业干旱监测中的应用

为了提高对农业干旱监测的准确性和时效性,本文通过分析帕默尔干旱指数原理,结合农业干旱发生的特征,在计算土壤水分的过程中引入了作物系数和胁迫系数,同时修正农业干旱的持续时间,缩短计算干旱的时间步长,并利用山东省23个站点1961-2007年的逐日气象资料建立用于农业干旱监测的逐旬帕默尔干旱指数。与农业干旱发生的实际情况对比表明,修正后的旬帕默尔干旱指数能准确地反映土壤水分变化,提高了对短期干湿变化的敏感度,整个旱情变化过程比较符合实际情况,对监测农业干旱具有实际意义。

基于帕默尔干旱指数的云南地区干旱评价

基于云南省昆明站、楚雄站、蒙自站、腾冲站及德钦站5个气象站1951～2008年气象资料,运用帕默尔干旱指数法分别计算各站逐月干旱指数,并统计各站年、季发生干旱的频率。结果表明,1951～2008年期间,德钦站发生干旱的频率较大,楚雄站发生干旱的频率相比于其他4站较低,但其发生极端干旱的频率高于其他4站;昆明站秋季易出现干旱,发生干旱的频率为29.3%,腾冲站春季较易发生干旱,发生干旱的频率为32.9%,蒙自站、德钦站及楚雄站均在冬季易出现干旱情况,3站发生干旱的频率分别为37.9%、37.0%、27.4%,楚雄站四季发生极端干旱的频率均大于其他4站。

1870~2002年全球Palmar干旱指数集——PDSI与土壤湿度及地表增温效应的关系

用历史降水和温度资料得到全球陆地区域（分辨率为2．5°×2．5°）1870～2002年间的月Palmar干旱指数（PDSI）。伊利诺斯州、蒙古及中国与前苏联部分地区有土壤湿度资料，暖季的PDSI与实测土壤湿度（土层厚度为1m）呈显著相关（r=0．5～0．7），夏末和秋季相关最好，而春季由于融雪的影响相关最差。对世界最长河流（其中7条）及几条其他河流进行分析，各流域平均的年PDSI变化与径流相关很好（r=0．6～0．8），表明PDSI可以很好地表征地表土壤湿度状况与径流。对PDSI进行经验正交函数（EOF）分析，揭示了由降水、温度趋势及ENSO引起的年际内变率所产生的线性趋势。全球严重干旱区（PDSI〈-3．0）面积白20世纪70年代以来增加了1倍多，其中80年代初由于ENSO引起的降水减少造成干旱区面积的突增，后来的增加主要归因于地表增温；全球非常湿润区（PDSI〉＋3．0）面积80年代减少不明显。白1972年以来，全球极干或极湿地区面积从20％增加到了38％。80年代中期以后地表增温是其主要原因。这些结果为日益增加的干旱风险提供了观测证据，干旱风险的增加是人类活动导致全球变暖的结果。

修正PDSI指数在辽宁中东部地区干旱频率分析中的应用研究

本文以辽宁中东部沈阳站和本溪站为例，对PDSI指数进行修正，并进行年和季节尺度干旱频率分析。结果表明：修正后的PDSI指数扣研究区实测土壤墒情相关系数达0．94以上；沈阳站和本溪站在1954～2008年总干旱频率分别为55．1％乖59．2％，并在冬季干旱频率较高分别为51．8％和％52．5％。研究成果对于辽宁地区干旱预测平台的构建提供参考价值。

1980-2018年贵州省PDSI干旱指数与降水Z指数对比分析

本文基于1980-2018年逐日气象资料计算了PDSI干旱指数与降水Z指数,对2种指数场进行了EOF分析,并与干旱实况进行了比对。结果表明,PDSI指数能很好地表征贵州省的冬、春、秋3个季节的干旱特征,降水Z指数在夏季应用效果较好,贵州省四季旱涝特征具有全区变化一致的特征。4个季节的年代际变化特征明显,仅冬季和秋季呈涝变旱的趋势,其中冬季倾向率达到0.2;夏季的旱情从整体上看还是呈现略有减缓的趋势,但年际变化较大;2011年以后就没有出现过明显的春季旱情,呈现由干变湿的趋势,春旱近些年有所缓解。冬、春、秋季在1980年前后发生突变后干旱化趋势一度在加重,而春季在2016年、秋季在2014年突变后干旱都有减缓的趋势,夏季则相对复杂多次反复后在2014年再次发生突变,干旱化趋势减缓。Z指数与PDSI指数反映出的周期基本一致,冬、春、夏有2~3年的周期,秋季有3~4年周期。

基于帕默尔干旱指数的辽西地区干旱评价研究

为对辽宁西部地区历史干旱程度进行定量评价,基于帕默尔干旱指数,以辽宁西部地区锦州市为例基于锦州气象站1954—2008年气象要素数据,分别评价了锦州市1954—2008年年和季节发生干旱的程度。研究成果表明,锦州市在1954—2008年发生年干旱的频率为52.2%,分别在1957、1962、1977、1978、1979年出现严重干旱情况,评价结果与调查的历史干旱情况符合;锦州市在冬季易发生干旱,发生干旱的频率为55.4%,在夏季易出现极端干旱的情况,发生频率为1.3%。研究成果对于辽宁西部地区干旱评估和干旱预警预测提供参考价值。

基于修正PDSI指数的辽宁东部地区干旱时空特征评价研究

结合辽宁东部地区4个主要气象站点的数据对PDSI干旱指数进行修正,建立适合于辽宁东部地区的干旱评价指数,并对辽宁东部地区干旱特征进行评估。结果表明:辽宁东部干旱频率年际变化较小,出现极端干旱的频率均值为10.2%,在春季和秋季出现干旱的频率较大,均值分别为40.8%和41.8%,但在夏季出现极端干旱的频率最高,均值为19.5%。各年代严重干旱和极端干旱主要出现在其北部区域,总体干旱指数从东向北逐步增大。研究成果对于辽宁东部地区抗旱规划方案编制具有重要的参考价值。

帕默尔干旱指标及其应用研究进展

干旱灾害是世界各国,尤其是我国最为严重的自然灾害之一。不同领域、不同应用中所定义的干旱指标各不相同。气象干旱是其他各类干旱的基础,而帕默尔(Palmer)干旱指标是气象干旱的主流指标,有着广泛的影响,该指标能反映干旱的成因、程度及开始、结束和持续时间,具有物理意义明确、涉及资料容易获得和参数计算简便等特点。根据国内外大量文献,对帕默尔干旱指标的研究进展进行了回顾,对其应用进行了总结,同时对未来帕默尔旱度模式的进一步修正进行了展望。

1972—2005年大兴安岭林区雷击火特征及其与干旱指数的关系

对1972—2005年大兴安岭林区雷击火特征及其与Palmer干旱指数(PDSI)和Keetch-Byram干旱指数(KBDI)的关系分析表明:雷击火主要发生在5—9月,峰值出现在6月,约占全年雷击火次数的42%;雷击火的最大过火面积出现在5月和6月,约占全年过火总面积的85%。雷击火发生次数和面积的月动态均呈单峰型曲线变化,不同干旱指数的动态不同,其中KBDI的月动态呈单峰型曲线变化,5,6,7月最干旱;而PDSI则呈弱单峰型曲线变化,5月较干旱,6月和7月则较湿润。雷击火的年发生次数与9月的PDSI(R2=0.47,P<0.01)或6月和8月的KBDI(R2=0.57,P<0.01)关系密切,年过火总面积则与8月的PDSI(R2=0.20,P<0.01)或6月的KBDI(R2=0.40,P<0.01)有一定的关系。KBDI更适于描述大兴安岭林区的雷击火特征。

不同干旱指数在唐山地区旱情评价中的应用

基于唐山地区1957—2011年的气象资料,比较分析标准化降水指数(S SPI)、标准化降水蒸散发指数(S SPEI)和帕默尔水文干旱指数(P PHDI)3种不同干旱指数的相关性,并评价了各个指数在唐山地区连旱期间的适用性。结果表明:各时间尺度(年、季、月)的S SPI和S SPEI均显著相关;P PHDI与年尺度的S SPI和S SPEI均显著相关。P PHDI对长期干旱判断效果明显优于短期干旱。年尺度S SPEI和S SPI对干旱事件识别效果比较接近,二者对长期干旱判断偏涝,对短期干旱判断效果明显优于P PHDI。在气温偏低的年份,季尺度的S SPI能很好地反映旱情的严重程度,在气候变暖的背景下,季尺度S SPEI比S SPI更能准确地判断和评价旱情。

基于VIC模型的滦河流域综合干旱指数的构建与应用

干旱频发已成为严重制约社会经济可持续发展的重要因素,但由于干旱形成机理复杂,影响因素众多,目前尚无公认普遍适用的干旱指数,因此寻找并构建适用于研究区的综合干旱指数成为当前研究的热点和重点。本文以滦河流域为研究对象,选取1960-1979年为研究期,通过对降水距平百分数、相对湿润度和由VIC模型的中间变量-土壤含水量计算得到的土壤相对湿度指数进行主成分分析,构建了适用于该流域的综合干旱指数,对研究期的旱情进行了评价,并与标准化降水指数(SPI)、帕默尔指数(PDSI)的评价结果进行比较,验证其适用性。结果表明:基于VIC模型的综合干旱指数能较好地评价滦河流域历史旱情。该研究在提升海河流域干旱监测和评价能力方面具有一定的理论与实用价值,也为其它流域的干旱评价具有参考价值。

河西走廊地区五个典型站干旱指数对比和气候分析

利用1953—2010年河西走廊地区酒泉、高台、张掖、山丹、武威5个气象站点的月平均气温和降水资料计算年、季降水距平百分率、相对湿润指数和帕默尔干旱指数,通过三种干旱指标的对比,分析河西走廊地区典型站点的气候变化情况。发现近58年来河西走廊地区总体的气候变化存在以"气温升高,降水略增"为主要特点的变化趋势,气候演变存在着季节性和地域性差异,且趋势在冬季表现得更为明显。地区间酒泉和高台的旱情相对严重,张掖、山丹和武威旱情较轻。各季节中以秋季旱情相对明显,不利于农业秋季收获。

帕默尔旱度模式在绵阳干旱研究中的应用

本文引用帕默尔旱度模式建模思路和建模方法,对其中可能蒸散量计算方法进行修正,采用国际通用的彭曼-蒙蒂斯公式,利用绵阳1954~2007年的气象资料和部分年份的土壤湿度观测资料,建立绵阳的帕默尔旱度模式,并将实际旱情与计算的帕默尔干旱指数进行了对比验证,帕默尔旱度模式能较好地反映实际旱情。

贺兰山油松生长对三种不同水分指数的响应及1—7月Walter指数重建

相关分析表明,贺兰山树轮差值年表(RES)与三种不同的反映土壤水分状况的指数在生长季不同时段均显著相关,其中RES与1—7月Walter指数相关系数最高达到0.76(n=30,p<0.001)。尽管树木生长对三种不同水分指标的响应程度有所差异,但对共同时段的显著响应结果表明,生长季水分亏缺是油松生长的主要控制因子。同时,在贺兰山研究区考虑了气温和降水因素的Walter指数,可能能够更好地反映树木所能有效利用的水分状况,因此,最终重建了过去200多年1—7月平均Walter指数变化,重建序列的方差解释量为58%(F=38.73,p<0.001)。

基于树轮密度资料的黄河干流中部地区的PDSI序列重建

为重建历史时期黄河流域长尺度气候环境因子的变化序列,利用采自黄河干流中部地区的油松(Pinus tabulaeo frmis)树轮样本开展了密度指标测试分析,构建了1888年以来的树轮密度年表序列,确定帕尔默干旱指数(PDSI)与树轮最大密度年表(MAXD_(RES))之间存在显著的正相关关系,相关系数最高可达0.605(p<0.001),进而基于MAXD_(RES)年表重建了研究区1888年以来9~12月的PDSI变化序列,拟合方程方差解释量为39.58%。结果表明,黄河干流中部地区自1888年以来秋冬季气候特征整体较为干旱,对比确定相对偏干旱时段分别为1896~1900、1919~1933、1952~1956、1992~2002年,偏湿润时段分别为1889~1895、1904~1910、1934~1951、1957~1962、1974~1980、1983~1991年;重建的PDSI_(9-12)变化序列存在23、67年左右的周期特征。