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。

基于相对湿润度指数的四川省季节性干旱时空分布特征

本文收集四川省156个气象站51年(1961-2011年)的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等要素,选用国家标准中相对湿润度指数(M)作为干旱指标,以年、季为时间尺度,研究四川省干旱频率和强度的空间分布特征,并分析近51年干旱强度和发生范围的年际变化规律。结果表明:1四川省年尺度干旱频率和强度均呈西高东低的带状分布。高发区主要在川西高原、川西南山地、盆中及盆南局部,高发区的干旱强度以中旱以上为主;少发区主要在达州、泸州、宜宾等地和乐山-眉山-雅安一带,少发区的干旱强度以轻旱为主。年际变化趋势上,干旱强度有所减弱,但最近10年明显增强,且干旱范围扩大。2从季尺度看:冬旱频率最高,高发区主要在四川北部、川西高原、川西南山地;春旱频率次高,高发区与冬旱类似,但范围和频率都不及冬旱;秋旱频率较低,多发区主要在川西高原、川西南山地、盆中及盆南部分区域;夏旱频率最低,仅四川东北部和川西高原、金沙江河谷等地频率较高。在干旱强度方面,冬季强度最大,春季次之,秋季较小,夏季最小;干旱强度空间分布上,春冬两季相似,干旱强度东部小,西部最大,夏旱与春旱、冬旱有些相反,干旱强度东部强、西南部轻。年际变化趋势上,春旱强度呈减小的趋势,但范围略扩大;夏旱强度和范围都略有增强;秋、冬旱强度均呈略减趋势,但范围有所增大。3本文采用的干旱分级方法在四川省具有较好的适用性。

基于SPI与相对湿润度指数的1961—2009年东北地区5—9月干旱趋势分析

依据1961—2009年东北地区71个气象台站月平均气温和降水资料,运用标准化降水指数(SPI)与相对湿润度指数等干旱指标分析了东北地区5—9月的干旱趋势。结果表明:1961—2009年,东北大部分地区在5—9月呈干旱化趋势,仅在黑龙江省大兴安岭北部、黑龙江省西南部以及黑龙江省与吉林省的东部交界处表现为湿润化;东北三省干湿振荡主要周期为22—24 a,近49 a发生了4次干湿交替,突变年为1976年和1996年。就干旱发生范围而言,近49 a东北地区干旱面积呈上升趋势;以1996年为分界线,农作物干旱受灾比在吉林省增幅最大,辽宁省次之,黑龙江省最小,采用SPI与相对湿润度指数评价东北地区干旱较符合实际。就干旱发生频率而言,高值区主要集中在东北地区西部,特别是黑龙江省的齐齐哈尔和大庆地区、吉林省的白城地区及辽宁省的朝阳地区。干旱与极端干旱的发生频率1981—1990年为较低,2001—2009年为最高;而极端干旱发生频率增加幅度明显高于一般干旱。

基于相对湿润度指数的云南干旱气候变化特征

基于云南15个代表站1961-2010年气候资料,使用相对湿润度（M）指数和Morlet小波变换方法分析云南干旱气候的时空变化规律和特征.结果表明：雨季M指数主要反映降水对干旱的影响,干季M指数对气温、日照等共同引发的蒸散量变化有相应的响应.云南气候干湿年际波动大、年代际变化明显;雨季M指数主要表现为10～ 16a、6～8a和2～4a的周期性变化,干季M指数的变化周期以8a和4～6a为主;雨季M指数的地区性差别比干季大.云南的严重干旱均为上年雨季（或其末期）M指数偏小、随后的干季M指数典型偏低和当年雨季开始偏晚相叠加的结果.在全球变暖背景下,云南雨季有气候变干的趋势,干季大多区域呈干旱略加强趋势.近年云南多数区域M指数的主要变化周期相继进入谷值期,并与降水偏少同步出现,导致严重干旱发生频率加大.研究结果对云南干旱预测、评估及其风险管理和应用决策具有指导性和实用性.

基于相对湿润度指数的近56年若尔盖湿地干湿变化

基于若尔盖湿地5个代表气象站1960—2015年逐日气象数据,计算相对湿润度指数(M),采用Mann-Kendall法、Morlet小波分析法,分析了湿地近56年年、季尺度干湿变化及气候要素变动特征,采用Pearson相关系数法研究该区域M变化成因,为湿地生态环境变化的研究提供参考依据。结果表明:(1)若尔盖湿地年M呈显著下降趋势(p<0.05),其倾向率为-0.018/10a,有干旱化发展趋势;冬、春两季干旱较为严重且近56年有趋湿倾向,夏、秋两季较为湿润但有趋干倾向,干旱程度依次为:冬>春>年>夏>秋。(2)秋季于1995年发生显著趋干突变(p<0.05),其他时间尺度无明显突变;(3)年际M存在25~30a,12~15a,7~10a三种尺度的周期变化,春、夏、秋、冬各季亦存在多种时间尺度的周期振荡,且未来中短期内冬季仍是干旱期。(4)降水量、相对湿度的减少和日照时数、潜在蒸散量的增加对湿地干旱化起主要作用,平均气温和风速的上升影响较小,其中降水量是最主要因子。

基于云模型和相对湿润度指数的干旱时空分布特征分析

根据川中丘陵区8个典型站点1960—2011年逐月气象资料计算相对湿润度指数,并引入云模型,在年、季时间尺度上分析该研究区的干旱时空分布特性。结果表明,1994年为突变年,干旱开始呈持续加重趋势,干旱强度的时间分布较均匀且稳定;冬季干旱最严重,春季次之,冬季干旱强度的时间分布最均匀也最稳定;夏季和秋季不干旱,但夏季干旱强度的时间分布最不稳定,秋季干旱强度的时间分布最离散,且干旱呈显著加重趋势。除冬季干旱强度的空间分布的离散程度比时间分布的离散外,其余时段都比时间分布均匀,但稳定性比时间分布的小。因此,川中丘陵区主要为季节性干旱,特别应在冬季做好防旱减灾工作。

基于相对湿润度指数的西北地区春季第一场透雨研究

目前西北四省区春季第一场透雨标准的确定主要来自业务人员长期的工作经验积累,针对此,利用陕西、甘肃、青海、宁夏249个气象站1960-2016年的日资料,通过分析西北地区相对湿润度指数,结合潜在蒸散特征,确定了春季第一场透雨阈值。与已有研究相比,本方法充分考虑了研究区各地相对湿润度指数的气候特征与各地的能量及水热平衡,理论依据明确,选用的指标能充分反映各气象要素对气候干湿状况的综合影响,因此确定的透雨阈值稳定,月差异小。随后按照这一指标分析西北地区春季第一场透雨特征,结果表明:该地区春季第一场透雨自东南向西北逐步推进,陕南南部出现最早,主要在3月,关中、陕南北部出现在3、4月的概率之和>80%;甘肃河东大部、宁夏大部、青海东部出现在4、5月的概率之和>70%;青海西部是出现最晚的区域,基本上出现在6月。从出现日期的年代际变化看,甘肃河东出现时间最稳定,宁夏、陕西出现日期变化最大,青海西部与甘肃河西较一致,介于二者之间;同时,甘肃河西、陕西关中、陕南春季第一场透雨出现时间变晚趋势明显,其余地区变化趋势不明显。研究结果可供在透雨监测、预测中使用,也可供在制定西北地区春季第一场透雨标准时参考,以便于区域气候评估使用。

基于相对湿润度指数的贵州省近十年干旱特征分析

为分析贵州省干旱分布特征,基于贵州省均匀分布的30个气象站点2010~2019年的逐日气象数据,以相对湿润度指数为干旱监测指标,利用反距离权重插值分析及相关分析研究贵州省近10年的干旱特征。结果表明,贵州省不同月份的干旱强度和干旱发生范围有所不同,且总体上呈干旱等级越高,干旱范围越小的态势。不同时间尺度的干旱强度和干旱范围在空间上有所差异,月尺度的干旱强度大于年尺度的干旱强度和季尺度的干旱强度,而季尺度的干旱表现为西高东低,年尺度的干旱表现为北高南低的趋势。按照年尺度和季尺度的平均水平来看,贵州省近十年无干旱发生。研究区干旱的发生受气候因子影响较大,且受降雨影响最大。

基于相对湿润度指数的河南省干旱易发区预测

鉴于河南省干旱灾害时有发生,严重影响了其农业生产,选择能够反映农作物水分供需平衡的相对湿润度指数作为干旱评价指标,以春、初夏、伏、秋季为时间尺度评价了河南省典型年份的干旱事件,并与历史干旱记载进行对比,发现以春、初夏、伏、秋为时间尺度的相对湿润度指数在河南省具有较好的适用性。在此基础上,预测了不同气候变化情景下河南省的干旱易发区。结果表明,春和初夏季是河南省最容易发生干旱的两个季节;空间分布上,未来干旱易发区主要分布在河南省北部,在两种气候情景设置下,安阳、新乡、郑州、商丘、开封、宝丰、三门峡、许昌等地市均发生干旱事件,因此应重视以上地市的防旱抗旱工作。

基于相对湿润度指数的北疆气象干旱时空特征

基于北疆地区26个主要气象站点1961—2016年逐日气象数据,选用国家标准相对湿润度指数(M)作为干旱指标,以年和季为时间尺度,探究北疆地区干旱强度和频率的时间变化与空间分布特征。结果表明:相对湿润度指数能够很好地表征出典型干旱年,从56 a的数据分析来看,北疆地区干旱强度总体呈减小趋势。对比各年代干旱强度,以21世纪初干旱最轻,20世纪60年代和70年代干旱最为严重,空间分布上大致呈东南高西北低的趋势;北疆地区年轻旱频率和中旱频率呈增加趋势,年重旱频率和特旱频率呈减小趋势,历年重旱频率明显高于其他等级干旱频率,中旱频率略高于轻旱和特旱频率。季节尺度上,北疆地区春季和夏季干旱强度明显高于秋、冬季,在各季节不同等级干旱频率中,秋季轻旱频率最高,夏季中旱、重旱频率最高,春季特旱频率最高。

基于水文模型的土壤相对湿润度干旱指数构建及运用研究

本文构建基于水文模型的土壤相对湿润度干旱指数，以辽中地区大洋河流域为研究区域，运用该干旱指数对大洋河1954～2014年干旱进行评价。研究结果表明：1954-2014年大洋河流域发生重大干旱的频率较低，频率为1．2％；流域易发生中等程度干旱，频率为29．5％；流域在冬季发生干旱的频率最高，为57．3％；夏季发生干旱频率较低，为41．3％。研究成果可以为大洋河流域干旱预测预警提供重要的参考价值。

基于改进后相对湿润度指数的山西省气象干旱时空特征

基于山西省境内较为均匀分布的70个地面气象观测站57 a(1960-2016年)的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等气象资料,选用国家标准中相对湿润度指数(M),在其基础上构建了改进的相对湿润度指数(M10i)作为干旱指标,以年、季为时间尺度,研究山西省干旱频率和强度的空间分布特征,并分析干旱频率和强度的年际变化规律。结果表明:改进的相对湿润度指数可很好地表征出典型干旱年;从57 a的资料来看,山西干旱程度总体呈现加重的趋势;对比各年代干旱程度,以20世纪60年代干旱最轻,80年代和90年代干旱最为严重,90年代之后又呈现逐年代减轻的趋势;山西省干旱强度呈北高南低的分布,北部大部、太原中部干旱强度最强;冬季、春季干旱强度明显高于夏季和秋季;山西省历年特旱的频率明显高于其他等级的干旱,重旱频率略高于轻旱和中旱的频率;大多数年份,山西省冬季总干旱频率最高,春季次高,秋季较低,夏季最低。

奉节县干旱评估时间尺度适宜性研究

随着全球气候变暖,奉节县近年来遭受旱灾逐步增加,为了探讨不同时间尺度下干旱评估效果的适宜性,采用旬值和月值分别计算相对湿润度指数,结果表明,月值相对湿润度指数在气象干旱频率和气象干旱强度2个指标都优于旬值相对湿润度指数,在今后奉节县干旱评估研究中,适宜采用月值相对湿润度指数进行评估。

多时间尺度下黑龙江省1980—2014年干湿演变特征及主导因子分析

利用黑龙江省1980—2014年28个气象台站常规观测资料,计算得到全省的相对湿润度指数。运用ArcGIS反距离权重空间插值法、趋势系数及相关分析法对全省作物生长季及各个季节干旱分布、干湿发展趋势及主要影响因素进行具体分析。结果表明:就相对湿润度指数年际分布而言,生长季干旱主要集中在2000—2010年,夏季和秋季干旱主要集中在1995年之后,春季干旱则在全时段均有发生,其中重旱和特旱居多;就相对湿润度指数变化趋势而言,春季全省整体呈微湿润化的趋势,冬季呈显著地湿润化发展趋势,其余时段则呈现干旱化发展,但不同时段空间差异显著;分析降雨量、潜在蒸散量与相对湿润度指数的相关系数发现,降雨量始终是黑龙江省生长季及各个季节相对湿润度指数变化的主导因子,但夏季潜在蒸散量的影响有所增加。

广东骤旱时空特征及其与传统干旱的对比分析

为提升广东干旱监测水平,采用广东86个国家气象站逐日气温、降水、相对湿度等观测资料,借鉴前人对骤旱的研究成果及气象干旱监测相关技术方法,综合气温、降水、相对湿润度指数3项因子,构建广东骤旱监测指标,研究了广东骤旱的时空分布特征及与传统干旱的异同,结果表明:(1)广东骤旱多发生在夏季,7月最多,月均达4.1站次;春末秋初发生频次也较高,有别于传统干旱主要发生在秋冬季。(2)雷州半岛、潮汕地区和梅州是骤旱高发区,与传统干旱多发区吻合。(3)在气候变暖大背景下,广东各地骤旱发生频次趋于增加,新世纪以来增加尤为显著,2011-2021年增加区域主要分布在南部沿海地区,频次从2001-2010年的低于3站次增加至2011-2021年的12站次以上。

黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应

为了探究气候变化背景下黄淮海地区的干旱特征,基于黄淮海平原34个气象站点的1961—2012年气象数据,使用相对湿润指数探讨分析了近50年黄淮海地区冬小麦生长季及4个季节干旱的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)在整个分析期内(1961—2011)冬小麦生长季干旱减轻,但是在近20年干旱有了加重的趋势,且干旱加重的趋势是一种突变现象。(2)黄淮海地区1961年以来,春季、冬季以及冬小麦生长季内均表现为不同程度的干旱,干旱频率都达到90%以上,其中春、冬两季最为干旱,3个时段整个黄淮海中北部地区都为高频干旱区域,且4个季节及冬小麦生长季干旱程度与干旱频率的区域分布均表现为由南向北递增的趋势。(3)黄淮海地区的干旱特征对降水、太阳辐射和相对湿度这3个气候要素的变化最为敏感。

三种干旱指数对西南地区适用性分析

利用1951年1月2011年12月中国160个气象站的月降水量和平均气温资料,计算了近61年西南地区18个气象站逐月M指数和季、半年和年尺度的逐月SPI和SPEI指数。参考过去该地区发生的干旱灾害历史资料,研究了三种指数对不同时间尺度干旱的表征能力。结果表明:(1)SPEI指数能抓住降水和蒸发这两个影响干旱的重要决定因素,对西南地区季、半年、年尺度的干旱有较好的表征能力;(2)SPI指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱表征是适用的,对半年尺度的干旱也适用,但表征能力不及SPEI指数,对季节尺度的干旱,春、秋季是适用的;(3)M指数在分析西南地区不同时间尺度干旱时,对年尺度的干旱,部分站点是适用的,对半年尺度的干旱,夏半年是适用的,对季节尺度的干旱,春、夏季是适用的。

中国西南干旱对气候变暖的响应特征

基于相对湿润度的干旱等级分析方法,应用中国西南1958-2012 年气候资料,研究了中国西南干旱时域变化、空间分布、各季节的时空演变及其对全球气候变暖的响应特征,为应对气候变化提供科学依据.采用ArcGIS 系统中反距离权重方法进行空间插值分析绘图.结果表明：中国西南年干旱发生区主要分布于云南高原北部、川西高原和川西南山地,发生干旱区域占总面积的30%左右;其中,中旱区分布于云南高原北部、川西高原部分区域,占研究区总面积的11%左右;重旱区分布于云南高原北部、川西高原局部地区,占研究区总面积的5%左右;历年干旱出现频率平均31.7%.研究区干旱以冬、春季干旱为主.历年逐季冬、春季干旱出现站次平均分别为76.1%和46.2%.1958-2012 年云贵高原大部、四川盆地中部相对湿润度指数负绝对值增大,干旱等级提高,年干旱强度呈增强的趋势;其中,云贵高原大部分区域夏、秋和冬季相对湿润度指数负绝对值呈增大趋势,干旱显著增强;川西高原和川西南山地区冬季干旱呈增强趋势;四川盆地和川北区域秋季干旱呈增强趋势;川东盆地、贵州高原春季干旱也呈增强趋势.年干旱指数时间序列存在显著的3-4 a 和7-8 a 周期振荡;2009年为干旱强度显著加强的突变点,在全球气候变暖的背景下,预计未来数年中国西南干旱仍处在面积扩大、强度增强过程中.

山西省春玉米生育期干旱特征分析

应用山西省15个气象站点1981-2011年春玉米生育期内逐日气温、降水量资料分别计算不同生育期的相对湿润度指数、降水与作物需水的耦合度,以相对湿润度指数（M）作为春玉米干旱等级评价指标,分析近31a山西省春玉米不同生育期干旱变化特征。结果表明：（1）近31a来,山西春玉米各生育期中,以出苗-拔节期干旱发生频率最高,达86.95%,干旱发生等级以中等以上为主,降水与作物需水的耦合度最小,仅0.41,该生育期缺水最严重;播种-出苗期干旱发生频率达82.47%,干旱发生等级以中等以上为主,北部和中部地区降水与作物需水耦合度分别为0.45和0.41,南部地区降水能满足玉米需水要求;拔节-抽雄期降水与作物需水耦合度为0.69,干旱发生频率为51.51%,干旱发生等级以轻旱为主;抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期干旱发生频率较低,为32.58%-43.33%,以轻旱为主,降水与作物需水耦合度在0.95以上,降水基本能满足春玉米的需水要求。（2）从北部至南部,山西春玉米各生育期干旱发生频率基本呈递减趋势,降水与春玉米需水耦合度呈递增趋势。全省播种-出苗期中等以上干旱占各级干旱发生频率的比重均为最高,北部、中部和南部地区分别达86.73%、79.43%和72.88%。

基于两种方法的四川水稻气候干旱风险评价对比

利用四川省159个站点1960-2010年逐日降水量、日平均气温资料和水稻生育期资料,分别将降水距平百分率、相对湿润度指数作为干旱指标,分析四川省水稻分蘖期、拔节-孕穗期和抽穗-扬花期不同气候干旱等级发生概率,构建水稻气候干旱灾害风险模型,评估四川省水稻分蘖期、拔节-孕穗期和抽穗-扬花期以及全生育期的气候干旱风险。结果表明,四川省水稻气候干旱风险较高的生育期主要是拔节-孕穗期和抽穗-扬花期,利用降水距平百分率和相对湿润度指数得到的风险区划结果存在一定差异,但其风险分布趋势相近。从水稻全生育期看,风险较高区域主要集中在四川盆地和四川西北部部分地区,川南地区发生干旱的概率较小。研究结果有利于降低干旱对水稻生产造成的损失,为水稻干旱评估和制定防灾减灾措施提供科学依据。