基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-05-0688

干旱气象 ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (5): 688-696.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-05-0688

基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征

赵惠珍¹^,²(), 何涛², 郭瑞霞³^,⁴, 王成福², 张艳荣², 李琪¹()

1.南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京 210044
2.甘肃省甘南藏族自治州气象局，甘肃合作 747000
3.中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃兰州 730000
4.兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心，甘肃兰州 730000

收稿日期:2023-06-12 修回日期:2023-09-15 出版日期:2023-10-31 发布日期:2023-11-03
通讯作者: 李琪（1977—），男，博士，副教授，主要从事气候变化生态方面的研究。E-mail: liqix123@sina.com。
作者简介:赵惠珍（1988—），女，工程师，主要从事预报服务和灾害性天气研究。E-mail: lzhyouxi_g@163.com。
基金资助:
兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(lzujbky-2022-kb10);国家自然科学基金项目(42105162);甘南州气象局科研基金项目(2022-02)

Meteorological drought variation characteristics in the Gannan Plateau based on standardized precipitation evapotranspiration index

ZHAO Huizhen¹^,²(), HE Tao², GUO Ruixia³^,⁴, WANG Chengfu², ZHANG Yanrong², LI Qi¹()

1. School of Applied Meteorology， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China
2. Gannan Meteorological Bureau of Gansu Province， Hezuo 747000， Gansu， China
3. Key Laboratory of Land Surface Process and Climate Change in Cold and Arid Regions， Northwest Institute of Eco-Environment and Resources， Chinese Academy of Sciences， Lanzhou 730000， China
4. Collaborative Innovation Center for Western Ecological Safety， Lanzhou University， Lanzhou 730000， China

Received:2023-06-12 Revised:2023-09-15 Online:2023-10-31 Published:2023-11-03

摘要/Abstract

摘要：

干旱灾害是甘南高原发生最频繁的气象灾害之一，严重影响该地区农牧业生产和生态环境安全。利用1973—2022年甘南高原及周边31个气象观测站逐月降水和气温观测数据，选取标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）表征气象干旱，采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope估计方法，研究甘南高原年、季尺度的干旱时空分布及变化特征。结果表明：近50 a来，甘南高原年SPEI呈显著减小趋势，全域整体趋向干旱化，1986年为突变年。干旱变化趋势存在季节差异，夏、秋季呈干旱加剧趋势，春、冬季则相反。年和季SPEI变化趋势存在空间差异性，年和秋季全域呈干旱化趋势；夏季甘南高原中东部呈干旱加剧趋势，春季与夏季相似，但春季干旱加重区域和干旱化程度明显小于夏季；冬季整体呈干旱减轻趋势。甘南高原年和季节尺度不同等级干旱发生频率有明显的空间差异，高原中东部轻旱频发，高原南部中旱和重旱高发，特旱各区域发生频率均较低；高原西部干旱发生频率总体小于高原中东部。

关键词: 标准化降水蒸散指数, 气象干旱, 甘南高原

Abstract:

Drought disaster is one of the most frequent meteorological disasters in the Gannan Plateau, which seriously affects agricultural and animal husbandry production and ecological environment security in this region. Monthly precipitation and air temperature data from 31 meteorological stations in the Gannan Plateau and its surrounding areas from 1973 to 2022 are used to characterize meteorological drought employing the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), and the temporal and spatial distribution of drought and its variations on annual and seasonal scales in the Gannan Plateau are analyzed by using Mann-Kendall test and Sen’s slope estimation methods. Results show that the annual SPEI in the Gannan Plateau presented significant downward trend with an obvious turning point in 1986, and the whole Gannan Plateau tended to be dry in the past 50 years. There were seasonal differences in the variation trend of drought, and the trend of drought intensified in summer and autumn, but in spring and winter it mitigated. In addition, there were spatial differences in the trend of annual and seasonal SPEI. In summer, it presented drought intensification trend in the middle and eastern regions of the Gannan Plateau, and in spring it showed similar to that in summer, but the area and degree of drought intensification were obviously smaller than that in summer. While in winter, it showed drought decreasing trend in the whole region. There were obvious spatial differences in the frequency of drought with different levels in the Gannan Plateau at the annual and seasonal scales. Light drought occurred frequently in the central and eastern parts of the Gannan Plateau, while medium and severe drought occurred frequently in the southern part of the Gannan Plateau, and the frequency of serious drought was less across the whole regions. Overall, the frequency of drought in the western was less than that in the central and eastern parts of the Gannan Plateau.

Key words: standardized precipitation evapotranspiration index, meteorological drought, Gannan Plateau

中图分类号:

P466

赵惠珍, 何涛, 郭瑞霞, 王成福, 张艳荣, 李琪. 基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征[J]. 干旱气象, 2023, 41(5): 688-696.

ZHAO Huizhen, HE Tao, GUO Ruixia, WANG Chengfu, ZHANG Yanrong, LI Qi. Meteorological drought variation characteristics in the Gannan Plateau based on standardized precipitation evapotranspiration index[J]. Journal of Arid Meteorology, 2023, 41(5): 688-696.

图/表 9

图1 甘南高原海拔及31个气象站点分布

Fig.1 The elevation of the Gannan Plateau and distribution of 31 meteorological stations

表1 基于SPEI的干旱等级划分标准

Tab.1 Classification standard of drought grades based on SPEI

等级	类型	SPEI
1	无旱	SPEI>-0.5
2	轻旱	-1.0<SPEI≤-0.5
3	中旱	-1.5<SPEI≤-1.0
4	重旱	-2.0<SPEI≤-1.5
5	特旱	SPEI≤-2.0

图2 1973—2022年甘南高原年降水量[a，单位：mm·（10 a）-1）]和年均气温[b，单位：℃·（10 a）-1]变化趋势空间分布

Fig.2 Spatial distribution of change trend of annual precipitation （a， Unit： mm·（10 a）-1） and annual average temperature （b， Unit：℃·（10 a）-1） over the Gannan Plateau from 1973 to 2022

图3 1973—2022年甘南高原四季平均降水量与气温变化（a）春季，（b）夏季，（c）秋季，（d）冬季

Fig.3 Changes of average precipitation and temperature in four seasons in the Gannan Plateau from 1973 to 2022 （a） spring，（b） summer，（c） autumn，（d） winter

图4 1973—2022年甘南高原年均SPEI变化趋势的空间分布[单位：（10 a）-1]

Fig.4 Spatial distribution of change trend of annual mean SPEI in the Gannan Plateau from 1973 to 2022 （Unit：（10 a）-1）

图5 1973—2022年甘南高原SPEI的四季变化趋势空间分布[单位：（10 a）-1] （a）春季，（b）夏季，（c）秋季，（d）冬季

Fig.5 Spatial distribution of change trend of SPEI in four seasons in the Gannan Plateau from 1973 to 2022 （Unit：（10 a）-1）（a） spring，（b） summer，（c） autumn，（d） winter

图6 1973—2022年甘南高原年均SPEI的逐年变化及Mann-Kendall检验曲线

Fig.6 Yearly change of annual mean SPEI in the Gannan Plateau from 1973 to 2022 and its Mann-Kendall test curve

图7 1973—2022年甘南高原季节平均的SPEI变化及Mann-Kendall检验曲线（a）春季，（b）夏季，（c）秋季，（d）冬季

Fig.7 Yearly variation of seasonal mean SPEI in the Gannan Plateau from 1973 to 2022 and its Mann-Kendall test curve （a） spring，（b） summer，（c） autumn，（d） winter

图8 甘南高原不同季节轻旱发生频率的空间分布（单位：%）（a）春季，（b）夏季，（c）秋季，（d）冬季

Fig.8 Spatial distribution of slight drought frequency in different seasons in the Gannan Plateau （Unit： %）（a） spring，（b） summer，（c） autumn，（d） winter

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Meteorological drought variation characteristics in the Gannan Plateau based on standardized precipitation evapotranspiration index

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