综合气象干旱指数(Ic)自动计算的实现

综合气象干旱指数(Ic)是《气象干旱等级》国家标准中推荐使用的一种标准指数。在计算综合气象干旱指数的过程中要进行大量的数据处理。本文利用Access数据库和C#语言编程,解决了标准化降水指数、相对湿润指数等参数的自动处理,实现了综合气象干旱指数的自动批量计算,极大地提高了工作效率。

西北地区东部季节干旱的时空变化特征分析

干旱作为我国西北地区东部影响最大的气象灾害,可引起农业减产、水资源短缺、土地荒漠化和生态环境恶化等严重问题.在国家新一轮西部大开发战略实施之初,在全球气候变暖背景下,有必要对干旱发展的最新特征和演变趋势进行详细分析研究,为加强防旱、抗旱,促进经济发展提供科学决策依据和参考.采用国家干旱标准综合干旱指数(CI指数),利用西北地区东部74个气象代表站逐日气温、降水资料,分析了西北地区东部不同级别干旱日数在各个季节的时空分布和变化趋势.结果表明:在气候变暖背景下,西北地区东部从长期趋势看,春、夏、秋季干旱呈加剧趋势,冬季干旱呈减轻趋势.21世纪以来春、夏季干旱进一步加剧,尤其是夏季加剧更显著,而秋、冬季干旱出现了减弱的新趋势.在西北地区东部主降水期3-11月重-特旱加剧趋势比轻-中旱加剧显著,南部干旱化趋势比北部更加明显.尤其是宁夏同心地区春旱加剧非常显著,已成为西北地区东部重-特旱最严重的地区.对于干旱发展的这一新动态,必须引起有关部门的高度重视,采取科学、有效手段加强防旱、抗旱.

改进的综合气象干旱指数在福建省的适用性分析

选取1961-2009年福建省5个气象站逐日气温和降水资料,引入线性递减非等权重方案计算综合气象干旱指数CI_new,通过比较分析CI_new与等权重方案计算的CI_old在干旱过程描述能力、干旱频率以及干旱年际变化特征上的差异,了解CI_new的改进效果及其在福建省的适用性。结果表明,CI_new与CI_old均能较合理地反映福建干旱频率分布特征和干旱强度变化特征,但CI_new在干旱监测过程中的不合理跳跃次数明显减少,有效克服了CI_old表现的不合理旱情加剧的问题;CI_new表现的缓解干旱的过程较CI_old敏感。因此,CI_new可以作为气象干旱监测业务和评估的指标之一。

综合气象干旱指数修正及在西南地区的适用性

以我国西南地区为例,在用加权降水量(W_(AP))改进标准化降水指数的基础上,对综合气象干旱指数(I_C)进行了修正,定义为I_(CW)。通过对比指数修正前后在干旱频率、年干旱强度和干旱发展过程中的不连续加重、以及与同期土壤湿度相关性的差异,分析了I_(CW)在修正后的改进效果及在西南地区的适用性。结果表明:修正前后的综合气象干旱指数在多年干旱频率和年干旱强度两方面没有显著差异,但I_(CW)减少了干旱发展过程中的不连续加重现象,且与同期土壤湿度有更好的相关性,即I_(CW)比I_C更加接近实际干旱的演变规律,I_(CW)比I_C更适合在西南地区实时干旱监测业务中使用。然而,由于该研究未对I_C中的相对湿润度指数进行修正,而相对湿润度指数的突变同样可以导致不连续加重的出现,因此,I_(CW)只是在一定程度上减少了不连续加重的影响。

改进的综合气象干旱指数CI_(new)及其适用性分析

针对综合气象干旱指数CI的"不合理旱情加剧"问题,采用线性递减权重方法计算近90d降水和可能蒸散,提出改进的综合气象干旱指数CInew,并从干旱过程描述能力、干旱频率及旱期相对少雨季节滞后特征方面,通过与CI相比较阐述CInew的适用性特征。结果表明,(1)CInew在无降水时段平稳下降,有效克服了CI的"不合理旱情加剧"问题,能够描述干旱发生、发展和结束过程的丰富细节;(2)CInew的干旱频率与CI相比没有统计意义上的差异,但由于新的相对湿润度指数项MI90new统计时段由原来的30d延长至90d,使CInew能够刻画干旱频发开始月份(11月)相对于少雨时段开始月份(10月)的滞后效应。本文可为CInew在国内其它地方推广应用提供参考。

基于CI指数的甘肃省黄土高原地区气象干旱的变化趋势分析

基于甘肃省黄土高原区33个气象站1962-2010年气象资料,利用综合气象干旱指数(CI)对其近50a的干旱频率和平均持续时间的空间分布、干旱强度趋势变化和极端干旱事件频次进行了分析,此基础上应用基于分型理论的R/S方法对干旱强度未来变化趋势进行了预测.结果表明:甘肃省黄土高原区干旱发生频率和多年平均持续天数在兰州-靖远一带和庆阳北部属于高值区,而岷县、渭源一带属于低值区;106°E以西"临洮-通渭-天水"一带和庆阳东南部是干旱变幅最大的地方.20世纪90年代以来,干旱强度增大的较快,四季均呈现出干旱强度变大的趋势,其中春、秋季干旱强度加剧的趋势明显,夏季近10a都处于非常严重的干旱状态,但未通过0.01的显著性检验;20世纪60年代至今,极端干旱事件发生频次快速增多.四季干旱强度Hurst指数H均大于0.5,同时分维数D均小于1.5,因此,未来一段时间干旱强度仍然保持与过去相一致的变化趋势.研究结果可为相关部门制定相应抗旱对策提供科学依据.

1961~2022年长江流域高温干旱复合极端事件变化特征

2022年长江流域高温干旱复合特征显著,给水资源、生态系统、经济社会等带来重大影响。基于1961~2022年长江流域逐日气象观测数据和气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index,MCI),分析了长江流域极端高温、干旱以及高温干旱复合事件的长期趋势和相互关系,给出了基于频次、强度、持续时间和影响面积的综合危险性指数评估结果。研究表明:(1)四川盆地东部和长江中下游干流沿线及以南地区是2022年高温干旱复合事件相对影响最大的地区,同时上述地区也是高温干旱复合风险增加趋势显著的地区。(2)在局地复合事件持续时间增加以及上游复合事件风险增大的叠加作用影响下,长江中下游干流周边水文干旱风险可能增加。(3)气候变暖背景下,高温、复合极端事件将变得更为极端,特别在四川盆地东部和长江流域东南部最为显著;高温事件增加是复合事件增加的原因,越来越多的干旱事件与高温关联;长江上、中游在20世纪90年代末以后高温事件强度对复合事件强度起主要贡献的年份明显增多。(4)从综合危险性来看,长江全流域强高温事件并发的年份较多,而严重干旱常在上、中、下游中的两个区域内发展演变;21世纪以来,6~10月发生高危险性高温干旱复合事件且影响范围覆盖长江全流域的有2006,2013,2019年和2022年。研究成果可为认识长江流域高温干旱复合极端事件规律提供支撑。

CI综合气象干旱指数在宁夏的本地化修正及应用

利用宁夏20个气象观测站近50 a逐日平均气温和降水资料,采用累积频率法对CI综合气象干旱指数进行了本地化修正。通过对比分析,修正后的指数对干旱的演变反映更为合理,对干旱事件的监测效果更好,适宜在宁夏应用。其应用分析表明:麻黄山、海原、固原、西吉4地春季、夏季和秋季各季节的干旱日数均增加,强度均增强;秋季所有地区干旱日数增多,强度增强,且大部分地区秋季干旱日数增加幅度最大;固原及以北地区的干旱增加趋势明显高于南部阴湿地区,且干旱中心向西转移,21世纪以来同心和兴仁变为干旱中心。干旱事件中大部分干旱等级的日数与干旱日数和强度具有相同的变化趋势;春季大部分地区重旱和特旱日数的增加对其干旱日数的增加贡献率最大;夏季,盐池、麻黄山、固原和泾源特旱日数的变化对干旱日数变化贡献率最大;秋季,大部分地区中旱日数的变化对干旱日数变化的贡献率最大。21世纪以来,春夏季大部分地区干旱事件频率达到年代最高或次高值,且中部干旱带频率高于南部山区,大部分地区特旱日数达到年代最大值;秋季干旱事件频率减小,所有地区各干旱等级日数明显少于1980年代和1990年代。

基于C_I指数的贵州省干旱时空变化规律研究

贵州干旱频发,亟需采用合理的干旱指标分析研究干旱发生的时空变化规律,指导抗旱工作。与单项干旱指数相比,综合气象干旱指数(CI)同时考虑了降水和蒸散能力对干旱发生的累积效应,更能精确地反映不同的干旱状况。验证了CI指数在贵州的适用性,采用统计分析法研究了贵州省50年来干旱发生的频率、范围和强度。结果表明,贵州省年干旱发生频率很高;全年干旱频率分布从东北向西南逐渐增高;四季中,春旱发生频率最高,由西南向东北呈递减趋势,夏旱南北差异不显著,秋旱发生频率呈现自西北向东南逐渐增高的条带状分布规律;干旱持续日数和干旱强度呈周期性变化。

气象干旱综合监测指数在湖北的本地化应用及其适用性分析

在对气象干旱综合监测指数(IMCI)特点理论分析基础上,结合湖北省干旱特点,对IMCI在湖北省应用进行了参数修订。通过与干旱监测业务中使用的综合气象干旱指数(ICI)在干旱统计特征、典型干旱过程诊断能力方面的对比分析,评估了IMCI指数在湖北省的适用性。结果表明:IMCI未改变ICI干旱监测的总体结论,但在干旱演变过程方面较ICI平缓,且对持续时间较长的大旱过程刻画较好。修订后的IMCIHB有效纠正了IMCINCC对旱情发生、发展及缓解过程反应过于迟钝、旱情监测偏重的不足,同时相对于ICINCC2对降水过于敏感又有所改善。然而,IMCINCC和IMCIHB依然存在冬季对微量降水过于敏感及旱情不连续发展的不足。干旱指数在特定区域应用时进行适当的修订和适用性检验是必要的,研究结果可为IMCI在国内其他地区应用的修订提供参考。

2022年长江流域夏伏旱监测评估

基于1961-2022年我国地面气象观测站逐日降水和气温资料,详细分析了2022年7月以来长江流域气温和降水的气候特征,利用气象干旱综合指数和区域干旱过程进行了统计分析,并与历史严重夏旱事件进行了比较。结果表明,2022年7月以来长江流域的夏伏旱持续时间长、影响范围大、程度重,是1961年以来长江流域发生的仅次于2011年的严重夏旱。鉴于此次干旱目前尚未结束以及干旱灾害影响的后延效应,其影响可能进一步加剧。

1961—2005年黄河流域极端气候事件变化趋势

利用黄河流域58个气象站点1961—2005年的逐日平均气温、最高气温、最低气温和逐日降水量数据,采用百分比阈值法定义极端气温和极端强降水事件,计算气象综合干旱指数(CI),并分析了黄河流域极端气候事件的变化趋势及其空间格局。结果表明:黄河流域极端低温和极端高温天数分别呈减少和增加趋势,平均速率分别为-3.8 d/10 a和1.7d/10 a;年极端强降水总量的变化趋势存在着明显的区域差异,河源区增加最显著,而中游的黄土高原中、东部减少最显著;干旱天数呈减少趋势,河源区减幅最大,河套-宁夏平原以及鄂尔多斯高原西北部的减幅最小。

河南省干旱的时空分布规律与趋势分析

利用河南省1973—2012年的日平均气温和降水数据逐日计算综合气象干旱指数IC,通过统计各季节的干旱发生频率、强度、天数分析河南省干旱发生频率、空间分布、随季节的演变和年际、年代际变化,同时对全球变暖背景下的干旱时空分布规律和趋势进行分析.结果表明,河南省干旱具有显著的向北增多的分布特征,无论干旱的发生频率、持续天数还是强度都是北部地区大于南部地区,安阳、新乡是干旱最严重的地区.从干旱发生的季节性来看,易发生全省性春、秋旱,发生频率均在75%以上.从干旱的多年平均发生天数来看,春、夏和秋季易发生大范围轻旱,大部分地区的干旱天数在15d以上;大范围的重旱、特旱不易发生.从趋势分析来看,春、秋旱呈增加趋势,夏、冬旱呈减少趋势.在所统计的年份中,1978,1988,1995,1997和2001年是干旱最严重的5年.

气象干旱综合监测指数在安徽省的适用性分析

利用1981—2016年安徽省77站日降水量、平均气温和土壤墒情资料,通过相关分析和主成分分析方法构建了该区域旱季(10月至次年3月)、涝季(4-9月)气象干旱综合指数MCI_anhui,从频率分布、干旱日数演变、不合理跳跃次数及代表站典型干旱过程等方面,对4种气象干旱指数在安徽省的适用性展开对比分析。结果表明:MCI_anhui在反映较重等级气象干旱时优于其他指数,能很好地诊断出安徽历史上典型大旱年;基于该指数的干旱日数时空演变表现为沿淮北夏旱和春末旱最多,江淮之间春末夏初旱情最多,沿江江南秋旱最多;36年所有干旱过程中不合理跳跃次数不足10次,就典型干旱过程中对降水反应的敏感性而言,它在表现干旱缓慢发展的特征时优于其他指数,不合理波动较少,且干旱后期缓和或解除过程中也不如其他指数过于敏感。综合来看,MCI_anhui对干旱过程具有较好的识别与诊断能力,在安徽省适用性良好。

四川春玉米气象干旱致灾因子危险性

利用四川省1961-2014年147个地面气象站逐日观测资料与四川省春玉米观测资料,运用气象干旱对农业影响评估综合指数,建立四川省春玉米生育期气象干旱致灾因子危险性模型,研究了四川省春玉米播种-出苗期、拔节-孕穗期、抽雄开花-吐丝期、乳熟-完熟期及全生育期气象干旱致灾因子危险性空间分布特征.结果表明:春玉米需水关键期发生特、重、中、轻概率的空间分布不同;春玉米抽雄开花-吐丝期气象干旱致灾因子危险性较大,拔节-孕穗期次之,播种-出苗期较小;春玉米全生育期气象干旱致灾因子危险性盆西北至资阳北部较高,高原西南部河谷地带次之,盆地西南部、凉山州东北部较低.

太行山前平原冬小麦生育期干旱分析——以保定市为例

对冬小麦生育期干旱进行精细分析,可以为农业生产和水资源管理提供参考信息,为降水、地下水动态以及作物耗水关系提供研究基础。采用有效降水和综合气象干旱指数(CI)方法,分析了太行山前平原冬小麦56个生育期及各生育阶段(苗期、越冬期、返青期、拔节~成熟期)的平均有效降水和气象干旱发生频率。研究发现冬小麦生育期平均有效降水为55.43 mm,分别占年有效降水和生育期降水量的13.6%和52.5%。其中,5月和10月是生育期有效降水的主要贡献月,平均有效降水量分别占到生育期有效降水量的35.7%、27.1%。生育期平均缺水350mm以上,并且有效降水的月际、年际间差异明显。逐月旱涝级别和频率分布显示,生育期干旱平均发生频率为58.5%,逐月发生干旱的频率均在50%以上。12月易发生轻旱,2、3月易发生中旱,4月易发生重旱。总体上,太行山前平原冬小麦生育期及各生育阶段的有效降水都表现出非稳定性,逐月平均有效降水量均不同程度小于需水量,干旱发生频率冬后大于冬前。

呼伦贝尔市新旧综合气象干旱指数应用对比

利用呼伦贝尔市4个气象台站1972—2013年逐日气象观测资料,计算逐日新的综合气象干旱指数MCI与旧的综合气象干旱指数CI,并对比两种干旱指数统计出的干旱日数、干旱强度,以及根据相应标准统计出的干旱过程和与实际干旱发生情况的吻合程度,分析新旧指数的优劣。结果表明,由于CI没有区分逐日降水量在指数中的权重,从而造成其跳变要多于MCI,而且MCI引入了近150天降水量的SPI并区分了冬、夏半年的权重值,避免了干旱指数对呼伦贝尔市冬季、初春干旱评价过重的问题。结合呼伦贝尔市实际的气候特点和干旱灾害发生实况,MCI更符合实际,适合业务应用。

CI指数在大兴安岭地区春季防火服务中的应用

用综合气象干旱指数(CI),结合1980—1999年林火资料,选取上年夏秋季、3月及前20天累计干旱指数作为CI林火因子,分别代表长期、中期和近期的气象干旱情况,并依据CI林火因子计算出CI林火指数(Hc)进行林火预警服务。经过研究得出如下结论:①各月相比,6月的林火因子最小,5月除上年夏秋季累计干旱指数小于4月外,其他因子均大于4月和6月累计干旱指数,说明5月最易着火,而6月出现火灾时比4月需要更加干旱的气象条件。②4月和6月有89%林火个例的Hc<1,5月有84%的林火个例达到这个标准;当Hc≥2时,有76%的年份在10天内发生林火,平均每年发生4次,而Hc<2时只有45%的年份发生林火,平均每年发生2.3次。说明Hc越大,发生林火的可能性越大。在春季森林火险预警服务中,可定义Hc≥2为高火险,1≤Hc<2为中火险,Hc<1为低火险。

基于CI和强度分析方法的四川冬春季干旱事件变化特征

区域气象干旱动态变化过程和转换规律的研究对灾害预警与应对有重大意义。利用1985-2015年四川30个气象站点逐日20-20时降水量、平均气温资料,采用综合气象干旱指数(CI)与intensity analysis等方法,从干旱事件频次、干旱等级变化强度和干旱等级转换三个方面,分析了近30年四川冬春季干旱事件的变化特征,结果表明:1985年冬-2015年春四川冬春季干旱事件发生频率高、持续时间长、强度大;区域性干旱事件发生率高达77.78%,4月发生区域性干旱事件的频次最高;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级变化强度表现出“快-慢-快”的变化特征;其中,2005年冬-2015年春较往年有变干趋势;1985年冬-2015年春四川冬春季干旱等级转换较活跃,各干旱等级的转换速率不尽相同,主要集中在轻旱、中旱、重旱三个等级,且有增加趋势。

干旱指数研究进展与展望

干旱是一种频发的自然灾害,对社会经济和生态环境造成极大危害。干旱指数是评估干旱的有力工具,但由于干旱发生的复杂性和干旱影响的广泛性等特点,使得干旱指数种类繁多且各有侧重。合理选择干旱指数是准确监测和评估干旱的基础。本文首先阐明干旱的概念与定义,然后对气象干旱、农业干旱、水文干旱、社会经济干旱、地下水干旱等单变量干旱指数及综合干旱指数的研究进展进行了系统的总结,将综合干旱指数按构造方法分为水量平衡法、权重法及统计概率法三类,分析了这三类方法的应用特点。提出了当前干旱定义中存在以人为中心的描述气象干旱产生的农业水文和社会经济影响,不能描述干旱导致的生态影响、干旱指数没有考虑干旱影响部门的水需求和多源数据融合等问题,提出了今后应在定义地下水干旱和生态干旱等新的干旱类型、发展更有效的干旱指数和基于多源数据融合的综合干旱指数等方面进行深入研究。