基于日尺度旱涝急转指数的重庆市旱涝急转事件演变特征分析

为准确地反映旱涝急转事件的“突发性”与“交替性”特征,对重庆市34个气象站采用日尺度旱涝急转指数DWAAI提取1960—2018年旱涝急转事件,根据重庆市的实际情况划分不同强度旱涝急转事件对应的DWAAI数值范围,探究不同强度旱涝急转事件发生频次的时空演变特征。结果表明:重庆市旱涝急转事件以旱急转涝为主,旱急转涝事件占旱涝急转事件累计次数的85%,主要发生在4—9月,多年平均次数为22.64站次,其中,中度、重度事件占所有旱急转涝事件的11.7%、2.9%;旱急转涝事件频发于重庆市西部、中部及东北部区域,发生频次的变化趋势不显著;涝急转旱事件主要发生在7—9月,多年平均次数为5.60站次,轻度、中度事件占所有涝急转旱事件的92.9%、7.1%;涝急转旱事件在重庆市东南部、中部以及东北部区域的西部地区(如开县)频发,频发地区的发生频次总体呈增加的趋势。研究成果可为保障重庆市及相关地区水安全、加强防旱抗涝减灾工作提供理论基础。

中国东北近50年干旱发展及对全球气候变暖的响应

应用实测的降水、气温和土壤湿度资料,分析我国东北区(含黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古自治区的东部)近50年干旱化的发展趋势.结果表明,用月平均气温和降水量的距平和均方差所构造的'大气干旱指数'以及土壤湿度都显示,近50年来整个东北区是向干旱发展的,1990年代中期以来这种干旱化趋势尤为明显;而东北西部亚干旱地区的干旱化相对更严重(特别是内蒙古东部的北半部).在亚干旱地区的气温和降水两个要素中,气温的升高对干旱化的作用可能更重要.在东北区的南部,近50年来的降水是略有增加,但仍有向干旱发展的趋势.这显然与全球气候变暖的大背景有关.为探讨东北区干旱的发展对全球气候变暖的响应,利用Jones等的1951～2000年全球平均气温资料和东北区25个站的大气干旱指数进行线性回归分析.结果表明,在全球平均温度上升1℃的情况下,中国东北区的干旱化程度要增加5～20%,最大的达到22%.这种形势应该引起我们的关注.

近代中国北方干湿变化趋势的多时段特征

利用CRU(Climate Research Unit)月降水和月平均气温资料, 通过构造一个既包含降水变化又考虑温度变化对潜在蒸发影响的干湿指标, 对我国北方近100年(1901～1998年)、 50年(1951～2002年)、 20年(1981～2002年)和近10年(1991～2002年)干湿变化趋势进行了系统的检测和分析, 突出了在全球增暖背景下温度变化对干湿变化的重要影响, 揭示了中国北方四个不同时段干湿变化趋势的基本特征.结果表明: 由于受温度升高的影响, 近100年我国西部地区降水尽管增加但并不存在变湿趋势, 而东部地区降水显著增加的地区明显呈现出变湿趋势, 显著变湿的范围较降水增加的范围大, 且强度明显增强, 这与这个地区温度的降低有关.在近50年, 100°E以东的北方地区是明显的干旱化趋势; 西北西部显著变湿的范围较降水显著增加的范围为小, 而东部干旱化区域的范围较降水显著减少的区域大.这充分说明了增暖能够减弱降水增加对地表水分收支的贡献, 也就是加剧降水减少的干旱化程度.在近20年, 新疆北部尽管降水量有所增加, 但并未改变该地区干旱化的时空格局, 也未发现显著的变湿趋势存在, 这个时段北方大部分地区仍然以干旱化趋势为主.特别值得注意的是, 在有些地区干湿指标的变化趋势与降水的变化趋势完全相反.在20年和近100年时段上, 我国西部大部分地区仍处在一个干旱化的进程中, 而华北地区在20年和50年时段上均表现为一个干旱化的趋势.

中国北方干旱区地表湿润状况的趋势分析

利用 1 95 1～ 1 997年中国 1 6 0站月降水和平均气温资料 ,通过计算的地表湿润指数 Hi =PPe(P为观测的月降水总量 ,Pe为月最大潜在蒸发 ) ,对比分析了中国华北、西北两个典型干旱区区域平均地表湿润指数的年代年际变化特征及季节性差异 ,并讨论了它与降水和气温的联系。最后 ,给出了地表湿润指数年及各季节变化趋势的地理分布。研究表明 :西北西部和华北地区的年际及年代际变化趋势基本相反 ,前者地表为变湿趋势 ,后者为变干趋势。华北地区的干化趋势主要发生在夏秋季节 ,而西北除东部的秋季和西部的夏季外 。

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。

中国干旱发生频率的年代际变化特征及趋势分析

利用1951年1月—2007年10月中国160站逐月降水资料计算了12个月时间尺度的标准化降水指数(ISP)。依据旱涝等级划分标准统计中国各年代干旱发生的频率,并用Mann-Kendall法分析干旱的年代际变化趋势。结果表明,20世纪50年代中国干旱集中发生在新疆南部,60年代主要发生在新疆北端至黄河上游一带地区和以长江中下游为中心的东南部地区,70年代发生在黑龙江、吉林一带以及长江中游地区,80年代发生在西南、华北的两条纬向分布带上,90年代发生在长江、黄河中游地区,21世纪初干旱主要集中在华北北部和内蒙古东部地区。和此前10a相比,趋向干旱的地区在20世纪50—60年代主要位于新疆北部、内蒙古东部以及长江下游至东南部地区,60—70年代主要位于东北地区,70—80年代主要位于山东、西南东部,80—90年代主要位于长江、黄河中游之间,90年代至今主要位于华北北部、内蒙古东部和黑龙江东部地区。80年代前后中国干旱高发区的地理分布发生了一次年代际跃变。50—70年代中国干旱主要发生在西北、东北、江淮流域以及长江中下游至华南地区,而80年代至今干旱高发区转移到以前的干旱低发区。50年代至今,吉林和黑龙江东部以及自河北至贵州的狭长干旱带的干旱化趋势增长迅速,而新疆、甘肃、青海一带的干旱化趋势显著下降。

西藏近35年地表湿润指数变化特征及其影响因素

利用1971—2005年西藏25个气象站月平均最高气温、最低气温、风速、相对湿度、日照时数、降水量等资料,应用Penman-Monteith模型计算了最大潜在蒸散、地表湿润指数,分析了其空间分布、年际变化特征及季节差异,并讨论了影响地表湿润指数变化的气象因子。研究表明:近35年,西藏年降水量表现为显著的增加趋势,增幅为15.0mm/(10 a);年最大潜在蒸散呈不同程度的减小趋势,为-4.6—-71.6 mm/(10 a)。阿里地区西南部、聂拉木年地表湿润指数为不显著的减小趋势,其他各地均呈增大趋势,增幅为0.02—0.09。就西藏平均而言,年地表湿润指数以0.04/10 a的速率显著增大,尤其是近25年增幅更为明显。各季节地表湿润指数也表现为增大趋势,以夏季增幅最明显。20世纪70年代到80年代主要表现为以低温低湿为主的年际变化特征,进入90年代后,气温持续升高,地表湿润指数明显增加,呈现出暖湿型的气候特征。降水量和相对湿度的明显增加,以及平均气温日较差的显著减小是地表湿润指数显著增加的主要原因,平均风速和日照时数的明显减少,在湿润指数增加趋势中也起着重要作用。

甘肃黄土高原地表湿润状况时空变化特征

干湿状况的时空分布是干旱半干旱区的气候研究热点之一,现代气候变暖加速了黄土高原暖干化的进程。根据甘肃省黄土高原13个气象站1961-2006年气象资料,利用Thornthwait公式计算该地区潜在蒸散及湿润指数,并分析了潜在蒸散值与蒸发量的相关关系、潜在蒸散及湿润指数的时空分布特征。结果表明,潜在蒸散计算值与该地蒸发量的实测值相关性显著。在蒸发较盛的3～9月,两者之间的相关性可以通过0.01的信度检验。1961-2006年潜在蒸散随时间呈二阶函数变化,20世纪80年代中期以来潜在蒸散呈明显的线性上升趋势。1984年是变换的转折点,1984-2006年陇西黄土高原潜在蒸散以19.8 mm/10 a的速度上升,陇东黄土高原以31.1 mm/10 a的速度上升。一年之中,湿润指数的变化呈开口向上的抛物线。湿润指数最低的季节为夏季,最高的季节为秋季。20世纪60年代以来,甘肃黄土高原的湿润状况逐渐变差,秋季变化最显著,从20世纪60年代到21世纪初,陇西黄土高原湿润指数下降了0.45,陇东黄土高原湿润指数下降了0.35。湿润状况最差的地区为环县;沿陇海铁路线"兰州-定西-天水"一线是湿润状况较差的地区;湿润状况较好的地区分布在陇东黄土高原的南部及陇西黄土高原的西侧。

基于FY-3 VIRR的温度植被干旱指数在陕西省的应用及其IDL实现

以FY-3可见光红外扫描辐射计(VIRR) L1数据为信息源,对FY-3VIRR L1数据在陕西省云检测、地表温度、温度植被干旱指数(TVDI)等反演方法进行本地化研究,同时使用IDL程序语言研制了FY-3VIRR L1数据预处理、云检测、地表温度反演、TVDI指数法反演土壤干旱程度等应用程序,以实现利用温度植被干旱指数(TVDI)对陕西省土壤干旱程度的监测,并对检测结果进行数据反演。反演结果表明,利用FY-3VIRR L1数据生成的TVDI与20cm土壤相对湿度具有良好的负相关性,相关系数在-0.535左右;TVDI能较好地反映陕西省土壤干旱状况,在延安、关中、陕南的TVDI反演结果与实际旱情一致性较好,但在植被覆盖较差的榆林部分地区,反演结果与实际旱情差异较大。

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。

青岛近百年的旱涝变化特征分析

根据1900-2002年青岛月降水资料，利用Z指标方法确定了青岛的旱涝年份，并从季节上进行了旱涝分析。结果表明青岛年降水早年有20a，涝年有17a，出现旱或涝的概率为37．4％，至少有一个季节出现旱或涝的年份占84．5％。年降水量以10．6mm／10a的速度下降，各季节降水量的变化趋势不一致，夏、秋季是下降趋势，而春季和冬季则呈现出上升趋势。

基于TVDI的青藏高原腹地生长季土壤湿度时空变化及其气候响应

土壤湿度作为生态系统的重要参数,是影响青藏高原高寒草地生态承载力和草地恢复重建的关键因素之一。本研究基于温度植被旱情指数(temperature–vegetation dryness index,TVDI)分析了青藏高原腹地生长季土壤湿度的时空变化特征和变化趋势,结合气象站点数据,采用偏相关分析研究了土壤湿度变化对气候因子的响应。结果表明,2001-2018年青藏高原腹地生长季平均土壤湿度表现为北部偏湿润、东北部和西南部偏干旱的空间分布特征。土壤湿度湿润、偏湿、正常、偏干、干旱的面积占比分别为1.14%、29.24%、37.68%、30.09%和1.85%。2001-2018年青藏高原腹地生长季南部土壤湿度呈现显著变干的趋势,北部和东北部地区趋于变湿,整体上土壤湿度呈降低趋势。研究区北部以及东北部区域受降水影响显著,而西南部地区受气温影响较大。

黄河径流量的历史演变规律及成因

基于黄河上、中和下游的径流及气候资料,对径流的年代际变化规律及与气候变化的关系进行了分析.结果表明:黄河流域的径流均存在显著的年代际变化趋势,径流的显著特征是从20世纪80年代开始的减少趋势,但并未达到历史的最低,径流减少的趋势在下游比上游更显著,而这种变化趋势与流域的气候变化趋势基本一致,说明在年代际尺度上,径流的变化主要受气候的控制;在不同季节,这种关系有明显差异,如在冬季两者的变化趋势有较大差异.分析还发现,近年来流域地表的干化是流域径流减少的原因,气温的升高更加剧了流域地表干化.

我国地表水资源近期变化趋势

分析全国及 9大流域片 1997～ 2 0 0 0年逐年降水量、天然径流量的变化趋势及降水量年内变化情况 ,研究近期我国地表水资源变化趋势及近年旱涝特点 .研究表明 :自 1997年以来 ,我国降水量除 1998年比多年平均值偏多 11.6 % ,长江、嫩江等河流发生了特大洪水 ,是丰水年外 ,其余的1997,1999,2 0 0 0年 3年均比多年平均值偏少 0 .9%～ 4 % ,属平水年 。

1951—2009年中国地表湿润状况变化趋势研究

利用1951—2009年中国160站的月降水和月平均温度资料,通过计算地表湿润指数,在分析其与降水及气温联系的基础上,探讨了中国区域平均地表湿润指数的年代际变化特征差异,给出了地表湿润指数年趋势的地理分布。结果表明:1951—2009年,中国北方的西北地区东部、华北和东北地区长江中下游地区及东南部分地区以干旱化趋势为主,这些地区干旱化趋势的产生与降水年际变差大、年内分配不均,降水持续减少和气温升高密切相关。东南、西南地区及西藏地区于20世纪90年代初期有湿向干的趋势转换,虽然长江中下游地区在70年代初期有明显的干向湿的趋势变换,但于90年代同样出现湿向干的趋势转换,并一直持续显著的干旱化。

北疆北部地区春季地表湿润状况特征分析

利用北疆北部地区12个气象站1961-2008年3-5月月平均气温、降水量及相对湿度资料,计算得到春季地表湿润指数,对北疆北部地区48a来春季地表湿润指数年际及年代际变化特征及分布规律进行了较为深入的研究。结果表明:2O世纪6O年代以来,北疆北部地区春季地表有变干趋势;从空间分布上看,呈经向分布,偏西地区春季地表湿润指数大于偏东地区,表明偏东地区春旱重于偏西地区。同时探讨了北疆北部地区春季地表湿润指数与降水量、气温和空气相对湿度的关系以及春季极端干湿事件频率的空间分布。

宁夏回族自治区干旱致灾危险性时空变化特征

基于宁夏地区22个气象站1971-2011年月降水量和月平均气温资料,综合考虑降水和蒸发,引入标准化降水蒸散指数(SPEI),分析该地区气象干旱变化情况,并在此基础上通过构建SPEI值与干旱等级的加权综合评价模型,评估该地区干旱致灾危险性,剖析其时空变化特征。结果表明:宁夏地区气象干旱呈显著加重趋势,年均SPEI值1972-2011年以0.37·(10a)-1的速率显著减小;该地区气象干旱呈现自南向北逐渐加重的空间分布格局,且干旱加重速度呈现由中部干旱带向南北分别递增的空间变化特征。1972-2011年,宁夏地区干旱致灾危险性呈显著增大趋势,干旱致灾危险性指数近40年减小速率为0.12·(10a)-1;该地区干旱致灾危险性在空间分布上表现为北部引黄灌区高于中南部地区,且危险性的增速呈现中部较缓、南北较快的空间变化特征。

1971~2010年若尔盖湿地潜在蒸散量及地表湿润度的变化趋势

利用若尔盖、红原、玛曲3个气象站1971~2010年的地面气象观测资料,根据Penman-Monteith模型计算了若尔盖湿地的潜在蒸散量,发现若尔盖湿地年潜在蒸散量呈明显上升的趋势,上升趋势为9.1 mm/10a;若尔盖湿地潜在蒸散量在2001年出现了增大突变,2001~2010年平均潜在蒸散量比1971~2000年上升了28.6 mm;各季节潜在蒸散量均呈上升趋势,其中以秋季上升最明显,上升趋势为4.3 mm/10a。导致若尔盖湿地潜在蒸散量上升的主要气象因子是温度上升、相对湿度下降和降水量的减少,虽然日照时数减少和风速减小有利于潜在蒸散量的下降,但由于气温上升的趋势更明显,影响更大,所以若尔盖湿地潜在蒸散量呈明显的上升趋势。近40 a若尔盖湿地地表湿润度以-0.03/10a的趋势减小,其中2001~2010年比1981~1990年下降了0.11,下降十分明显;与此同时,年平均气温以0.41℃/10a的趋势上升,降水量以-13.5 mm/10a的趋势减少,虽然若尔盖湿地仍属于湿润区,但出现了明显的暖干化趋势。

用积分湿度指标方法评价辽西地区干旱状况

应用积分湿度指标和湿润指数评价辽西自然降水对农业需水满足的程度及旱涝状况。结果表明:近50年自然降水农业满足度平均为72%～80%,气候倾向率在-2.490%/10a～-3.656%/10a,50年趋势下降12%～18%,农业需水满足度在下降。农作物生长季缺水量在104～170mm,缺水概率有增加趋势。在作物生长季内湿润指数平均为0.55～0.75,湿润指数气候倾向率在-0.016～-0.026/10a,下降幅度在-0.080～-0.130。年景2～3级干旱出现概率在56%～94%,朝阳最重。春秋两季是干旱发生的主要时段,春季3～4级干旱出现概率58%～78%;秋季3～4级干旱出现概率42%～66%。

1960-2020年黄河流域气候干湿状况时空分异及变化趋势

基于湿润指数,利用黄河流域及周边1960-2020年113个气象站点日值气候数据,通过气候倾向率、Morlet小波、简单相关分析和Hurst指数等方法,分析近61a黄河流域干湿状况时空演变特征,预估黄河流域未来干湿变化趋势,以期为流域防旱减灾、合理利用气候资源提供科学依据。结果表明:(1)空间上,黄河流域年和季节湿润指数呈现为东南部高、西北部低。流域年、春秋两季以变干为主,湿润指数呈显著下降的站点占总站点的比例分别为5.31%、7.96%、6.19%;流域夏、冬季以变湿为主,湿润指数呈显著上升的站点占比分别为10.62%、13.27%。(2)年际变化上,1960-2020年黄河流域年和季节湿润指数均无显著变化趋势。流域全年、春、夏、秋、冬季分别处于半湿润、半干旱、半湿润、半湿润和半干旱状态。黄河流域年和季节湿润指数存在多时间尺度的周期振荡特征,第一主周期分别为3a、26a、14a、3a和15a。(3)降水量、相对湿度与湿润指数呈极显著正相关,日照时数与湿润指数呈极显著负相关,均为黄河流域湿润指数的主要驱动因素。(4)黄河流域年和季节湿润指数的Hurst指数均大于0.50,表明流域年、春季和秋季气候将持续变干,夏季和冬季气候将持续变湿。