基于干旱综合指数的模糊信息分配法的农业干旱风险评估研究

影响农业干旱的因素复杂，而因素之间存在较大的随机性和模糊性。本研究采用模糊线性信息分配方法，以干燥度指数和有效降水指数相结合的综合干旱指标数据系列寻找概率估计分布函数，以广西田东县为例对农业干旱风险进行评估，并与采用连续无雨日数指标的常规概率统计分析法评估进行了对比。研究结果表明：田东县的春、秋季节农业干旱几乎年年发生，中、重度干旱3～5年可能会发生1次。干旱风险概率分别为冬季69．79％，春季72．78％，夏季5．79％，秋季80．50％。基于干旱综合指数的模糊信息分配法比连续无雨日数采用概率统计分析法进行农业干旱风险评估更有效可靠，更能反映干旱实际情况，是一种行之有效、简单实用的方法。

浙西南地区逐日干旱综合指数的动态变化特征

计算了浙西南地区50多年的历史气象干旱综合指数,并利用该指数对浙西南地区干旱的发生频率、发生范围及多年变化趋势和Ci指数干旱过程的评估等进行了统计和分析。分析结果表明:浙西南干旱主要发生在夏秋季节,冬、春旱较少发生。空间分布上,北部较南部容易发生干旱。由于气象干旱综合指数的计算只需输入逐日气温和降水,很容易获得,便于在干旱预报和预警等业务服务中应用。每日的气象干旱综合指数还可作为一项重要的气象指标,进行浙西南地区实时气象干旱监测和历史同期气象干旱评估。同时它还在辅助指导农业生产中具有一定的适用价值,可以为当地政府应对干旱提供一定的决策依据。

甘肃省季节性干旱综合指数的特征

利用甘肃省71个气象站1971-2013年月降水量资料,借助Z指数构建了基于干旱频率、干旱强度的干旱综合指数评价指标,从季节性干旱以及季节性连旱着手分析了不同时间尺度的干旱特征。结果表明:研究区季节性趋旱程度(MK<0)和趋旱范围(DR,%)差异显著,其中春季陇东高原为-0.154(100%),重旱为灵台(-0.238*)、宁县(-0.180)、镇原(-0.178);夏季河西走廊为-0.081(73.7%),重旱为马鬃山(-0.271*)、安西(-0.255*)、敦煌(-0.171);秋季陇中高原为-0.017(50.9%),重旱在会宁(-0.186)。季节性干旱综合指数重旱时段显示,春季为1995年(陇东0.481),夏季为1997年(陇南0.405),秋季为1972年(甘南0.366),冬季为1998年(陇东0.586)和2009年(甘南0.449)。两季连旱高值区在白银、会宁、古浪、玛曲、灵台、永登、华池、静宁等地(>0.030),其中秋冬连旱最为严重(0.0274);三季连旱高值区为会宁、古浪、静宁、白银、永登等地(>0.020),其中夏秋冬连旱最为显著(0.017 5);四季连旱高值区为会宁、古浪、西峰、灵台、泾川等地(>0.015),即除了冬春夏秋连旱外,其余季节性连旱程度均比较显著(>0.009)。

1961—2016年祁连山区季节性干旱综合指数特征分析

采用Z指数和熵权理论,构建了干旱综合指数作为干旱强度评价标准,对祁连山区季节性干旱特征及其空间分布规律进行了深入剖析。结果表明:1961—2016年季节性干旱强度普遍减弱,其中春秋两季显著减弱,夏季明显减弱;尽管20世纪60—70年代、90年代为季节性干旱频发与重发时段,但从2000年以来夏旱与冬旱却比较频繁,不容忽视。干旱强度由强到弱依次为冬季、夏季、春季和秋季,冬季干旱程度最强;在干旱波动性上秋季最强,冬季次之,春季最弱。春夏秋三季南侧比北侧干旱,冬季北侧比南侧干旱,其中冬季干旱范围最为广泛,尤以酒泉为中心的北侧区域最为显著。在研究时段内祁连山南北两侧干旱强度逐渐减弱,南侧明显减弱,枯草期干旱强度减弱程度尤为显著。本研究为祁连山区干旱评价提供了参考依据。

2种综合干旱气象指数在辽宁省玉米 生长期的适用性分析

干旱指数做为干旱监测的重要手段,对于作物生长期内干旱演变特征的准确监测,提高农业防旱减灾能力以及促进作物的高产稳产具有重要意义。辽宁省是中国东北地区重要的粮食生产地,干旱是造成该地区玉米产量不稳定的主要气象灾害。以辽宁省为研究区域,选取2001—2020年19个气象站点的基础气象数据,计算得到综合干旱气象指数(CI)和气象干旱综合指数(MCI),从降雨、平均气温、干旱日数、干旱强度、干旱频率和干旱事件演变特征等方面,对比分析2种干旱指数在辽宁省玉米生长期内干旱监测中的差异,分析其适用性。结果表明:辽宁省近年来降水与气温分别呈22.37 mm/10a和0.45℃/10a趋势上升;在玉米生育期内,CI和MCI指数在玉米生育期内干旱频率生育前期>生育后期>生育中期,CI较MCI监测的干旱日数和干旱频率较高;在空间分布上,生育期内辽西与辽南干旱频率高于其他地区;从干旱事件的演变特征对比CI和MCI指数,CI监测干旱强度大、时间长、不合理跃迁多,MCI有更好的持续性和稳定性,但是干旱强度较低,2种干旱指数对于辽宁省玉米生育期内的干旱时空演变特征均有较好地反映,但空间适用性具有差异,CI更适合辽西和辽北的干旱监测,MCI更适合辽东和辽南的干旱监测。

基于综合干旱指数的中亚干旱区气候干湿时空演变特征

为了更全面地了解中亚干旱区气候的干湿变化,基于Copula函数,建立能反映气象干旱和农业干旱的综合干旱指数(Nonlinear trivariate drought index,NTDI),并用其表征1960—2019年中亚干旱区气候干湿的时空演变特征。结果表明,所建构NTDI指数结合了标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化土壤湿度指数(SSMI)在表征干旱发生及持续方面具备的优势,能更综合地从气象与农业角度刻画干旱特征;1960—2019年中亚干旱区呈微弱的湿润化趋势。从空间上来看,中亚5国大部分区域显著变干,中国新疆大部分区域显著变湿。整个研究区在冬季湿润化趋势最显著。20世纪初90年代发生干旱的频率最低;1960—2019年秋旱和冬旱发生频率最高,春旱最低。中亚干旱区的综合干旱场存在整体一致型、南北反向型和东西反向型3种基本空间模态,分别表现为整体湿润(干旱)、北干(湿)南湿(干)、东干(湿)西湿(干)的空间特征。

基于综合干旱指数的伊犁河流域干旱多变量概率特征研究

基于D-Vine-Copula函数,联合降水和VIC模型模拟的蒸散发、径流和土壤水等要素,构建了一种能表征气象-水文-农业干旱特征的新型综合干旱指数SWCI,以伊犁河流域为研究区,分析干旱多属性概率特征及其空间分布规律,以期为干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。结果表明:(1)构建的SWCI指数能很好地捕捉到不同类型干旱特征,具有较好的适用性;(2)1960—2010年,伊犁河谷东部共经历了43次干旱事件,干旱发生频率较高但程度较轻;河谷西部和南部山区分别发生干旱事件38、39次,干旱频率较河谷东部低但旱情偏重;(3)各区域多维干旱联合概率与干旱历时、烈度、峰值呈负相关关系,表明干旱历时、烈度和峰值越大,综合干旱发生的概率越小;(4)从二元条件概率可知,干旱历时(干旱烈度)的条件概率随干旱烈度(干旱历时)的增加而增大,但当干旱烈度(干旱历时)为某一固定值时,随着干旱历时(干旱烈度)逐渐增加,干旱烈度(干旱历时)的条件概率逐渐减小。(5)研究区的干旱高风险区主要集中在河谷西部和南部山区,其他区域为低风险区。

基于Copula函数的千米尺度综合干旱指数构建与应用——以重庆市为例

干旱是影响农业生产最大的自然灾害之一,开发综合干旱指数对于评估干旱具有现实意义。该文耦合XGBoost算法降尺度后的土壤水分和降水Z指数数据,在空间上以重庆市行政区县边界分区,时间上以旬为单位分段,基于Copula函数构建千米尺度网格化的综合干旱指数(meteorology-agriculture composite standardized dranght index,CSDI M-A),评估干旱的时空特征。结果表明,降尺度提高了遥感产品的空间连续性,为后续构建千米尺度的CSDI M-A提供支持;广义极值分布和t位置尺度分布分别适用于拟合重庆市大多数区县土壤水分和降水变量数据分布,Frank-copula函数适用于拟合旬尺度下二元变量的联合分布;基于土壤墒情数据验证构建的CSDI M-A比降水Z指数能更好地反映干旱信息,基于各区县得到CSDI M-A的空间分布与实际旱情资料相符,说明所构建的CSDI M-A可为干旱评估提供参考。

表征生态状况的综合干旱指数构建及干旱风险分析

联合标准化降水指数、标准化土壤湿度指数、标准化地下水指数和标准化生态缺水指数,基于熵权法和相关系数赋权法分别构建了西北地区综合干旱指数CDI_E和CDI_C,分析了CDI_E、CDI_C与标准化叶绿素荧光指数(SSIF)、自适应帕尔默干旱指数(scPDSI)间的相关性,评估了CDI_E、CDI_C对植被状况的表征以及综合干旱的监测能力,并选取典型干旱事件进行验证。利用游程理论分析了1986—2015年西北地区的综合干旱特征及暴露度、脆弱性、恢复力3个风险因子,采用等权法计算综合干旱风险,依据10 a滑动窗口分析干旱风险的变化趋势。结果表明:CDI_C考虑了干旱与植被的响应关系,且与scPDSI的相关性较强,能较好地反映西北地区的综合干旱情况;CDI_C可以同时监测到气象、农业、地下水和生态干旱,且反映的干旱与实际情况一致;CDI_C显示研究时段内西北大部分地区呈变湿趋势;综合干旱在新疆、青海等干旱半干旱区的发生频率较高且干旱风险较大,各区干旱风险呈先增后减的趋势。

北疆绿洲农业区气象干旱指数的确定及干旱特征分析

气象干旱指数是衡量农业干旱程度的指标之一。选取降水距平百分率PA、标准化降水指数SPI、标准化降水蒸散指数SPEI,通过SPI和SPEI构建的新标准化降水蒸散指数nSPEI 4种气象干旱指数,利用北疆绿洲农业区1961—2020年的气象数据,进行相关性、回归拟合、不同等级干旱频率分布分析,选出符合实际的干旱指数,进而分析研究区的气象干旱变化特征。结果表明:(1)PA的干旱标准低估了干旱程度,SPI对温度上升引起的干旱加剧不敏感,SPEI计算蒸散发选用的Thornthwaite方法会高估温度对干旱的影响,nSPEI克服了SPI和SPEI的不足,对研究区的适用性最优。(2)近60年,研究区气象干旱随时间呈波动性变化特征。进入21世纪以来,春、夏季表现为湿—干变化,秋季表现为弱的干—湿变化;春、夏季干旱由弱增强、秋季略减弱;以全局性干旱为主,春季局域性干旱增多,夏、秋季局域性干旱减少;春季特旱多,夏季重旱多。

寒区农业流域综合干旱指数构建及其适用性分析

以挠力河流域为寒区农业流域典型区,构建融合多源信息的综合干旱指数用于寒区农业流域干旱特征的评估,并分析其适用性。基于构建的SWAT模型模拟挠力河流域水文气象要素,计算单一的标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSI)和标准化径流指数(SRI),运用主成分分析法和熵权法分别对3种单一干旱指数赋权,通过最小偏差法计算最优组合权重,构建融合气象干旱、农业干旱和水文干旱信息的综合干旱指数(OCDI)。结果表明:OCDI的干旱事件监测结果与历史干旱事件吻合度较高,综合考虑多时间尺度下的OCDI对于挠力河流域干旱状况描述更为准确和全面;3种单一干旱指数监测的干旱程度空间分布差异明显,融合多源信息的OCDI能够从气象干旱、农业干旱和水文干旱多角度揭示挠力河流域综合干旱特征;OCDI与不同类型单一干旱指数均有较高的相关性,在挠力河流域上游对于干旱的综合表征能力更优且年尺度的OCDI综合表征能力优于季尺度和月尺度;OCDI能够较好地识别和区分该流域的综合干旱程度,随着OCDI所识别综合干旱程度的加重,流域实际受旱面积相应增大。

基于新型综合干旱指数的汾河上游干旱特征分析

汾河流域旱灾具有灾情重、影响范围广的特点,对当地社会经济的发展有很大的阻滞作用,因此准确评估流域内干旱状况具有重要意义。基于SPI、SPEI、SRI三种干旱指数,用泰森多边形进行数据分组,通过Caussian Copula函数构建新型综合干旱指数CI,用M-K趋势检验法对CI年序列进行趋势检验,并由游程理论提取干旱特征。研究发现,CI可以很好地对水文干旱和气象干旱同时做出响应。年尺度CI序列的M-K趋势序列数为-3.78,汾河上游有向干旱发展的趋势。1970年发生的干旱强度最小,为0.06;2013~2016年4年连旱,干旱强度最大为2.66。

近50年辽宁省干旱综合指数的动态变化

选取辽宁省37个观测站的日降水量和日平均气温,利用干旱综合指数方法计算了1958—2007年的每日干旱综合指数值(CI)。依此指数对辽宁省干旱过程进行诊断,在此基础上分析辽宁省气候干旱的时空变化特征。结果表明:辽宁省各地都有干旱发生,西部是干旱多发区;各地区均是5、6月干旱发生频率最高,西部秋季干旱发生频率也很高;辽宁省年干旱日数、生长季干旱日数均存在增加趋势。

综合气象干旱指数的保山地区干旱特征分析

利用保山市气象代表站1965~2021年逐日降水、气温资料,计算逐日改进的综合气象干旱指数值(CInew),统计近56a保山气象干旱过程,分析保山气象干旱的变化特征。结果表明:(1) 改进的综合气象干旱指数值(CInew)适用于保山的干旱监测。(2)保山气象干旱的发生频率、持续时间、强度、覆盖范围均呈上升趋势。(3)保山气象干旱在四季均有发生,其中冬旱最为严重,春旱次之。(4)保山地区的气象干旱总体呈现出高频高强度、低频低强度的特征。

改进的综合气象干旱指数CI_(new)及其适用性分析

针对综合气象干旱指数CI的"不合理旱情加剧"问题,采用线性递减权重方法计算近90d降水和可能蒸散,提出改进的综合气象干旱指数CInew,并从干旱过程描述能力、干旱频率及旱期相对少雨季节滞后特征方面,通过与CI相比较阐述CInew的适用性特征。结果表明,(1)CInew在无降水时段平稳下降,有效克服了CI的"不合理旱情加剧"问题,能够描述干旱发生、发展和结束过程的丰富细节;(2)CInew的干旱频率与CI相比没有统计意义上的差异,但由于新的相对湿润度指数项MI90new统计时段由原来的30d延长至90d,使CInew能够刻画干旱频发开始月份(11月)相对于少雨时段开始月份(10月)的滞后效应。本文可为CInew在国内其它地方推广应用提供参考。

综合干旱指数研究进展

干旱时空演变过程复杂,影响因素众多,单一的干旱指数往往难以反映干旱的多类型和多尺度特征,融合多源信息构建综合干旱指数是干旱监测的重要发展趋势。系统回顾了综合干旱指数的研究进展,总结了3种常用的综合干旱指数构建方法:权重组合、多变量联合分布和机器学习方法,分析了这几类综合干旱指数的优势与不足;详细介绍了综合干旱指数在美国、欧洲和中国干旱监测业务中的应用情况;最后指出综合干旱指数应从加强内在机理性、提高多源信息融合水平、完善评价体系等方面继续深入研究。

基于综合气象干旱指数的中国干旱变化趋势研究

基于中国606个地面台站1951～2008年的逐日降水量和气温资料,采用综合气象干旱指数CI统计分析了中国全国及十大江河流域近60年的干旱变化趋势。结果表明,近60年来,从整体来看,中国干旱面积呈现出弱的增加趋势。干旱持续时间长的几个中心分别位于北方的辽河流域西部、黄河流域东部、海河流域、西南诸河流域东南部等地,最长持续时间可达4个月以上;北方江河流域干旱面积一般表现出增加趋势,其中松花江流域、辽河流域、海河流域干旱面积出现显著的增加趋势,辽河流域、海河流域、黄河流域在20世纪90年代中后期至21世纪前期连续数年出现大范围干旱,南方大多数江河流域干旱面积的变化趋势不明显,只有西南诸河流域有显著的减少趋势。

基于综合气象干旱指数的石羊河流域近50年气象干旱特征分析

借助数理统计理论和GIS空间分析技术,利用综合气象干旱指数(composite index,CI),根据石羊河流域5个气象站1961—2010年实测气象资料,对石羊河流域近50a的干旱在时空上的变化特征进行分析。首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度和不同等级干旱发生的多年平均日数。分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,秋季极大值在武威。(2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有22 a、11a,冬季最少只有4 a。(3)石羊河流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性。(4)干旱发生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响。研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据。

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。

基于综合气象干旱指数的海河流域干旱特征分析

基于海河流域30个气象站点1960-2014年的气象数据,计算各站历年逐日的综合气象干旱指数(CI)值,并对等级划分标准进行修正,统计了近55 a各站点出现的干旱过程,对海河流域干旱的持续时间、强度、发生频率和覆盖面积百分率进行了分析,揭示了海河流域干旱的变化特征。结果表明:(1)近55 a海河流域干旱严重程度趋于上升且发生范围广泛。该流域干旱持续时间和干旱强度均呈增加的趋势。海河流域的干旱在四季均有发生,其中冬旱最为严重,夏旱严重程度较低。(2)海河流域干旱程度呈现出高频低强度、低频高强度的空间分布特征。干旱持续时间和干旱强度在空间上均表现为南高北低的分布规律,而年干旱发生频率呈现出北高南低的分布规律。