利用Keetch-Byram干旱指数预测森林火险

由于KB干旱指数预测森林火险需要输入的气象因子只有每日最高温度、相对湿度和日降雨量,这在我国大部分地区都可满足要求。该文介绍了KB干旱指数的原理与应用方法,并根据气象资料分析了广州地区2000～2001年火险期内森林火险情况。结果表明KB干旱指数可以用来进行森林火险的预报,预报方法简单,与实际情况比较贴近。与目前广东省采用的火险预报结果相比,这一方法的预报结果3级和4级火险范围更宽。这一干旱指数作为基层森林防火部门的一种早期火险预报工具采用。

基于SPI-RRV指数中国气象干旱及其风险时空演变特征研究

为全面揭示变化环境下我国多维气象干旱特征,耦合气象干旱指数(SPI)和可靠性-回弹性-脆弱性(RRV)指数,提出了一种基于SPI-RRV指数的干旱风险评价方法,定量评价了中国气象干旱及其风险的时空演变特征。结果表明:SPI-RRV指数具有特征稳定和时空可比性强的特点,能够较为准确地评估气象干旱风险时空演变特征;南方平均干旱栅格比、干旱月占比和频次大于北方,湿润区和半湿润区干旱历时短、烈度大,半干旱区和干旱区干旱历时长、烈度相对较小;干旱高风险区转移具有显著年代际变化规律,空间上从西北向西南地区转移。

基于温度植被干旱指数(TVDI)的甘肃省农业干旱监测方法研究

改进温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)并明确TVDI的农业干旱等级阈值,对提高TVDI指数监测农业干旱能力有重要意义。利用近19 a的MODIS(Moderate Resolu⁃tion Imaging Spectro-radiometer,MODIS)遥感数据,基于单时次和多时次方法构建NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)-LST(Land Surface Temperature,LST)、EVI(Enhanced Vegetation In⁃dex,EVI)-LST、RVI(Ratio Vegetation Index,RVI)-LST、SAVI(Soil-Adjusted Vegetation Index,SAVI)-LST等几种特征空间,讨论TVDI计算方法,分析TVDI在甘肃省农业干旱监测中的适用性,并明确甘肃省夏季TVDI农业干旱分级标准。结果表明:(1)基于多时次方法构建的SAVI-LST特征空间TVDI更适合甘肃省农业干旱监测,其对土壤相对湿度(Relative Soil Moisture,RSM)拟合的均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)和平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)比NDVI-LST特征空间TVDI对RSM拟合的RMSE和MAE下降1%~5%;(2)TVDI适用于夏季甘肃省半干旱区、半湿润区、湿润区等非干旱区浅层10、20 cm土壤深度的农业干旱监测,RMSE和MAE约15.6%和12.6%,拟合误差湿润区<半湿润区<半干旱区;(3)利用TVDI与RSM线性关系确定的TVDI农业干旱等级更有利于提高TVDI监测农业干旱的准确性。

基于实际蒸散量修订标准化降水蒸散干旱指数研究

为改进SPEI在农业干旱监测中的效果,从水分平衡的角度提出了一种修订的标准化降水蒸散指数(MSPEI).该指数通过计算降水与实际蒸散量的差值,并基于最长连续干旱时间对差值进行自适应修正,采用目视检查概率拟合曲线与Kolmogorov-Smirnov检验2种方法选择适宜分布函数,最后进行标准化转换生成干旱指数.干旱指数有效性检验表明:MSPEI能够准确反映不同季节间干湿状态的差异,在湿润比例低于20%的春季,MSPEI均低于-0.5;在反映干旱趋势时,MSPEI与SPEI具有高度一致性;MSPEI与植被指数具有稳定且较高的相关性,在0.57~0.78之间;在典型干旱过程监测中,MSPEI对旱灾发生、发展和解除过程的描述更符合实际.MSPEI适应于不同气候背景,无需选择时间尺度,即可较准确地反映农业干旱演化过程.

基于蒸散发干旱指数的子牙河流域干旱时空变化特征分析

为探究子牙河流域干旱时空分布特征,基于2001—2021年逐月降水和遥感蒸散栅格数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化蒸散发亏缺指数(SEDI)表征流域干旱情况,运用Sen斜率估计和Mann-Kendall检验法分析了流域2001—2021年季尺度干旱时空分布及变化趋势,统计了干旱面积、干旱次数、干旱历时和干旱烈度等特征变量。结果表明:SPEI对子牙河流域旱情发生时间、程度和范围识别的准确率更高,2001—2021年流域SPEI呈上升趋势,表现出湿润化态势,冬季SPEI呈下降趋势,表现为干旱化态势,忻州、阳泉市等地存在显著干旱化的区域;流域各季节干旱面积占比呈现波动变化,部分年份出现大范围季节性干旱,夏旱和秋旱干旱面积占比最高,超过90%;忻州和阳泉市部分区域、石家庄市西部区域和衡水市北部区域呈现干旱次数少、历时长、烈度大的特点,邯郸和邢台市部分区域、衡水市南部区域、石家庄市东部区域表现为干旱次数多、历时短、烈度小的特征。

三种遥感干旱监测指数在黄土高原东部的适用性研究

研究不同遥感干旱监测方法在黄土高原东部山西省的适用性,对于提高地形复杂区域农业气象服务水平和防灾减灾能力具有重要意义。本文利用风云气象卫星数据,结合气象站观测资料,通过本地化修正作物水分胁迫指数(Crop Water Stress Index,CWSI)中地形和天气参数,对比分析2022年5月6—12日降雨过程前后及整个作物生长期植被供水指数(Vegetation Supply Water Index,VSWI)、温度植被指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)和CWSI 3种遥感干旱监测指数在山西省的监测效果。结果表明:一次降雨过程前后,CWSI、TVDI、VSWI均表现出与实测土壤墒情同样的变化趋势,但当旱情严重时,TVDI、VSWI易低估旱情等级,反之,则易高估旱情等级,而CWSI均接近于实测土壤墒情,并能够实时反映降雨对土壤墒情的影响;整个作物生长期,CWSI均与实测墒情相吻合,TVDI只在春季时与实测墒情接近,对于植被覆盖较好的夏、秋季则效果较差,VSWI则不适用于地形复杂区域干旱监测。此外,前期累积遥感干旱监测结果比当天监测结果更接近于地表浅层土壤墒情。总之,修正后CWSI能够有效反映山西省遥感干旱状况,为黄土高原复杂地形区遥感干旱监测提供了新的尝试。

不同气象干旱指数在北疆绿洲农业区适用性分析

选取北疆绿洲农业区11个气象站1961—2020年的数据,按月尺度计算降水距平百分率(PA)、标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、K指数和气象干旱综合指数(MCI)5种干旱指数,通过比较这些指数的相关性、不同等级的干旱发生频率以及在典型干旱年份的识别能力,分析各指数在该区域的适用性。结果表明,PA和SPI对降水亏缺有敏感的反应,但对温度的关联较弱,未充分考虑增温对干旱的影响;MCI与温度和降水的关联均较弱,倾向于低估重旱和特旱;SPEI和K指数与温度和降水均有较好的关联,但K指数过多地报告中度至重度干旱,而SPEI则全面考虑了温度和降水对干旱的综合影响,其结果更符合实际情况。由于SPEI计算蒸散发采用的Thornthwaite方法可能高估了温度对干旱的影响,在降水显著偏少、温度偏差较小的情况下,SPI的监测结果可能比SPEI更为严重,因此,建议结合SPI使用,以弥补这一不足。

干旱指数法综合评价河南烤烟新品种抗旱性

以中烟100、云烟87和NC89为对照品种,采用PEG(聚乙二醇)模拟干旱试验,结合盆栽控水试验研究干旱胁迫对河南省烤烟新品种的影响,采用干旱指数法综合评价新品种的抗旱性。结果表明,河洛1号抗旱性最强;其次是豫浓香201,在中度干旱胁迫条件下抗旱性较强,重度干旱则影响烟叶正常生长;渠首1号抗旱性与对照品种NC89、中烟100和云烟87基本相当。

基于相对湿润指数的浙江省茶叶气象干旱特征分析

【目的】研究浙江省茶叶气象干旱的演变规律,为茶叶安全生产优化布局提供科学依据。【方法】利用浙江省68个地面气象观测站50 a(1971—2020年)的逐日气温、降水量、日照时数等数据,基于相对湿润指数、正交经验函数和小波分析法等分析浙江省茶叶气象干旱的时空分布规律。【结果】浙江省茶叶生产夏季干旱的强度和发生频率高于秋季,且均呈现西高东低的分布,中西部尤其金衢盆地的干旱强度和频率为全省最强,浙北地区次之,沿海地区最小。茶叶夏季干旱站次比呈逐年下降的趋势,秋季则呈现先升后降的趋势,2000年以后夏秋两季出现极端大范围茶叶气象干旱的年份增多。茶叶夏季和秋季干旱强度的正交经验函数第一模态表现为全省变化一致性,第二模态中沿海局部地区和内陆呈反相位变化,夏秋两季干旱强度的主模态时间序列分别存在2-6、2-4、6-10 a的振荡周期。【结论】浙江省在夏季和秋季出现茶叶气象干旱的频率在下降,但出现极端干旱的概率在增加,应重点加强茶叶主产区干旱监测预警能力建设,提升防旱抗旱能力。

基于SPEI指数的淮北地区气象干旱时空特征研究

【目的】研究淮北地区1961—2022年气象干旱时空特征。【方法】采用淮北地区21个站点1961—2022年实测气象资料,计算月、季、年尺度各站点及区域平均标准化降水蒸散指数(SPEI),分析该区干旱发生频次、干旱趋势及干旱发生强度时空变化特征。【结果】(1)1961—2022年淮北地区月、季、年尺度SPEI呈下降趋势。(2)月尺度干旱场次及干旱平均持续时间呈逐年上升趋势,淮北站年均干旱场次最多(0.73次/年),泗县站干旱平均持续时间最长(4.61月/次),淮北站月尺度干旱风险最高。(3)春季、秋季呈不显著干旱化趋势,夏季、冬季呈不显著湿润化趋势;冬季干旱频率和干旱发生强度最高,分别为34.43%、21.86%;夏季局域性及其以上干旱频率最高;冬季全域性及其以上干旱频率最高;中东部及西南部春季干旱频率较高,东南部夏季干旱频率较低,东部和北部秋季干旱频率较高,西部和东北部、东南部边缘地区冬季干旱频率较高。(4)年尺度淮北地区呈不显著干旱化趋势(-0.01/10 a),干旱站次比逐年增加(1.4%/10 a);北部干旱化倾向较高,西部及东南部干旱发生强度较高,东北部及西南部干旱频率较高。【结论】淮北地区整体呈干旱化趋势,区域间干旱频率、干旱发生强度差异明显。

基于有效干旱指数的锡林郭勒干旱时空分布特征

[目的]识别锡林郭勒草原干旱事件、干旱频率和干旱强度,明确锡林郭勒气象干旱场,进而为锡林郭勒减轻干旱引发的环境和经济问题。[方法]选取1969—2018年锡林郭勒地区9个气象站点逐月观测数据,计算有效干旱指数(effective drought index,EDI),结合Mann-Kendall检验、经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解、干旱定量表征等方法,分析了60年来锡林郭勒干旱时空格局特征。[结果]锡林郭勒地区的年平均EDI指数以0.029/10 a的速度下降,干旱趋势明显增强,平均每年发生0.5次干旱事件。锡林郭勒正常发生的频率为67.17%~72.65%,发生重旱的频率为0.02%~0.99%,发生不同干旱的频率差异性较大,西南部、中部是干旱强度较高的区域。锡林郭勒前2个主要特征向量的方差贡献率分别达52.75%和14.38%,空间模态表现为一致型和东南—西北反位相型。[结论]考虑有效降水的EDI指数在揭示草原干旱时空变化趋势方面更有优势,可以用来识别气象干旱时空模态的变化情况。

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。

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。

基于改进遥感生态指数的干旱内流区生态质量评价--以阴山北麓塔布河流域为例

干旱-半干旱地区生态环境脆弱,开展多要素、长时序生态质量动态变化研究,可为干旱-半干旱区生态建设与区域可持续发展提供科学依据。在遥感生态指数RSEI基础上,根据干旱-半干旱地区特点,耦合了绿度(NDVI)、湿度(WET)、热度(LST)、干度(SI)和盐度(SI-T)五个指标,提出适应干旱-半干旱区域生态质量评价的mRSEI模型,对1986—2022年间塔布河流域生态质量进行动态评价。利用Mann-Kendall突变检验、Theil-Sen(T-S)分析联合Mann-Kendall趋势分析法探究生态质量时空变化;引入欧洲中期天气预报中心发布的第五代再分析数据集(ERA5)的气象数据,在逐像元层面探讨了气候因素与mRSEI的相关关系。研究表明:(1)相较于RSEI而言,mRSEI能更好集成各生态分量包含的信息,且模型更加稳定可靠;(2)mRSEI受到的负面影响主要来自于盐度指标(SI-T),相关系数均值为-0.922,其影响力大于干度、热度指标,表明引入盐度指标对干旱-半干旱区生态质量评价具有重要意义;(3)研究时序内mRSEI介于0.179—0.423,生态质量总体呈下降趋势(Slope=-0.0014,P<0.05);(4)趋势分析结果表明,塔布河流域84.37%的区域生态质量未发生变化,另外15.63%中,生态质量退化面积占比远高于生态质量变好的区域,研究区生态质量总体呈退化趋势。(5)气候因素与mRSEI相关分析结果表明,降水与mRSEI呈正相关(r=0.411—0.807),年均气温与mRSEI呈负相关(r=-0.824—-0.398);时序相关分析结果表明,气温是研究区生态质量的主控因子。(6)人文因素虽然会对塔布河流域生态质量产生扰动,但并不起决定作用。基于改进的遥感生态指数mRSEI,能够科学监测干旱-半干旱区生态质量空间分布、准确把握生态质量变化趋势,可为干旱-半干旱地区生态保护提供理论支撑。

基于植被状态指数的中国干旱演变特征及遥相关驱动研究

干旱会引发植被绿度下降、农作物减产、生物栖息地破坏等诸多问题,对人类和自然环境均具有显著影响。以植被状态指数作为干旱指标,利用极点对称模态分解EPSMD方法对1999~2019年全国植被状态指数序列进行周期与趋势识别,采用网格化趋势检验法揭示网格化的干旱趋势特征,运用多变量小波相干方法探讨干旱与多种遥相关因素的内在关系。结果表明,1999~2019年基于植被状态指数的全国干旱大体呈减轻趋势,植被状态指数的线性倾向率为0.044/10a;不同分区的干旱变化特征各不相同,其中黄土高原区的干旱减轻趋势最为明显,植被状态指数线性倾向率为0.215/10a;网格尺度的植被状态指数趋势特征Z均值在春季、夏季、秋季、冬季分别为0.41、0.79、0.50、0.11,各季度旱情均呈减轻态势;遥相关因素组合PNA-ENSO对全国干旱的影响最为明显。未来可将PNA、ENSO作为干旱预警输入因子提高干旱预报精度。

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。

基于简单气象因子的干旱指数计算及其适用性分析

为建立可对短期干旱进行合理监测表征的气象干旱指数,从气象干旱发生的机制——水分供需矛盾(主要为降水量与蒸散量两大因素)出发,以旬尺度的蒸散缺水量占需水量的比值定义一个气象干旱指数——缺水度指数(WSI),潜在蒸散量(PET)采用气温(T,℃)及相对湿度(RH,%)两大极易获取的气象因子计算,同时利用陕西省30个气象站点2000—2020年的逐日气象观测资料分析WSI的适用性特征。结果表明:在不考虑风和大气压的影响条件下,相对于Penman-Monteith方程,基于T和RH估算PET误差较小,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均值分别为1.17 mm和0.82 mm,但62.1%的数据计算结果偏小,部分站点80%以上数据偏小。对陕西省不同区域近年来旱情发展变化的研究表明,WSI能够识别出陕西省旱情易发区域及时段,同时对于短期干旱事件具有较强的识别能力,较MCI指数能够更快地捕捉旱情发生,同时更加灵活简便,可以应用于气象干旱的监测预报和评估。

基于SPEI指数分析1980-2019年漓江流域干旱特征

分析漓江流域1980-2019年的多时空尺度干旱特征变化,为漓江流域气象预警以及科学减灾等提供理论依据。基于漓江流域6个气象站点1980-2019年逐月降水与气温资料,计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数,并结合Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检验进一步研究干旱突变、干旱频率以及干旱的持续时间。结果表明:漓江流域干旱事件以轻旱和中旱为主,空间上灵川的干旱频率较高,时间上2015年是漓江流域干旱情况的一个突变点。不同时间尺度上,春秋两季逐渐干旱化,而夏季则相对湿润,冬季无明显变化趋势;月与年尺度的SPEI值变化较为平稳。剖析成因,春秋两季的降雨量逐年减少而均温逐年提升造成流域内趋于干旱化,但结合夏季气象资料,年尺度上的降雨与均温均是增长趋势,导致流域内总体上并无干旱趋势且以微弱的速率湿润化。

基于复合事件指数的西北地区高温干旱复合事件风险评估

基于标准化降水指数SPI和标准化温度指数STI构建了两个监测高温干旱复合事件指数:标准化复合事件指数SCEI和混合干热事件指数BDHI,并评估了SCEI和BDHI在西北地区高温干旱复合事件中的监测能力。以严重程度、面积覆盖百分比和发生频率分析了高温干旱复合事件的风险变化。结果表明:由于BDHI充分考虑了不同干热条件之间的相关性,其在西北地区监测高温干旱复合事件的能力明显优于SCEI,而SCEI存在将湿热状况误判为高温干旱复合事件的情况。相较于1982—1993年,1994—2022年西北地区发生高温干旱复合事件的严重程度、范围和频率更高;1994—2022年西北地区发生轻度、中度、重度等级以上的高温干旱复合事件的面积占比分别为35%、25%、10%;新疆中部、甘肃北部和东部、青海南部和陕西大部分地区在1982—1993年几乎未发生过重度等级以上的高温干旱复合事件,但上述地区在1994—2022年的发生频率明显增加。

基于干旱指数的贵州省辣椒保险产品设计

【目的】为了向地方开展政策性农业保险提供理论依据,减弱气象灾害对地方经济的影响。【方法】该文利用2011—2018年贵州省88个县逐年辣椒生育期、产量资料,1980—2020年贵州省84个地面常规气象站逐日气象资料、贵州干旱标准,采用克里金插值、回归分析等方法,分析贵州省干旱时空分布特征,设计辣椒干旱指数保险产品。【结果】(1)轻旱和中旱主要发生在贵州西南部,高值区主要集中在盘州、普安等地区;特旱主要发生在贵州东北部,发生地区较少,但最高频率达到78%;重旱在贵州大部分地区均有发生,低值区主要包括西南地区的盘州、北部地区的汇川等地区。(2)以绥阳县为例,计算了辣椒保险费率为6.45%,并确定辣椒干旱气象理赔的标准。【结论】完成贵州省辣椒干旱指数保险产品设计,为保险公司合理客观地制定保险相关条款、支付经济补偿提供技术参考。