新气象干旱综合监测指数(MCI)在黔东南本地化应用

利用黔东南16县1981-2012年的干旱受灾数据,通过正交旋转主成分分析方法把黔东南干旱区划为三个区域;将国家气候中心提供的黔东南16县1981-2010年干旱实况监测文字资料数字化处理,用近60天内的有效降水、近30天相对湿润度、近90天和150天标准化降水指数进行多因子拟合,确定出三个干旱气候区各季节新气象干旱综合监测指数方程的各项系数,并利用2011-2012年黔东南干旱实况监测数据进行检验,结果表明确定的系数适用于本地。

气象干旱综合监测指数在湖北的本地化应用及其适用性分析

在对气象干旱综合监测指数(IMCI)特点理论分析基础上,结合湖北省干旱特点,对IMCI在湖北省应用进行了参数修订。通过与干旱监测业务中使用的综合气象干旱指数(ICI)在干旱统计特征、典型干旱过程诊断能力方面的对比分析,评估了IMCI指数在湖北省的适用性。结果表明:IMCI未改变ICI干旱监测的总体结论,但在干旱演变过程方面较ICI平缓,且对持续时间较长的大旱过程刻画较好。修订后的IMCIHB有效纠正了IMCINCC对旱情发生、发展及缓解过程反应过于迟钝、旱情监测偏重的不足,同时相对于ICINCC2对降水过于敏感又有所改善。然而,IMCINCC和IMCIHB依然存在冬季对微量降水过于敏感及旱情不连续发展的不足。干旱指数在特定区域应用时进行适当的修订和适用性检验是必要的,研究结果可为IMCI在国内其他地区应用的修订提供参考。

气象干旱综合监测指数在安徽省的适用性分析

利用1981—2016年安徽省77站日降水量、平均气温和土壤墒情资料,通过相关分析和主成分分析方法构建了该区域旱季(10月至次年3月)、涝季(4-9月)气象干旱综合指数MCI_anhui,从频率分布、干旱日数演变、不合理跳跃次数及代表站典型干旱过程等方面,对4种气象干旱指数在安徽省的适用性展开对比分析。结果表明:MCI_anhui在反映较重等级气象干旱时优于其他指数,能很好地诊断出安徽历史上典型大旱年;基于该指数的干旱日数时空演变表现为沿淮北夏旱和春末旱最多,江淮之间春末夏初旱情最多,沿江江南秋旱最多;36年所有干旱过程中不合理跳跃次数不足10次,就典型干旱过程中对降水反应的敏感性而言,它在表现干旱缓慢发展的特征时优于其他指数,不合理波动较少,且干旱后期缓和或解除过程中也不如其他指数过于敏感。综合来看,MCI_anhui对干旱过程具有较好的识别与诊断能力,在安徽省适用性良好。

气象干旱综合监测指数适用性分析——以青海省东部农业区为例

通过对比气象干旱综合监测指数MCI与综合气象干旱指数CI在各等级干旱统计结果、干旱过程描述能力、干旱空间分布特征、干旱年际变化以及与实际干旱情况对比的差异,分析了MCI在青海省东部农业区的适用性。研究结果表明:MCI与CI各等级干旱月数与干旱频率的监测结果基本一致,但是MCI重旱与特旱的干旱月数稍多、干旱频率也略高;在描述干旱过程时,MCI在干旱发生阶段不合理跳跃次数相比CI大为减少;MCI与CI在干旱频率与干旱强度的空间分布特征上无显著差异,而MCI发生干旱频率略高;在干旱年际变化上,MCI较CI干旱持续时间略长,干旱强度偏重;在实际发生干旱时,MCI与CI定义的干旱等级除个别站点干旱等级略有差异外,总体上一致性较好,都比较符合实际干旱情况。

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。

改进的综合气象干旱指数在福建省的适用性分析

选取1961-2009年福建省5个气象站逐日气温和降水资料,引入线性递减非等权重方案计算综合气象干旱指数CI_new,通过比较分析CI_new与等权重方案计算的CI_old在干旱过程描述能力、干旱频率以及干旱年际变化特征上的差异,了解CI_new的改进效果及其在福建省的适用性。结果表明,CI_new与CI_old均能较合理地反映福建干旱频率分布特征和干旱强度变化特征,但CI_new在干旱监测过程中的不合理跳跃次数明显减少,有效克服了CI_old表现的不合理旱情加剧的问题;CI_new表现的缓解干旱的过程较CI_old敏感。因此,CI_new可以作为气象干旱监测业务和评估的指标之一。

改进综合气象干旱指数对广西农业干旱的适用性分析

【目的】分析改进综合气象干旱指数（IM_CI）对广西农业干旱的监测评估效果，探讨改进综合气象干旱指数对广西农业干旱监测评估的适用性。【方法】利用广西89个台站的气象资料，使用农田土壤水分平衡方程（FSWB）、改进综合气象干旱指数（IM_CI）分别模拟监测1961-2010年的广西农业干旱情况，对比分析两种指数的应用效果。【结果】IM_CI对农业干旱的历史灾情、典型过程的旱情演变、季节干旱频率的时空特征及季节的干湿特点有较好的描述，总体优于FSB。【结论】IM_CI对广西农业干旱的监测评估效果较好，适用于广西农业的干旱监测评估。

综合气象干旱指数改进及其适用性分析

为准确开展区域干旱监测,该研究对综合气象干旱指数(Comprehensive Meteorological Drought Index,CI)进行了改进,使其更适用于干旱的长期监测。研究以湖北省区域为典型研究对象,利用高精度气象格网数据以及历史灾情数据,运用游程理论、相关性分析和M-K趋势检验等方法,对几种常用干旱指数的灾害识别能力、干旱演变趋势等进行了分析和比较。结果表明:改进后的综合干旱指数(The Improved Comprehensive Drought Index,CIn)能够识别湖北省的多数历史重大旱灾;CIn与实际的旱灾受灾面积和旱灾成灾面积的相关系数分别达到0.69和0.67,均优于CI指数和SPEI指数;由CIn得到的干旱历时、干旱烈度的空间分布也与文献资料相符合。在湖北省区域内取得的干旱时空演变趋势分析中发现,CIn和SPEI6的M-K测试结果中干旱趋势发生显著变化的面积比例为40.19%和53.99%(P<0.05),明显高于CI和SPEI1指数的26.40%和18.93%,表明CIn和SPEI6对长期的气候变化更为敏感,由此说明,在旱灾趋势分析中应选择合适的干旱监测指标。该研究可为区域气象干旱监测的指标选取提供指导和参考。

近50a黑龙江省5—9月气象干旱及大气环流异常特征

黑龙江省是我国主要的粮食生产基地,研究该区域干旱气候特征对科学开展旱灾防御治理具有重要作用。基于1971—2020年农作物生长季(5—9月)黑龙江省80个国家气象站逐日气温、降水资料,计算黑龙江省逐日气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index,MCI),分析黑龙江省中旱、重旱、特旱日数时空分布特征,进一步对比分析典型干旱、湿润年的环流特征。结果表明:1971—2020年5—9月,黑龙江省大兴安岭南部、松嫩平原西部是干旱多发区;干旱日数月际空间分布西多东少、中部腹地局部偏多;中旱、重旱、特旱日数年代际特征明显且均呈减少趋势,中旱减少趋势最明显,变化速率为-1.7 d·(10 a)^(-1)。典型干旱年与典型湿润年的环流存在显著差异,典型干旱年,贝加尔湖以西地区受反气旋控制,黑龙江上空受西风带气流控制,盛行下沉气流,不利于冷暖空气交汇,水汽输送通道不明显,水汽难以到达黑龙江地区;典型湿润年情况则相反。

相对湿润度指数在农业干旱监测业务中的应用

该文介绍相对湿润度指数在逐日滚动的农业干旱监测业务中应用的处理方法。文中采用联合国粮农组织推荐的方法进行潜在蒸散的计算和作物系数订正,提出了作物根区可吸收土壤总有效含水量的概念,并替代作物根区土壤总有效含水量进行水分胁迫条件下的作物系数订正,观察济南站2008年1—5月冬小麦实际蒸散量的计算结果,发现在蒸发强烈的春季,水分胁迫效果明显;提出了复合相对湿润度指数、区域综合相对湿润度指数等概念,对相对湿润度指数进行应用上的演化,解决了干旱演变过程中存在的前期土壤水分盈亏的累积影响问题,实现了县域内农业干旱状况的综合评定,并突破单种作物生长季的局限,实现了农业干旱的周年监测。通过对山东省114个测墒站2008年2月28日—12月8日人工测墒与区域综合相对湿润度指数的干旱等级对比,3048组有效数据中,2012组数据吻合,总吻合率为66%,其中,黄河、东平湖、微山湖灌溉区及鲁西北大部吻合率在50%以下;中东部地区多在70%以上;从全年情况来看,春季吻合率较低,夏季吻合率较高。

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。

海南岛农业干旱综合监测研究

采用遥感信息与地面气象观测数据相结合的方法进行农业干旱监测研究。选择适合高植被覆盖区旱情监测的标准化植被供水指数及适合热带气候区旱情监测的综合降水距平指数作为参数,通过与同步实测土壤含水量的数据融合构建农业干旱综合指数模型。用检验样点的实测数据对模型进行精度验证与实用性评价,检验结果显示均方根误差RMSE为4.65%,相对均方根误差RMSEr为19.28%,说明该模型具有较高的精度,可以用来监测海南岛的农业干旱。利用模型对海南岛2004年10月至2005年1月旱情进行监测与分析。结果表明海南岛旱情西部重于东部、北部重于南部、四周平原重于中部山区。2004年10月上旬起旱情持续加重,12月上旬达到旱情高峰,12月中旬旱情略有缓解,但直至监测末期2005年1月下旬旱情依然严重。旱情随着海拔、坡度减小而加重的趋势明显;平地旱情比坡地重,旱情随坡向的分异不是很明显。

安徽省农业干旱综合监测技术及其业务试用

针对安徽省农业干旱业务服务需求,利用已业务应用的农业干旱指标:土壤墒情、累积湿润指数、植被供水指数,配合阶段降水量和降水日数,进行农业干旱综合监测指标和方法研究。综合指标中各因子权重的确定采用层次分析法。根据安徽省气候过渡区下垫面地表特征差异和云天状况,分别确定了湿润区、半湿润区的晴空和云覆盖4种状态下的各因子权重序列,均通过了一致性检验;建立了相应的农业干旱综合监测模型;确定了4要素和5要素农业干旱监测等级标准。综合模型概括了各单指标主体监测结果,有利于对农业旱情的综合判断,监测模型检验效果良好,可业务应用。

不同数据挖掘方法在综合干旱监测模型构建中的应用研究

为探讨数据挖掘方法和建模因变量对区域干旱综合监测模型构建的影响,选择分类回归树(CART)、人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)等不种数据挖掘方法,以及以标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和综合气象干旱指数(CI)等不同指数为建模因变量,以山西省为研究区域,开展综合干旱监测模型研究,结果表明,所有构建模型的监测结果与模型因变量计算值之间相关系数在0.800~0.915,均达到极显著水平,均方根误差(RMSE)在0.061~0.138,并与土壤相对湿度的相关性均达到显著和极显著水平,但不同数据挖掘方法和不同干旱指数作为因变量构建的模型仍存在差异,且模型参数的选取对于模型泛化能力有较大的影响;从山西省干旱监测结果分析,SVM方法建立的模型表现出对高程较高的敏感性,同时作为模型因变量的干旱指数的特征也会反映在模型的应用效果中,在干旱等级划分指标标准相同的情况下,不同的数据挖掘方法和建模因变量构建的模型,监测到的干旱面积存在一定差异。

气象干旱指标在内蒙古干旱监测评估中的应用

对在内蒙古气候中心干旱监测评估业务中经常使用的降水量距平百分率、土壤相对湿度干旱指数、综合气象干旱指数三种气象干旱指标进行详细介绍和适用性分析。并对三种气象干旱指标的监测结果进行对比分析,结果认为综合气象干旱指数指标能较确切反映出干旱程度,尤其在对干旱过程的跟踪方面具有明显的优势。降水量距平百分率指标反映干旱程度较轻,土壤相对湿度指标反映干旱程度比较敏感。

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MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961-2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数(MCI)分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明:(1)全疆年平均干旱日数在空间分布特征为:各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;(2)年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;(3)干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数(REOF)的时空分析,将新疆分成三个模态:第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。

1961—2021年江西省气象干旱时空分布特征

基于1961—2021年江西省93个国家气象站逐日气温和降水资料,采用修订后的气象干旱综合监测指数(MCI)进行干旱过程识别,分别对江西省单站、区域干旱过程的频次和累积强度的时空特征进行了分析。结果表明:1)江西省单站干旱过程发生频次范围为0.57—2.08次/a,干旱过程年均累积强度范围为-171.9—-35.2,整体空间分布不均,呈“南多北少、南强北弱”的特征,赣南地区干旱频次高、强度强,赣北南部的干旱发生频次和强度则较少较弱。2)夏、秋季是江西省干旱发生最频繁、累积强度最强和中旱、重旱及以上等级的累积强度最强的季节,春季其次,冬季最次,不同季节的空间分布特征有所差异。3) 1961—2021年江西省区域干旱过程的发生频次(范围为0—4次/a)随年份增加没有明显的变化趋势,但年干旱过程累积强度(范围为-260.9—0)出现显著增强趋势,增加速率为3.9 (10 a)^(-1),但均未发生突变。

CI和MCI干旱指数在宁夏的适应性对比

利用1981—2017年宁夏18个气象站逐日降水量、平均气温等资料以及各县市灾情和年度气候影响评估报告,以CI和MCI为干旱监测指标,从干旱日数、干旱强度、典型干旱事件3方面,对比分析2种干旱指数在宁夏气象干旱监测中的差异,探讨其适用性。结果表明:近36 a来,CI和MCI监测的宁夏中旱及以上等级干旱日数的年变化趋势一致,总体呈减少趋势,但CI的中旱及以上等级干旱日数比MCI偏多,且空间分布特征不尽一致,尤其在北部干旱区差异显著;CI和MCI干旱强度的变化趋势基本一致,但CI干旱强度比MCI偏强,且降水偏少越明显,CI比MCI强度越强。对于典型干旱事件,CI监测的干旱强度强,开始时间早,持续时间长,跨等级的跳跃现象明显,不符合干旱演变特征,而MCI的干旱监测效果更稳定,持续性更好,但干旱程度偏轻。宁夏降水量总体偏少,多集中在5—9月,且蒸发量大,由于MCI放大了更长时间(150 d)前降水的作用,使其干旱表征比实际干旱程度轻,总体上CI比MCI更适合于宁夏逐日气象干旱监测,但2种干旱指数均可反映宁夏中南部气象干旱日数和强度的时间演变特征。

基于SWAT的金塔河流域综合干旱指数构建及其适用性分析

【目的】基于SWAT模型,构建资料缺失条件下的综合干旱指数,为干旱特性的多角度分析提供支持。【方法】以甘肃省金塔河流域为研究对象,依据1981-2017年水文气象资料建立流域SWAT水文模型,通过SWAT-CUP对模型参数进行率定与验证,将模拟的土壤湿度、蒸散发数据与实测降雨、径流数据相结合,运用嵌套Archimedean构造联合多个干旱变量,构建参数化的气象-农业-水文综合干旱指数(comprehensive drought index,CDI),并分析所构建CDI的适用性。【结果】SWAT模型模拟的金塔河流域径流值与实测值吻合良好,率定期和验证期的确定性系数(R^(2))与Nash-Sutcliffe效率系数(E NS)均高于0.7,且不确定性分析指标P>0.7、R<1.5,均在可接受范围内,调整后的模型参数可用于描述金塔河流域的水文过程。所构建的参数化的气象-农业-水文CDI的干旱监测结果与实际干旱事件的发生基本一致,且能够监测到仅有1种或2种干旱发生的干旱区域,可同时表征气象干旱、农业干旱、水文干旱,能从多个角度反映干旱特性。CDI对金塔河流域东北部的气象干旱、农业干旱、水文干旱的监测能力较强;年尺度的CDI对气象干旱、农业干旱与水文干旱的监测能力强于季尺度与月尺度。【结论】所构建的CDI适用于金塔河流域气象-农业-水文综合干旱的监测,可为该地区干旱监测及旱灾预警提供支持。