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1983-2020年西南地区气象干旱时空演变趋势及干旱事件识别

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生态环境学报 2023年第5期32卷 920-932页

作者：葛元凯赵龙龙陈劲松任彦霓李洪忠中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055 河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454150

全球变暖背景下,区域干湿变化特征不确定性增强,研究不同时间尺度下气象干旱的时空演变趋势并对干旱事件热点区域进行识别,对农业生产和防旱减灾具有重要意义。基于生成的西南地区1983-2020年5.5 km的长时序多时间尺度标准化降水蒸散指... 详细信息

全球变暖背景下,区域干湿变化特征不确定性增强,研究不同时间尺度下气象干旱的时空演变趋势并对干旱事件热点区域进行识别,对农业生产和防旱减灾具有重要意义。基于生成的西南地区1983-2020年5.5 km的长时序多时间尺度标准化降水蒸散指数(spei)面状数据,构建了干旱最长持续月数Max_(mon)、年均干旱月数Mean_(mon)、干旱事件次数C_(DE)和干旱事件平均持续月数MM_(DE) 4个指标(干旱事件定义为至少连续3个月1月尺度的spei≤-1),并分3个时间尺度(38 a、18 a和10 a)研究了西南地区气象干旱趋势及干旱事件时空演变特征。结果显示:(1)西南地区容易发生月度干旱和季节干旱,1983-2020年整体呈阶段性干湿波动,1983-2000年四川南部和2001-2010年云南南部显著变干,2011-2020年全区整体以变湿为主;(2)构建的干旱强度指标Max_(mon)和Mean_(mon)可有效反映西南地区气象干旱的易感性及其空间分布,Max_(mon)显示云南、四川约50%以上的区域易发生至少连续5个月的持续干旱,Mean_(mon)显示3个时段内云南的平均干旱强度呈持续增强趋势,而四川、重庆和贵州呈先增强后减弱的趋势;(3)构建的干旱事件指标C_(DE)和MM_(DE)可有效识别不同时段内干旱事件的热点区域,1983-2000年干旱事件的热点区域位于四川北部,2001-2010年位于云南中部,2011-2020年位于云南中部、北部和四川南部,云南省在2001-2010年干旱事件最严重,平均MM_(DE)可达4.70月/次。该文生产的spei高分辨率产品可提供精细化的气象干旱分布信息,基于长时序spei构建的干旱强度和干旱事件指标可有效识别西南地区气象干旱的常发区和干旱事件的热点区。

关键词：气象干旱标准化降水蒸散指数spei 干旱演变趋势干旱强度干旱事件西南地区

1901-2017年黄土高原地区气候干旱的时空变化

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水土保持通报 2020年第1期40卷 283-289页

作者：师玉锋梁思琦彭守璋西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

[目的]分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率,为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据.[方法]基于高空间分辨率长时间序列的气候数据,计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散... 详细信息

[目的]分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率,为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据.[方法]基于高空间分辨率长时间序列的气候数据,计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散指数(spei),依次分析了该区气候干旱的趋势变化和发生频率.[结果] 1901-2017年,整个黄土高原的气候经历了“湿润—干旱—湿润—干旱”的交替过程,年spei变化趋势未达到显著性水平,且无显著突变年份.1981-2010年干旱呈显著加剧趋势的区域分布在黄土高原腹地以及中西部,面积比例为3.43%.1901-2017年干旱呈显著减轻趋势的区域主要分布在东、西部边缘区域,面积比例为1.05%;呈显著加剧趋势的区域分布在西北部,面积比例为4.16%.近30 a,黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高.在历史时期的两个时间段内,黄土高原西北部大部分地区重旱发生频率较低,未有极端干旱发生.[结论]在黄土高原地区,随着干旱程度的不断加重,干旱频率的空间变异程度逐渐降低;不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征.

关键词：标准化降水蒸散指数spei 干旱趋势干旱频率黄土高原 Mann-Kendall趋势检验

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基于spei的黄河流域干旱时空格局研究

中国科学：地球科学 2018年第9期48卷 1169-1183页

作者：王飞王宗敏杨海波赵勇郑州大学水利与环境学院郑州450001 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

干旱是对人类社会影响最为严重的自然灾害之一,在中国干旱灾害频发,严重威胁着人们的生存环境.黄河流域是中国各大流域中受干旱影响最严重的区域,所以对黄河流域旱情进行监测尤为重要.文章基于1961~2015年黄河流域124个站点的月值气象数... 详细信息

干旱是对人类社会影响最为严重的自然灾害之一,在中国干旱灾害频发,严重威胁着人们的生存环境.黄河流域是中国各大流域中受干旱影响最严重的区域,所以对黄河流域旱情进行监测尤为重要.文章基于1961~2015年黄河流域124个站点的月值气象数据,以标准化降水蒸散指数spei作为干旱指标,应用极点对称模态分解ESMD方法对spei序列进行时频周期与趋势分解,运用B-G分割算法进行阶段划分,从干旱年际变化、季节变化、干旱频率和干旱强度等方面对黄河流域及其8个水资源分区的干旱时空格局进行研究.结果表明:(1)近55年来黄河流域的干旱呈显著增加趋势, spei倾向率为-0.148 (10a)^(-1),其中兰州至河口镇地区干旱化趋势最为明显(-0.214 (10a)^(-1));(2)黄河流域干旱具有准2.9年、准5年、准10.2年和准18.3年的周期特征,且可划分为3个阶段(1961~1996年、1997~2002年和2003~2015年),对应spei均值分别为0.20、-0.71和-0.21;(3)干旱频率从大到小依次为夏季>春季>秋季>冬季,均值分别为71.0%、47.2%、10.2%和6.9%;(4)干旱强度从大到小依次为夏季>春季>冬季>秋季,均值分别为0.93、0.40、0.05和0.04.

关键词：黄河流域干旱标准化降水蒸散指数spei 极点对称模态分解ESMD B-G分割算法

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干旱指数在四川省的适用性分析

南水北调与水利科技 2017年第4期15卷 71-78页

作者：潘妮卫仁娟詹存梁川徐正东四川水利职业技术学院成都611230 四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 中国电建集团西北勘测设计院有限公司西安710065

干旱灾害频发严重制约着四川省的农业发展,为合理分析四川省干旱情况,干旱指数的选择尤为重要。本文基于四川省39个气象站点1960年-2013年的气象资料,分别计算1961年、1994年、2006年和2009年-2010年各站点相对湿润指数M、气象干旱综合... 详细信息

干旱灾害频发严重制约着四川省的农业发展,为合理分析四川省干旱情况,干旱指数的选择尤为重要。本文基于四川省39个气象站点1960年-2013年的气象资料,分别计算1961年、1994年、2006年和2009年-2010年各站点相对湿润指数M、气象干旱综合指数CI、标准化降水指数SPI和标准化降水蒸散指数spei,利用Arcgis反距离插值法进行空间插值,并与中国气象灾害大典记录的四川省典型年干旱情况进行对比分析,进而评价四种干旱指数在四川省的适用性。结果表明:对于1961年夏旱,M指数和CI指数均表现出无旱或轻旱,SPI指数结果较实际情况偏小,spei指数监测出了干旱的重灾区,效果在四个干旱指标中最好;1994年夏伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数出现了空报,对川东地区和川西高原的监测结果偏小,spei指数在达县、巴中一带结果偏小,而SPI指数在成都、绵阳一带的结果偏小。2006年伏旱,M指数监测结果偏小;CI指数比M指数效果稍好,但结果仍然偏小;SPI指数和spei指数监测出的干旱特征与实际一致;2009年-2010年的冬春连旱,spei指数效果最好,M指数次之,SPI指数效果最差。spei指数最能反映四川省典型干旱年干旱的空间分布特征。

关键词：四川省干旱相对湿润指数M 标准化降水指数SPI 标准化降水蒸散指数spei 气象干旱综合指数CI

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东北三省地区生长季旱涝对春玉米产量的影响

智慧农业（中英文） 2021年第2期3卷 126-137页

作者：王蔚丹孙丽裴志远马尚杰陈媛媛孙娟英董沫农业农村部耕地利用遥感重点实验室北京100121 农业农村部规划设计研究院北京100121

评估生长季旱涝对作物产量的影响有助于农民采取措施增产保收。本研究基于1988—2017年气象站点数据和灾情、产量等统计数据,以中国东北三省为研究区,通过对比多时间尺度指标——标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(spei)与旱涝... 详细信息

评估生长季旱涝对作物产量的影响有助于农民采取措施增产保收。本研究基于1988—2017年气象站点数据和灾情、产量等统计数据,以中国东北三省为研究区,通过对比多时间尺度指标——标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(spei)与旱涝受灾率的关系,选择优势指数表征东北春玉米生长季干湿状况,基于HP滤波构建相对气象产量,利用距离相关分析方法选取合理时间尺度和关键月份的指数,分析这些指数与春玉米相对气象产量的关系以及不同生育阶段水分条件与产量之间的关系。结果表明:(1)SPI、spei均能表征东北地区农作物受旱和受涝状况,整体上spei在表征东北地区旱涝时更具优越性,尤其在辽宁省,因旱受灾率与SPI和spei相关系数差距明显,因涝受灾率与spei相关系数最大值为0.54,与SPI相关性不显著。(2)辽宁省spei_(3)-8与相对气象产量的距离相关系数最大,吉林省和黑龙江省spei_(6)-8与相对气象产量的距离相关系数最大;各省对应的spei与相对气象产量呈向下的抛物线趋势,其中辽宁省春玉米产量受干旱和雨涝的共同影响,吉林、黑龙江两省主要受干旱灾害的影响。(3)辽宁省春玉米在拔节—抽穗期主要受干旱影响,生长季后期受洪涝灾害影响较前期加重;当spei为1.0左右时,吉林省春玉米在出苗—拔节、拔节—抽穗期可达到最高产,抽穗—乳熟期受干旱影响严重;黑龙江关键生育期主要受旱灾影响,在出苗—拔节、拔节—抽穗期正常偏湿年份可达到最高产量,但中度及以上雨涝仍会导致玉米减产,抽穗—乳熟期在轻度湿润时可高产,重度湿润时会因涝减产。本研究对东北三省地区预估旱涝灾害对春玉米产量影响和及时采取灾害防御措施具有一定的参考价值。

关键词：干旱洪涝标准化降水指数SPI 标准化降水蒸散指数spei 产量春玉米东北三省

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内蒙古地区干旱时空变化及植被动态响应

内蒙古地区干旱时空变化及植被动态响应

作者：王娜成都理工大学

学位级别：硕士

受全球气候变化影响,因地表水分收支不平衡导致的干旱事件频发,对生态环境的可持续发展造成严重影响。植被是衡量生态环境状态的重要指标,生态环境一旦发生改变,植被便会迅速通过自身生理反应对外界做出警示。内蒙古作为我国北方重要的... 详细信息

受全球气候变化影响,因地表水分收支不平衡导致的干旱事件频发,对生态环境的可持续发展造成严重影响。植被是衡量生态环境状态的重要指标,生态环境一旦发生改变,植被便会迅速通过自身生理反应对外界做出警示。内蒙古作为我国北方重要的生态屏障,其大面积覆盖的草原植被对气候变化响应敏感,区域干旱已成为破坏力极强的自然灾害之一。实时有效的监测内蒙古地区干旱状况,对区域干旱灾害的防治和生态环境的可持续发展十分必要。标准化降水蒸散指数(Standdardized Precipitation Evapotranspiration Idex,spei)在考虑降水和蒸散的同时还能实现对区域干旱化程度以及多尺度干旱特征的评估,被国内外学者广泛使用。本文以spei指数作为干旱监测指标,结合可以综合反映植被生长状况的归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index,NDVI)对内蒙古地区干旱时空演变特征及植被对干旱的响应进行研究。主要研究内容和成果如下:(1)基于多时间尺度spei数据,采用Sen趋势分析、Mann-Kendall(MK)检验方法和干旱评估指标(干旱发生频率和站次比),从研究区年及各季节的年际变化特征、干旱发生频率、干旱范围以及趋势变化特征等四个方面,对内蒙古地区近34年干旱时空演变特征进行监测。结果表明:1982～2015年内蒙古地区spei整体呈微弱的下降趋势,1995年干旱发生突变,由湿润转为干旱;春季、秋季和冬季均呈微弱的变湿趋势,夏季与年际spei变化相似。从年spei趋势变化空间分布来看,内蒙古中东部约有68.38%的区域呈变干趋势;各季节spei趋势变化特征存在显著差异,尤其是夏季和冬季大部分区域的变化趋势具有反向特征。历年来夏季和秋季干旱发生频率较高。1990～2010年间年及各季节的干旱覆盖范围最广。(2)基于GIMMS NDVI 3g数据,采用Sen趋势分析、MK检验和Hurst指数分析方法,对1982～2015年内蒙古地区NDVI的趋势变化及其未来持续性演变特征进行研究。结果表明:内蒙古生长季及各季节NDVI年际变化特征均呈现微弱的上升趋势。空间上,自西向东生长季及各季节多年NDVI平均值逐渐增加。近34年间,内蒙古地区生长季及各季节植被得到较大改善,其中得到持续显著改善的区域面积占比超过30%;呈持续显著退化的区域较少,夏季面积占比相对较高(11.28%)。(3)基于相关分析和滞后分析方法,分别分析生长季及各季节NDVI均值与3个时间序列(前0～2年/季)的spei的相关性,探讨内蒙古地区不同时间段植被受干旱影响的时滞效应。结果表明:内蒙古地区生长季、春季和夏季植被受同期干旱影响显著;而秋季植被对干旱的响应存在滞后现象(滞后一季),研究区超过42%的区域秋季NDVI与夏季spei呈显著正相关关系,主要分布在内蒙古地区中部和北部的呼伦贝尔草原等地。同时各时段受干旱胁迫的区域主要分布在内蒙古中东部的荒漠草原、典型草原和灌丛覆盖区。(4)以4～10月(生长季)NDVI作为植被长势的指标,采用相关分析法逐月计算NDVI与不同时间尺度spei的相关系数,通过分析生长季及各季节对应的最大相关系数及对应时间尺度的空间分布特征,讨论了不同时段、不同类型植被对不同时间尺度干旱的响应情况。结果表明:内蒙古生长季及各季节植被对多时间尺度干旱胁迫的响应存在差异,生长季大部分区域植被主要受年尺度和季节尺度干旱的影响。夏季植被受干旱影响的尺度自西向东由季节尺度依次过度到年尺度,秋季主要受季节尺度干旱影响。生长季及各季节不同植被类型对多尺度干旱响应情况存在差异。其中针叶林以及沼泽受干旱影响较小,典型草原、荒漠草原、草甸和栽培植被主要受季节尺度干旱影响,阔叶林、灌丛和草甸草原受年尺度干旱影响较大。

关键词：标准化降水蒸散指数spei 归一化植被指数NDVI 时空变化特征多尺度响应内蒙古

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基于spei的干旱时间演变特征研究

科技创新与应用 2021年第21期11卷 53-55页

作者：田青青连海东黄莎莎华北水利水电大学河南郑州450046 河南省水环境模拟与治理重点实验室河南郑州450046 河南豫信招标有限责任公司河南郑州450046

随着气候变化和城市化的快速发展,我国干旱灾害频繁发生,严重威胁着人们的生存环境。文章基于1960-2019年全国613个气象站点的月值降水、气温数据,以标准化降水蒸散指数spei作为干旱指数,运用极点对称模态分解方法ESMD对spei时间序列进... 详细信息

随着气候变化和城市化的快速发展,我国干旱灾害频繁发生,严重威胁着人们的生存环境。文章基于1960-2019年全国613个气象站点的月值降水、气温数据,以标准化降水蒸散指数spei作为干旱指数,运用极点对称模态分解方法ESMD对spei时间序列进行分解。结果表明:1960-2019年全国干旱大体上呈增加趋势,spei的线性倾向率为-0.121/10a,干旱具有准2.07年、准5年、准10年、准30年的周期特征,且第一主周期为2.07年。

关键词：干旱时间演变标准化降水蒸散指数spei

多种变异点诊断方法在黄河流域干旱监测中的应用

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科技创新与应用 2021年第3期11卷 173-174,178页

作者：郭经典宗东辉田青青广东中灏勘察设计咨询有限公司郑州分公司河南郑州450046

日趋频繁的干旱灾害对黄河流域的经济发展和人类生命安全构成重大危害,干旱的变异点识别是目前亟待解决的科学问题之一。文章针对当今普遍采用的参数统计和非参数秩检验方法,采用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法、滑动T检验法、有序... 详细信息

日趋频繁的干旱灾害对黄河流域的经济发展和人类生命安全构成重大危害,干旱的变异点识别是目前亟待解决的科学问题之一。文章针对当今普遍采用的参数统计和非参数秩检验方法,采用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法、滑动T检验法、有序聚类分析法、Lepage法、B-G分割算法,以标准化降水蒸散指数spei作为气象干旱指标,对1961~2015年黄河流域干旱年份突变特征进行研究,进而揭示黄河流域的干旱变异规律。

关键词：黄河流域干旱标准化降水蒸散指数spei 变异点