西北地区近34a干旱时空演变规律

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本研究基于中国西北地区145个国家基本气象站1982-2015年逐月降水量数据和逐月平均气温数据,通过计算不同时间尺度下的逐月标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化土壤湿度指数(SSMI)以及GIMMS NDVI植被指数,分析了西北地区近34a干旱时空分布,并采用Mann-Kendall检验、小波分析、一元线性回归趋势以及Hurst指数等方法对西北地区34a的干旱时空变化特点进行了探讨。主要结果如下:(1)从气象干旱指标来看:年际变化上,西北地区整体SPEI呈下降趋势,表明该地区干旱情况逐渐加重。从季节变化来看:西北地区四季极度干旱和重度干旱频率均随时间尺度的增加而有所增加,但随着时间尺度的增加,中度干旱频率除秋季干旱频率一直增加外,春、夏、冬三季干旱频率均呈现先下降后增加的趋势。西北地区在年际上存在着3~8a的周期的小尺度信号,在年代际上存在着12~15a和28~30a的大尺度信号,而7a和14a这2个周期在西北地区过去57a的干旱变化中起了主要作用。西北地区SPEI值在1995年发生突然减小的变异点,说明西北地区在1995年后由湿润转变为干旱,西北地区SPEI值下降趋势在2000年附近达到0.05显著水平,表明西北地区在2000年后干旱化加重趋势明显。与历史资料对比发现SPEI干旱指数在表征西北地区干旱状况有较好的适用性。(2)从遥感干旱指标来看:年际变化上,西北地区NDVI年均值1982~2015年之间显著上升,且局部有波动下降趋势,说明本地区干旱情况略有好转。由一元线性回归趋势可知,西北地区Slope>0的区域占到95.68%,表明西北地区NDVI值整体处于增加的状态,干旱发生几率及面积有所下降。Hurst指数分析表明,H<0.4的区域占植被覆盖区面积的57.1%,介于0.4~0.6间的占34.1%,H>0.6的区域占植被覆盖区面积的8.8%,说明西北地区植被变化反持续性较强。植被NDVI与气温和降水具有很强的空间相关性,西北地区植被NDVI与气温呈极显著正相关的地区主要分布在陕西南部、陕西北部、甘南以及南疆部分地区,与降水呈显著正相关的地区主要分布在陕西南部、内蒙古西部、甘肃南部以及青海南部地区。与SPEI值对比有所偏差,是由于植被指数产品本身存在像元偏差,同时对于长年裸露不存在植被的地方,并不存在NDVI的变化,因此可能会影响干旱监测。(3)从农业干旱指标来看:年际变化上,西北地区1982~2015年四个子气候区标准化土壤湿度指数均呈现出波动上升的趋势,表明本地区干旱频率及强度有所下降。从标准化土壤湿度指数波动情况来看,整个西北地区过去34a标准化土壤湿度指数波动较大,表明西北地区过去34a土壤水分改善情况较好,干旱发生概率较低。从标准化土壤湿度指数回归方程斜率的正负可知,其slope>0的区域占总面积的93.72%,表明西北地区SSMI值在过去的34a间整体处于增加的状态,西北地区有变湿润的趋势。从空间分布来看,1990s后,西北干旱化趋势有所减轻,但新疆大部分区域以及内蒙古西部地区干旱化程度呈现出加重的趋势。与SPEI值对比有所偏差,一是由于选取的土壤湿度数据来源于深度为160cm的土壤水分计算得到,而SPEI值的计算考虑了降水以及气温因素,二是由于本文讨论地区有灌溉农业区,在干旱发生时可能会进行人工灌溉,从而影响结果的不确定性。
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