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大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測(精) 版權信息
- ISBN：9787030677624
- 條形碼：9787030677624 ; 978-7-03-067762-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測(精) 內容簡介
本書從致旱天氣系統異常特征分析入手，基于陸氣耦合的思路，重點研究耦合氣象水文模型的大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測方法針對中長期干旱預測問題，運用改進的信號場技術，研究了天氣氣系統異常與區(qū)域干旱發(fā)生的關系，基于前期和同期大氣環(huán)流異常信號構建了基于環(huán)流異常的中長期干旱年尺度和季尺度預測模型。針對點尺度觀測土壤含水量難以識別大范圍干旱的問題，構建了基于水文模擬的大范圍干旱識別指標體系，結合全國實際旱情的發(fā)生頻率制定了土壤含水量距平指數干旱等級劃分標準。此外，提出了子流域響應函數與擴散波相結合的匯流方法，構建了基于網格與子流域融合的大尺度匯流模型，建立了全國范圍逐日的、網格化的標準化徑流干旱指數。評估了多種數值天氣預報模式在中國區(qū)域的預報效果，構建了適用于中國九大干旱區(qū)的多模式降水預報集成方案。采用氣象水文耦合的方式，基于遙感、水文、氣象等多源信息，構建了可業(yè)務化運行的大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測系統，實現了大范圍干旱時空變化的動態(tài)監(jiān)測，以及年尺度、季尺度和旬尺度的多尺度預測。 本書可供高等學校水利類專業(yè)師生及相關工程技術人員參考。
大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測(精) 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 我國干旱歷史概況 1
1.1.2 我國干旱防御問題 2
1.1.3 旱情動態(tài)監(jiān)測與預測的意義 3
1.2 干旱概述 4
1.2.1 干旱分類 4
1.2.2 干旱指數 6
1.2.3 干旱監(jiān)測與預測 14
1.3 主要內容 18
1.3.1 干旱監(jiān)測與預測關鍵信息提取與融合 18
1.3.2 干旱監(jiān)測與預測指標體系構建與分析 20
1.3.3 大范圍干旱監(jiān)測預測方法與集成 21
第2章 致旱天氣系統異常特征分析 22
2.1 致旱天氣系統異常特征分析方法 22
2.1.1 信號場方法 22
2.1.2 信號場方法存在的問題 24
2.1.3 信號場方法改進方案 25
2.1.4 信號場方法改進效果 26
2.2 致旱天氣系統模式概化 28
2.2.1 致旱天氣系統概化方法 28
2.2.2 華北地區(qū)致旱天氣系統概化分析 31
2.2.3 西南地區(qū)致旱天氣系統概化分析 32
2.3 西南特大干旱天氣系統異常特征分析 35
2.3.1 2009～2010年西南地區(qū)干旱過程 35
2.3.2 干旱前期高度信號場異常特征演變 37
2.3.3 風場異常特征 38
2.4 西南地區(qū)致旱因子相關區(qū)分析 41
2.4.1 海溫場相關區(qū) 41
2.4.2 500hPa高度場相關區(qū) 44
2.4.3 關鍵區(qū)致旱特征 47
2.5 本章小結 48
第3章 多源降水與多源氣溫融合 50
3.1 概述 50
3.2 多源降水融合方法改進及效果分析 51
3.2.1 多源降水融合方法及改進 51
3.2.2 資料介紹與方案設計 52
3.2.3 融合效果分析 54
3.3 全國范圍多源降水融合 63
3.3.1 TRMM測雨產品與測站降水融合 63
3.3.2 CFSR再分析資料與測站降水融合 68
3.4 全國范圍多源氣溫融合 71
3.4.1 *高氣溫融合 71
3.4.2 *低氣溫融合 73
3.5 本章小結 75
第4章 全國土壤田間持水量分布 77
4.1 田間持水量研究進展 77
4.1.1 統計模型 78
4.1.2 物理經驗模型 79
4.1.3 存在的不足 80
4.2 全國田間持水量確定方法 81
4.2.1 我國土壤類型分布 81
4.2.2 田間持水量主要影響因素及因子篩選 82
4.2.3 田間持水量集成數據來源 88
4.2.4 田間持水量集成方法 91
4.3 結果驗證與合理性分析 94
4.3.1 田間持水量集成結果與合理性分析 94
4.3.2 站點田間持水量驗證 96
4.3.3 土壤單元田間持水量驗證 98
4.3.4 與其他產品比較 100
4.4 本章小結 100
第5章 綜合氣象干旱指數 102
5.1 綜合氣象干旱指數構建 102
5.1.1 資料選用 102
5.1.2 帕爾默干旱指數 102
5.1.3 帕爾默干旱指數與標準化干旱指數相關性分析 112
5.1.4 綜合氣象干旱指數建立 113
5.2 綜合氣象干旱指數適用性分析 114
5.2.1 對區(qū)域干旱受旱/成災面積的反映 115
5.2.2 對徑流豐枯的反映 117
5.3 區(qū)域干旱頻率分析方法 118
5.3.1 區(qū)域干旱事件識別 119
5.3.2 區(qū)域干旱多變量聯合分布模型 120
5.4 1958～2014年中國氣象干旱的時空變化 126
5.4.1 全國綜合氣象干旱指數趨勢分析 126
5.4.2 1958～2014年中國極端干旱的變化趨勢 129
5.4.3 干旱歷時和干旱強度 130
5.4.4 不同區(qū)域干旱面積的長期變化 132
5.4.5 干旱化區(qū)域干旱特征分析 135
5.5 本章小結 142
第6章 土壤含水量距平指數 143
6.1 大范圍土壤含水量模擬 143
6.1.1 VIC模型簡介 143
6.1.2 水文參數網格化方案優(yōu)化 144
6.1.3 模擬土壤含水量驗證 154
6.2 土壤含水量距平指數構建 161
6.2.1 SMAPI 161
6.2.2 SMAPI等級劃分標準 167
6.2.3 基于SMAPI的干旱事件識別方法 180
6.3 土壤含水量距平指數驗證 182
6.3.1 西南地區(qū)典型干旱事件分析 182
6.3.2 華北地區(qū)典型干旱事件分析 183
6.3.3 2000年全國典型干旱事件分析 185
6.4 基于SMAPI的全國農業(yè)干旱特征分析 186
6.4.1 多年平均特征 186
6.4.2 多年季節(jié)平均特征 189
6.4.3 年代變化特征 191
6.5 本章小結 193
第7章 標準化徑流指數 194
7.1 全國范圍網格化徑流模擬 194
7.1.1 流域尺度網格匯流模型建立 195
7.1.2 全國范圍網格匯流模型構建 206
7.1.3 全國網格徑流模擬及驗證 214
7.2 標準化徑流指數的建立 220
7.2.1 SRI定義 220
7.2.2 概率分布線型優(yōu)選 220
7.2.3 干旱等級劃分 222
7.2.4 時間尺度分析 222
7.2.5 SRI的適用性分析 223
7.3 全國七大流域水文干旱分析及時空變化 226
7.3.1 全國七大流域水文干旱分析 226
7.3.2 流域典型水文干旱的時空變化 230
7.4 本章小結 234
第8章 基于環(huán)流異常的干旱預測模型 236
8.1 基于環(huán)流指數的年尺度干旱預測模型 236
8.1.1 致旱因子挑選及建模評價方法 236
8.1.2 聚類回歸預測模型 244
8.1.3 主分量回歸預測模型 247
8.1.4 模型對比分析 250
8.1.5 全國九大干旱分區(qū)預測應用 251
8.2 基于天氣系統異常的季節(jié)尺度干旱預測模型 254
8.2.1 概述 254
8.2.2 預測指標構建 255
8.2.3 異常信號指標與SPI3的同期逐步回歸模型構建 267
8.2.4 干旱趨勢狀態(tài)判別與確定 269
8.2.5 模型驗證 272
8.3 本章小結 275
第9章 多模式降水預報分析與集成 277
9.1 中期降水預報 277
9.1.1 全球數值模式簡介 277
9.1.2 降水預報檢驗方法 278
9.1.3 ECMWF、GFS、GEM模式比較分析 279
9.2 短期降水預報 284
9.2.1 全國10km WRF模式構建與驗證 285
9.2.2 短期降水預報檢驗分析 295
9.3 多模式降水預報集成 297
9.3.1 降水預報集成方法 298
9.3.2 降水預報偏差訂正結果檢驗 298
9.3.3 多模式降水集成結果檢驗 304
9.4 本章小結 308
第10章 大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測系統 309
10.1 系統總體設計 309
10.1.1 關鍵技術思路 309
10.1.2 系統組成 310
10.2 系統主要功能 310
10.2.1 中長期預測模型子系統 310
10.2.2 多模式降水預報子系統 315
10.2.3 水文過程模擬子系統 318
10.2.4 氣象-水文耦合計算子系統 326
10.2.5 查詢統計分析子系統 328
10.3 系統應用 332
10.3.1 2009～2010年西南大旱 333
10.3.2 2011年長江中下游大旱 341
10.3.3 2014年河南大旱 348
10.4 本章小結 355
參考文獻 356
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 我國干旱歷史概況 1
1.1.2 我國干旱防御問題 2
1.1.3 旱情動態(tài)監(jiān)測與預測的意義 3
1.2 干旱概述 4
1.2.1 干旱分類 4
1.2.2 干旱指數 6
1.2.3 干旱監(jiān)測與預測 14
1.3 主要內容 18
1.3.1 干旱監(jiān)測與預測關鍵信息提取與融合 18
1.3.2 干旱監(jiān)測與預測指標體系構建與分析 20
1.3.3 大范圍干旱監(jiān)測預測方法與集成 21
第2章 致旱天氣系統異常特征分析 22
2.1 致旱天氣系統異常特征分析方法 22
2.1.1 信號場方法 22
2.1.2 信號場方法存在的問題 24
2.1.3 信號場方法改進方案 25
2.1.4 信號場方法改進效果 26
2.2 致旱天氣系統模式概化 28
2.2.1 致旱天氣系統概化方法 28
2.2.2 華北地區(qū)致旱天氣系統概化分析 31
2.2.3 西南地區(qū)致旱天氣系統概化分析 32
2.3 西南特大干旱天氣系統異常特征分析 35
2.3.1 2009～2010年西南地區(qū)干旱過程 35
2.3.2 干旱前期高度信號場異常特征演變 37
2.3.3 風場異常特征 38
2.4 西南地區(qū)致旱因子相關區(qū)分析 41
2.4.1 海溫場相關區(qū) 41
2.4.2 500hPa高度場相關區(qū) 44
2.4.3 關鍵區(qū)致旱特征 47
2.5 本章小結 48
第3章 多源降水與多源氣溫融合 50
3.1 概述 50
3.2 多源降水融合方法改進及效果分析 51
3.2.1 多源降水融合方法及改進 51
3.2.2 資料介紹與方案設計 52
3.2.3 融合效果分析 54
3.3 全國范圍多源降水融合 63
3.3.1 TRMM測雨產品與測站降水融合 63
3.3.2 CFSR再分析資料與測站降水融合 68
3.4 全國范圍多源氣溫融合 71
3.4.1 *高氣溫融合 71
3.4.2 *低氣溫融合 73
3.5 本章小結 75
第4章 全國土壤田間持水量分布 77
4.1 田間持水量研究進展 77
4.1.1 統計模型 78
4.1.2 物理經驗模型 79
4.1.3 存在的不足 80
4.2 全國田間持水量確定方法 81
4.2.1 我國土壤類型分布 81
4.2.2 田間持水量主要影響因素及因子篩選 82
4.2.3 田間持水量集成數據來源 88
4.2.4 田間持水量集成方法 91
4.3 結果驗證與合理性分析 94
4.3.1 田間持水量集成結果與合理性分析 94
4.3.2 站點田間持水量驗證 96
4.3.3 土壤單元田間持水量驗證 98
4.3.4 與其他產品比較 100
4.4 本章小結 100
第5章 綜合氣象干旱指數 102
5.1 綜合氣象干旱指數構建 102
5.1.1 資料選用 102
5.1.2 帕爾默干旱指數 102
5.1.3 帕爾默干旱指數與標準化干旱指數相關性分析 112
5.1.4 綜合氣象干旱指數建立 113
5.2 綜合氣象干旱指數適用性分析 114
5.2.1 對區(qū)域干旱受旱/成災面積的反映 115
5.2.2 對徑流豐枯的反映 117
5.3 區(qū)域干旱頻率分析方法 118
5.3.1 區(qū)域干旱事件識別 119
5.3.2 區(qū)域干旱多變量聯合分布模型 120
5.4 1958～2014年中國氣象干旱的時空變化 126
5.4.1 全國綜合氣象干旱指數趨勢分析 126
5.4.2 1958～2014年中國極端干旱的變化趨勢 129
5.4.3 干旱歷時和干旱強度 130
5.4.4 不同區(qū)域干旱面積的長期變化 132
5.4.5 干旱化區(qū)域干旱特征分析 135
5.5 本章小結 142
第6章 土壤含水量距平指數 143
6.1 大范圍土壤含水量模擬 143
6.1.1 VIC模型簡介 143
6.1.2 水文參數網格化方案優(yōu)化 144
6.1.3 模擬土壤含水量驗證 154
6.2 土壤含水量距平指數構建 161
6.2.1 SMAPI 161
6.2.2 SMAPI等級劃分標準 167
6.2.3 基于SMAPI的干旱事件識別方法 180
6.3 土壤含水量距平指數驗證 182
6.3.1 西南地區(qū)典型干旱事件分析 182
6.3.2 華北地區(qū)典型干旱事件分析 183
6.3.3 2000年全國典型干旱事件分析 185
6.4 基于SMAPI的全國農業(yè)干旱特征分析 186
6.4.1 多年平均特征 186
6.4.2 多年季節(jié)平均特征 189
6.4.3 年代變化特征 191
6.5 本章小結 193
第7章 標準化徑流指數 194
7.1 全國范圍網格化徑流模擬 194
7.1.1 流域尺度網格匯流模型建立 195
7.1.2 全國范圍網格匯流模型構建 206
7.1.3 全國網格徑流模擬及驗證 214
7.2 標準化徑流指數的建立 220
7.2.1 SRI定義 220
7.2.2 概率分布線型優(yōu)選 220
7.2.3 干旱等級劃分 222
7.2.4 時間尺度分析 222
7.2.5 SRI的適用性分析 223
7.3 全國七大流域水文干旱分析及時空變化 226
7.3.1 全國七大流域水文干旱分析 226
7.3.2 流域典型水文干旱的時空變化 230
7.4 本章小結 234
第8章 基于環(huán)流異常的干旱預測模型 236
8.1 基于環(huán)流指數的年尺度干旱預測模型 236
8.1.1 致旱因子挑選及建模評價方法 236
8.1.2 聚類回歸預測模型 244
8.1.3 主分量回歸預測模型 247
8.1.4 模型對比分析 250
8.1.5 全國九大干旱分區(qū)預測應用 251
8.2 基于天氣系統異常的季節(jié)尺度干旱預測模型 254
8.2.1 概述 254
8.2.2 預測指標構建 255
8.2.3 異常信號指標與SPI3的同期逐步回歸模型構建 267
8.2.4 干旱趨勢狀態(tài)判別與確定 269
8.2.5 模型驗證 272
8.3 本章小結 275
第9章 多模式降水預報分析與集成 277
9.1 中期降水預報 277
9.1.1 全球數值模式簡介 277
9.1.2 降水預報檢驗方法 278
9.1.3 ECMWF、GFS、GEM模式比較分析 279
9.2 短期降水預報 284
9.2.1 全國10km WRF模式構建與驗證 285
9.2.2 短期降水預報檢驗分析 295
9.3 多模式降水預報集成 297
9.3.1 降水預報集成方法 298
9.3.2 降水預報偏差訂正結果檢驗 298
9.3.3 多模式降水集成結果檢驗 304
9.4 本章小結 308
第10章 大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測系統 309
10.1 系統總體設計 309
10.1.1 關鍵技術思路 309
10.1.2 系統組成 310
10.2 系統主要功能 310
10.2.1 中長期預測模型子系統 310
10.2.2 多模式降水預報子系統 315
10.2.3 水文過程模擬子系統 318
10.2.4 氣象-水文耦合計算子系統 326
10.2.5 查詢統計分析子系統 328
10.3 系統應用 332
10.3.1 2009～2010年西南大旱 333
10.3.2 2011年長江中下游大旱 341
10.3.3 2014年河南大旱 348
10.4 本章小結 355
參考文獻 356
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大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測(精) 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 研究背景 近年來，頻繁發(fā)生的干旱已成為世界范圍內的一個重大環(huán)境與氣候問題。長期以來，由于我國降水時空分布的高度不均勻性及水資源短缺，全國范圍內干旱頻繁發(fā)生。在全球變化背景下，我國大范圍、長歷時干旱事件發(fā)生頻率有不斷上升的趨勢，干旱的強度也明顯增加，對社會經濟發(fā)展特別是農業(yè)生產造成非常嚴重的影響。干旱已成為制約我國農業(yè)和國民經濟發(fā)展的重要因素。 1.1.1 我國干旱歷史概況 我國干旱頻繁發(fā)生，據不完全統計，公元前206年～公元1949年，發(fā)生過較大的旱災1056次。1949年以來，平均兩年就發(fā)生一次大旱。近年來，大范圍干旱的發(fā)生更加頻繁，例如，1997年、1999～2002年我國北方地區(qū)出現連年大旱，2003年、2004年江南、華南地區(qū)遭受嚴重干旱，2006年川渝地區(qū)出現百年大旱，2009年北方冬麥區(qū)發(fā)生波及12個省份的特大干旱，2009～2013年西南地區(qū)持續(xù)出現特大干旱。在氣候環(huán)境變化的情況下，我國中高緯度地區(qū)干旱的發(fā)生將變得更加頻繁(Dai，2010)。 干旱持續(xù)時間長，通常在幾個月以上，有時甚至長達幾年，如1959～1961年全國大旱、1980～1982年北方大旱、1997～2000年海河流域大旱。干旱影響區(qū)域廣，我國整個東部季風區(qū)都受到干旱影響[圖1.1(a)]，干旱強度較全國其他區(qū)域更大[圖1.1(b)]。這些區(qū)域正是我國人口密集區(qū)[圖1.1(c)]，也是糧食主產區(qū)[圖1.1(d)]，因此，一旦發(fā)生干旱就會對社會經濟造成嚴重影響，從而導致供水短缺、糧食減產和環(huán)境惡化等問題。據統計，1949～2006年平均每年受旱面積2122萬hm2，約占各種氣象災害受災面積的60%。1990年以來，我國因干旱年均損失糧食278億kg；年均工業(yè)損失2000億元；平均每年有2746萬人飲水困難。表1.1列出了1951～2009年我國13場大范圍干旱事件及其造成的影響。 圖1.1 中國歷史干旱頻率、干旱強度及人口密度、耕地面積分布圖 表1.1 1951～2009年中國重要干旱事件及其影響 1.1.2 我國干旱防御問題 針對頻繁發(fā)生的干旱及由干旱引發(fā)的災害問題，國家正在從工程和非工程措施方面不斷提高防御干旱災害的能力。但是，由于干旱問題的復雜性，如何科學防御干旱一直是我國面臨的重大問題。干旱防御主要面臨以下三方面問題。 1) 干旱一年四季均有發(fā)生，干旱防御貫穿全年 不同于洪水有汛期和非汛期之分，干旱在一年四季都可能發(fā)生，防旱抗旱工作全年都要開展。根據《中國氣象年鑒》對我國近30多年來干旱情況的記錄，幾乎每年都會有地區(qū)發(fā)生不同程度的季節(jié)干旱。其中夏季是我國廣大地區(qū)干旱的高發(fā)季節(jié)，嚴重影響當地人民的生產和生活，如1989年黃淮地區(qū)夏旱、1994年全國范圍伏旱和2006年川渝特大伏旱等；新疆北部和云南等地區(qū)經常出現的春旱，以及長江中下游等地區(qū)出現的秋旱對我國農業(yè)生產影響嚴重，如2004年華南大范圍春旱，2005年云南省嚴重春旱和2007年華北、西北地區(qū)嚴重春旱等；另外，這些區(qū)域也經常發(fā)生季節(jié)連旱，對我國農業(yè)生產和經濟發(fā)展影響更為嚴重，如1999年北方夏秋大旱，2008年東北、華北等地區(qū)嚴重的冬春連旱，2011年華北、黃淮嚴重秋冬連旱和長江中下游嚴重冬春連旱。 2) 干旱形成和發(fā)展過程復雜，難以識別 干旱的發(fā)生和發(fā)展受眾多因子影響，不僅與降水的多少和分配有關，還與蒸散發(fā)量、土壤含水量和徑流量等因子有關。干旱發(fā)生過程緩慢，具有漸變性的特點，影響后果具有滯后性，因此很難確定干旱發(fā)生和結束時間。對同一干旱事件，基于不同因子構建的干旱指數識別得到的干旱過程不盡相同。例如，2009～2010年發(fā)生在廣西百色的一場干旱，使用基于不同變量(降水、土壤含水量和徑流)構建的干旱指數分析其干旱過程時，判定得到的干旱開始和結束時間有所差異，基于降水的干旱指數相對于基于徑流的干旱指數，識別出的干旱開始和結束時間明顯提前(Wu et al.，2015)。 3) 干旱影響面廣，難以量化 干旱是一種階段性缺水狀態(tài)，在不同氣候區(qū)都可能發(fā)生，甚至可以發(fā)生在多年平均降水較多的地區(qū)。某一區(qū)域某一時間段內降水的虧缺將導致干旱發(fā)生。干旱首先會引起河流和湖泊等水量的減少，隨著干旱的持續(xù)，將會對生態(tài)、水文和農業(yè)等產生影響，如土壤退化、水資源減少和糧食減產等；如果干旱持續(xù)時間更長，這一系列影響就會加重，進而影響社會經濟發(fā)展，導致生態(tài)環(huán)境惡化、水力發(fā)電量下降和糧食供應緊張等問題？梢，干旱所造成的影響面廣且隨持續(xù)時間發(fā)生變化。因此，要量化干旱產生的后果，對干旱影響進行客觀評價十分困難。 1.1.3 旱情動態(tài)監(jiān)測與預測的意義 干旱形成的原因和造成的影響不僅與眾多的自然環(huán)境因素有關，也與人類社會因素有關。我國幅員遼闊，地理環(huán)境多樣，氣候復雜，往往一個地區(qū)嚴重洪澇時另一地區(qū)可能發(fā)生嚴重干旱，有時同一地區(qū)短時間內先澇后旱或先旱后澇，給防旱和抗旱工作造成很大的困難。 旱情動態(tài)監(jiān)測與預測是科學防御干旱的基礎，在我國過去的幾十年中，干旱監(jiān)測技術不斷改進和完善，干旱監(jiān)測的時空分辨率不斷提高。同時，衛(wèi)星遙感和地理信息系統等技術也開始被應用于干旱監(jiān)測中，這為應對干旱事件提供了更多、更準確的信息。然而，干旱預測方面的研究仍然相對滯后。數值天氣預報和陸面模式的發(fā)展帶動了干旱預測技術的發(fā)展，近年來，國內外建立了多個大氣-水文耦合的干旱預測系統，但由于數值模式具有較大的不確定性，干旱預測精度仍有待提高。提高大范圍干旱預測精度，構建大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測系統仍然是國內外亟待解決的重大科學技術問題。 1.2 干旱概述 1.2.1 干旱分類 1. 干旱定義 關于干旱的定義，可以追溯到100多年前美國氣象學家Abbe在雜志Monthly Weather Review上發(fā)表的論文，該文分析了1894年美國的大旱，文中首次提出干旱的定義，即長期累積缺雨的結果。這是對干旱*初也是*質樸的定義，簡單地認為干旱是由于降水缺少引起的。此后許多對干旱的定義都停留在降水虧缺上，例如，1954年，美國國家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)認為干旱是嚴重和長時間降水短缺；1986年，世界氣象組織(World Meteorological Organization，WMO)將干旱定義為一種持續(xù)、異常降水短缺；2005年，聯合國國際減災戰(zhàn)略認為干旱通常是指在一個季度或更長時間內，由于降水嚴重缺少而產生的自然現象。需要指出的是，干旱不等同于旱災，只有當干旱對人類社會經濟和賴以生存的環(huán)境造成損失和危害時才會形成旱災。 不同行業(yè)對干旱的理解也有所不同，我國相關規(guī)范在定義干旱時主要考慮的是缺雨或缺水。例如，國家標準《氣象干旱等級》(GB/T 20481—2017)將干旱定義為某時段內蒸發(fā)量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺現象；國家標準《農業(yè)干旱等級》(GB/T 32136—2015)定義干旱為由外界環(huán)境因素造成作物體內水分虧缺，影響作物正常生長發(fā)育，進而導致減產或失收的現象；水利行業(yè)標準《旱情等級標準》(SL 424—2008)定義干旱為因降水減少，或入境水量不足，工農業(yè)生產和城鄉(xiāng)居民生活用水需求得不到滿足的供水短缺現象。三個行業(yè)對干旱的理解和定義存在差異，相比于氣象行業(yè)，農業(yè)和水利行業(yè)對干旱的定義更看重缺水所帶來的影響結果，只有造成了相應的災害才認為發(fā)生了干旱。 目前國際權威機構、政府部門和眾多學術團體普遍采納、引用較多的主要是1959年美國氣象學會(American Meteorological Society，AMS)出版的《氣象詞匯》中對干旱的定義：一段時間內異常的干燥天氣，引發(fā)了足夠長時間的缺水，在受影響地區(qū)造成了嚴重的水文不平衡。該定義認為干旱是由異常天氣引起的，更深入地將干旱理解為一種氣候異，F象，這種現象是相對的，將干旱與干燥性氣候區(qū)別開來。但是，這種干旱定義仍然存在不足，因為異常干燥天氣所引發(fā)的缺水具有滯后性，在該時段異常干燥天氣結束后，干旱仍可能持續(xù)。一些學者在對以上干旱定義進行總結歸納后重新對干旱進行了定義，例如，金菊良等(2014)將干旱定義為在某地理范圍內降水、徑流、土壤蓄水和地下水等水循環(huán)過程中自然供水源在一定時期持續(xù)少于長期平均水平，導致河流、湖泊和土壤或地下含水層中水分虧缺的自然現象。該定義將較為廣泛的干旱成因及干旱現象融入其中，是對之前干旱定義的一種發(fā)展。 國內外對干旱的定義超過150種(Wilhite et al.，1985)，期望有一種可以被普遍接受且能全球通用的干旱定義是不現實的，干旱的定義應該針對特定的區(qū)域和應用領域。事實上，干旱所表現出的各種水分虧缺現象都可以認為是由降水減少或降水減少發(fā)展演變引起的，因此對干旱的定義不必將重點放在干旱成因(如引起降水減少的異常天氣或繼而出現的降水、徑流等減少)上，只需描述干旱這種水分虧缺現象即可。根據對干旱的多年研究，目前本書對干旱的認識和理解是：干旱是在一定地區(qū)、一段特定時間內，在近地表生態(tài)系統和社會經濟系統中，發(fā)生的一種水分缺乏的自然現象，干旱的本質就是因缺水而引發(fā)的一種供需關系失衡現象。 2. 干旱類型 干旱的分類方法有多種。2003年，美國氣象學會理事會將干旱劃分為氣象干旱(meteorological drought)、農業(yè)干旱(agricultural drought)、水文干旱(hydrological drought)和社會經濟干旱(socioeconomic drought)四種類型。其中，氣象干旱主要表現為降水顯著減少；農業(yè)干旱主要表現為供給植被生長用水的土壤水分虧缺；水文干旱主要表現為流域徑流量、水庫蓄水量和地下水儲量等異常短缺；而社會經濟干旱與其他類型干旱不同，它主要將氣象干旱、農業(yè)干旱和水文干旱與人類活動聯系起來，并不是一個很明確的干旱類別。因此，2011年，聯合國在關于減少災害風險全球評估報告(GAR11)《剖析風險、重新定義的發(fā)展》中，提出用三種干旱類型詮釋干旱，這三種干旱類型分別是氣象干旱、農業(yè)干旱和水文干旱，而不再沿用美國氣象學會提出的社會經濟干旱這一類別。 另外，隨著社會的發(fā)展，為了滿足社會需求，更多的干旱類別孕育而生。例如，陳鵬等(2010)提出了城市干旱的概念并將其定義為：人口密度大，社會經濟比較發(fā)達的地區(qū)由于水分短缺造成收支不平衡，城市需水量超過本地蓄水量，進而使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，影響本地社會和經濟可持續(xù)發(fā)展的現象；張強等(2014)認為，在加強生態(tài)文明建設的今天，應該將生態(tài)干旱作為一個單獨的干旱類別。 總的來說，可以將所有干旱類別都歸納到自然和社會經濟兩個層面。自然層面上對應的干旱類別有氣象干旱和水文干旱，表現為降水、徑流和地下水等在自然狀況下的相對虧缺情況；其余干旱類別都可以認為是社會經濟層面上的干旱類別，因為它們都對應人類生活和生產等活動，例如，農業(yè)干旱對應農業(yè)生產，生態(tài)干旱對應人類生活環(huán)境，城市干旱更是與人類活動緊密聯系。 為了從不同角度更好地監(jiān)測與預測干旱，本書沿用了目前被廣泛接受的聯合國對于干旱的分類方法，將干旱分為氣象干旱、農業(yè)干旱和水文干旱，分別選取了降水量、土壤含水量和徑流量作為研究干旱的主要變量。 1) 氣象干旱 廣義的氣象干旱在氣象學上有兩種含義：一種是長期的干燥或氣候干旱；另一種是大氣干旱，多數情況下所說的氣象干旱都是指后者。干燥或氣候干旱是指在某一固定地區(qū)，蒸發(fā)量比降水量大得多的一種氣候現象，即使在*濕潤的時期仍然是非常干燥，因此干燥是絕對的少雨狀態(tài)。氣候干旱與特定的地理環(huán)境和大氣環(huán)流系統緊密相連。例如，我國的干燥氣候區(qū)包括西北地區(qū)大部、內蒙古西部和西
大范圍干旱動態(tài)監(jiān)測與預測(精) 作者簡介
陸桂華，博士，河海大學教授、博士生導師，河海大學水問題研究所所長。1982年獲華東水利學院陸地水文專業(yè)學士學位，1989年獲愛爾蘭國立大學工程水文專業(yè)碩士學位，1997年獲河海大學水文學及水資源專業(yè)博士學位。獲全國很好博士學位論文指導教師、全國高等學校很好骨干教師等稱號，入選“新世紀百千萬人才工程”、水利部“5151人才工程”、首屆江蘇省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才、江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”首批中青年科技領軍人才，享受國務院特殊津貼。先后承擔國家科技支撐計劃、973計劃、863計劃、水利部公益性行業(yè)科研專項、國家自然科學基金等課題50余項。指導博士、碩士研究生百余名。發(fā)表《近50年來中國干旱化特征分析》等學術論文百余篇，其中多篇論文被SCl、日檢索。出版《水文循環(huán)過程及定量預報》、《太湖藍藻監(jiān)測處置與湖泛成因》、《太湖生態(tài)清淤及調水引流》等學術專著？蒲谐晒@國家科學技術進步獎二等獎2項，水利部大禹水利科學技術獎一等獎2項，中國科學院“九五”很好科技成果獎1項，黃河水利委員會科學技術進步獎二等獎1項，江蘇省科學技術進步獎二等獎1項，其他省部級科學技術進步獎三等獎2項。
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