孫濱峰,趙紅,王效科*
1. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085;2. 中國科學院大學,北京 100085
基于標準化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)的東北干旱時空特征
孫濱峰1,2,趙紅1,2,王效科1*
1. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085;2. 中國科學院大學,北京 100085
東北地區(qū)是我國重要的糧食作物和經濟作物的生產基地,易受異常降水和干旱的影響。隨著全球氣候變暖,東北地區(qū)溫度增高、降水量減少,干旱事件發(fā)生頻繁。但是目前國內對東北地區(qū)干旱的研究較少、結果存在分歧,且主要關注干旱的時空變化特征和干旱的影響,較少研究關注干旱的區(qū)劃研究。依據1961─2013年東北地區(qū)月平均氣溫和降水資料,運用標準化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)分析了東北地區(qū)的干旱趨勢,并根據主成分分析和聚類分析研究東北地區(qū)干旱的時空特征,研究結果表明:東北地區(qū)在1961─2012年期間干旱發(fā)生頻率呈現(xiàn)波動增加的趨勢;在1961─1999年期間,東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率低、持續(xù)時間短,干旱危害較??;而2000年以后,東北地區(qū)干旱事件頻發(fā),干旱持續(xù)時間長、強度大,出現(xiàn)了2000─2002和2007─2008年2個連續(xù)干旱期。從空間分布來看,2000─2010年是東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率和影響范圍最大的時期,尤其是東北地區(qū)的中部和西部,其干旱頻率分別達到42.86%和33.34%。根據主成分析和聚類分析的結果將東北劃分為8個干旱相似區(qū)。研究結果對于實現(xiàn)東北干旱監(jiān)測、評估,為減輕該區(qū)域干旱損失,指導區(qū)域水資源管理和農業(yè)生產具有重要的現(xiàn)實意義。
標準降雨蒸發(fā)指數(shù);東北地區(qū);干旱;主成分分析
干旱作為最嚴重的氣象災害之一,對我國社會經濟和人民生活造成嚴重的影響(袁文平等,2004)。東北是我國主要的商品糧和經濟作物的生產基地,易受異常降水和干旱的影響(Chen等,2011)。而國內對干旱的研究主要集中于華北、西北和西南等典型的干旱區(qū)域(賀晉云等,2011;馬柱國等,2007;姚玉璧等,2014;Zhang等,2013),而對東北地區(qū)干旱情況的研究較少。
目前對東北地區(qū)干旱的研究存在一定的分歧,且主要關注干旱的時空變化特征和干旱的影響,較少研究關注干旱的區(qū)劃研究。Yu等(2014)利用SPI指數(shù)研究東北地區(qū)生長季的干旱情況,認為近幾十年東北地區(qū)干旱更加嚴重;馬柱國等(2006)認為東北地區(qū)在20世紀80年代以后極端干旱發(fā)生的頻率增加;而王亞平等(2008)認為,在 1980─2005年期間東北3省大部分地區(qū)的干旱狀況有所緩解。但是隨著全球氣候變暖,溫度增高、降水量減少促進了東北干旱的發(fā)生,特別是21世紀以來,東北地區(qū)干旱事件更加頻繁(陳莉等,2010;Yu等,2014),因此,有效的評估東北地區(qū)的干旱狀況具有重要的意義。
干旱成因復雜,其評價指標的選擇也受到諸多因素的影響(李維京等,2003)。主要的評價指標包括 Palmer干旱指數(shù)(PDSI)、標準化降水指數(shù)(SPI)、Z指數(shù)、土壤濕度指數(shù)、標準化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)等。較之其他干旱指標,標準化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)具有多時間尺度的優(yōu)勢,能夠對不同空間的旱澇進行比較且穩(wěn)定性好的特點,近些年在干旱監(jiān)測中得到了廣泛應用。因此,本文根據東北各省逐月降水觀測資料,采用標準化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)研究東北旱澇時空的分布特征,并采用主成分分析(PCA)和聚類分析分析東北的干旱區(qū)劃及其干旱特征和干旱頻率,目的是為實現(xiàn)東北旱澇災害監(jiān)測、評估,為減輕該區(qū)域旱澇災害損失、合理利用水資源提供科學依據,指導區(qū)域水資源管理和農業(yè)生產。本文的主要的目標:1)根據SPEI指數(shù)評估東北近60年的干旱情況;2)分析東北干旱時空趨勢;3)研究東北的干旱區(qū)劃。
1.1 研究區(qū)域
東北地區(qū)位于 40°86′N~53°56′N,118°80′E~134°37′E,行政區(qū)劃上包括黑龍江、吉林、遼寧 3省全部和內蒙古東北部的呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市(圖1)。研究區(qū)域面積大約1.24×106km2,平均海拔低于1600 m。研究區(qū)域屬于溫帶大陸性季風氣候,冬長寒冷,夏短濕潤,東部地區(qū)年降水為400~700 mm,西部為250~400 mm,從南向北為溫暖帶、溫帶、半濕潤和半干旱,平均溫度-4~12 ℃,是全球變化研究的敏感區(qū)域。西部大興安嶺山地是以興安落葉松為典型的寒溫帶落葉針葉林分區(qū);東部長白山是溫帶針闊葉混交林分布區(qū);東北平原為溫帶森林草原、草甸草原和干草原分布區(qū);西南還有面積廣闊的科爾沁沙地。
圖1 研究區(qū)及氣象站分布圖Fig. 1 Research area and spatial distribution of meteorological stations
1.2 數(shù)據來源與處理
本文采用的月降水數(shù)據和月均溫度數(shù)據中國氣象科學數(shù)據共享服務網(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)。
1.3 研究方法
1.3.1 SPEI
干旱的形成和發(fā)展是就是地表水分虧缺緩慢積累的過程,而干旱程度就是水分虧缺量及其持續(xù)時間。SPEI指數(shù)就是從水分虧缺及其積累出發(fā)描述干旱的,既能反映多種事件尺度,又能反映溫度升高對干旱的影響,能夠反映東北地區(qū)近年由于降水減少、溫度升高導致的干旱的時空特征。
根據 Vicente-Serrano(2010)分別計算不同時間尺度的SPEI(包括1、3、6和12個月,分別用SPEI-1,SPEI-3,SPEI-6,SPEI-12表示),其計算過程如下:
1)計算潛在蒸散(PET)。
本文采用Hamon模型計算PET,見公式(1)。
式中:k為比例系數(shù),N為日長,T為月平均溫度。
2)構建不同時間尺度的累計水分虧缺量序列,計算其概率分布。
式中:P為降水,PET為潛在蒸散發(fā)量,k為時間尺度(月),n為計算次數(shù)。
引入三參數(shù)log-logistic概率分布函數(shù),計算積累水分虧缺量序列的概率分布,log-logistic概率密度函數(shù)為:
式中:α、β、γ分別為尺度參數(shù)、形狀參數(shù)和位置參數(shù),分別按公式(5)~(8)計算。
三參數(shù)log-logistic概率分布函數(shù)為:
給定時間尺度的累計概率按 P =1 -F(x)計算。
3)用標準化積累概率密度,計算SPEI。
式中:P為累計概率,C0、C1、C2分別為2.515517、0.802853和0.010328,d0、d1、d2分別為1.432788、0.189269和0.001308。
干旱劃分等級參照文獻(Yu等,2014)的等級標準,將 SPEI劃分為極干旱、中等干旱、輕度干旱、正常、輕度濕潤、中等濕潤和極濕潤7個等級(表1)。
表1 基于標準化降水指數(shù)的旱澇等級劃分Table 1 Classification standard of drought and water log based on SPEI
1.3.2 主成分分析和聚類分析
主成分分析和聚類分析常被用來研究氣候和干旱的區(qū)劃(Fovell等,1994;Dinpashoh等,2004;Raziei等,2009)。主成分分析(PCA)又稱主分量分析,也稱經驗正交分解或者特征向量分解,是一種減少統(tǒng)計指標的多元統(tǒng)計方法。通常把轉化生成的綜合指標稱為主成分,其中每個主成分都是原始變量的線形組合。主成分之間既要互不相關,又要盡可能多的反映原來指標的信息。Richman根據時間、對象和屬性的不同組合定義了PCA的6種模式(Richman,1986)。S-Mode常被用來研究降水和干旱的研究(Gocic等,2014)。聚類分析的實質是按照距離將數(shù)據分為若干個類別,以使得類別內數(shù)據的差異盡可能小,類別間差異盡可能大。
圖2 (a)1961─2013年不同時間尺度SPEI,(b)2000─2010年干旱影響范圍的比例Fig. 2 (a) Time series of SPEI for Northeast China and (b) percentage of Northeast China affected by drought, 2000─2010
2.1 干旱的時空特征
2.1.1 干旱的時間特征
本文用不同時間尺度的SPEI來研究1961年到2013年東北地區(qū)的干旱時空格局。SPEI-1反映了短期內干旱情況;SPEI-3和SPEI-6反映了干濕季節(jié)的變化規(guī)律;而SPEI-12則反映了干旱的年際變化。根據圖2(a),1961─1999年間,東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率低、持續(xù)時間短,干旱危害較小。而 2000年以后,東北地區(qū)進入到干旱頻繁的階段,干旱持續(xù)時間長(Yu,2014)。2000、2001、2002、2007和2008年都是典型的干旱年份,干旱影響范圍廣、損失嚴重(國家環(huán)??偩郑?001;2002;2003;2008;2009)。根據圖 2(b),2000年干旱面積約占總面積的57.55%,其中嚴重干旱、中等干旱分別占總面積的7.87%和24.76%;2001年干旱面積占總面積的62.51%,比2000年增加了4.96%,其中輕度干旱面積增加了6.62%、中度干旱面積減少了2.71%、嚴重干旱面積增加了1.04%;2002年干旱面積約占總面積的64.19%,與2000和2001年相比,嚴重干旱和中度干旱面積減少,輕度干旱面積增加。2007年以輕度干旱為主,約占總面積的34.23%,中度干旱約占總面積的 22.43%,嚴重干旱約占總面積的3.96%。2008年干旱面積約占總面積的51.68%,嚴重干旱主要發(fā)生在黑龍江的中南部,約占總面積的4.08%。2013年東北降水量大,洪澇災害損失嚴重。研究結果表明,東北地區(qū)在 2000─2010年進入到最嚴重的干旱階段,出現(xiàn)了2000─2002年3年中等干旱程度的連旱和2007─2008年2年中等干旱程度的連旱。
2.1.2 干旱的空間特征
本文采用區(qū)域干旱分析來研究干旱的空間分布及其特征和干旱事件的影響范圍。圖3是2000、2001、2002、2007、2008和2010年SPEI-12的空間分布圖。2000─2002年是東北最嚴重的干旱時期,干旱影響面積逐步擴大,主要影響東北地區(qū)的中部和南部。其中,2000年干旱面積約占總面積的57.55%,其中嚴重干旱主要分布在遼寧省的東部和南部、中等干旱主要分布于東北地區(qū)的中部和小興安嶺東南部;2001年干旱面積占總面積的62.51%,較之2000年增加了4.96%,其中中度干旱區(qū)主要分布于東北中部和西部、嚴重干旱分布離散;2002年干旱面積約占總面積的 64.19%,與 2000和 2001年相比,嚴重干旱主要分布在遼寧省。2007年干旱主要發(fā)生在東北的中部和西部,以輕度干旱為主,中度干旱主要分布在東北的西部和南部,嚴重干旱主要分布在內蒙古的西南。2008年干旱主要影響了東北地區(qū)的北部,干旱面積約占總面積的51.68%,嚴重干旱主要發(fā)生在黑龍江的中南部,約占總面積4.08%。2010年,東北整體上處于正常情況,干旱影響主要集中于東北地區(qū)的西南區(qū)域。根據SPEI-12的空間分布,東北地區(qū)的中部和西部是干旱易發(fā)區(qū)域。
圖3 2000、2001、2002、2007、2008和2010年東北干旱空間分布特征Fig. 3 Spatial distribution of drought over the course of 2000, 2001, 2002, 2007, 2008 and 2010
本文以干旱次數(shù)和干旱強度作為指標來研究2000─2010年間干旱的空間特征。干旱次數(shù)是指SPEI指數(shù)小于-1的月數(shù),干旱強度指干旱月的SPEI均值。在研究區(qū)內隨機產生了5000個點,回歸分析研究多年平均降水和 2000─2010年間干旱的關系。多年平均降水與干旱次數(shù)和干旱強度的回歸分析的結果見圖4(a)和4(b)。結果顯示多年平均降水少的區(qū)域干旱發(fā)生的次數(shù)更多,強度更大。說明東北的干旱區(qū)域在 2000─2010年期間變得更加干旱。
圖4 (a)多年平均降水與干旱次數(shù),(b)多年平均降水與干旱強度Fig. 4 (a) Relationship between mean annual precipitations and number of drought, (b) Relationship between mean annual precipitations and number of drought severity
2.2 干旱區(qū)劃
本文將 S-Mode的主成分分析應用到 SPEI-12數(shù)據中,得到了4個主成分,其中主成分1和主成分2能夠解釋76.8%的方差。對前2個主成分聚類分析,我們在空間上將東北地區(qū)分成了8個干旱相似區(qū)(圖5)。
1)大興安嶺北部森林干濕頻發(fā)區(qū)。該區(qū)域主要包括了黑龍江大興安嶺地區(qū)的大部和呼倫貝爾市的東北部,以森林為主,面積約4.97×104km2。區(qū)域內溫度較低,蒸發(fā)量低,降水量偏低相對濕潤,年平均降水490 mm,平均溫度-3.7 ℃,研究期內干旱濕潤發(fā)生頻繁。1961年至2013年共發(fā)生干旱事件85次、洪澇事件76次,干旱發(fā)生和洪澇頻率分別為13.36%和11.95%,其中生長季干旱發(fā)生率14%。1961─1999年間發(fā)生旱災事件41次,2000以后干旱事件發(fā)生了44次。其中,在2002、2003、2005和2008年發(fā)生了嚴重干旱事件,嚴重干旱發(fā)生頻率約為2.36%。由圖6(1)可知,該區(qū)域是干濕發(fā)生頻繁區(qū)域,1961─2012年間呈現(xiàn)干旱增加趨勢。2013年降水偏多,洪澇影響嚴重。
圖5 東北干旱區(qū)劃Fig. 5 Drought-based regionalization in Northeast China
2)呼倫貝爾-黑河森林干旱增加區(qū)。該區(qū)域包括內蒙古呼倫貝爾市的北部、黑龍江省黑河市的大部、宜春和鶴崗的北部,以及大興安嶺地區(qū)的部分區(qū)域,面積約1.52×105km2。區(qū)域內森林覆蓋率高,年降水量510 mm,平均溫度-2.6 ℃。在1965、1974、1979、1980、2000─2008年發(fā)生旱災,干旱發(fā)生頻率約為10.85%,嚴重干旱發(fā)生頻率約低。該區(qū)域在2000年前發(fā)生16次干旱事件,而2000后發(fā)生了53次干旱事件,其中生長季共發(fā)生了20次干旱事件,生長季干旱發(fā)生率低,對生態(tài)環(huán)境和農業(yè)生產影響小。根據圖6(2)可知,在1961─1999年期間,該區(qū)域干濕影響小,而2000年以后干旱頻發(fā)。
圖6 各個分區(qū)SPEI-12時間序列Fig. 6 Time series of SPEI-12 for six sub-regions
3)呼倫貝草原干旱增加區(qū)。該區(qū)域主要包括內蒙古呼倫貝爾市的西部,以草原為主,面積約4.90×104km2,是東北地區(qū)的生態(tài)脆弱區(qū),年降水量約 280 mm,平均溫度-2.7 ℃。1961年至 2013年共發(fā)生干旱事件 85次、干旱發(fā)生頻率分別為13.36%,生長季干旱發(fā)生率14%。由圖6(3)可知,該區(qū)域2000以后干旱事件發(fā)生了72次,其中極干旱事件10次、中等干旱27次、輕度干旱35次,干旱概率42.86%。干旱的頻繁發(fā)生加劇了該區(qū)域沙化退化(趙慧穎,2007)。
4)東北中部森林-農田干旱增加區(qū)。該區(qū)域主要包括內蒙古呼倫貝爾南部、興安盟和通遼,黑龍江的西部和中部,吉林省的西部以及遼寧省的西北部,面積約5.38×105km2。區(qū)域內年降水量較少,約490 mm,年平均溫度約2.46 ℃。該區(qū)域以農田和森林為主,是東北地區(qū)主要的糧食產區(qū),同時也是農業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞最嚴重的區(qū)域,干旱發(fā)生率約為9.57%。生長季干旱對該區(qū)域糧食生產帶來了較大的影響。由圖 6(4)可知,2000年以后,該區(qū)域干旱事件增長明顯,干旱發(fā)生頻率約為33.34%。干旱頻發(fā)對農業(yè)生產、生態(tài)安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重威脅。
5)東北東部森林-農田濕潤區(qū)。該區(qū)域主要包括黑龍江東部和吉林省東部,以農田和森林為主,面積約為1.87×105km2。年降水量約600 mm,平均溫度2.85 ℃。由圖6(5)可知,1961─1999年間,共發(fā)生干旱事件 60次,較之其他區(qū)域,該地區(qū)在2000─2013年期間的干旱發(fā)生次數(shù)較少。
6)西南農田-草地干旱高發(fā)區(qū)。該區(qū)域主要包括內蒙古赤峰市以及遼寧省的西部,以農田和草地為主,總面積約1.38×105km2。區(qū)域內年降水量約460 mm,年平均溫度約5.35 ℃。該區(qū)域是干旱的高發(fā)區(qū)域(張淑杰等,2013;周揚等,2013),以輕度干旱為主,其中春季干旱發(fā)生率高(張淑杰等,2013)。根據圖 6(6),2000─2011年間,干旱發(fā)生頻繁,對草牧和農業(yè)生產影響嚴重(國家氣象局,2007;張淑杰等,2013;周揚,2013)。
7)遼寧中南森林-農田濕潤區(qū)。主要包括遼寧省的中部和南部,該區(qū)域以森林和農田為主,總面積約5.95×104km2。年降水量分別約為790 mm,平均溫度分別約為7.3 ℃。根據圖6(7),干旱事件主要發(fā)生在 1997─2002年期間,以春旱和夏旱為主,降水減少、分布不均是干旱產生的主要原因(張淑杰等,2013)。
8)遼寧東部森林-農田濕潤區(qū)。該區(qū)域主要包括遼寧省的東部,以森林和農田為主,總面積約6.68×104km2。年降水量約為810 mm,平均溫度約5.05 ℃。根據圖6(8),該區(qū)域在1961─2013年期間共發(fā)生干旱84次,主要發(fā)生在1997─2003年期間。其中輕度干旱和中度干旱分別發(fā)生52和23次,降水減少及其時空不均是該區(qū)域干旱發(fā)生的主要原因(張淑杰等,2013)。
干旱指數(shù) SPEI能反映地表水分的虧缺量及其積累過程,能夠敏感的反應氣溫增高導致的干旱,適合研究東北地區(qū)的干旱變化。本文利用東北地區(qū)1961─2013年逐月的降水和溫度數(shù)據,計算不同時間尺度的SPEI指數(shù),得到了東北地區(qū)1、3、6和12個月尺度的SPEI指數(shù),分析了近53年來東北地區(qū)干旱的時空特征及其頻率和影響。并根據 12個月尺度的SPEI指數(shù),利用PCA和聚類分析,分析研究東北干旱的時空變化特征。
1)通過分析各個時間尺度的SPEI指數(shù)發(fā)現(xiàn),東北地區(qū)呈現(xiàn)出總體干旱趨勢,尤其是進入到 21世紀后,干旱影響嚴重。在 1961─1999年期間,東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率低、持續(xù)時間短,干旱危害較小。而 2000年以后,東北地區(qū)干旱發(fā)生頻繁、持續(xù)時間長(Yu,2014)。
2)從空間分布來看,2000─2010年作為東北最干旱時期,干旱發(fā)生面積最廣,干旱區(qū)域變得更加干旱。2000─2002年間干旱影響面積逐步擴大,主要影響東北地區(qū)的中部和南部,2000年干旱面積約占總面積的57.55%,其中嚴重干旱主要分布在遼寧省的東部和南部、中等干旱主要分布于東北地區(qū)的中部和小興安嶺東南部。根據SPEI-12的空間分布,東北地區(qū)的中部和西部等干旱區(qū)的干旱次數(shù)和干旱強度高于其他區(qū)域。
3)根據PCA和聚類分析,將東北地區(qū)分為8個干旱相似區(qū)。各子區(qū)干旱特征分析的結果顯示:干旱災害在 1961─2013年期間呈現(xiàn)波動性增加趨勢;2000─2010年是東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率和影響范圍最大的時期,尤其是東北地區(qū)的中、西部。
綜上所述,東北地區(qū)呈現(xiàn)逐步干旱趨勢。2000─2010年是東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率和影響范圍最大的時期,尤其是東北地區(qū)的中、西部。干旱的時空格局研究結果可為區(qū)域干旱的監(jiān)測和防治、水資源管理以及農業(yè)生產提供決策支持。
CHEN Z J, HE X Y, COOK E R, et al. 2011. Detecting dryness and wetness signals from tree-rings in Shenyang, northeast China. Palaeogeogr Palaeocl 302(3/4): 301-310.
DINPASHOH Y, FAKHERI-FARD, et al. 2004. Selection of variables for the purpose of regionalization of Iran’s precipitation climate using multivariate methods[J]. Journal of Hydrology, 297(1/4): 109-123.
FOVELL R G, FOVELL M Y C. 1993. Climate zones of the conterminous United States defined using cluster analysis[J]. Journal of Climate, 6(11): 2103-2135.
MEIXIU Y U, QIONGFANG L I, MICHAEL J HAYES, et al. 2014. Are droughts becoming more frequent or severe in China based on the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index: 1951–2010? [J]. International Journal of Climatology, 34: 545-558.
MILAN GOCIC, SLAVISA TRAJKOVIC. 2014. Spatiotemporal characteristics of drought in Serbia[J]. Journal of Hydrology, 510: 110-123.
RAZIEI T, SAGHAFIAN B, PAULO A A, et al. 2009. Spatial patterns and temporal variability of drought in western Iran[J]. Water Resour Manage, 23(3): 439-455.
RICHMAN M B. 1986. Rotation of principal components[J]. Journal of Climatology, 6(3): 293-335.
VICENTE-SERRANO S, et al. 2010. A multiscalar drought index sensitiveto global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index [J]. Journal of Climate, 23: 1696-1718.
XINGYANG Y U, XINGYUAN H E, ZHENG HAIFENG, et al. 2014. Spatial and temporal analysis of drought risk during the crop-growing season over northeast China[J]. Natural Hazards, 71: 275-289.
ZHANG MINGJUN, JINYUN H E, WANG BAOLONG, et al. 2013. Extreme drought changes in Southwest China from 1960 to 2009[J]. Journal of Geographical Sciences, 23(1): 3-16.
陳莉, 方麗娟, 李帥. 2010. 東北地區(qū)近50年農作物生長季干旱趨勢研究[J]. 災害學, 25(4): 5-10.
國家氣象局. 2007. 中國氣象災害年鑒[M]. 北京: 氣象出版社: 143-144.
國家統(tǒng)計局. 2001. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社: 394.
國家統(tǒng)計局. 2002. 中國統(tǒng)計年鑒 [M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社: 415.
國家統(tǒng)計局. 2003. 中國統(tǒng)計年鑒 [M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社: 445.
國家統(tǒng)計局. 2008. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社: 116-118.
國家統(tǒng)計局. 2009. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社: 124-127.
賀晉云, 張明軍, 王鵬, 等. 2011. 近 50年西南地區(qū)極端干旱氣候變化特征[J].地理學報, 66(9): 1179-1190.
李維京, 趙振國, 李想, 等. 2003. 中國北方干旱的氣候特征及其成因的初步研究[J]. 干旱氣象, 21(4): 1-5.
馬柱國, 符淙斌. 2006. 1951─2004年中國北方干旱化的基本事實[J]. 科學通報, 51(20): 2429-2439.
馬柱國, 任小波. 2007. 1951─2006年中國地區(qū)干旱化特征[J]. 氣候變化研究進展, 3(4): 195-201.
王亞平, 黃耀, 張穩(wěn). 2008. 中國東北三省1960─2005年地表干燥度變化趨勢[J]. 地球科學進展, 23(6): 619-626.
姚玉璧, 張強, 王勁松, 等. 2014. 中國西南干旱對氣候變暖的響應特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 23(9): 1409-1417.
袁文平, 周廣勝. 2004. 標準化降水指標與 Z指數(shù)在我國應用的對比分析[J]. 植物生態(tài)學報, 28(4): 523-529.
張淑杰, 張玉書, 李廣霞,等. 2013. 遼寧省旱災的分布特征及其成因分析[J]. 中國農學通報, 29(15): 199-203.
趙慧穎. 2007. 呼倫貝爾草原沙化退化成因分析及防治對策[J]. 草業(yè)科學, 24(6): 9-13.
周揚, 李寧, 吉中會, 等. 2013. 基于SPI指數(shù)的1981—2010年內蒙古地區(qū)干旱時空分布特征[J]. 自然資源學報, 28(10): 1694-1706.
Spatiotemporal Characteristics of Drought in Northeast China Based on SPEI
SUN Binfeng1,2, ZHAO Hong1,2, WANG Xiaoke1*
1. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, 18 Shuangqing Road, Beijing 100085, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Yuquanlu 19, Beijing 100049, China
As an important agricultural production zone of commercial and economic crop, Northeast China is susceptible to suffering from precipitation anomaly and drought risk. With global climate change and regional reduction of precipitation reducing, droughts happened much more frequently in Northeast China. At present, only a few studies paid attention to droughts in Northeast China, and inconsistent results was showed in these studies. Additionally, most of these studies tried to detect the spatiotemporal variation or to explore the effects of drought. However, few researchs have identified the regionalization of drought in Northeast China. Based on the monthly mean air temperature and precipitation data from 1961 to 2013, the temporal and spatial patterns of drought were analyzed by applying the S-mode PCA to the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) estimated on 12-month timescales. The result showed that during the period of 1961 to 2013, drought in Northeast China tended to be gradually severe. In 1961─1999, droughts happened at a lower frequency, shorter duration and lesser damage than that in 2000─2012. Two consecutive drought periods occurred in the years of 2000─2002 and 2007─2008. According to the spatial distribution of drought in Northeast China in the past half century, the driest period was from 2000 to 2010, which affected the largest drought area and exhibited highest drought frequency, especially in the central and south part, with a respectively drought frequency of 42.86% and 33.34%. Principal component analysis and cluster analysis were applied to regionalize the drought of Northeast China, and eight different drought sub-regions were identified. Our results could make contribution to monitoring and assessment of drought. And it could also be further used in the alleviation of the loss resulting from droughts and guidelines of water resource management and regional agricultural production.
Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI); northeast China; drought; Principal Component Analysis (PCA)
S16
A
1674-5906(2015)01-022-07
10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.01.004
孫濱峰,趙紅,王效科. 基于標準化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)的東北干旱時空特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(1): 22-28.
SUN Binfeng, ZHAO Hong, WANG Xiaoke. Spatiotemporal Characteristics of Drought in Northeast China Based on SPEI [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 22-28.
國家生態(tài)安全屏障區(qū)生態(tài)環(huán)境調查與評估(STSN-09-00)子課題“東北森林帶生態(tài)環(huán)境調查與評估”(STSN-09-03)
孫濱峰(1983年生),男,博士研究生,研究方向為3S應用與生態(tài)服務功能評估。E-mail: binfengsun@sina.com *通訊作者:E-mail: wangxk@rcees.ac.cn
2014-09-22