李运刚
, 何娇楠, 李雪
云南大学云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室,昆明 650091
LI Yungang, HE Jiaonan, LI Xue
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作者简介:
作者简介：李运刚(1983-),男,云南大理人,博士,副研究员,主要从事水文水资源研究,E-mail: ygli@ynu.edu.cn。
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摘要
本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。
关键词：
Abstract
Based on the monthly precipitation and temperature data from 1961-2012 at 43 meteorological stations and discharge data from 1956-2013 at two hydrological stations on the Red River, we analyzed the variation of hydrological and meteorological droughts by using Standard Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and Streamflow Drought Index (SDI). The results show that: (1) Meteorological droughts presented an increasing trend at the annual scale in 1961-2012. At the seasonal scale, a wetting trend was detected in the spring in most areas, and a drying trend was observed in the summer, the autumn, and the winter seasons. Regional differences have been found in seasonal drought frequency, and high frequency droughts occurred in the spring and the winter. The influence areas of drought decreased in the spring. In contrast, increased trend was found in the summer, the autumn, and the winter. (2) Hydrological drought indicated an increasing trend in 1956-2013. There were more hydrological droughts during 1958-1963, 1975-1982, 1987-1993, 2003-2006, and 2009-2013. Hydrological droughts occurred most frequently in the last decade. (3) Analysis of the relationship between meteorological and hydrological drought indices shows that the occurrence of a hydrological drought event lagged a meteorological drought event by a variation of 1 to 8 months. The duration, magnitude, and intensity of meteorological droughts were well close to the characteristics of hydrological drought events. The most important factor that caused hydrological drought in the Red River Basin was meteorological drought.
Keywords：
全球气候变化和水资源需求增加的背景下,干旱成为制约社会经济可持续发展的重要因素之一,受到国内外科学家的广泛关注(Mishra et al, 2010)。研究表明：自1950s以来,全球干旱面积持续增加,尤其以非洲、欧洲南部、亚洲东部和南部、大洋洲东部地区最为突出(Dai, 2011)。近50年来,中国也呈现出干旱化的趋势,北方地区、东北地区和西北西部地区的干旱变得频繁(Yu et al, 2014),而且表现出从北方地区向西南地区蔓延趋势(熊光洁等, 2013)。西南地区分布有怒江、澜沧江、红河等重要国际河流,近年来受极端干旱事件的影响,跨境水安全与纠纷问题日益突出(He et al, 2014)。因此,迫切需要开展国际河流区干旱变化研究,为跨境水资源利用和管理提供科学依据。
美国气象学会将干旱分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱4种类型(Mishra et al, 2010)。气象干旱主要指大气降水和蒸发不平衡所造成的水分短缺现象。国内外学者利用Palmer干旱指数(PDSI)、标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)等,从全球、洲际、国家到流域等多个尺度开展了大量气象干旱变化研究(Mishra et al, 2010; Dai, 2013)。水文干旱是指径流低于正常值或含水层水位降落的现象,通过构建干旱指数(如径流距平指数、Palmer水文干旱指数(PHDI)、地表供水指数(SWSI)、标准径流指数(SRI)和径流干旱指数(SDI)等)进行水文干旱研究是目前简单有效的方法(胡彩虹等, 2013)。国内学者采用水文干旱指数在长江、黄河、渭河、海河等流域开展了许多研究(Hong et al, 2014; 何福利等, 2015; 翟家齐等, 2015; 赵安周等, 2015)。尽管目前采用气象、水文干旱指数的研究有很多,但是同时利用2种指数从大气与水体的角度来反映干旱,并分析气象干旱和水文干旱之间关系的研究不多(蒋亿文等, 2014)。
红河流域位于印度季风和东亚季风的交汇区,流域内岭谷地形对水汽输送具有“南北通道”和“东西阻隔”效应(Li et al, 2008)。不同年份季风强弱、雨季开始时间变化加之地形作用,造成流域水热条件时空分布不均,导致干旱频繁发生(谢明恩等, 2004)。21世纪以来,中国在红河上游进行梯级水电开发,导致流域水文过程发生变化。自然变化与工程驱动的交织,加剧了跨境水问题的复杂性(柳江等, 2015)。在此背景下,红河上游发生气象、水文干旱造成河川径流量减少时,经常引起下游国家的误解和指责。目前,在红河流域开展的研究以水文气象要素变化方面居多,而对干旱方面的研究较少(叶长青等, 2008; 李运刚等, 2012)。因此,本文将采用SPEI和SDI指数分析红河流域气象、水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应,为流域干旱监测与评估、水资源管理提供科学依据。
红河是东南亚重要的国际河流,主要流经中国、越南和老挝三国(图1)。中国境内干流全长677 km,流域面积约7.6×104 km2。流域属于典型的亚热带季风气候,具有明显的干湿季特征,5-10月为湿季,降水量占全年的85%以上;11月-次年4月为干季,降水量不及15%。中国境内流域降水量时空分布不均,从700~3200 mm不等,大部地区介于1000~1600 mm。降水空间分布由南向北递减,河谷地区降水稀少,山区降水丰富。降水是河川径流补给的主要来源,受降水变化的影响,径流年内分配极不均匀。汛期径流量占年径流量的80%以上,枯水期径流量小于年径流量的20%。受气候变化的影响,近年来极端水文事件频发,给流域社会经济造成巨大损失。2009-2012年流域遭遇4年连续严重干旱,导致红河源头出现断流现象,越南河内的红河水位则创下了1902年以来的最低记录,引发了下游国家的关注。
气象数据为红河流域及周边43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据。水文数据为元江出境控制站——蛮耗水文站1956-2013年逐月流量数据和李仙江出境控制站——李仙江水文站1957-2013年逐月流量数据。由于李仙江站2007年开始受到梯级电站回水影响,为保持数据年限的一致性,采用下游土卡河站2007-2013年数据进行插补。气象站和水文站点地理位置如图1所示。
图1 红河流域地理位置及气象、水文站点分布图
Fig.1 Location of the Red River Basin and distribution of meteorological and hydrological stations
2.3.1 标准化降水蒸散指数
Vicente-Serrano等(2010)在标准化降水指数(Standard Precipitation Index, SPI)的基础上提出标准化降水蒸散指数(Standard Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI),该指数具有SPI指数多时间尺度特征,并考虑了温度变化的影响,因此在许多国家和地区得到了广泛应用。SPEI是对降水量与潜在蒸散量的差值序列的累积概率值进行正态标准化后的指数。首先采用Thornthwaite方法计算逐月潜在蒸散量;然后计算逐月降水与蒸散量的差值,构建不同时间尺度的累积序列;最后采用Log-logistic分布对数据序列进行拟合,并对序列进行标准化转化,获得不同时间尺度的SPEI指数。本文以1、3、6和12个月时间尺度的SPEI指数表征不同时间尺度(月、季节、干湿季和年)的气象干旱,利用泰森多边形方法获得流域平均SPEI值。根据中国气象局制定的SPEI干旱等级划分标准对流域干旱等级进行划分：SPEI>-0.5为无旱;-1<SPEI≤-0.5为轻旱;-1.5<SPEI≤-1为中旱;-2<SPEI≤-1.5为重旱;SPEI≤-2为特旱。
2.3.2 径流干旱指数
径流干旱指数(Streamflow Drought Index, SDI)以观测径流数据为基础,可以计算不同时间尺度的水文干旱情况,也能反映由于季节变化引起的滞后而导致干旱事件变化的情况,在国际上应用广泛(Tabari et al, 2013;Hong et al, 2014),其计算方法见文献(Nalbantis et al, 2009)。根据SDI指数,可将水文干旱划分为5个等级：SDI≥0为无旱;-1.0≤SDI<0为轻旱,-1.5≤SDI<-1为中旱,-2≤SDI<-1.5为重旱;SDI<-2为特旱。
2.3.3 干旱指标
(1) 干旱频率(Pi)。根据干旱发生的年数计算相应等级的干旱发生频率,计算公式为：
式中：n为站点i发生干旱的年数;N为降水资料年数。基于1961-2012年各站点SPEI值,分别计算各站点不同季节的干旱频率,在ArcGIS 10.0软件中利用反距离加权插值法绘制干旱频率分布图。
(2) 干旱站次比(Pj)。Pj是指区域内干旱发生站数与站点总数的比例,表达公式为：
式中：m为发生干旱的站点数;M为研究区域内总气象站点数;j为不同年份。当Pj≥50%时,为全域性干旱;当33%≤Pj<50%时为区域性干旱;当25%≤Pj<33%时为部分区域性干旱;当10%≤Pj<25%时为局域性干旱;Pj<10%时无明显干旱发生。
(3) 游程理论。干旱通常可用干旱历时、干旱严重程度和干旱强度3个特征来表示。基于游程理论对干旱事件进行识别,首先参考相关研究(Hong et al, 2014),选择0作为游程的截断水平,当SPEI/SDI值小于截断水平时表示发生干旱事件。干旱历时为游程长度,干旱严重程度为游程中累积的SPEI/SDI值与截断水平的亏缺值,干旱强度为干旱严重程度与干旱历时的比值。
2.3.4 Mann-Kendall 趋势检验法
采用世界气象组织建议的非参数Mann-Kendall趋势检验分析法(简称M-K法)研究干旱指数的变化趋势和突变点检测(Li et al, 2008)。M-K趋势检验法通过统计量Z值来确定变化趋势。当显著性水平为0.05时,Z>1.96表示时间序列呈显著上升的趋势;Z<-1.96表示时间序列呈显著下降的趋势。
已有研究对比分析了SPEI指数、湿润指数H、PDSI指数和SPI指数在中国干旱监测中的效果,结果表明：SPEI指数具有较强的适用性(王林等, 2014)。为分析SPEI指数在红河流域干旱监测中的效果,计算了1961-2012年12个月尺度的SPEI指数(图2),并与气象灾害统计年鉴的记录进行比较。根据SPEI指数计算结果,干旱总月数为168个,干旱频率为27.4%。其中轻旱、中旱、重旱、特旱月数分别为123、34、10和1个。SPEI为低值的典型干旱年份,如1963、1979、1987、1992、1998、2003、2006、2009、2010和2012年,与《中国气象灾害大典·云南卷》和《云南减灾年鉴》记录的干旱年份具有一致性,说明SPEI指数能够客观反映实际干旱情况。由于SPEI能反映增温引起的干旱程度变化,更加精确地刻画干旱,因此本文将采用SPEI指数进行红河流域气象干旱时空变化特征的分析。
3.2.1 年际变化
对1961-2012年红河流域年尺度的SPEI值进行M-K趋势检验发现,Z值为-1.69,说明流域表现出干旱化的趋势。由图3可知,红河流域有6个时段发生连续干旱,其中1962-1963、1979-1980、1992-1993年为2年连旱,1987-1989年为3年连旱,2003-2006年和2009-2012年为4年连旱。干旱严重的1980年和2012年为中旱,2009年为重旱。在0.05显著性水平的临界线内,UF、UB曲线相交于2009年,但未通过0.05的显著性水平检验,表明红河流域年尺度SPEI指数在研究时段内不存在显著突变点。从年尺度的SPEI指数的变化来看,2002年以后干旱的年份明显偏多,10年中有6年发生干旱,而且出现2009-2012年连续干旱,表明近10年来红河流域气象干旱频率明显增加。
图3 红河流域年尺度SPEI值变化特征及M-K突变检验
Fig.3 Annual SPEI time series and Mann-Kendall abrupt test
3.2.2 季节变化
图4为不同季节红河流域SPEI指数的年际变化及其M-K检验。红河流域春、夏、秋、冬季SPEI指数的Z值分别为1.05、-1.72、-1.71和-0.85,未能通过0.05的显著性水平检验,说明变化趋势并不显著。其中夏、秋两季SPEI值下降的变率较大,平均每10年分别下降0.116和0.117。由图4a可知,自1961年以来,春季SPEI指数呈波动上升,说明春季有变湿的趋势。在0.05显著性水平的临界线之间,UF和UB曲线相交于1967年,春季经历了由干变湿的转变。由图4b可知,1960s夏季是相对湿润时期,1974年由湿向干转变,之后UF值一直小于0,说明夏季呈现出变干的态势。由图4c可知,在0.05显著性水平的临界线之间,UF和UB曲线相交于2000年,说明从2000年开始秋季有干旱化的趋势。由图4d可知,2003年以前冬季UF值在0附近上下波动,2003年开始UF值一直小于0,说明从2003年开始冬季有变干的趋势。综上所述,红河流域春季表现出变湿的趋势,夏、秋、冬季表现出变干的趋势,但上述趋势均未通过0.05的显著性水平检验,说明变湿/干趋势不显著。
图4 红河流域春、夏、秋和冬季SPEI值变化特征及M-K突变检验
Fig.4 Seasonal SPEI time series and Mann-Kendall abrupt test
3.3.1 干旱趋势变化的空间格局
分别利用3、6和12个月尺度的SPEI指数来表示季节、干湿季和年尺度的干旱状况,并进行M-K趋势检验(图5)。从季节变化来看,春季普遍呈现出湿润化趋势(图5a),湿润化站点比例为79%,但仅有5%站点变化显著,主要分布在流域北部;干旱化的站点主要分布在流域东部地区。夏、秋、冬三季SPEI值变化整体以干旱化为主,干旱化显著站点分别占19%、23%和5%(图5b-5d)。由图5e和图5f可知,干季(11月-次年4月)大部分地区的SPEI值呈下降的趋势,但是趋势并不显著;湿季(5-10月)93%站点的SPEI值表现出下降的趋势,其中12%站点趋势显著。红河流域年尺度SPEI值变化普遍呈现出干旱化趋势,其中23%站点趋势显著,主要分布于流域东部地区及东南地区(图5g)。以上结果与王东等(2014)的研究结论“1960-2012年西南地区夏秋冬三季干旱化趋势明显、干旱化区域面积较大”相一致。
图5 红河流域不同时间尺度SPEI值趋势变化M-K检验
Fig.5 Mann-Kendall trend test of SPEI series at different temporal scales
3.3.2 干旱频率空间分布特征
图6为红河流域1961-2012年不同季节干旱频率的空间分布。由于受印度洋季风和东亚季风交汇影响,加之纵向岭谷地形的作用,使流域降水和气温分布具有局域性,从而导致不同季节干旱频率空间分布差异较大。春季干旱发生的频率在26.9%~42.3%之间,李仙江、元江上游以及南利河春旱频率较高,藤条江、元江下游和南溪河等地的春旱频率较低(图6a)。夏季干旱发生频率在23.1%~38.5%之间,夏旱高发区为流域南部地区,绿汁江等地频率较低(图6b)。秋季干旱发生频率在23.1%~40.4%之间,李仙江中下游、元江中下游及河南利河等地频率相对较高(图6c)。冬季干旱发生频率相对最高,介于25.5%~43.1%之间,除了盘龙河、南利河部分地区外,流域大部分地区冬季干旱发生频率都较高(图6d)。
图6 红河流域季节干旱频率空间分布
Fig.6 Spatial distribution of drought frequency for the spring, the summer, the autumn, and the winter
3.3.3 不同年代干旱影响范围变化
红河流域不同年代季节和年尺度干旱站次比统计结果如表1所示。由表1可知,春旱的范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱的范围表现出不同程度的增大趋势。2000年以来秋旱发生站次比为51.52%,达到了全域性干旱水平。从多年平均水平来看,春、冬季的站次比(33.53%和33.95%)要高于夏、秋季(31.79%和31.47%),说明红河流域冬春季的干旱影响范围相对较大。年旱的多年平均站次比为33.28%,整体上呈增加的趋势。近52年来站次比超过50%的有18年,其中1980、1988、2003、2009、2010、2011和2012年尤为严重,站次比均大于80%。从年旱的年代变化来看,1960s为部分区域性干旱,1970s和1990s为局域性干旱,1980s和2000s为区域性干旱,说明红河流域干旱影响范围较为严重。
表1 红河流域不同年代年、四季干旱站次比统计
Tab.1 Decadal average proportion of stations with annual and seasonal droughts since 1960 in
the Red River Basin
| 1960s | 1970s | 1980s | 1990s | 2000s | 1961-2012年 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 春旱 | 42.89 | 21.4 | 43.95 | 31.16 | 28.26 | 33.53 |
| 夏旱 | 18.60 | 25.35 | 44.65 | 27.44 | 42.93 | 31.79 |
| 秋旱 | 25.58 | 27.21 | 26.05 | 26.98 | 51.52 | 31.47 |
| 冬旱 | 31.98 | 35.35 | 33.26 | 28.37 | 40.79 | 33.95 |
| 年旱 | 29.97 | 23.49 | 41.40 | 24.65 | 46.87 | 33.28 |
对元江和李仙江年尺度的SDI指数进行M-K趋势检验发现,Z值分别为-1.48和-2.44,说明流域水文干旱有加剧的态势,其中李仙江SDI值变化通过0.05的显著性水平检验。由图7可知,元江和李仙江5个时段为水文干旱多发期,分别为1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年。元江UF、UB曲线在0.05显著性水平的临界线内相交于2009年,但未通过0.05的显著性水平检验。李仙江UF曲线从1975年开始呈现出下降的趋势,且在2010年以后超过了0.05显著性水平的临界线,说明下降趋势显著。由UF、UB曲线交点可知,李仙江年尺度SDI指数在2000年以后经历了下降的突变。从年尺度的SDI指数的变化来看,元江和李仙江2002年以后水文干旱的年份明显偏多,2003-2013年中就有9年发生干旱,而且出现2009-2013年连续干旱,表明近10年来红河流域水文干旱频率明显增加。
分别计算元江流域和李仙江流域不同时间尺度的SPEI和SDI指数,并进行相关分析。结果显示,元江流域1、3、6和12个月时间尺度的SPEI和SDI指数的相关系数分别为0.64、0.73、0.80和0.86;李仙江流域则分别为0.51、0.66、0.78和0.83,以上相关系数均通过0.01的显著性水平检验,说明红河流域气象干旱和水文干旱在12个月时间尺度的相关性最好。已有研究表明,12个月尺度的SPI/SPEI通常与河川径流量、地下水含量和水库蓄水量密切相关(World Meteorological Organization, 2012)。由图8可知,元江和李仙江出现水文干旱时都会有气象干旱发生,但是在气象干旱的历时较短或强度较小的情况下,气象干旱并不一定会引发水文干旱。另外,元江和李仙江水文干旱相对于气象干旱有一定的滞后性。通过分析典型气象干旱和水文干旱事件的发生时间,发现元江水文干旱滞后于气象干旱1~6个月,而李仙江则介于1~8个月之间。为进一步探讨水文干旱与气象干旱的时滞性,分别取同期、滞后1个月、滞后2个月……12个月作为时间梯度,计算SDI-12和SPEI-12相关系数,取最大相关系数对应的时间梯度作为滞后时间。结果表明,元江和李仙江的最大相关系数出现在时滞1个月的时间尺度上,说明红河流域水文干旱对气象干旱的响应在滞后1个月的时候最为敏感。
图7 元江和李仙江SDI指数变化趋势M-K检验
Fig.7 Annual SDI time series and Mann-Kendall abrupt test for the Yuanjiang River (a) and the Lixianjiang River (b)
图8 元江和李仙江SDI-12和SPEI-12变化比较
Fig.8 Comparison of SDI-12 and SPEI-12 variations for the Yuanjiang River (a) and the Lixianjiang River (b)
为进一步探讨气象干旱和水文干旱之间的关系,基于12个月尺度的SPEI和SDI指数,利用游程理论分别统计元江和李仙江的典型气象干旱事件和水文干旱事件的历时、干旱严重程度和干旱强度。以2009-2012年的干旱事件为例,元江气象干旱的历时、严重程度、强度分别为43月、52.87和1.23,对应的水文干旱特征分别为41月、77.65和1.89。由图9可知,元江与李仙江气象干旱和水文干旱的历时、严重程度和强度之间具有明显的相关性(P<0.05),说明水文干旱和气象干旱关系密切。两者的干旱历时相关性最好,干旱严重程度次之,干旱强度最小。
图9 元江和李仙江典型气象干旱和水文干旱事件的历时、严重程度和强度的相关性
Fig.9 Relationship between durations, magnitudes, and intensities of meteorological and hydrological droughts ofthe Yuanjiang River and the Lixianjiang River
红河流域受印度洋季风、东亚季风和高原季风的影响,不同年份季风强弱、影响范围和雨季开始迟早是决定干旱的主要气候背景。降水减少和气温升高加剧了流域干旱发展。研究表明,1961年来红河流域气温呈显著增加趋势(0.16 ℃/10a),降水则呈不显著的减少趋势(14 mm/10a),连续最大无雨日数增加和降水集中度加剧(Li et al, 2015)。地形也是造成流域干旱发生的主要因素。流域内岭谷交错,垂直变化较大,南北向山脉对气流的阻隔作用导致焚风效应明显,河谷地区干热少雨,干旱较为严重。从水文干旱形成机制来看,大气环流异常导致降水减少引发气象干旱,气象干旱引起土壤含水量降低和包气带水分消耗加快,进而影响地表水和地下水的补给,诱发水文干旱。除气象干旱外,人类活动也是水文干旱的驱动因素之一。人类活动通过干扰下垫面,改变了水循环过程,影响水文干旱形成过程的水分收入和支出项(裴源生等, 2013)。目前红河流域水资源开发利用程度总体尚低,元江、李仙江、盘龙河2013年水资源开发利用率仅为8.5%、2.9%和5.9%。随着流域社会经济发展,下垫面受到不同程度的干扰,对流域水文过程有一定的影响。如上游干支流梯级电站在一定程度上改变了天然径流的时间分布规律,不过由于目前已建梯级电站库容较小,调节能力有限,对水文干旱影响不大。综上所述,气象干旱是红河流域水文干旱的主要驱动力,人类活动对水文干旱的影响相对次要。
本文采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析红河流域气象干旱和水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。主要结论如下：
(1) 1961-2012年期间流域整体上表现干旱化的趋势。从季节上看,大部分地区春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势均不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。春旱影响范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱影响范围表现出不同程度的扩大 趋势。
(2) 1956-2013年期间流域水文干旱表现出加剧的趋势。其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来水文干旱出现频率明显增加。
(3) 流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月。典型气象、水文干旱事件的历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性;流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力,人类活动对水文干旱的影响相对较小。
红河流域是干旱频率发生较高的区域,近年来愈加严重。由于越南约2/3的水资源依赖于邻国,水资源对外依赖度较高,因此对跨境水资源变化尤为关注。中国出境径流量约占红河径流总量的39%,受气候变化的影响,近50年来河川径流变化呈减少的趋势。加之径流年内分配不均,旱季径流量仅占20%,加剧了水资源供需矛盾。在此背景下,流域遭遇气象水文干旱造成径流减少,将加剧水资源短缺。如2010年全流域遭遇严重干旱,越南红河水位降至百年最低,对红河三角洲的农业灌溉、渔业、航运等产生巨大影响,有越南学者认为中国上游的梯级水电开发加剧了下游的干旱(Giang et al, 2013)。因此,有必要从全流域尺度出发,开展极端水文事件对气候变化的响应与预测研究,为国际河流跨境水资源合作管理等提供科学依据。
The authors have declared that no competing interests exist.
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基于标准化降水、径流指数的黄河流域近50年气象水文干旱演变分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2015.03.014 URL 摘要
针对黄河流域近年来干旱频繁发 生和水资源匮乏状况,基于1961-2010年黄河流域146个气象站的逐月降水和干流6个水文站的逐月径流资料,采用标准降水指数(SPI)、标准流量 指数(SDI)及其相关评估指标,运用趋势、时滞互相关等气候学分析方法,分析了近50年黄河流域气象和水文干旱时空变化特征。结果表明:全流域年气象干 旱表现出加剧趋势,且中游干旱化较突出。中游春旱、全流域秋旱和上、下游夏旱均呈加剧趋势,而全流域冬旱出现减轻态势,以上游较突出。沿干流从上游至下游 水文干旱呈加重趋势,且自1990s后期开始水文干旱的发生更加频繁,干旱等级也越来越高。流域水文干旱主要与流域干旱、半干旱气候区的气象干旱有1~5 个月的滞时。
Analysis of meteorological and hydrological drought in the Yellow River Basin during the past 50 years based on SPI and SDI [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2015.03.014 URL 摘要
针对黄河流域近年来干旱频繁发 生和水资源匮乏状况,基于1961-2010年黄河流域146个气象站的逐月降水和干流6个水文站的逐月径流资料,采用标准降水指数(SPI)、标准流量 指数(SDI)及其相关评估指标,运用趋势、时滞互相关等气候学分析方法,分析了近50年黄河流域气象和水文干旱时空变化特征。结果表明:全流域年气象干 旱表现出加剧趋势,且中游干旱化较突出。中游春旱、全流域秋旱和上、下游夏旱均呈加剧趋势,而全流域冬旱出现减轻态势,以上游较突出。沿干流从上游至下游 水文干旱呈加重趋势,且自1990s后期开始水文干旱的发生更加频繁,干旱等级也越来越高。流域水文干旱主要与流域干旱、半干旱气候区的气象干旱有1~5 个月的滞时。
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水文干旱指标研究进展综述 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4179.2013.07.003 URL [本文引用: 1] 摘要
随着气候变化及其极端气候事件 的频繁出现,对抗击干旱灾害的决策服务能力和管理水平提出了更高要求。在介绍干旱研究的背景、干旱基本状况及其分类的基础上,系统总结了国内外水文干旱指 标及干旱预警等级的研究成果。分析了我国水文干旱研究存在的不足,以及将来可能的研究方向,建立了以反映机理分布式水文模型为主的一主多辅综合性水文干旱 指标。分析表明,建立以旱限水位为干旱预警的全国干旱预警体系是今后的发展方向。
Review on research of hydrological drought index [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4179.2013.07.003 URL [本文引用: 1] 摘要
随着气候变化及其极端气候事件 的频繁出现,对抗击干旱灾害的决策服务能力和管理水平提出了更高要求。在介绍干旱研究的背景、干旱基本状况及其分类的基础上,系统总结了国内外水文干旱指 标及干旱预警等级的研究成果。分析了我国水文干旱研究存在的不足,以及将来可能的研究方向,建立了以反映机理分布式水文模型为主的一主多辅综合性水文干旱 指标。分析表明,建立以旱限水位为干旱预警的全国干旱预警体系是今后的发展方向。
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黑河上游气象与水文干旱指数时空变化特征对比分析 [J].URL 摘要
干旱具有成因复杂、影响范围广等特点，全球气候变化等因素使得干旱发生的频率日益增加。干旱指数是定量化干旱的工具，可用来分析干旱频率、程度及其时空变化特征。本文选取标准降水指数（SPI）与水文干湿指数这两个指标分别代表气象干旱指数与水文干旱指数，利用西北干旱区黑河上游祁连、野牛沟、托勒和肃南4个气象站1968-2009年的降水数据，采用子流域划分和空间插值等方法，分月、季节和年尺度计算出各站气象干旱指数及相应年份的水文干旱指数，并对两者进行了对比分析。结果表明：标准降水指数SPI与水文干湿指数都对干旱反应灵敏，均能较准确地发现和评价干旱，且二者在年尺度上以及空间上都具有较好的一致性；但在月尺度上，因水文循环过程，水文干旱滞后于气象干旱。
Analysis and comparison of spatial and temporal patterns of meteorological and hydrological drought indices in the upper reach of the Heihe River watershed, Northwest China [J].URL 摘要
干旱具有成因复杂、影响范围广等特点，全球气候变化等因素使得干旱发生的频率日益增加。干旱指数是定量化干旱的工具，可用来分析干旱频率、程度及其时空变化特征。本文选取标准降水指数（SPI）与水文干湿指数这两个指标分别代表气象干旱指数与水文干旱指数，利用西北干旱区黑河上游祁连、野牛沟、托勒和肃南4个气象站1968-2009年的降水数据，采用子流域划分和空间插值等方法，分月、季节和年尺度计算出各站气象干旱指数及相应年份的水文干旱指数，并对两者进行了对比分析。结果表明：标准降水指数SPI与水文干湿指数都对干旱反应灵敏，均能较准确地发现和评价干旱，且二者在年尺度上以及空间上都具有较好的一致性；但在月尺度上，因水文循环过程，水文干旱滞后于气象干旱。
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红河流域1960-2007年极端降水事件的时空变化特征 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.11.010 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>利用中国境内红河流域23个气象站点1960-2007年的逐日降水数据,基于极端降水指数分析流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:极端降水频次和强度表现出从东南向西北递减的特征,高值区分布在江城-绿春-金平-河口一线以南,低值区分布在巍山-南涧-弥渡一线以北及元江中游河谷;极端降水频次峰值出现在7月,汛期极端降水出现频次占全年的91.48%。1960-2007年期间,极端降水指数均表现出上升趋势,其中,极端降水贡献率和平均日降水强度上升趋势较为显著,线性趋势值分别为0.68%·(10 a)<sup>-1</sup>和0.17 mm·d<sup>-1</sup>·(10 a)<sup>-1</sup>。除了平均日降水强度整体上表现出上升的趋势外,其余5个极端降水指数趋势变化具有空间差异性,增加的站点大多分布在李仙江上游、 元江中上游和藤条江流域,减小的站点大多分布在李仙江下游、 元江下游和盘龙河流域。</p>
Spatial and temporal variations of extreme precipitation events in the Red River Basin during 1960-2007 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.11.010 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>利用中国境内红河流域23个气象站点1960-2007年的逐日降水数据,基于极端降水指数分析流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:极端降水频次和强度表现出从东南向西北递减的特征,高值区分布在江城-绿春-金平-河口一线以南,低值区分布在巍山-南涧-弥渡一线以北及元江中游河谷;极端降水频次峰值出现在7月,汛期极端降水出现频次占全年的91.48%。1960-2007年期间,极端降水指数均表现出上升趋势,其中,极端降水贡献率和平均日降水强度上升趋势较为显著,线性趋势值分别为0.68%·(10 a)<sup>-1</sup>和0.17 mm·d<sup>-1</sup>·(10 a)<sup>-1</sup>。除了平均日降水强度整体上表现出上升的趋势外,其余5个极端降水指数趋势变化具有空间差异性,增加的站点大多分布在李仙江上游、 元江中上游和藤条江流域,减小的站点大多分布在李仙江下游、 元江下游和盘龙河流域。</p>
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地缘合作中的陆疆跨境生态安全及调控 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2015.05.009 URL [本文引用: 1] 摘要
新世纪以来,随着经济全球化和区域地缘政治经济合作的加强,世界 各国的持续发展不仅日益高度依存,相互间对资源与环境的竞争也日益加剧,使跨境资源和环境因素的影响渗入到国家安全、国际经济和贸易等各个层面.在此背景 下,毗邻国家间围绕国际河流开发的地缘合作发展最为迅速,导致陆疆跨境生态安全问题突出,广受关注.本文从跨境水资源利用、沿边境土地变化特征、生物跨境 入侵等方面系统分析了中国地缘合作中的主要陆疆跨境生态安全问题及其研究进展,总结了基于水、陆生态系统跨境生态安全科学调控的主要机制与成效.结果表 明:陆疆跨境生态问题呈现出以跨境水问题为核心,土地等自然资源利用、动植物保护与生物入侵防控、灾害监测与预防等多方面多层次发展的态势,跨境问题与全 球变化相互交织,在某些区域呈现加剧的趋势.创新安全理念,进行深度地缘合作已成为应对跨境生态安全问题主流思维.本文结合“推动共建丝绸之路经济带和 21世纪海上丝绸之路的愿景与行动”,从“一带一路”沿途跨境水安全、入境河流水安全污染、流域环境风险以及大型工程的交互影响等方面展望了未来需要重点 加强研究和调控的陆疆跨境生态安全问题.
Transboundary eco-security regulation for geopolitical cooperation in land border areas [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2015.05.009 URL [本文引用: 1] 摘要
新世纪以来,随着经济全球化和区域地缘政治经济合作的加强,世界 各国的持续发展不仅日益高度依存,相互间对资源与环境的竞争也日益加剧,使跨境资源和环境因素的影响渗入到国家安全、国际经济和贸易等各个层面.在此背景 下,毗邻国家间围绕国际河流开发的地缘合作发展最为迅速,导致陆疆跨境生态安全问题突出,广受关注.本文从跨境水资源利用、沿边境土地变化特征、生物跨境 入侵等方面系统分析了中国地缘合作中的主要陆疆跨境生态安全问题及其研究进展,总结了基于水、陆生态系统跨境生态安全科学调控的主要机制与成效.结果表 明:陆疆跨境生态问题呈现出以跨境水问题为核心,土地等自然资源利用、动植物保护与生物入侵防控、灾害监测与预防等多方面多层次发展的态势,跨境问题与全 球变化相互交织,在某些区域呈现加剧的趋势.创新安全理念,进行深度地缘合作已成为应对跨境生态安全问题主流思维.本文结合“推动共建丝绸之路经济带和 21世纪海上丝绸之路的愿景与行动”,从“一带一路”沿途跨境水安全、入境河流水安全污染、流域环境风险以及大型工程的交互影响等方面展望了未来需要重点 加强研究和调控的陆疆跨境生态安全问题.
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干旱演变驱动机制理论框架及其关键问题 [J].
干旱演变驱动机制是科学认识干旱问题和制定有效防旱抗旱政策的理论基础。针对气象干旱、水文干旱和农业干旱3种干旱类型,分别分析了其形成过程,并阐述了其之间的关系;采用"驱动力-压力-状态-响应"模式构建了干旱演变驱动机制总体研究框架,并探讨了干旱演变驱动力系统构成、干旱演变驱动机制、变化环境下干旱演变规律及其响应等关键科学问题。
Theoretical framework of drought evolution driving mechanism and the key problems [J].
干旱演变驱动机制是科学认识干旱问题和制定有效防旱抗旱政策的理论基础。针对气象干旱、水文干旱和农业干旱3种干旱类型,分别分析了其形成过程,并阐述了其之间的关系;采用"驱动力-压力-状态-响应"模式构建了干旱演变驱动机制总体研究框架,并探讨了干旱演变驱动力系统构成、干旱演变驱动机制、变化环境下干旱演变规律及其响应等关键科学问题。
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基于SPEI的西南地区近53a干旱时空特征分析 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2014.06.009 URL 摘要
论文基于标准化降水蒸散指数 (SPEI),统计分析西南地区128个测站1960—2012年的气象数据,从干旱年际变化趋势、四季变化趋势、干旱强度、干旱事件频次、干旱频率以及 与ENSO的关系,对西南地区近半个世纪的干旱时空特征进行了分析。结果表明:①西南地区及子区域近53 a来呈干旱化趋势,21世纪初干旱发生最频繁,干旱强度、极端干旱及中等干旱的频次均呈增加趋势;②四季大部分区域呈干旱化趋势,以秋季最为突出;③春 季,干旱发生频率最高且集中在横断山地、四川盆地东部和云贵高原中部,夏季,横断山地北部、若尔盖高原和广西丘陵西北部易发生干旱,秋季,云贵高原、广西 丘陵及四川盆地部分区域干旱频率较高,冬季,干旱易发区集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一线;④各区域四季的干旱指数与ENSO指数相关性不同,并且 ENSO事件强度与四川盆地和横断山地的SPEI在年变化趋势方面存在明显负相关,与其他区域呈正相关。此外,西南地区在厄尔尼诺年和拉尼娜年都会出现干 旱,但前者爆发干旱灾害的概率比后者高。而且各区域存在差异,四川盆地、若尔盖高原在厄尔尼诺年易发生干旱,而云贵高原在拉尼娜年发生频率较高,广西丘 陵、横断山地没有明显规律和特征。
Temporal and spatial distributions of drought in Southwest China over the past 53 years based on Standardized Precipitation Evapotranspiration Index [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2014.06.009 URL 摘要
论文基于标准化降水蒸散指数 (SPEI),统计分析西南地区128个测站1960—2012年的气象数据,从干旱年际变化趋势、四季变化趋势、干旱强度、干旱事件频次、干旱频率以及 与ENSO的关系,对西南地区近半个世纪的干旱时空特征进行了分析。结果表明:①西南地区及子区域近53 a来呈干旱化趋势,21世纪初干旱发生最频繁,干旱强度、极端干旱及中等干旱的频次均呈增加趋势;②四季大部分区域呈干旱化趋势,以秋季最为突出;③春 季,干旱发生频率最高且集中在横断山地、四川盆地东部和云贵高原中部,夏季,横断山地北部、若尔盖高原和广西丘陵西北部易发生干旱,秋季,云贵高原、广西 丘陵及四川盆地部分区域干旱频率较高,冬季,干旱易发区集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一线;④各区域四季的干旱指数与ENSO指数相关性不同,并且 ENSO事件强度与四川盆地和横断山地的SPEI在年变化趋势方面存在明显负相关,与其他区域呈正相关。此外,西南地区在厄尔尼诺年和拉尼娜年都会出现干 旱,但前者爆发干旱灾害的概率比后者高。而且各区域存在差异,四川盆地、若尔盖高原在厄尔尼诺年易发生干旱,而云贵高原在拉尼娜年发生频率较高,广西丘 陵、横断山地没有明显规律和特征。
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标准化降水蒸散指数在中国干旱监测的适用性分析 [J].https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00048 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>针对国际上最新提出的干旱指数——标准化降水蒸散指数（SPEI），从拟合优度检验、对历史干旱事件的刻画、以及SPEI与SPI、PDSI指数的关系角度出发，全面分析了SPEI指数在中国区域的适用性。结果表明，只有在冬季且时间尺度小于3个月时，新疆南部、西藏西北部和华北至河套地区的样本不服从Log—logistic分布；而在冬季且时间尺度大于3个月以及夏季的任何时间尺度，中国范围的样本都符合Log—logistic分布，所得SPEI指数可靠。SPEI指数能够准确刻画几次特大干旱事件的地域中心、影响范围和强度。与SPI指数相比，SPEI指数引入了影响干旱的潜在蒸发项，能够更精确地刻画干旱。而与PDSI指数相比，SPEI指数具有多时间尺度特征，计算更简便。</p>
Applicability analysis of Standardized Precipitation Evapotranspiration Index in drought monitoring in China [J].https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00048 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>针对国际上最新提出的干旱指数——标准化降水蒸散指数（SPEI），从拟合优度检验、对历史干旱事件的刻画、以及SPEI与SPI、PDSI指数的关系角度出发，全面分析了SPEI指数在中国区域的适用性。结果表明，只有在冬季且时间尺度小于3个月时，新疆南部、西藏西北部和华北至河套地区的样本不服从Log—logistic分布；而在冬季且时间尺度大于3个月以及夏季的任何时间尺度，中国范围的样本都符合Log—logistic分布，所得SPEI指数可靠。SPEI指数能够准确刻画几次特大干旱事件的地域中心、影响范围和强度。与SPI指数相比，SPEI指数引入了影响干旱的潜在蒸发项，能够更精确地刻画干旱。而与PDSI指数相比，SPEI指数具有多时间尺度特征，计算更简便。</p>
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云南气象灾害特征及成因分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2004.06.014 URL 摘要
用1950～1999年气象灾害资料,分析云南气象灾害的主要特 征,具有种类多、频率高、重叠交错;分布广、季节性、区域性突出;成灾面积小、累积损失大的特征.指出地理环境、气候、人类活动是形成云南气象灾害的主要 原因.特殊的低纬高原、邻近热带海洋、地形地貌复杂、山高坡陡、植被少、降雨集中、地质构造复杂、断裂活动强烈是形成云南气象灾害的地理环境因素.季风强 弱与冬夏大气环流差异是决定云南气象灾害的主要气候背景.人口剧增,垦植过度,滥伐森林,水土流失严重指出是加剧云南气象灾害频繁发生和损失严重的主要人 为因素,提出了云南气象灾害的防灾减灾对策.
Characteristics and formation mechanism of weather disasters in Yunnan Province [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2004.06.014 URL 摘要
用1950～1999年气象灾害资料,分析云南气象灾害的主要特 征,具有种类多、频率高、重叠交错;分布广、季节性、区域性突出;成灾面积小、累积损失大的特征.指出地理环境、气候、人类活动是形成云南气象灾害的主要 原因.特殊的低纬高原、邻近热带海洋、地形地貌复杂、山高坡陡、植被少、降雨集中、地质构造复杂、断裂活动强烈是形成云南气象灾害的地理环境因素.季风强 弱与冬夏大气环流差异是决定云南气象灾害的主要气候背景.人口剧增,垦植过度,滥伐森林,水土流失严重指出是加剧云南气象灾害频繁发生和损失严重的主要人 为因素,提出了云南气象灾害的防灾减灾对策.
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基于SPEI的中国西南地区1961-2012年干旱变化特征分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-1719.2013.03.006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
利用1961—2012年中国西南地区86个气象站逐月降水量和平均气温资料，引入一个新的干旱指数——标准化降水蒸散指数（SPEI）作为干旱等级划分指标，研究了1961—2012年该地区不同时间尺度干旱的变化特征。结果表明：该地区12个月尺度干旱频率在云贵交界区呈显著增加趋势，其他区域变化不显著且不一致；少雨期（11—4月）6个月尺度干旱频率在全区显著增加，而在多雨期（5—10月）大部分区域干旱频率呈缓慢减少趋势，减少最明显的区域在四川南部；3个月尺度干旱频率在春季变化不明显，在秋季和冬季显著增加，其中2000—2012年的增加趋势尤为显著，干旱化趋势严重。
Characteristics of drought variations in Southwest China in 1961-2012 based on SPEI [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-1719.2013.03.006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
利用1961—2012年中国西南地区86个气象站逐月降水量和平均气温资料，引入一个新的干旱指数——标准化降水蒸散指数（SPEI）作为干旱等级划分指标，研究了1961—2012年该地区不同时间尺度干旱的变化特征。结果表明：该地区12个月尺度干旱频率在云贵交界区呈显著增加趋势，其他区域变化不显著且不一致；少雨期（11—4月）6个月尺度干旱频率在全区显著增加，而在多雨期（5—10月）大部分区域干旱频率呈缓慢减少趋势，减少最明显的区域在四川南部；3个月尺度干旱频率在春季变化不明显，在秋季和冬季显著增加，其中2000—2012年的增加趋势尤为显著，干旱化趋势严重。
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元江—红河干流径流时序特性及突变分析 [J].
<p>以元江干流主要控制性水文站蛮耗站在1956～2000年观测记录共45年的径流量序列数据为基础，运用MannKendall、有序聚类和累积距平等统计方法分析元江径流分布规律及其变化的基本特征。结果表明：实测径流年内分配不均，年际变化不大，年径流变差系数为0263。实测径流量序列存在明显的阶段性和缓慢上升趋势。对元江实测径流序列进行还原处理得到天然径流量，发现其与实测径流的差异不大，多年平均水资源耗水量仅占天然径流量的292%。年径流量和径流系数在1965年和1994年前后都发生两次增加突变；而年降水量与流域年蒸散发量没有发生突变。归一化植被植物变化表明元江干流植被覆盖在1993年左右被破坏较为严重。因此，得出径流变化趋势主要与降雨有关，两次突变主要受人类对下垫面改变的影响。</p>
Analysis on the runoff distribution and the variability in the downstream of Honghe River [J].
<p>以元江干流主要控制性水文站蛮耗站在1956～2000年观测记录共45年的径流量序列数据为基础，运用MannKendall、有序聚类和累积距平等统计方法分析元江径流分布规律及其变化的基本特征。结果表明：实测径流年内分配不均，年际变化不大，年径流变差系数为0263。实测径流量序列存在明显的阶段性和缓慢上升趋势。对元江实测径流序列进行还原处理得到天然径流量，发现其与实测径流的差异不大，多年平均水资源耗水量仅占天然径流量的292%。年径流量和径流系数在1965年和1994年前后都发生两次增加突变；而年降水量与流域年蒸散发量没有发生突变。归一化植被植物变化表明元江干流植被覆盖在1993年左右被破坏较为严重。因此，得出径流变化趋势主要与降雨有关，两次突变主要受人类对下垫面改变的影响。</p>
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基于标准水资源指数(SWRI)的流域水文干旱评估: 以海河北系为例 [J].https://doi.org/10.13243/j.cnki.slxb.20140844 Magsci [本文引用: 1] 摘要
构建了一个新的水文干旱评估指标——标准水资源指数(SWRI),结合分布式水循环模型、Copula函数及统计检验等方法,形成了一套完整的水文干旱识别、评估及特征分析的基本框架。以海河北系为例,定量识别了1956—2009年间的水文干旱事件,并对其干旱特征及变化规律进行了剖析。结果表明:海河北系近54年发生的34 次水文干旱主要集中在短历时、低强度、小面积区间内,空间上主要分布在张家口、大同及北京等地区;干旱指标的联动关系上,干旱历时、强度与面积指标间呈显著的线性或指数相关关系,90%的水文干旱历时低于40个月、干旱面积占比不超过43%,干旱强度低于9.0;在给定的干旱特征指标值(如干旱面积)条件下,另一干旱指标值越大(如强度越大)干旱发生概率越小,且存在明显的特征区间;单变量水文干旱重现期介于联合重现期和同现重现期之间。
Hydrological drought assessment in the river basin based on Standard Water Resources Index(SWRI): A case study on the Northern Haihe River [J].https://doi.org/10.13243/j.cnki.slxb.20140844 Magsci [本文引用: 1] 摘要
构建了一个新的水文干旱评估指标——标准水资源指数(SWRI),结合分布式水循环模型、Copula函数及统计检验等方法,形成了一套完整的水文干旱识别、评估及特征分析的基本框架。以海河北系为例,定量识别了1956—2009年间的水文干旱事件,并对其干旱特征及变化规律进行了剖析。结果表明:海河北系近54年发生的34 次水文干旱主要集中在短历时、低强度、小面积区间内,空间上主要分布在张家口、大同及北京等地区;干旱指标的联动关系上,干旱历时、强度与面积指标间呈显著的线性或指数相关关系,90%的水文干旱历时低于40个月、干旱面积占比不超过43%,干旱强度低于9.0;在给定的干旱特征指标值(如干旱面积)条件下,另一干旱指标值越大(如强度越大)干旱发生概率越小,且存在明显的特征区间;单变量水文干旱重现期介于联合重现期和同现重现期之间。
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基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布 [J].https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.09.008 URL [本文引用: 1] 摘要
以渭河流域为例,从流域水文循环的角度出发,在SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型和Palmer干旱指数(Palmer Drought Severity Index)原理的基础上提出了干旱分析模型SWAT-PDSI,对渭河流域干旱的时空演变规律和发生频率进行了分析。研究结果表明:1经率定和验证的SWAT模型能够较好地模拟渭河流域的水文变化过程;2利用SWAT-PDSI对典型干旱事件(1995年干旱)的评估结果显示,该模型能较好地反映渭河流域干旱的时空差异和变化规律;3渭河流域、渭河干流和泾河流域均表现为变干的趋势,而北洛河流域表现为变湿的趋势,但均未通过95%的置信水平检验;4渭河流域多数子流域的SWAT-PDSI多年平均值处于-1~1,说明该流域多数地区处于正常状态;5渭河流域北部的北洛河流域和泾河流域的上游地区易发生干旱,发生中等以上、严重以上和极端干旱事件的频率最高。
Spatiotemporal patterns of droughts based on SWAT model for the Weihe River Basin [J].https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.09.008 URL [本文引用: 1] 摘要
以渭河流域为例,从流域水文循环的角度出发,在SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型和Palmer干旱指数(Palmer Drought Severity Index)原理的基础上提出了干旱分析模型SWAT-PDSI,对渭河流域干旱的时空演变规律和发生频率进行了分析。研究结果表明:1经率定和验证的SWAT模型能够较好地模拟渭河流域的水文变化过程;2利用SWAT-PDSI对典型干旱事件(1995年干旱)的评估结果显示,该模型能较好地反映渭河流域干旱的时空差异和变化规律;3渭河流域、渭河干流和泾河流域均表现为变干的趋势,而北洛河流域表现为变湿的趋势,但均未通过95%的置信水平检验;4渭河流域多数子流域的SWAT-PDSI多年平均值处于-1~1,说明该流域多数地区处于正常状态;5渭河流域北部的北洛河流域和泾河流域的上游地区易发生干旱,发生中等以上、严重以上和极端干旱事件的频率最高。
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Drought under global warming: A review [J].https://doi.org/10.1002/wcc.81 URL [本文引用: 1] 摘要
ABSTRACT This article reviews recent literature on drought of the last millennium, followed by an update on global aridity changes from 1950 to 2008. Projected future aridity is presented based on recent studies and our analysis of model simulations. Dry periods lasting for years to decades have occurred many times during the last millennium over, for example, North America, West Africa, and East Asia. These droughts were likely triggered by anomalous tropical sea surface temperatures (SSTs), with La Niña-like SST anomalies leading to drought in North America, and El-Niño-like SSTs causing drought in East China. Over Africa, the southward shift of the warmest SSTs in the Atlantic and warming in the Indian Ocean are responsible for the recent Sahel droughts. Local feedbacks may enhance and prolong drought. Global aridity has increased substantially since the 1970s due to recent drying over Africa, southern Europe, East and South Asia, and eastern Australia. Although El Niño-Southern Oscillation (ENSO), tropical Atlantic SSTs, and Asian monsoons have played a large role in the recent drying, recent warming has increased atmospheric moisture demand and likely altered atmospheric circulation patterns, both contributing to the drying. Climate models project increased aridity in the 21st century over most of Africa, southern Europe and the Middle East, most of the Americas, Australia, and Southeast Asia. Regions like the United States have avoided prolonged droughts during the last 50 years due to natural climate variations, but might see persistent droughts in the next 20–50 years. Future efforts to predict drought will depend on models' ability to predict tropical SSTs. WIREs Clim Change 2011 2 45–65 DOI: 10.1002/wcc.81For further resources related to this article, please visit the WIREs website
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Increasing drought under global warming in observations and models [J].https://doi.org/10.1038/NCLIMATE1633 Magsci [本文引用: 1] 摘要
Historical records of precipitation, streamflow and drought indices all show increased aridity since 1950 over many land areas(1,2). Analyses of model-simulated soil moisture(3,4), drought indices(1,5,6) and precipitation-minus-evaporation(7) suggest increased risk of drought in the twenty-first century. There are, however, large differences in the observed and model-simulated drying patterns(1,2,6). Reconciling these differences is necessary before the model predictions can be trusted. Previous studies(8-12) show that changes in sea surface temperatures have large influences on land precipitation and the inability of the coupled models to reproduce many observed regional precipitation changes is linked to the lack of the observed, largely natural change patterns in sea surface temperatures in coupled model simulations(13). Here I show that the models reproduce not only the influence of El Nino-Southern Oscillation on drought over land, but also the observed global mean aridity trend from 1923 to 2010. Regional differences in observed and model-simulated aridity changes result mainly from natural variations in tropical sea surface temperatures that are often not captured by the coupled models. The unforced natural variations vary among model runs owing to different initial conditions and thus are irreproducible. I conclude that the observed global aridity changes up to 2010 are consistent with model predictions, which suggest severe and widespread droughts in the next 30-90 years over many land areas resulting from either decreased precipitation and/or increased evaporation.
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Climate change challenges transboundary water resources management: Drawing from the case of vietnam [ |
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Review: China’s transboundary waters: New paradigms for water and ecological security through applied ecology research [J]. |
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Uncertainties in assessing hydrological drought using Streamflow Drought Index for the upper Yangtze River Basin [J].https://doi.org/10.1007/s00477-014-0949-5 URL [本文引用: 3] 摘要
Drought is an environmental disaster which is frequently and world-widely occurred in recent years. Precisely assessment and prediction of drought is important for water resources planning and management. Sampling uncertainty commonly exists in frequency analysis-based hydrological drought assessment due to the limited length of observed data series. Based on the daily streamflow data of the Yichang hydrological station from 1882 to 2009, the streamflow drought index (SDI) series with 12-month time scale was calculated and the hydrological drought of the upper Yangtze River was assessed. By employing the bootstrap method, the impact of sample size on the sampling uncertainty of the SDI was analyzed. The longer record is used to derive the SDI, the narrower the shifting ranges of the parameters of the streamflow volume probability distribution functions and corresponding interval estimators of SDI are. The upper Yangtze River basin has experienced successive alternation of wet and dry years, and the spring seems to be the driest season within a year. The current difficulty in fighting against increasing droughts in upper Yangtze River basin is upgrading. Considering the possible misjudgment of drought degree results from the sampling uncertainty, attention should be paid to the preparation of drought relief strategies in order to reduce the potential losses.
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Variability of extreme precipitation over Yunnan Province, China, 1960-2012 [J]. |
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Spatial and temporal variation of runoff of Red River Basin in Yunnan [J].https://doi.org/10.1007/s11442-008-0308-x Magsci [本文引用: 2] 摘要
<a name="Abs1"></a>This paper studies the variation of runoff of Red River Basin and discusses the influence of “corridor-barrier” functions of valleys and mountains on variation of runoff by using GIS and statistic methods based on the monthly precipitation, temperature and evaporation data from 1960 to 2000 at 32 meteorological stations in Red River Basin, and the annual runoff data of Yuanjiang River, Lixian River and Panlong River from 1956 to 2000. The results show out: (1) Under the effect of “corridor-barrier” functions of valleys and mountains in Red River Basin, the patterns of annual precipitation and runoff depth distribution in spatial change a NW-SE direction, which is similar with the trend of the Red River valley and Ailao mountains. (2) In the long temporal scale averaged over years, the most obvious effects of the “corridor-barrier” functions is on runoff variation, and the second is on the precipitation, but not obvious on the temperature. (3) Under the superposed effect of climate changes and the “corridor-barrier” functions of valleys and mountains in Red River Basin, the difference of runoff variation is obvious in the east-west direction: the runoff variation of Yuanjiang River along the Red River Fault present an ascending trend, but the Lixian River on the west side of the Fault and the Panlong River on the east present a descending trend; the annual runoff in Yuanjiang River and Panlong River had a quasi-5a periods, and Panlong River had a quasi-8a periods; the runoff variation are quite inconsistent in different periods among the three river basins.
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A review of drought concepts [J].https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.07.012 URL [本文引用: 3] 摘要
Owing to the rise in water demand and looming climate change, recent years have witnessed much focus on global drought scenarios. As a natural hazard, drought is best characterized by multiple climatological and hydrological parameters. An understanding of the relationships between these two sets of parameters is necessary to develop measures for mitigating the impacts of droughts. Beginning with a discussion of drought definitions, this paper attempts to provide a review of fundamental concepts of drought, classification of droughts, drought indices, historical droughts using paleoclimatic studies, and the relation between droughts and large scale climate indices. Conclusions are drawn where gaps exist and more research needs to be focussed.
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Assessment of hydrological drought revisited [J].https://doi.org/10.1007/s11269-008-9305-1 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<a name="Abs1"></a>A variety of indices for characterising hydrological drought have been devised which, in general, are data demanding and computationally intensive. On the contrary, for meteorological droughts very simple and effective indices such as the Standardised Precipitation Index (SPI) have been used. A methodology for characterising the severity of hydrological droughts is proposed which uses an index analogous to SPI, the Streamflow Drought Index (SDI). Cumulative streamflow is used for overlapping periods of 3, 6, 9 and 12 months within each hydrological year. Drought states are defined which form a non-stationary Markov chain. Prediction of hydrological drought based on precipitation is also investigated. The methodology is validated using reliable data from the Evinos river basin (Greece). It can be easily applied within a Drought Watch System in river basins with significant storage works and can cope with the lack of streamflow data.
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Hydrological drought assessment in Northwestern Iran based on Streamflow Drought Index(SDI) [J].https://doi.org/10.1007/s11269-012-0173-3 Magsci [本文引用: 1] 摘要
Abstract<br/>Drought is a natural and worldwide phenomenon that occurs when water availability is significantly below normal levels during a significant period of time and cannot meet demand. This work focused on the hydrologic drought defined by the streamflow drought index (SDI) for overlapping periods of 3, 6, 9 and 12 months at 14 hydrometric stations in the northwest of Iran over the period 1975–2009. It was found that some of the streamflow volume series did not follow the normal distribution. The ability of the log-normal, exponential and uniform probability distributions was examined in order to choose the most suitable distribution, and the log-normal distribution was used to fit the long-term streamflow data. The results of the hydrological drought analysis based on the SDI showed that almost all the stations suffered from extreme droughts during the study period. Additionally, extreme droughts occurred most frequently in the last 12 years from 1997–1998 to 2008–2009.<br/>
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A multiscalar drought index sensitive to global warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index [J]. |
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Standardized Precipitation Index user guide [M]. |
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Are droughts becoming more frequent or severe in China based on the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index: 1951-2010 [J].https://doi.org/10.1002/joc.3701 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) was computed based on the monthly precipitation and air temperature values at 609 locations over China during the period 1951–2010.Various characteristics of drought across China were examined including: long-term trends, percentage of area affected, intensity, duration, and drought frequency. The results revealed that severe and extreme droughts have become more serious since late 1990s for all of China (with dry area increasing by ∼3.72% per decade); and persistent multi-year severe droughts were more frequent in North China, Northeast China, and western Northwest China; significant drying trends occurred over North China, the southwest region of Northeast China, central and eastern regions of Northwest China, the central and southwestern parts of Southwest China and southwestern and northeastern parts of western Northwest mainly due to a decrease in precipitation coupled with a general increase in temperature. In addition, North China, the western Northwest China, and the Southwest China had their longest drought durations during the 1990s and 2000s. Droughts also affected western Northwest, eastern Northwest, North, and Northeast regions of China more frequently during the recent three decades. The results of this article could provide certain references and triggers for establishing a drought early warning system in China. © 2013 Royal Meteorological Society</p>
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