累积效应的降水赤字前西南和华南地区的严重干旱

文摘

及时和准确的干旱监测是重要的实现的有效应对和减少经济损失。摘要赤字在降水的持续时间和数量每124年的严重干旱分析气象监测站根据天气数据从1961年到2012年。结果表明,赤字在沉淀在一段短的三个月或更短可能会导致严重的干旱和中国西南部的累积时间尺度降水赤字超过那些在中国南部。临界降雨量赤字的分布表现出明显的区域差异。赤字在西方中国西南地区和华南地区的60%以上,甚至超过了80%,高于其他地区范围在40%和60%之间。总的来说,关键的赤字之前潮湿的西南和华南地区严重干旱是低于半干旱和semihumid地区。监测和预测结果提供一个良好的基础在中国南部和西南干旱和发出早期警告。

1。介绍

干旱是世界上最贵的随机自然灾害影响更多的人比其他任何自然灾害(1),近年来被越来越频繁越来越大的区域(2]。而严重和频繁的旱灾在西北和北方是很常见的在过去,西南和华南地区,具有丰富的降水已经开始经历严重的干旱,造成巨大的经济损失(3- - - - - -15]。

及时和准确的干旱监测是重要的实现的有效应对和减少经济损失(16]。然而,先前的研究在干旱主要关注“灾后分析”,这是区域特征的分析3- - - - - -15)或原因(17- - - - - -22的干旱。预测和早期预警的干旱一直干旱研究的薄弱环节。研究关键因素导致的干旱和天气数据的特征模式,通常先于干旱和这些因素的临界值与干旱已经比较有限,与不利影响监测、早期预警、风险评估干旱。

本质上是一个干旱缺水造成的供给的不平衡,对水的需求,通常在降水引发的严重而持续的赤字(23,24]。然而,干旱是一个缓慢的过程积累这样的赤字,和干旱的严重程度在给定时刻不仅当前降水有关,而且与赤字早些时候在降水的累积效应。是什么之间的特定关系持续时间和降水量赤字和干旱的严重程度?至少持续降水赤字可能会导致干旱的西南部和南部中国吗?可靠的这些问题的答案是先决条件准确的监测、预警和风险评估干旱。不同的温度、湿度、和跨区域蒸散意味着同等程度的降水赤字可能会导致在不同地区不同程度的干旱。在半干旱和semihumid地区,例如,80%的降水赤字-95%,70% - -80%的一个月或三个月可以导致严重的干旱,和一个值在一个月内超过95%或80%会导致极端干旱(三个月25]。淮河流域,在会上semihumid和潮湿的地区,干旱严重如果降水仅限于只有60% - -70%的平均和极端如果赤字超过40% (26]。等几个研究降水的关键值赤字会导致干旱在南方潮湿地区是一个由黄等。27),他指出,在中国南部的大部分地区,严重的干旱与降水超过一年,约40%的赤字60% - -80%赤字超过四分之一。风扇等。28)认为,在浙江省,季节性降水50%的赤字将导致严重的干旱。这些结果显示的区域差异drought-causing因素的关键值。因此,开展区域监测、预测、预警、风险评估干旱客观和准确,有必要确定当地干旱的发生和发展的特点,选择的客观标准来判断根据当地条件干旱的严重程度。

基于上述分析,这些地区在中国西南部和南部面临严重或极端droughts-as判断的近年来干旱指数被选为研究领域。通过使用天气所选地区124个气象站的数据,和价值观确定有以下特点:之前的累积时间尺度降水赤字严重的干旱在每个车站;赤字的数额(作为一个消极的降水异常的百分比)之前在每个车站严重的干旱。通过比较地区差异在上面的功能和价值,他们的累积效应在干旱估计提供科学依据区域干旱预报,预警和预防此类灾难或者至少减轻其影响。

2。数据和方法

2.1。研究区域与数据

研究西南地区(指的是四川、重庆、云南、贵州)和华南地区(广西、广东)包含124个气象站。几乎所有电台体验亚热带气候;然而,四川西北部和云南的北部分是高原气候区和南部地区的云南和广东体验热带气候。下面的海拔范围从400年的超过3000的东南西北(图1)。

对于每一个站,跨越1961 - 2012年的数据被收集的变量包括每月平均温度、最高温度、最低温度、降水、日照时数、平均风速和相对湿度。所有的数据都来自国家气象信息中心,满足规定的质量控制标准。

2.2。方法

干旱严重的程度表示干旱指数已广泛应用于西南和华南29日吴,et al。30.)显示,该指数衡量的是一个可靠的农业和水文干旱。

的干旱指数的定义(31日)如下: 在哪里是干旱指数和和是相对变化的降水和参考蒸散率,分别在规定的时期,数量和一年气象台的数量。

是由以下方程: 在哪里降水在规定的期间和吗是最新的30年的平均降水(正常价值)超过规定的时间。

是由以下方程: 在哪里规定的周期和参考蒸散吗最近30年平均蒸散(正常价值)超过规定的时间。参考蒸散计算使用Penman-Monteith方程在1998年联合国粮农组织推荐的(32]。方程的定义是 在哪里是参考蒸散(毫米⁻¹),在作物表面的净辐射(MJ m⁻²一天⁻¹),土壤热通量密度(MJ m⁻²一天⁻¹),每天平均气温在2米高度(°C),风速在2米高度(m s⁻¹),饱和蒸汽压(kPa),是实际的蒸汽压力(kPa),饱和蒸汽压赤字(kPa),Δ饱和蒸汽压曲线的斜率是空气温度(kPa°C⁻¹),湿度恒定(kPa°C⁻¹)。

提出的方法后Svoboda et al。33),每个干旱被分配一个从1到5级,根据干旱的严重程度(如图所示的根据百分位数法(表索引)1)。每个类别因此表明概率(百分比)干旱的严重程度会发生在任何给定的从1961年到2012年。

计算方法的累积时间尺度降水赤字和临界量的累积沉淀赤字为每个站如下。首先,在每个车站干旱的严重程度是决定根据每月干旱指数。如果严重或极端干旱的严重程度,干旱过程被认为是严重的干旱。上面的月干旱被评为严重(类别≥4)被认为是首次开始月严重的干旱。第二,累计前几个月的负面降水异常的发生严重干旱,每个站数。此外,严重的干旱造成的不同持续时间的百分比(连续数个月)降水赤字计算,并在每个车站的累积时间尺度降水赤字按降序排名上述比例,叫了一声,第二个,第三个,第四个,等等,累积时间尺度的降水赤字。第三,降水赤字之前每个获得干旱和搭配不同的累积时间尺度。赤字数额分为四类增量的20%和赤字的发生频率在每一个时间间隔。最后,每个站的赤字在每个累积时间降序排名上面的频率,叫了一声,第二,第三,第四,等等,降水赤字在每个时间表。

3所示。结果和分析

3.1。的适用性干旱指数监测

的指数已经证明其有效性来衡量干旱的严重程度在研究区29日]。本节选择了严重干旱从2009年秋到2010年春的有效性指数进一步证实通过检查之间的对应关系指数和实际情况。

从相关文献确定(15,20.,34- - - - - -37],干旱主要发生在云南和贵州高原地区和中度到重度干旱发生在云南东部、广西西部,贵州大部分地区,东部和北部广东2009年9月。2009年10月,适度的干旱发生在中国南方的大部分地区和南部地区的云南和贵州;严重的干旱发生在广东的北部地区,广西西部,云南东南部地区。2009年11月,北部和东部地区的云南、四川南部,西部贵州和广西部分地区经历了严重的干旱。2009年12月,云南大部分地区,西南地区的贵州、广西西部,南部的四川经历了中度到重度干旱。2010年1月,广西干旱是松了一口气,但云南的北部地区,南部地区四川、贵州和西部地区遭受了严重的干旱。2010年2月,云南、贵州、广西、四川南部地区遭遇干旱多温和的严重性。与此同时,云南中部和北部的干旱地区,贵州大部分地区和四川南部是温和的,甚至严重的局部。2010年3月,干旱继续发展。东部地区的云南、广西西北部地区,西南地区的广东、四川南部地区,和贵州西南地区面临严重的干旱,在一些口袋,极端的干旱。 In April 2010, multiple spells of precipitation were received in the southwestern drought areas, which mitigated the drought. However, moderate droughts were experienced in Yunnan, Guizhou, and northwestern Guangxi.

从月度监测结果指数图所示2:位置和严重程度的评估指数密切与实际情况相匹配。指数准确地反映不仅干旱的严重程度,而且他们的发生,发展,减轻和缓解。例如,2010年1月,广西收到1.8倍正常降水,从而使救援。因此,指数可以用来描述研究区域的干旱情况准确。

3.2。累积时间尺度降水的赤字

图3显示频率分布的累积之前几个月的降水赤字严重干旱:大多数是由于短期赤字规模(季节性)降水,大约一半的干旱是由于只有一个月的赤字。2 - 3个月的赤字占30%的赤字造成的干旱,在一个赛季还不到20%。

图4显示了前四累积时间尺度的分布在每个气象站也每个时间尺度干旱占的百分比。可以看出,第一个时间尺度的降水赤字在每个车站前严重的干旱主要是1个月。在中国南方的大部分地区、云南、重庆、贵州东北部的部分,干旱造成的降水赤字在这个时间表占总数50%以上的干旱。,超过一半的这些地区的严重干旱是由于在降水只有一个月的赤字。在其他研究领域,30% - -50%的干旱是由于在月度赤字规模(图4(一))。

第二时间基本上是2个月,占总量的20% - -30%的大部分四川、贵州西部和东南部地区,广西西部地区和其他地区占10% -20%(图4 (b))。

第三个时间表主要是3个月,占10% - -20%的严重干旱(图4 (c))。

第四个时间表(图4 - 6个月4 (d))。10% - -20%的干旱在四川西部高原和云南北部是由降水引起的赤字在这个时间表。

可以看出,这些严重的干旱由于长时间(4 - 6个月或更长时间)的降水减少赤字:大部分都是来自赤字持续3个月。然而,由于长期干旱的赤字通常是罕见的,也许在几十年或一个世纪。例如,严重的夏季干旱在四川和重庆在2006年之前是赤字的大部分地区(图4 - 5个月5)。中国西南地区遭受了最严重的干旱和持续的记录从2009年秋到2010年春。财政赤字持续了4 - 6个月甚至更长时间在某些领域(图6),持续时间越长,伤害越大(20.,22,38]。

的累积时间尺度降水赤字之前在中国西南地区严重干旱的时间比那些在中国南部。严重的干旱在中国南方主要是由月导致赤字,而在四川和云南北部的大部分地区,除了干旱由于月赤字,这些由于赤字超过2个月比其他领域更频繁。

3.3。临界降雨量赤字

分析部分3.2表明,降水之前赤字严重干旱的持续时间通常是1 - 3个月。下一个问题是这样的:在时间尺度,是什么导致赤字的数额严重干旱?因此以下分析是主要局限于(a) 1个月的时间尺度和(b) 2 - 3个月。

3.3.1。降水量不足1个月的时间尺度上

图7显示了前四个降水赤字(偏离正常的平均值的比例对于一个给定的站)在每个车站的一个月时间尺度和干旱的比例(占总数的比例严重干旱)由于不同程度的赤字。在四川、云南、广东大部分地区,更严重的干旱发生在赤字超过80%。在重庆的大部分地区,贵州,广西,财政赤字,导致严重的干旱是小:60%的赤字或甚至40%一些小口袋。在中国西南地区西部,大约70%的月度赤字降水造成的严重干旱都超过80%;在其他领域,30% - -60%的严重干旱造成的赤字的40% - -80%。分布见图7 (b)补充图吗7(一):在大部分地区,20% - -40%的严重干旱与月度赤字超过60%,然而,在四川西部高原,重庆、贵州、广西东北部,赤字要小得多(20% - -40%)占同样比例的干旱。剩下的板图7(数据7 (c)和7 (d))表明,在广西东部,严重的干旱是由于赤字的20% 80% -100%;在云南和广东大部分地区和广西中部和西部,约10%的严重的干旱是由于赤字20% - -60%;在贵州大部分地区,大约20%的干旱是由于20%的赤字-60%,约有10%是由于赤字超过60%。

降水造成的干旱赤字大约40% -100%约占总数的90%严重干旱,每个数量的赤字被加权相当于总数的百分比干旱由于这一类的赤字(图8)。从图可以看出8部分,除了重庆、贵州、广西中北部,月降水异常的百分比80% - -100%覆盖大部分的研究的带头大哥们,换句话说,当降水赤字达到80%,最可能发生严重干旱,模式符合semihumid和半干旱地区的情况(25]。然而,降水的关键价值赤字规模较小的中国南部和东部中国西南地区;在这些领域,关键值是60% - -80%,甚至在某些少数低至40%。

3.3.2。累积赤字的降水在时间尺度上2 - 3个月

图9是类似于图8除了它的时间尺度上显示降水赤字的分布(图2个月9(一个)),3个月(图9 (b))。可以看出,降水赤字持续2个月的关键价值低于当赤字只持续1个月。在西方的中国西南地区和华南沿海地区,临界值是60% - -80%,而其他地区40% - -60%。当赤字持续3个月(图9 (b)),关键是在较远的地方的大部分低于约40% -60% 70% - -80%的临界值semihumid和半干旱地区(25]。这表明降水赤字导致严重干旱的关键门槛较低在中国西南部和南部。换句话说,相同数量的赤字导致semihumid仅有轻度干旱和半干旱地区在中国西南部和南部造成了严重的干旱。此外,降水赤字持续2到3个月占20% -30%的严重干旱中北部四川但只有10% - -20%的人在剩下的地区。这进一步表明,累积时间尺度导致四川部分地区的严重干旱时间比,在其他领域,因此这些地区比其他地区更有可能遭受严重的干旱造成的长时间的负面沉淀积累。

3.4。区域降水赤字的临界阈值的差异

检查临界阈值的区域差异降水赤字更详细地研究领域分为三个分区,即西方的中国西南地区(云南和四川),东中国西南地区(贵州和重庆),和中国南方。划分是基于空间分布的特点,在不同的时间尺度和不同数量的赤字上面所讨论的。累积时间尺度之间的关系和累积降水量赤字策划了各自价值观的三个分区。另一个区域——半干旱和semihumid地区还介绍了在相同的图(图10)。干旱的临界值在中国西南地区东部和匹配的值最低的潮湿的地区,而西方的中国西南地区的临界值是最高的。中国南方的关键价值下跌上面的极端情况之间。的差异累积大量的赤字为每个地区最大的在1个月或2个月的时间。在东部中国西南地区,严重的干旱之后1个月的降水约60%的赤字,40%的2个月,然而,对西方中国西南地区,相应的值分别为80%和50%。随着时间延长,降水减少赤字的临界值,所以做了地区差异。每个区域的临界值在3个多月的时间尺度上基本上是40%。潮湿地区的临界值是不管最低的时间尺度:在潮湿的地区,严重的干旱发生在较小的降水赤字,这是符合黄等人的研究成果。27和风扇等。28]。平均降水的关键值赤字之间的过渡区西部半干旱和semihumid地区中国西南地区小于semihumid和半干旱地区的时间尺度上一个月或几个月(季)。然而,空间分布的关键值显示,超过一半的气象监测站的关键值是接近semihumid和半干旱地区。

4所示。讨论和结论

(1)最严重的干旱的研究区域是由降雨引起的赤字不到3个月。时间表是短1月中国南部,云南的南部地区和重庆比其余地区。月时间表,然而,除了那些由于严重干旱由于超过2个月的赤字更频繁的在北方比其余地区的中国西南地区。

(2)沉淀赤字的关键值的分布显示明显的地区差异,尤其是在1 - 2个月的时间尺度。严重的干旱发生在中国西南地区东部和广西中北部,如果月降水赤字60%甚至40%在某些小口袋。在其他领域,关键的赤字超过80%。持续2个月的时候,赤字60%的临界值-80%西方中国西南地区和华南沿海地区和剩余的大部分地区的40% - -60%。持续时间3个月时,关键的价值主要是40% - -60%。持续时间超过3个月时,临界值普遍低40%左右。总的来说,降水量赤字的临界值为中国西南地区东部和南部的大部分地区,中国是低于西方的中国西南地区。时间越长,越低临界值和地区差异越小。

(3)区域差异的关键值的长度赤字及其数量相关的地理位置和气候的差异。西方的中国西南地区,尤其是四川西部高原和云南中北部,海拔高,平均气温在这些高海拔低10 - 12°C和蒸发也低200 - 400毫米。因此,即使没有任何降水赤字,造成的更大的蒸发温度升高可以促进干旱的发展在中国南部和东部中国西南地区,这就是为什么即使是少量的降水赤字在这些领域可以引起严重的干旱在相对较短的时间。Zhang et al。23)还发现,温度的影响干旱的发生在中国南部大于中国西南部。此外,侯et al。39)表示,由于气候的差异,最能反映降水的影响的时间尺度赤字和干旱的可能性也因地区而异。干旱在西方中国西南地区,特别是在四川和云南北部,是降水异常持续时间比那些在中国南部和东部中国西南地区模式与本研究的结论一致。最后,不同的气候和气候变化的主要原因是灾害的空间分布和严重程度的差异。我们建议这样的地区差异进行更详细的检查。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢国家气象信息中心的CMA提供在本研究中使用的数据。这项研究得到了美国国家(关键)中国基础研究和发展(973)计划(批准号2013 cb430200)。

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