1961—2023年黑龙江省多尺度干旱时空特征

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0186

干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (2): 186-194.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0186

1961—2023年黑龙江省多尺度干旱时空特征

刘玉莲¹^,²(), 李秀芬³, 康恒元⁴(), 孙爽¹^,², 袁芳⁵, 周贺玲⁶, 沈月钊⁷

1.黑龙江省气候中心，黑龙江哈尔滨 150030
2.五营国家气候观象台，黑龙江五营 153000
3.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江哈尔滨 150030
4.黑龙江省哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨 150028
5.中国气象局气象干部培训学院湖北分院，湖北武汉 430074
6.河北省廊坊市气象局，河北廊坊 131001
7.黑龙江省五常市气象局，黑龙江五常 150040

收稿日期:2024-08-06 修回日期:2024-10-22 出版日期:2025-04-30 发布日期:2025-05-13
通讯作者: 康恒元（1970—），男，正高级工程师，主要从事气象网络保障和信息技术。E-mail： 627362835@qq.com。
作者简介:刘玉莲（1974—），女，正高级工程师，主要从事区域气候变化研究。E-mail： Liuyl74@qq.com。
基金资助:
辽宁省科学技术计划项目(2023JH2/101300090);黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2019D013);国家重点研发计划项目(2018YFA0605603);辽宁省气象局重点创新团队项目“气候变化对东北地区影响及评估”共同资助

Multi-scale drought spatiotemporal characteristics in Heilongjiang Province from 1961 to 2023

LIU Yulian¹^,²(), LI Xiufen³, KANG Hengyuan⁴(), SUN Shuang¹^,², YUAN Fang⁵, ZHOU Heling⁶, SHEN Yuezhao⁷

1. Climate Center of Heilongjiang Province， Harbin 150030， China
2. Wuying National Climatological Observatory， Wuying 153000， Heilongjiang， China
3. Heilongjiang Province Institute of Meteorological Sciences， Harbin 150030， China
4. Harbin Meteorological Bureau of Heilongjiang Province， Harbin 150028， China
5. Training Centre， CMA， Hubei Branch， Wuhan 430074， China
6. Langfang Meteorological Bureau of Hebei Province， Langfang 131001， Hebei， China
7. Wuchang Meteorological Bureau of Heilongjiang Province ， Wuchang 150040， Heilongjiang， China

Received:2024-08-06 Revised:2024-10-22 Online:2025-04-30 Published:2025-05-13

摘要/Abstract

摘要： 明确气候变化背景下黑龙江省多尺度干旱时空特征，对于防灾减灾、保障粮食安全至关重要。基于1961—2023年黑龙江省水平分辨率为1°×1°的NCEP（National Center for Environmental Prediction）和GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）月尺度格点气象数据，计算不同时间尺度的标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI），使用K-means聚类方法，将黑龙江省分为3个区域，分析1961—2023年黑龙江省不同干旱分区、多时间尺度气象干旱时空特征。结果表明：1961—2023年黑龙江省SPEI指数表现出明显的波动，北部山区4月SPEI呈现显著减小趋势，而中西平原区和东南区在不同时间尺度下SPEI呈增加趋势，表明黑龙江省不同区域的干湿状况存在显著的空间差异。黑龙江省气象干旱主要以大范围群发的形式出现，有两个明显的高发期，分别是1967—1989年和1999—2011年；夏季干旱影响范围普遍大于春季。最近气候期（1991—2020年）黑龙江省的干旱频次增加、强度增强，这一趋势对区域的生态安全和可持续发展构成了挑战。

关键词: 多尺度干旱, SPEI, 黑龙江, K-means聚类

Abstract:

It is crucial for disaster prevention, mitigation, and food security to elucidate the temporal and spatial characteristics of multi-scale drought in Heilongjiang Province under the background of climate change. Based on NCEP (National Centers for Environmental Prediction) and GPCC (Global Precipitation Climatology Center) monthly grid meteorological data with a horizontal resolution of 1°×1° in Heilongjiang Province from 1961 to 2023, the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) was calculated at various time scales. Additionally, the K-means clustering method was employed to divide Heilongjiang Province into three distinct zones, and the spatio-temporal characteristics of meteorological drought for multiple time scales in different zones in Heilongjiang Province from 1961 to 2023. The results show that the SPEI in Heilongjiang Province fluctuated significantly from 1961 to 2023. Notably, the SPEI in the northern mountainous region decreased markedly in April, while the SPEI in the central and western plain areas as well as the southeastern region increased at varying time scales, reflecting obvious spatial disparities in dry and wet conditions across different regions of Heilongjiang Province. Meteorological drought in Heilongjiang Province predominantly manifested as large-scale widespread occurrences, with two prominent high-frequency periods: 1967-1989 and 1999-2011. Furthermore, the spatial extent of drought in summer generally exceeded that in spring. In the recent climatic period (1991-2020), the frequency of drought in Heilongjiang Province increased and the intensity of drought intensified. And this trend poses a challenge to regional ecological security and sustainable development.

Key words: multi-scale drought, standardized precipitation evapotranspiration index, Heilongjiang Province, K-means clustering

中图分类号:

P467

刘玉莲, 李秀芬, 康恒元, 孙爽, 袁芳, 周贺玲, 沈月钊. 1961—2023年黑龙江省多尺度干旱时空特征[J]. 干旱气象, 2025, 43(2): 186-194.

LIU Yulian, LI Xiufen, KANG Hengyuan, SUN Shuang, YUAN Fang, ZHOU Heling, SHEN Yuezhao. Multi-scale drought spatiotemporal characteristics in Heilongjiang Province from 1961 to 2023[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(2): 186-194.

图/表 8

表1 基于SPEI的干旱等级划分标准

Tab.1 Classification standard of drought grade based on SPEI

干旱等级	SPEI
无旱	SPEI>-0.5
轻旱	-1.0<SPEI≤-0.5
中旱	-1.5<SPEI≤-1.0
重旱	-2.0<SPEI≤-1.5
特旱	SPEI≤-2.0

图1 基于K-means聚类的黑龙江省区域划分注:基于自然资源部标准地图服务网站标准地图[审图号:GS (2019)1822号]制作，底图边界无修改。

Fig.1 Regional division of Heilongjiang Province based on K-means clustering

表2 1961—2023年黑龙江省不同区域不同时间尺度SPEI统计

Tab.2 The statistics of SPEI at different time scales in different regions of Heilongjiang Province from 1961 to 2023

时间尺度	不同区域	最大值	最大值出现年份	最小值	最小值出现年份	变化趋势/（10 a）^-1	变率
年	全省	3.4	2020	-1.5	2001	0.12	0.73
	北部山区	3.2	2021	-1.6	2007	0.08	0.84
	中西平原区	3.7	2020	-2.0	2001	0.17*	0.94
	东南区	3.4	2020	-1.5	2001	0.12	0.92
生长季	全省	3.3	2020	-1.4	2001	0.10	0.64
	北部山区	2.9	2021	-1.6	2002	0.08	0.84
	中西平原区	3.8	2020	-1.8	2001	0.16*	0.88
	东南区	3.2	2020	-1.5	1999	0.08	0.81
春季	全省	1.8	2022	-1.6	2003	0.09	0.88
	北部山区	2.1	2021	-1.8	2018	0.01	1.08
	中西平原区	1.7	2022	-1.7	2009	0.07	1.03
	东南区	1.9	2022	-2.0	2003	0.16**	1.01
夏季	全省	2.8	2020	-1.4	2007	0.09	0.71
	北部山区	2.5	2020	-1.7	2005	0.06	0.89
	中西平原区	3.0	2023	-1.5	2001	0.14	0.87
	东南区	3.0	2023	-1.4	1970	0.07	0.91

图2 1961—2023年黑龙江省不同区域年尺度SPEI年际变化

Fig.2 The inter-annual variation of annual SPEI in different regions of Heilongjiang Province from 1961 to 2023

图3 1961—2023年黑龙江省不同区域生长季SPEI年际变化

Fig.3 The inter-annual variation of SPEI during the growing season in different regions of Heilongjiang Province from 1961 to 2023

图4 1961—2023年黑龙江省不同区域年干旱强度演变

Fig.4 The evolution of annual drought intensity in different regions of Heilongjiang Province from 1961 to 2023

图5 1961—2023年黑龙江省不同区域生长季干旱强度演变

Fig.5 The evolution of drought intensity in growing season in different regions of Heilongjiang Province from 1961 to 2023

图6 1991—2020年黑龙江省年（a）和生长季（b）干旱强度空间分布

Fig.6 Spatial distribution of annual (a) and growing season (b) drought intensity in Heilongjiang Province from 1991 to 2020

参考文献 32

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1961—2023年黑龙江省多尺度干旱时空特征

Multi-scale drought spatiotemporal characteristics in Heilongjiang Province from 1961 to 2023

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