标准化降水指标在海南岛干旱监测中的应用分析

本文证明了利用Γ分布拟合海南岛不同尺度降水量的可行性,并结合实例分析应用标准化降水指数(SPI)判断评价海南岛旱情。结果表明,不同时间尺度SPI值结合使用可以准确判断海南岛旱季和雨季不同类型干旱的开始、持续时间及严重程度。在海南岛,冬春季节采用6个月和12个月的SPI指数,夏秋季节采用1个月或3个月的SPI指数进行旱情监测较为可行。

标准化降水指标与Z指数在我国应用的对比分析

利用分布于我国不同气候区的 7个气象台站 195 1～ 1995年的月降水资料 ,比较分析了标准化降水指标(Standardizedprecipitationindex,SPI)和在我国已成熟应用的Z指数。结果表明 ,SPI计算简单 ,资料容易获取 ,而且计算结果与Z指数有极好的一致性。同时 ,由于SPI是通过概率密度函数求解累积概率 ,再将累积概率标准化而得 ,具有稳定的计算特性 ,消除了降水的时空分布差异 ,在各个区域和各个时段均能有效地反映旱涝状况 ,优于在我国广泛应用的Z指数。此外 ,SPI还可以计算不同时间尺度的指标值 ,能够满足不同水资源状况分析的要求。以北京为例 ,探讨了应用 4种时间尺度的SPI值反映 195 1～ 1995年期间的旱涝事件 ,发现SPI能准确地反映北京4 5年间的旱涝趋势 ,对于旱涝灾害有着良好的预测作用 。

标准化降水指数与有效干旱指数在新疆干旱监测中的应用

基于干旱监测理论,根据新疆测站1961—2010年逐日降水资料,对比分析了基于不同时间尺度(1、3、6、9、12、24个月)标准化降水指标(SPI)与有效干旱指数(EDI)对干旱监测的有效性与实用性。结果表明:不论针对短期干旱还是长期干旱,EDI监测能力均明显优于SPI。短时间尺度的SPI受短时间降水影响较大,能反映短时间新疆地区的干旱变化特征;随时间尺度的增加,SPI对短时间降水的响应能力较差,但仍可反映长时间序列下明显的干旱变化趋势。与SPI相比,EDI能够很好地反映出短期干旱和当时降水量的影响;同时能够随时间迁移,给每日降水量分配以不同权重,考虑前期降水量对当前干湿状况的影响。相关研究结果可为湿润区及其他气候区洪旱灾害监测提供重要理论依据。

2种标准化干旱指标在甘肃武威干旱监测中的对比

以甘肃武威1961～2010年逐日降水及温度资料为基础,分析比较了标准化降水指标(SPI)和标准化降水蒸散指标(SPEI)对武威干旱监测的异同。结果表明1961～1998年当气温距平为负值时,SPEI与SPI对干旱的监测结果差异不大,这二者在不同时间尺度下对干旱的反映具有很好的一致性,而且诊断结果与降水量距平百分率所得结论基本相同,均能够与统计的实际干旱发生情形相对应。但在1998年之后,随着武威市温度明显升高,显著大于多年平均值,蒸发明显增大,干旱的发生发展状况不仅仅依赖于降水时,SPEI对干旱等级的划分要重于SPI对干旱的诊断结果,进一步分析干旱事实,发现SPEI对干旱的反映更接近实际状况。研究结果表明SPEI更关注以水分平衡为基础的区域水分供给状况,因而更能有效地反映出气候变暖背景下的干旱发生发展状况,可以为我国不同时间尺度下干旱的及时诊断提供依据。

基于2种标准化干旱指数分析秦皇岛近50年干旱状况

为了分析SPEI是否相对于SPI更适合于气候变暖背景下秦皇岛的干旱监测与评估,为更精确地诊断该区干旱发生状况提供依据,以河北秦皇岛1964—2014年逐日降水及温度资料为基础,分析比较标准化降水指标(SPI)和标准化降水蒸散指标(SPEI)对秦皇岛干旱监测的差异及秦皇岛地区近50年干旱变化趋势。结果表明:50年来秦皇岛干旱发生的频次逐渐增多,且干旱程度也较过去有所加重,春季、夏季、冬季呈干旱化趋势,秋季呈增湿趋势;两个指数在同一季节指示的干湿状况演变趋势是一样的;1989年以前,秦皇岛市气温距平值基本为负值,在这期间SPI与SPEI数值变动趋势较为一致且在发生干旱的年份SPI与SPEI数值之间差异不大,但在1989年以后,随着秦皇岛市气温距平值由负转为连续多年正值,两个指数差异增大,SPEI在监测到干旱发生时,干旱程度较SPI监测的结果更重也更接近实际情况,所以得出SPEI更能有效地反映出全球变暖背景下秦皇岛干旱发生发展情况。

基于马尔可夫链的降水异常等级预测

基于东江流域1951~2000年的降水序列,计算分析东江流域不同分析尺度的标准化降水指标序列,并依据标准化降水指标值对降水异常程度进行等级划分。运用马尔可夫链分析研究区降水异常等级状态间的转移概率,以及不同程度降水异常的平均持续时间等特性,并进一步根据系统统计特性进行未来1~3个月降水预测的决策风险进行评估。研究结果可为水资源管理,尤其是干旱期水资源配给提供一定的帮助。

鲁南地区降水量长期变化趋势对干旱的影响

使用鲁南地区临沂(1951—2005年)、枣庄(1958—2005年)2个代表站逐月降水资料,利用累积距平及滑动t检验法、K-W检验法及SPI指数,分析鲁南地区降水量的长期变化趋势及干旱频率变化特征。结果表明:鲁南地区的年降水量于1970年代中期前后发生显著突变,突变后年降水量减少12%以上,其中汛期降水量减少16%以上,冬半年降水量变化趋势不显著。干旱年全部发生在年降水量突变后。对比鲁南地区降水量改变点前后气象干旱发生频率及持续时间发现,就干旱季节而言,临沂各季干旱频率均明显增大,枣庄春夏秋三季干旱频率明显增大;就干旱强度而言,各级干旱频率均明显增大,均以中度干旱频率增大最显著;就干旱持续时间而言,以持续3个月以上干旱频率增大最显著,干旱持续时间有明显延长趋势。

应用降水指数分析半干旱气候区的干旱状况

利用分布于大凌河流域的33站1970—2005年的月降水资料，比较分析了用标准化降水指数（SPI）来划分干旱等级与历史数据对照。结果表明，SPI计算准确、简单、清晰，资料容易获取，而且计算结果与历史数据有极好的一致性。同时，由于SPI是通过概率密度函数求解累积概率，再将累积概率标准化而得，具有稳定的计算特性。消除了降水的时空分布差异，在各个区域和各个时段均能有效地反映旱涝状况。此外，SPI还可以计算不同时间尺度的指标值，分析发现SPI能准确地反映大凌河36a间的旱涝趋势，对于旱涝灾害有着良好的预测作用，可用于水资源评估以及不同时间尺度的干旱监测。

基于SPI的近53a宁夏干旱时空演变特征研究

利用宁夏回族自治区9个气象站点1959—2011年的逐月降水数据计算其标准化降水指标(standardized precipitation index,SPI)值,并结合干旱站次比、干旱强度、气候倾向率及ArcGIS中反距离加权插值等方法,分析了研究区干旱的时空变化特征。结果表明,近53a来,宁夏回族自治区年SPI在波动中呈降低的趋势,其变化倾向率为-0.131/10a,呈更加干旱趋势,且干旱增幅以21世纪最大;从季节SPI变化来看,春、夏、秋季干旱呈增重趋势,但冬季有所缓解。从干旱发生的范围和强度来看,宁夏回族自治区重旱发生范围略有扩大,而轻旱和中旱略有减小,强度微呈减弱趋势;四季中,总体呈现出冬季干旱强度略增,范围缩小,春季干旱范围扩大。强度增强,而夏秋干旱范围缩小。宁夏回族自治区存在季节连旱频发现象,持续时间长,尤其是春、夏、秋跨季节连旱对农业生产影响最大。年和季节SPI的空间差异明显,表现为由北向南干旱的加重幅度逐渐增大,尤以南部山区对区域干旱变化的响应最为敏感。

近300a来塔里木河流域旱涝灾害特征分析

干旱与洪涝是极端水文事件中最具有代表性的水文事件，在气候变化的影响下旱涝灾害事件越来越引起人们的关注．采用传统的气象干旱指标一标准化降水指数SPI和小波分析法、反距离加权法以及线性回归分析，研究了近300a来塔里木河流域早涝灾害分布特征及关键影响因素．结果表明：近300a来塔里木河流域旱涝灾害呈增加的趋势，且洪涝事件较干旱事件明显．其中，喀什、阿克苏等地的发生频率最高，并表现为群发性；近60a塔里木河流域自西向东旱涝灾害事件呈交替现象．小波分析结果表明，塔里木河流域旱涝灾害呈现15a的周期性，由此推断未来5～10a研究区湿润化面积仍有扩大的可能．大气环流指数与多尺度下的SPI指相关性检验表明，PNA对秋季和冬季的SPI值的影响较为显著；旱涝灾害对农牧业的影响较为严重，其中，洪涝灾害的影响大于干旱．

基于1961—2100年SPI和SPEI的云南省干旱特征评估

干旱是一个缓慢发展持续时间长的极端气候事件,而气候变化对干旱的影响尤为显著,评估气候变化对云南省干旱特征的影响尤为重要。使用多时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准降水蒸散指数(SPEI)分析了云南省的干旱状况,运用非超越概率和游程理论分别分析了SPI和SPEI的季节性变化和研究区域内的干旱特征。结果表明:1961—1995年冬季SPEI(1)小于等于-1. 0的非超越概率为5. 2%,但在2066—2100年增加到18. 4%; SPEI(6)小于等于-1. 0的非超越概率从4. 4%增加到21. 4%,SPEI(24)从7. 0%增加到25. 7%。表明由于气候变化,未来有可能发生严重干旱,且中长期干旱比短期干旱更严重。气候变化在1961—1995年和2066—2100年的冬季和夏季造成严重干旱,且中长期干旱严重程度在整个冬季和夏季尤为明显。将SPI和SPEI的时间序列应用于游程理论,发现1961—1995年SPEI(1)的干旱烈度为28. 3,到2066—2100年达到60. 9,表明气候变化使未来干旱加剧。本研究结果对云南省干旱预测、评估及其风险管理和应用决策具有指导性和实用性,同时可为未来旱作农业生态管理提供一定的依据。

SPI和SPEI在阿克苏河流域的适用性分析

干旱区常年降水稀少,生态环境脆弱,是干旱评价中相对特殊的区域,一般适用性较好的干旱指数在这里仍需进一步论证才能应用于干旱监测中。根据阿克苏河流域DEM、土地利用现状,将流域进行细化,最终形成4个山区、2个荒漠区和5个绿洲区共11个分区的阿克苏河流域干旱评价单元。以流域内6个气象站1961-2011年逐月平均气温和降水资料计算研究区过去51年各评价分区的标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸发指数(SPEI),并将所得干旱状况与历史旱情进行对比分析。结果表明:在平原区,短时间尺度(1、3、6月)的SPEI较SPI更能表达干旱演变趋势,但在旱情表达的时间精度上仍有些欠缺,而长时间尺度(12、24月)的SPI和SPEI基本可以表达出干旱年;在山区的表达精度需要进一步求证。

SPI与K指数在阿勒泰地区应用的对比分析

干旱是限制新疆阿勒泰地区农牧业生产可持续发展最主要的自然灾害之一,研究适合该区的干旱指标,是进行有效干旱监测的基础。利用阿勒泰地区7个气象台站1961—2009年的月降水量、气温资料,计算SPI和K指数,比较分析了SPI和在该地区应用较好的K指数。结果表明:SPI计算简单,资料容易获取,而且计算结果与K指数有较好的一致性,能够较好地反映该地区干旱状况,特别是SPI可以计算不同时间尺度的指标值,能够满足不同水资源状况分析的要求。对比分析了5种时间尺度的SPI值,发现SPI能较准确地反映该地区的旱涝趋势,尤其是3—6个月时间尺度的SPI值,能较好地反映该地区的干旱发展,12个月尺度对长期连续干旱监测较好。

基于SPI指数的惠州市干季干旱趋势分析

本研究依据1971—2017年10月到次年3月惠州市气象观测站降水资料,运用标准化降水指数(SPI)、M-K突变检验和小波分析等指标分析了惠州市干季的干旱趋势。结果表明:1971—2017年,惠州市干季总降水量在1971—2004年呈下降趋势,而2004—2017年呈显著的增加趋势;干季干旱情况以正常为主,而季节性干旱表现为以轻微干旱为主,中等干旱次之,并未出现严重干旱以及极端干旱的情况;干季干湿转换表现为突变现象,1975年为湿润到干旱转变的突变年,而2015年为干旱到湿润转变的突变年;惠州干季干湿震荡主周期为15～32年和5～15年,近47年10年左右的时间尺度上存在着7次干湿交替,且小波系数大于0的等值线到2017年并未完全闭合,表明未来几年惠州干季仍处于湿润化趋势阶段。

基于SPEI的三江平原干旱时空分布特征分析

干旱监测指标是人们监测旱涝变化情况的重要参数,可为灾害预警、影响评估、应急管理及决策提供依据。基于1961—2014年的月降水量和月平均气温时间序列分别计算不同时间尺度(1月、3月、12月尺度)的SPEI值,在此基础上分析不同年、季节和月份干旱强度和干旱站次比的变化特征以及干旱发生频次的空间分布特征。结果表明:三江平原干旱强度及干旱发生范围总体呈略微上升趋势,夏季干旱强度最大,秋季干旱发生范围最广;空间尺度上,中旱及以上强度干旱发生频次较高的区域主要集中于鹤岗、富锦、佳木斯、萝北、集贤等地,呈从东南向西北增加的特点;三江平原的干旱情况在不同年代呈波动态势,1970年代和2000年代为干旱最严重的年代纪。

1960—2010年甘肃省不同气候区SPI与Z指数的年及春季变化特征

根据甘肃省1960—2010年26个气象站点的日降水资料,利用标准化降水指标(SPI)和Z指数,对比分析了51年来甘肃省不同气候区年及春季干旱的变化特征。结果表明:甘肃省年SPI和Z指数总体为河西冷、暖气候区及祁连山区呈增加趋势,其中河西西部暖温带干旱区增加幅度最大,SPI和Z指数变化倾向率均为0.13·(10a)-1;陇中南、北气候区及甘南区呈降低趋势,以陇中南部冷温带半湿润区减小幅度最大,SPI为-0.13·(10a)-1,Z为-0.14·(10a)-1。初春的干旱等级变化呈降低趋势,陇中南部冷温带半湿润区降低幅度最大,SPI为-0.12·(10a)-1,Z为-0.06·(10a)-1;春季SPI和Z指数与年变化趋势一致。年代际变化为河西60年代、河东90年代出现严重干旱。不同气候区变化不同,河西冷、暖气候区及祁连山区的干旱指数变化率为正值,干旱程度减小,春季干旱弱于年变化,而陇中南、北气候区及甘南区则为负值,干旱程度增加,春季干旱强于年变化。甘肃省干旱的空间分布差异性显著,表现为自西北向东南递增的趋势。