基于标准化降水指数(SPI)的宁夏中部干旱带旱灾危险性时空演变特征

[目的]揭示宁夏中部干旱带旱灾危险性的时空特征,为宁夏中部干旱带农业生产、农业灾害防治、种植结构调整和农业灌溉指导提供科学依据。[方法]收集宁夏中部干旱带的沙坡头区、中宁县、同心县、盐池县、海原县5个气象站点的气象观测资料,采用标准化降水指数(SPI)分析了近39年(1981—2019年)干旱等级的时空变化,并结合GIS技术评价其旱灾危险性时空演变特征。[结果]SPI 12结果表明代际干旱趋势呈波动中加剧趋势(趋势线斜率范围为-0.004~0.003)。SPI 3结果表明季尺度旱灾危险性时空分布异质性明显,空间上呈现出南低北高的特征,而时间上则表现为连旱特征突出。春冬两季旱灾发生频率高于45%;夏、秋两季干旱现象不显著,干旱发生频率处于10.26%~43.59%之间;旱灾危险性时空演变特征评价结果表明代际旱灾危险性呈现先下降后上升的变化趋势。季尺度旱灾危险性时空差异明显,空间上表现为旱灾危险性由南向北升高,时间上表现为春冬两季旱灾危险性较高,而夏、秋两季旱灾危险性较低。[结论]宁夏中部干旱带季尺度旱灾危险性时空异质性明显,沙坡头区、中宁县旱灾危险性高,未来应加强春、秋、冬三季的旱灾防治。

标准化降雨指数SPI的辽西阜新市干旱评价

文中利用阜新水文站、彰武水文站1965—2021年的降水资料,采用标准化降雨指数SPI干旱等级划分方法,进行干旱评价,揭示了该地区干旱发生的基本特征。实践证明,利用标准化降雨指数进行旱情评价,可以任意时间尺度,指标统一,尺度一致,操作简捷,精度较高。

基于标准化降水指数SPI的西江流域多尺度干旱特征及其驱动力分析

为了较为全面表征流域气象干旱的演变特征,本文基于西江流域33个气象站1960-2015年降雨资料,采用标准化降雨指数(SPI)作为干旱指标,分别从年尺度(SPI12)和季尺度(SPI3)两个方面,分析了西江流域地区干旱站次比、干旱频率、干旱趋势和驱动力。结果表明:1)流域各地年降水量分布差异较大,且从东南往西北方向呈明显的逐步减少趋势;2)流域气象干旱处于正常的概率最大,发生极端干旱的概率最小;年尺度(SPI12)表征的长期干旱发生频率高于季尺度(SPI3)表征的短期干旱发生频率;3)流域西北地区SPI序列呈现较为显著的下降趋势,气象干旱有加重的趋势;4)太阳黑子和部分大气环流异常因子对西江流域气象干旱的形成与演变有较大的影响,影响程度高低依次是太阳黑子、北极涛动和厄尔尼诺。研究成果对于评估西江流域干旱灾害的风险性、防旱减灾策略的制定具有一定的参考意义,为干旱的应对和防御提供科学依据。

基于标准化降水指数SPI的泾惠渠灌区干旱演变对冬小麦气候产量的影响

为了研究干旱变化对于作物产量的影响机制,以泾惠渠灌区为例,选用标准化降水指数SPI作为干旱评判指标,采用Mann-Kendall趋势检验、最大熵谱分析等方法分析了灌区干旱的变化特征,以及干旱演变下冬小麦气候产量的变化规律。研究表明：（1）灌区冬小麦实际产量呈显著增加趋势（Z=7.6482）,气候产量呈不明显减少趋势（Z=-0.5686）;（2）灌区总体干旱化趋势明显（通过了99%的显著性检验）,这种趋势在春、夏、秋三季都达到了显著水平;（3）干旱存在16 a的年代际周期波动,4～5 a的年际周期;（4）播种前7—9月份和播种后的10、11月的干旱情况对于冬小麦气候产量的影响最大,是影响作物气候产量的关键期;（5）SPI3-9与冬小麦气候产量关系最密切,可以解释46.21%的产量变异;（6）随着干旱的年代际周期变化,SPI3-9与冬小麦气候产量之间的相关系数从0.44上升至0.74,干旱对于冬小麦气候产量的影响有增强的趋势。

基于标准化降水指数的1961-2020年昌吉地区气象干旱趋势分析

采用昌吉地区10个气象站1961-2020年降水量资料,计算昌吉地区年、季尺度标准化降水指数(SPI-12、SPI-3),并对SPI指数评价实际干旱的能力进行验证。运用趋势分析法、M-K突变检验法、小波分析法等方法,探究昌吉地区气象干旱变化特征;在此基础上分析年、季尺度上的干旱频率、干旱强度和干旱覆盖面积的变化趋势。结果表明:SPI指数可以表征昌吉地区的干旱特征;1961-2020年昌吉地区年SPI值呈明显的阶段性特征,年代变化趋势呈变干-变湿-变干的变化波动,进入21世纪以来,变干趋势较为明显;昌吉地区春、夏、秋季SPI呈不显著的湿润化态势,但进入21世纪以后,春、夏季逐年变干旱化,冬季呈显著的湿润化态势;干旱强度在全区范围内主要为轻旱和中旱等级,2010年以来春、夏、秋季干旱强度明显增大;1961-2000年干旱发生面积有轻微减少,进入21世纪以来干旱范围向扩大趋势发展,全域性和区域性干旱发生较为频繁;在周期性变化方面,存在着3~5 a、8~18 a、20~30 a的多重周期振荡,且随时间尺度降低,表现的“干-湿”交替渐趋频繁,但不同时间尺度表现出不同的干湿震荡规律。

基于标准化降雨蒸散指数的水稻生育期干旱特征分析

基于气候变化下南方干旱灾害发生频繁和影响不断加剧的事实,收集了典型水稻种植区高邮站点1951—2015年65 a逐月的降雨、气温数据资料,基于标准化降雨蒸散指数(standardi-zed precipitation evaporation index,SPEI)和Mann-Kendall(MK)趋势检验方法,研究和分析了水稻作物不同生育期内干旱发生频率、影响程度及其变化规律,结果表明:整个生育期内轻度干旱发生率最大,其中返青期和拔节抽穗期各为轻度干旱和重度干旱发生概率最大的生育期;从70年代至今干旱生育期次比呈上升趋势且集中在14%~28%波动,干旱生育期次数增多,干旱发生影响范围加大;在SPEI指数时间分布特征上,返青期、分蘖期和拔节抽穗期均呈现上升的趋势,乳熟期和黄熟期则均呈现下降的趋势,说明除乳熟期干旱程度呈现加强的趋势,返青期、分蘖期和拔节抽穗期干旱程度均呈现减小趋势;显著性分析表明,除拔节抽穗期为极显著性,乳熟期为显著性外,其余均呈不显著变化.研究成果可以有效地指导抗旱和灌溉,对水稻需水期尤其是关键需水期受旱影响评估提供参考,尽早做出灌溉决策,避免水稻作物受旱减产.

基于标准化降水指数(SPI)的宝鸡地区干旱趋势变化及周期研究

目的研究基于标准化降水指数(SPI)的宝鸡干旱变化、突变以及周期等特点。方法利用宝鸡地区3个标准站1961-2016年的逐月降水数据,选用SPI作为干旱监测指标,辅以小波分析、滑动T检验、Yamamoto检验等方法进行分析。结果 1961-2016年宝鸡地区SPI在波动中呈下降趋势,变化倾向率为0.095/10a。夏季最为湿润,春季和秋季有下降倾向,倾向率分别为-0.06/10a和-0.062/10a,冬季最干旱。1961-2016年宝鸡地区干旱变化存在多个震荡周期,其中15a为第一主周期,6a为第二主周期。宝鸡地区干旱突变年份主要为20世纪70年代末到80年代初以及2000年左右。结论宝鸡地区1961-2016年气候变化呈现干旱倾向,春、秋两季的干旱气候主导了地区干旱趋势,且未来几年仍有干旱趋势。

基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58a演变特征

近年来南方地区季节性干旱频繁发生,对农业生产造成了严重影响。分析其演变特征和发生规律,能为应对全球气候变化背景下制订抗旱减灾对策提供理论依据。该研究利用中国南方15个省(市、区)的气象台站降水资料,选择采用标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了南方地区最近58a(1951-2008年)各月干旱指数,在此基础上分析了全年及各季季节性干旱的站次比(发生干旱站数与总站数之比)和干旱强度的年际变化。研究结果表明:干旱程度在时间尺度上呈不同程度增加趋势;干旱的季节性特征为春旱和秋旱有加重的趋势,而夏旱和冬旱有减轻的趋势。季节性干旱空间演变特征表现为:长江中下游地区、西南地区、华南地区等各区域季节性干旱变化与整个南方总体干旱变化表现基本一致。在当前气候变化背景下,我国南方干旱整体上呈现对农业生产的不利影响加重的趋势。研究和验证表明标准化降水指数(SPI)能很好地体现季节性干旱的年际变化特征。

基于标准化降水指数的锡林郭勒盟干旱特征分析

在全球气候变暖的大背景下,锡林郭勒盟干旱灾害频发,给农牧业生产和人民生活等造成了严重的影响和损失,分析其干旱的时空特征和规律,能为防灾减灾提供借鉴。基于全盟15个气象站点1960-2013年的逐月降水资料,计算了12个月和3个月尺度的标准化降水指数,分析了年度和季节干旱演变规律,并应用主成份分析和空间插值方法分析了干旱的空间特征。结果表明:(1)锡林郭勒盟的年度与季节的干旱均较为频繁且持续时间较长,各尺度干旱频率均为30%左右,干旱等级主要为轻旱和中旱,重旱和特旱频率较低;年度与夏季干旱站次比和干旱强度呈增加和增强趋势,春季、秋季和冬季的干旱站次比和干旱强度呈减少和减轻趋势。(2)前4个特征向量的空间分布与锡林郭勒盟4大类植被覆盖区域基本一致,即农牧交错区、荒漠草原区、典型草原区和草甸草原区,4个区域的干旱时段存在很强的一致性,且均存在干旱化趋势,干旱强度为荒漠草原区>典型草原区>农牧交错区>草甸草原区,4个区域的干旱频率和干旱站次比基本一致。

基于标准化降水指数分析宁夏山区干旱演变特征

利用宁夏山区8个县站降水资料,采用标准化降水指数(SPI)比较分析了宁夏山区近38 a(1971-2008年)的各月干旱指数,并分析全年、月度干旱的站次比和干旱强度的年际变化。研究结果表明,宁夏山区年季干旱强度呈现降低趋势,但干旱发生频率和干旱面积增加,特别是2000年之后干旱频率和站次比呈增加趋势;宁夏山区以轻旱-中旱为主,特大干旱发生相对较少,近5 a来山区各县发生区域性干旱频率增加较明显;春旱和秋旱有加重的趋势,而夏旱和冬旱发生少,但春、夏、秋连旱在2000年之后发生频率和涉及的区域呈现增加的趋势;在当前气候变化背景下,宁夏山区干旱对农业生产的不利影响有加重的趋势。

基于标准化降水指数的贵州省近54年干旱时空特征分析

近年来中国干旱灾害频繁发生,对人们生活、生产造成了严重影响。以贵州省为例,选用标准化降水指数为干旱指标,分析年度和季节的干旱发生频率的变化特征。结果表明:近54年来,贵州省年季和季节干旱总体上呈现阶段化趋势,整体表现为干旱增加趋势,20世纪80年代中后期和21世纪初期是干旱频发期。干旱频率在空间分布上差异显著,东部地区年尺度干旱较为常见;季节尺度上,除了夏旱高频区呈零星状分布外,其他如春旱主要发生于中部及东部地区,秋旱高发区集中分布于中部和东北部地区,冬旱常发生于贵州省北部地区。研究表明SPI指数能够较好地反映研究区年际及季节性干旱变化特征,能为该地区制定防旱抗旱措施提供理论支撑。

基于标准化指数SPI的云南地区干旱评价研究

本文基于云南地区6个气象站点1954-2012年降雨资料,运用标准化指数SPI计算了各站点的SPI值,定量统计和评价了云南地区在近59年期间发生干旱的年份和发生不同程度干旱的频次。研究结果表明:1标准化降水指数适合于云南地区的干旱计算,计算结果与历史实际干旱情况较为吻合,该指标可用于云南地区的干旱评价;2临沧站出现干旱的年份较多,但蒙自站出现极端干旱的年份明显高于其他5站;3各站点在不同季节出现干旱的频次不同,其中腾冲在春季相比于其他5站,发生干旱的频率较高35.6%,临沧站在夏季和冬季发生干旱频率均较大,分别为35.6%和37.9%,蒙自站在秋季发生干旱频率最大,为34.8%研究成果可为云南地区的干旱评价分析和水资源保护提供一定的参考价值。

基于标准化降水指数的1981—2013年西藏干旱时空特征分析

为了研究西藏干旱时空分布特征,利用西藏38个气象站点1980—2013年的月降水资料,采用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,分析了西藏旱季和雨季的干旱及重旱频率分布特点。结果表明:东南部旱季干旱频率较高,西部雨季干旱频率较高;而旱季和雨季的重旱频率高的地区都在中、东部;20世纪90年代旱季干旱和重旱发生频率最高,21世纪初雨季干旱和重旱频率最高。对西藏不同区域干旱强度演变情况分析表明,各区域1981—2013年旱季和雨季干旱强度变化都不一致,总体来说,沿江一线和东部地区变化相对稳定,南部边缘变化相对较剧烈。

基于标准化降水指数的汉江流域干旱时空分布特征

随着流域内经济社会快速发展以及南水北调中线一期工程调水,汉江流域水资源需求日益加大,流域管理面临较大挑战。从干旱角度分析汉江流域缺水状况,根据汉江流域13个国家基本气象站44a收集得到的月降水量资料,用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,从干旱频率、干旱站次比、干旱强度以及气象变化趋势率4个方面对汉江流域的干旱时空分布特征和演变规律进行分析。结果表明:年度、春季和秋季干旱站次比呈轻微增加趋势,夏季和冬季干旱站次比呈轻微减小趋势;春季、秋季和冬季干旱强度呈轻微增加趋势,年尺度和夏季干旱强度呈轻微减小趋势;区域内主要发生的是全域性和局域性干旱,干旱强度以轻度干旱和中度干旱为主;春季干旱频率较高的地区主要在流域西部的汉中等地和南部的房县、老河口、天门等地,夏季干旱频率较高的地区主要集中在流域北部的佛坪、尚州、西峡等地,秋季干旱频率较高的地区主要集中在流域南的老河口、枣阳、钟祥等地,冬季干旱频率较高的地区主要集中在流域南部的房县、老河口、枣阳、安康等地。

基于标准化降水指数的辽宁省近54年干旱时空规律分析

辽宁省是干旱较为严重的地区之一,研究该地区干旱的时空分布特征,对有效应对旱灾,采取防御措施,降低旱灾的危害有着积极的意义。利用该区域52个气象站1961─2014年逐月降水资料,采用标准化降水指数(SPI)、经验正交函数(EOF)以及旋转经验正交函数(REOF)等方法,分析了近54年来辽宁省干旱时空变化分布特征及分区研究。研究结果表明:辽宁省干旱主要发生在19世纪60年代至70年代初、70年代末至80年代初、80年代末至90年代初和21世纪初。春季干旱和秋季干旱发生的范围较大,持续时间较长,年份较多,冬季干旱发生范围次之,夏季干旱发生的范围较小,年份也较少。根据REOF分解的结果,可以将辽宁省干旱划分为西北部地区、中部和东北部地区、东南部地区。划分的各个区域中,参考各区域SPI12的平均值可知,3个地区的平均SPI12曲线变化趋势基本一致,但也存在差异性。最明显的差异是西北地区与东南地区的差异,出现干旱的年份数量各地区大致相等。从干旱的时段来看,东南部地区、中部和东北部地区各有1次较长时段的干旱,西北部地区有2次较长时段的干旱,而且相对另外两个区域干旱级别达到中旱以上的时段较少。

基于标准化降水指数的沧州干旱时空特征

使用河北省沧州市14个气象站1966—2017年逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)分析该区域干旱时空特征。结果表明:(1)沧州年际干旱频率为26.9%,全域性、区域性、局域性干旱出现几率接近,轻旱、中旱较多,干旱范围与强度呈正相关,2003年后旱情减轻。干旱频率与强度呈负相关,西部干旱频率高、强度低,中部、东部频率低、强度高。(2)季节干旱频率为69.2%,春旱、冬旱发生频率高,多为全域性,但夏旱、秋旱发生后平均干旱强度更大。1980、1990年代和21世纪初旱情较重,2007年以后旱情减轻。空间分布上,夏旱的频率、强度分布与年际分布较为相似,与春旱分布几乎相反,秋旱、冬旱分布较为平均。全市旱涝变化较为一致,中部区域最为同步。

基于标准化降水指数的保定旱涝演变特征分析

基于1979~2018年河北省保定市19个气象站的月降水资料,采用标准化降水指数(SPI)分析年、季的旱涝特征。利用SPSS 19.0软件,结合GIS空间技术和数理统计理论,分析了保定市旱涝时空分布规律和变率。结果表明:保定地区1979~1999年旱涝变化幅度较大,2000~2018年旱涝变化幅度较小。21世纪以来,干旱频率大于雨涝频率,保定市气候趋于干旱化。保定市春旱、夏旱呈弱增加趋势。秋涝、冬涝呈弱增加趋势。空间上分析得出,保定旱涝分为2个区域,为西部山区、浅山区和中南部平原,旱涝在2个区域总体上有相对一致的变化特征,但在某些时段也表现南北相反的特征。西部阜平、涞源在四季中易出现干旱。徐水、满城、顺平、望都、清苑、市区在四季中易形成雨涝。20世纪80年代后期、90年代中期旱涝变率较大,21世纪以来旱涝变率较90年代明显变小。4个区域(东、西、南、北)旱涝变率趋势大致相同。21世纪以来,南部旱涝变率逐渐增大。

基于标准化降水指数的近51a山东临沂市旱涝时空特征

基于1961—2011年临沂市10个气象观测站的逐月降水数据，采用标准化降水指数（SPI），分析了临沂市旱涝时空分布特征。结果表明：临沂市旱涝变化具有阶段性特征，1960年代初中期和1970年代初中期，雨涝频繁；1960年代中后期和1970年代中后期及整个1980年代，干旱频繁；1990年代到21世纪初早期旱涝交替发生，2003年以后以雨涝为主。冬春季干旱呈弱的减轻趋势，秋旱呈弱加剧趋势，夏季旱涝变化趋势不明显。北部山区、西部丘陵、南部平原的旱涝变化总体上具有相对一致的趋势，但在1960年代中期、1980年代中期、21世纪初早期西部丘陵的旱涝变化幅度较其他2个区域要大。全市旱涝变率在21世纪初早期最大，1970年代中后期最小，3个区域的变率总体上表现出与全市大致相同的趋势，2004年以后南部平原旱涝变率持续增大。

利用短序列区域站资料计算干旱指数SPI的应用研究

干旱是全球影响范围最广、危害最重的自然灾害之一。标准化降水指数(SPI)是干旱监测业务和科研中使用最为广泛的气象干旱指数之一。目前,中国已建设了大量高密度的区域自动气象观测站,这些站由于缺乏长历史序列数据,无法用于计算SPI,如何利用这些短时间序列区域站数据开展精细化干旱监测评估是目前关注的重点。利用1960-2020年2032个国家气象站和2010-2020年云南省1009个区域站日降水数据,选取31个国家站作为方法试验站,构建了通过伽马分布参数插值法来拟合区域站的SPI(Iab),并与常用的邻站替代法、多元线性回归法进行了对比,进行交叉检验和误差分析。通过对比拟合值与真值的相关系数、均方根误差和平均绝对误差得出,除在中国西北站点稀疏的地区外,拟合值Iab均明显优于其他两种方法的拟合结果。在不同季节和不同时间尺度下,参数插值法拟合得到的SPI(Iab)效果最好,特别是在中国中东部地区的Iab值较其他方法平均误差减小0.02~0.30;北京、昆明历年拟合值Iab与真值Iz误差变幅最大为0.16,不到半个干旱等级0.25;拟合值Iab与真值Iz的相关系数达0.999,通过0.001的显著性检验。采用该方法进行区域站干旱过程的监测结果显示,利用高密度区域站计算的干旱指数SPI比仅利用国家站插值得到的SPI更接近干旱灾害实况。总体而言,伽马分布参数插值法可以用于高精度短序列区域站降水资料推算干旱指数SPI,从而实现气象干旱精密监测、预报和评估服务。

基于标准化降水指数的山东省近45年旱涝演变特征

为探究山东省旱涝的演变特征,使用山东省25个国家气象观测站近45年的逐月降水资料,计算了月、季节和年尺度标准化降水指数(SPI),用旱涝频率、旱涝站次比、旱涝强度等指标分析了山东省旱涝的时空特征。结果表明:(1)山东省多年平均雨涝频率高于干旱频率,但不同地区、不同等级的旱涝频率差异较大,旱涝事件呈常态化发展趋势。(2)山东省旱涝影响范围大致相当。20世纪70年代的秋季旱涝状态以正常为主,其他时段各季节旱涝状态以交替出现为主。各季节多年平均雨涝频率均高于干旱频率,但多年和各季节的平均干旱强度均高于平均雨涝强度。(3)山东省受干旱的影响总体上大于雨涝,但20世纪70年代雨涝的强度和范围均明显大于干旱。20世纪80年代的秋季干旱影响范围最大,20世纪80年代的冬季雨涝影响范围最大。山东省旱涝的时空差异较大,全省受干旱的影响总体上大于雨涝,旱涝事件为常态化事件。