干旱是干旱和半干旱地区最普遍和最具破坏性的灾害，在气候变化的作用下，其表现更为复杂。为了全面了解黄土高原地区的干旱状况，利用标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)，对1957年至2012年的干旱状况进行了区域时空特征识别。通过主成分分析，确定具有独立干旱特征的分区和相应的代表气象站，为区域干旱监测提供依据。基于SPEI的干旱严重程度增长趋势强度弱于基于SPI的干旱严重程度增长趋势。基于SPEI的干旱严重程度有显著增加趋势的区域仅出现在西南地区，且远小于基于SPI的区域。总体而言，旱情发生频率由东南向西北呈现为空间递减趋势，在冬季中期、春末夏初旱情频率较高。受干旱影响的地区也随时间发生变化，但主要集中在中部和西北部地区。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法3
1.1研究区域 3
1.2数据收集和准备4
1.3干旱指数4
1.3.1利用标准化降水指数(SPI)4
1.3.2标准化降水蒸散指数(SPEI)5
1.4 统计方法 6
1.4.1描述性统计6
1.4.2主成分分析6
1.4.3趋势分析6
1.4.4空间内插7
2结果与分析7
2.1气候的时空变化7
2.2 SPI和SPEI时间序列的PCA分析9
2.3干旱时间趋势的时空格局11
3讨论 13
3.1结论 13
致谢14
参考文献14
黄土高原地区干旱时空特征分析
引言
引言 干旱是一种无声的、渐进的、反复发生的自然灾害，在世界各地干旱和潮湿地区都会造成大量的农业、经济和环境破坏[1]。干旱通常被认为是由于长期缺乏降水/可用水资源或过量蒸散造成的负水平衡[2]。干旱是不可避免的，但准确了解干旱的时空特征是干旱研究的重要内容为减轻潜在影响而制定干旱应急计划。然而，由于干旱的各种定义及其在空间和时间上的巨大变异性，很难客观地量化干旱的强度、持续时间和空间范围等特 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
征[3]。
在过去的几十年里，许多研究致力于制定客观的指标来确定干旱的开始、结束点和严重程度，用于干旱的量化、有效的管理和预警系统的建立[4]。大多数指数是基于气象变量，特别是降水与历史标准的偏差。在各种应用的干旱指数中，Palmer干旱严重程度指数(PDSI)是干旱量化的一个里程碑[5]。它是基于一种供需概念，由每月的水平衡方程表示为一个包含降水、径流、蒸发蒸腾和土壤水分的两层模型[6]。PDSI及其变体如改进的PDSI (PMDI)、Palmer水文干旱指数(PHDI)和Z指数在干旱监测和水资源综合管理中得到了广泛的应用[7]。
McKee等[24]开发了一种空间不变的多标量指数，即标准化降水指数(SPI)。SPI计算基于长期降水记录，首先拟合概率分布，然后通过等概率变换转化为正态分布[8]。 此外，SPI可以在不同的时间尺度下计算，从一个月到几年，由用户定义。这种多功能性使它能够监测不同水文系统的水亏缺，作为对异常降水的响应，包括对农业生产至关重要的短期水供应，如土壤湿度，以及地下水供应、河流流量和水库水位等长期水资源[9]。 SPI的这些优点促进了它作为一个强大的干旱监测工具的全球接受，因此它被世界气象组织作为参考干旱指数。
最近，VicenteSerrano等[38]制定了一个新的干旱指数，即标准化降水蒸散指数(SPEI)，通过考虑温度对干旱的影响，并表示干旱的多尺度性质，进一步识别干旱特征。SPEI是基于一个月的气候性水分平衡，计算为降水减去潜在蒸散(PET)。水分平衡计算中包含蒸散发是SPEI识别全球变暖背景下温度和蒸散发波动趋势对干旱条件影响的关键。这一事实已被世界各地不同气候带的研究证实[10]。
黄土高原地区位于我国西北地区，是我国几千年来最重要的农业区之一。然而，干旱灾害在该地区频繁发生，造成了巨大的农业和社会经济损失[11]。严重的水资源短缺是黄土高原生态环境健康可持续发展的关键障碍[12]。多年来降水分布不均，也是黄土高原水土流失最为严重的地区之一。为了控制水土流失，许多科学家和决策者支持大规模的植被恢复[13]。
气候变化和土地利用转换可能会使整个地区的干旱状况更加复杂。因此，全面了解干旱情况的时空特征对于保障粮食安全和该地区生态恢复的成功是必不可少的。利用不同的干旱指数对该地区的干旱状况进行了定量和监测研究。Zhao and Wu[19]等人结合变渗透能力(VIC)模型和PDSI，分析了黄土高原6个分区近4个12年(19712010)的干旱变化趋势。张涛等[21]利用气象干旱综合指数(CI)调查了黄土高原西南部甘肃省近50年干旱状况的发生率、强度和频率。他们发现，春季和秋季旱情呈显著增加趋势，夏季和冬季旱情呈轻微增加趋势。Yao et al. [48]基于黄土高原48个气象观测站19612010年的气候数据，利用基于相对湿度的干旱水平指数，确定了春季干旱的年代际变化和时空分布。他们的结论是，受干旱影响的地区以每十年4%的速度增长，目前覆盖了黄土高原94%的面积。他们还预测，未来几年干旱面积和强度将继续增加。他们的结论是，干旱的严重程度可能随着降水的减少和温度的升高而增加。虽然这些前人的研究提供了可靠的结果，但由于其视角受到原始气象数据的空间范围或时间尺度的限制，无法提供整个黄土高原干旱特征的整体研究结果，而这是制定区域农业和环境政策所必需的。此外，由于受干旱指数的制约，干旱条件的多尺度性并没有得到很好的表征，也没有研究不同时空尺度下的变化趋势。因此，本研究的目的是:(1)利用多尺度干旱指数，即、SPI和SPEI对黄土高原干旱时空特征进行区域研究;(2)确定气候变化条件下不同时空尺度干旱的变异性和趋势。

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