Palmer干旱指数在华北干旱分析中的应用

利用中国气象局整编的1951年1月～2000年10月中国160站气温、降水月平均资料,计算了1951年1月～2000年10月我国160站修正的Palmer drought severity index(PDSI).PDSI指数对我国的干旱和洪涝过程都有很好的指示意义.华北地区干旱持续性非常强,持续时间一般都在两年以上.华北地区干旱不但年际变化大,年代际变化也显著,近50年来华北干旱主要发生在20世纪70年代以后,且干旱强度有所增加.夏季伴随干旱过程常常出现高温酷暑天气.

基于PDSI指数的三江源干旱气候特征分析

根据三江源地区12个气象站点1971—2004年的气象资料,利用修正的Palmer旱度模式,计算分析了三江源地区PDSI指数的时空变化特征,并采用Morlet小波变换系数分析了PDSI指数的变化周期。结果表明:三江源地区有变干趋势,但变化趋势不显著,其中黄河源显著变干对三江源变干影响较大;三江源地区干旱发生年份与厄尔尼诺现象出现的年份基本相近;三江源地区西北较干旱、东南较湿润;经小波分析,三江源PDSI指数大约有20 a的第一主变化周期,与太阳双黑子活动周期相近,在20 a周期内还包括11～12 a和6 a的小周期;三江源干旱化与气候变暖、降水减少密切相关,尤其是夏、秋两季。

径流量Z指数与Palmer指数对河西干旱的监测

利用河西内陆河水文代表站1959—2004年逐月径流量资料、内陆河流域灌溉区1949—2001年耕地面积及代表站1961—2005年的气象资料,通过对径流量进行正态化处理来确定径流量Z指数,并以径流量Z指数作为径流干旱指数,对旱涝等级进行划分;考虑径流量Z指数的旱涝等级与农业灌溉用水实际情况之间的关系,给出了径流量Z指数的灌溉指标。将径流量转化为降水量,改进Palmer旱度模式,且在作改进后,又将潜在蒸散量的计算法由利用桑斯威特公式改为利用彭曼公式。结果表明:将径流量考虑到Palmer干旱指数中并改变蒸散量的算法,使得该指数对河西灌溉区干旱情况的监测均有所改善。对照河西地区的干旱事件,径流量Z指数监测到的干旱情况,比Palmer干旱指数改进前、后监测到的干旱情况效果更佳。径流量Z指数能更真实地反映河西灌溉区干旱状况。

PDSI和Z指数在西北干旱监测应用中差异性分析

利用西北地区137个气象台站1961～2003年气象资料，分别计算了西北地区的Z和PDSI两种干旱指数，并对其结果进行了对比分析。结果认为：两种指数在多数地区多数季节可以互相兼容，但Z指数适宜于在雨季表征干湿事件，而PDSI则适宜于西北的所有地区和所有季节，并对当地干旱事件的反映更为敏感；在对不同程度干旱面积的表征上，PDSI对轻旱的表征反映较为敏感，而Z指数对重旱的反映更为敏感；对于中等程度的干旱而言，两种指数表征下的干旱面积较为统一；从西北地区的实际情况出发，PDSI对干旱的表征更为客观。

Palmer干旱指数、地表湿润指数与降水距平的比较

利用中国气象局整编的1951年1月～1999年12月中国160站气温、降水月平均资料,计算了我国160站近49年逐月帕尔默干旱指数、地表湿润指数和降水距平百分率。对比研究表明:PDSI指数和地表湿润指数能抓住降水是干旱最重要的决定因素这一特征,并且,能反映出干旱过程具有更大的时空尺度。在实际蒸发较大的地区,PDSI指数比降水距平百分率描述干旱强度更准确。对于华北地区,在20世纪80年代以前,降水偏多,气温偏低,最大潜在蒸发较小,处于相对湿润的时段;80年代以后,降水偏少,加之气温的升高,华北的干旱越来越严重。

东北半干旱地区Palmer干旱指数特征分析方法

Palmer指标可以较准确地描述干旱的强度,但当各个月份或季节降雨量不均衡时,由于干旱指数综合了各个月份降水的盈余或短缺,使得其弱化了灾情,通过改进方法,引入了马利科夫判据与Palmer指数结合的方法分析干旱特征。分析利用东北半干旱地区辽宁省朝阳地区1952—2011年期间60年的日降水量、气温等气象数据,进行干旱特征分析,结果表明:引入马利科夫判据与Palmer指数结合的方法分析干旱特征方法正确、客观。该方法进一步对Palmer指数分析结果补充判断,有效辨别出60年的试验数据中1959,1960,1963,1993,1999年5个年份原始判定为正常旱情的年份,能够客观地反映实际旱情特征。

基于Palmer指数的朝阳地区1952-2015年干旱演变特征研究

利用辽宁省朝阳市6个地区的气象站1952-2015年期间64年的逐日降水量、气温等气象数据计算其Palmer干旱指数,并应用小波分解对PDSI指数进行多分辨率分析,从而探究了该地区干旱发生等级、频次、覆盖范围、周期、突变等时间演变特性及发生规律,将为农业生产、抗灾预警、救灾措施制定等工作提供理论依据。研究结果表明,朝阳地区年干旱变化呈明显的5年小周期和10年大周期重复,夏季和秋季发生多次干旱突变,1980s突变较为明显;秋季的干旱情况最为严重、夏季的干旱次之、冬季和春季的干旱程度较轻;年、春、夏、秋、冬干旱发生频次分别为5.72、1.3、1.59、1.56、1.41个月;干旱覆盖范围分别为82.6%、38.0%、48.2%、47.9%和37.0%。

Palmer干旱指数与降水距平在陕西对比应用

利用陕西省96个气象站1971-2005年月平均气温、降水资料,计算各气象站35 a逐月帕默尔干旱指数(PDSI)和降水距平百分率。对比分析表明:PDSI不是采用简单的时段平均,它考虑因子全面,除降水外,还考虑蒸散、气温等综合因素,并引入气候适宜值的概念,因此计算结果与实际基本吻合,能反映出干旱过程,具有更大的时空尺度。在夏季高温蒸发较大的地区,PDSI比降水距平百分率描述干旱强度更准确。

1870~2002年全球Palmar干旱指数集——PDSI与土壤湿度及地表增温效应的关系

用历史降水和温度资料得到全球陆地区域（分辨率为2．5°×2．5°）1870～2002年间的月Palmar干旱指数（PDSI）。伊利诺斯州、蒙古及中国与前苏联部分地区有土壤湿度资料，暖季的PDSI与实测土壤湿度（土层厚度为1m）呈显著相关（r=0．5～0．7），夏末和秋季相关最好，而春季由于融雪的影响相关最差。对世界最长河流（其中7条）及几条其他河流进行分析，各流域平均的年PDSI变化与径流相关很好（r=0．6～0．8），表明PDSI可以很好地表征地表土壤湿度状况与径流。对PDSI进行经验正交函数（EOF）分析，揭示了由降水、温度趋势及ENSO引起的年际内变率所产生的线性趋势。全球严重干旱区（PDSI〈-3．0）面积白20世纪70年代以来增加了1倍多，其中80年代初由于ENSO引起的降水减少造成干旱区面积的突增，后来的增加主要归因于地表增温；全球非常湿润区（PDSI〉＋3．0）面积80年代减少不明显。白1972年以来，全球极干或极湿地区面积从20％增加到了38％。80年代中期以后地表增温是其主要原因。这些结果为日益增加的干旱风险提供了观测证据，干旱风险的增加是人类活动导致全球变暖的结果。

修正PDSI指数在辽宁中东部地区干旱频率分析中的应用研究

本文以辽宁中东部沈阳站和本溪站为例，对PDSI指数进行修正，并进行年和季节尺度干旱频率分析。结果表明：修正后的PDSI指数扣研究区实测土壤墒情相关系数达0．94以上；沈阳站和本溪站在1954～2008年总干旱频率分别为55．1％乖59．2％，并在冬季干旱频率较高分别为51．8％和％52．5％。研究成果对于辽宁地区干旱预测平台的构建提供参考价值。

1980-2018年贵州省PDSI干旱指数与降水Z指数对比分析

本文基于1980-2018年逐日气象资料计算了PDSI干旱指数与降水Z指数,对2种指数场进行了EOF分析,并与干旱实况进行了比对。结果表明,PDSI指数能很好地表征贵州省的冬、春、秋3个季节的干旱特征,降水Z指数在夏季应用效果较好,贵州省四季旱涝特征具有全区变化一致的特征。4个季节的年代际变化特征明显,仅冬季和秋季呈涝变旱的趋势,其中冬季倾向率达到0.2;夏季的旱情从整体上看还是呈现略有减缓的趋势,但年际变化较大;2011年以后就没有出现过明显的春季旱情,呈现由干变湿的趋势,春旱近些年有所缓解。冬、春、秋季在1980年前后发生突变后干旱化趋势一度在加重,而春季在2016年、秋季在2014年突变后干旱都有减缓的趋势,夏季则相对复杂多次反复后在2014年再次发生突变,干旱化趋势减缓。Z指数与PDSI指数反映出的周期基本一致,冬、春、夏有2~3年的周期,秋季有3~4年周期。

基于修正PDSI指数的辽宁东部地区干旱时空特征评价研究

结合辽宁东部地区4个主要气象站点的数据对PDSI干旱指数进行修正,建立适合于辽宁东部地区的干旱评价指数,并对辽宁东部地区干旱特征进行评估。结果表明:辽宁东部干旱频率年际变化较小,出现极端干旱的频率均值为10.2%,在春季和秋季出现干旱的频率较大,均值分别为40.8%和41.8%,但在夏季出现极端干旱的频率最高,均值为19.5%。各年代严重干旱和极端干旱主要出现在其北部区域,总体干旱指数从东向北逐步增大。研究成果对于辽宁东部地区抗旱规划方案编制具有重要的参考价值。

1972—2005年大兴安岭林区雷击火特征及其与干旱指数的关系

对1972—2005年大兴安岭林区雷击火特征及其与Palmer干旱指数(PDSI)和Keetch-Byram干旱指数(KBDI)的关系分析表明:雷击火主要发生在5—9月,峰值出现在6月,约占全年雷击火次数的42%;雷击火的最大过火面积出现在5月和6月,约占全年过火总面积的85%。雷击火发生次数和面积的月动态均呈单峰型曲线变化,不同干旱指数的动态不同,其中KBDI的月动态呈单峰型曲线变化,5,6,7月最干旱;而PDSI则呈弱单峰型曲线变化,5月较干旱,6月和7月则较湿润。雷击火的年发生次数与9月的PDSI(R2=0.47,P<0.01)或6月和8月的KBDI(R2=0.57,P<0.01)关系密切,年过火总面积则与8月的PDSI(R2=0.20,P<0.01)或6月的KBDI(R2=0.40,P<0.01)有一定的关系。KBDI更适于描述大兴安岭林区的雷击火特征。

基于PDSI的渭河流域干旱变化特征

根据渭河流域的气候特征与地理位置,利用该流域1961-2008年21个气象站的气象资料,重新修正了Palmer干旱指数,并利用Mann-Kendall检验以及Morlet小波分析方法计算分析了PDSI的变化特征。结果表明:渭河流域有较显著的变干趋势;有北部较南部干旱,西部较东部干旱的空间变化特征;泾河是最容易发生干旱的地区,且干旱的程度最为严重;时间上,秋季发生干旱的可能性大;小波分析表明渭河流域大约有22年左右的干湿变换周期,与太阳黑子磁性活动周期一致。

基于PDSI的长江中下游地区干旱分布特征

利用1961-2012年长江中下游地区90个测站逐日降水、气温等观测资料,建立长江中下游地区的帕默尔旱度模式,并利用此模式计算出52年90个测站逐月PDSI指数,与资料记载的实际旱涝灾情对比并分析了长江中下游地区的旱涝特征。结果表明,修正的帕默尔旱度模式能准确反映长江中下游地区的干旱过程,与实际旱涝发生时间、持续时段、旱涝严重程度及旱涝发生范围对应比较吻合,对旱涝的反应比较灵敏;长江中下游地区旱涝年际变化显著,夏、秋季旱涝具有连续性,干旱具有3个月的持续期;冬季存在较弱的年代际变化,而夏季年代际变化较为明显;长江中下游地区夏秋季干旱多发,极端干旱在秋季较多,安徽西部及北部、浙江北部、湖南西南部是干旱较容易发生的区域,而极端干旱多发生于安徽阜阳和宁国、湖南衡阳和郴州、浙江慈溪和定海以及湖北巴东等地。

三种干旱指数在渭北旱塬应用的对比分析

在分析标准化降水指数、Z指数和Palmer干旱指数计算原理的基础上,利用渭北旱塬某测站1953年1月—2008年3月的月降水观测数据资料,分别应用3种指标对渭北旱塬干旱情况进行计算和分析。结果表明:按标准化降水指数和Z指数划分的干旱等级具有明显的一致性;Palmer干旱指数具有较明确的物理意义,其干旱评价结果与实际情况更为接近,在干旱发展过程描述上更为合理;与标准化降水指数和Z指数相比,Palmer干旱指数更适合渭北旱塬。

PDSI与马尔科夫耦合的干旱预测

利用渭河流域1960—2008年21个气象站的气象资料,运用修正的Palmer干旱指数对干旱特征进行分析,然后根据逐月的干旱特征采用马尔科夫链模型对干旱进行转移概率预测分析。研究结果表明,渭河流域干旱频率总体呈现出由南向北,由东向西逐渐增加的趋势。泾河流域是最容易发生干旱的地区且干旱的程度最为严重,北洛河流域干旱程度最轻。无旱状态易转移为无旱状态,轻微干旱易转移为无旱,中等干旱易持续为中等干旱,严重干旱易转移为严重干旱或极端干旱,极端干旱易持续为极端干旱状态。研究成果可为渭河流域建立干旱预警系统等提供参考依据。

近50年来梅州干旱指数的变化特征

利用1955～2010年梅州站的月降水气温等资料,使用修正的Palmer干旱公式计算干旱指数(PDSI)值,然后对梅州PDSI的气候特征、环流背景及与西北太平洋海温的关系进行了分析。结果表明:56年中梅州干旱月居多,但极端干旱发生概率较小,PDSI年平均变化有明显的年变化及年代际变化,降水与PDSI有比较好的正相关。干旱年200 hPa华南上空冬春两季西风带偏弱,秋季偏强,夏季反气旋环流偏弱;850 hPa春夏两季由孟加拉湾到华南偏东南气流偏弱;500 hPa夏季副高偏弱略偏北,冬季东亚大槽偏西;贝加尔湖西侧冷高压中心在春季偏弱,冬季其东侧强度偏低,西侧偏高。西北太平洋,赤道中东太平洋及西太平洋暖池年平均及秋季的海温与梅州PDSI滞后一年的较好的反相关关系。

广东大范围持续干旱过程的识别及其环流成因分析

干旱具有影响范围广、持续时间长、造成损失大等特点,是最具破坏性的自然灾害之一。为了全面考察广东干旱的时空动态演变特征,利用广东86个国家气象观测站的月降水量和月平均气温,以及世界土壤数据库的土壤有效含水量计算得到帕默尔干旱指数(Palmer Drought Severity Index,PDSI),通过构建多参数干旱指标,对1979-2021年广东发生的大范围持续干旱过程进行识别。在此基础上,利用ERA5再分析资料对典型干旱过程的气象成因进行诊断分析。结果表明,通过定义区域干旱过程的面积指数、历时指数和烈度指数并设定相应阈值,可以动态识别空间上一致、时间上连续的大范围持续性干旱过程。1979-2021年广东共发生5次大范围持续干旱过程,分别为1980年11月-1981年2月、1998年12月-1999年6月、2002年2月-5月、2004年3月-2005年1月和2020年11月-2021年9月。广东大范围持续干旱过程的平均干旱历时为7.4个月,平均干旱面积指数为78.87%,平均烈度为-6.00。2020年11月-2021年9月的干旱过程是1979年以来广东影响范围最广、持续时间最长、干旱程度最严重的过程。不同过程中造成广东干旱的环流背景场及其季节演变有所不同,然而所有的环流异常最终都是通过影响冷暖气团的相互作用,或是削弱降水所需的动力条件或水汽条件,从而导致大范围干旱的长时间维持。研究结果可为广东地区干旱演变机制及防旱减灾工作提供重要参考。

叶尔羌河流域1960—2020年干旱特征分析

结合叶尔羌河流域6个气象站点1960—2020年气象要素观测数据,采用修正的PDSI干旱指数对叶尔羌流域近60年干旱特征进行分析。分析表明:近60年叶尔羌河流域干旱频率呈现递增变化,尤其是极端干旱和严重干旱频率均有所增加,各站点中,巴楚站干旱频率最高,干旱频率均值为55.1%,泽普站干旱频率最低,为30.11%。研究成果对于叶尔羌河流域干旱规划具有重要参考价值。