干 旱 地 区 农 业 研 究 Agricultural Research in the Arid Areas 第 39 卷第 3 期 2021 年 05 月 文章编号: 1000-7601( 2021) 03-0194-08 Vol.39 No.3 May 2021 doi: 10.7606 / j.issn.1000-7601.2021.03.24 基于 SPEI 和时空立方体的中国 近 40 年干旱时空模式挖掘 张 棋 ,许德合 ,丁 1 2 严 2 ( 1. 华北水利水电大学地球科学与工程学院,河南 郑州 450000; 2. 华北水利水电大学测绘与地理信息学院,河南 郑州 450000) 摘 要: 利用 1980—2019 年中国 612 个气象站点逐月降水量和温度数据计 算 多 尺 度 标 准 化 降 水 蒸 散 指 数 ( SPEI) ,根据中国气温条件划分 7 大地理分区并结合时空立方体、时空热点分析、时空聚类和时空异常值来探究中 国近 40 年多尺度标准化降水蒸散指数 SPEI 的时空分布特征。结果表明: ( 1) 通过干旱频率的计算,发现轻度干旱 和极端干旱最为严重的地区为内蒙古草原地区,严重干旱和中度干旱在西北荒漠地区最为严重。( 2) 通过时空立方 体展示出中国旱情在时空分布上差距较为显著,西北地区最为严重,其次是西南的西部地区和华北的北部地区; ( 3) 对我国近 40 年 SPEI 12 的时空热点进行分析可得我国旱情的时空趋势,其中冷点地区和热点地区各有 2 个,热 点主要分布在华中和东北地区的西部,冷点主要分布在华中的中部地区; 4) 对多尺度 SPEI 进行局部异常值分析得 到,年尺度的华南西部和华中、华南湿润亚热带地区的中部呈低 - 低聚类,说明该地全年旱情相对更严重。 关键词: 干旱特征; 时空立方体; 标准化降水蒸散指数( SPEI) ; 时空模式挖掘 中图分类号: S423 文献标志码: A Spatio-temporal pattern mining of the last 40 years of drought in China based on SPEI index and spatio-temporal cube ZHANG Qi 1 ,XU Dehe 2 ,DING Yan 2 ( 1. College of Geosciences and Engineering,North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou,Henan 450000,China; 2. College of Surveying and Geo-informatics,North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou,Henan 450000,China) Abstract: In this paper,we use monthly precipitation and temperature data from 612 meteorological stations in China from 1980 to 2019 to calculate the multiscale standardized precipitation evapotranspiration index ( SPEI) and to investigate the spatial and temporal distribution of the SPEI in China over the past 40 years. The results showed that: ( 1) The frequency of drought and the spatio-temporal cube showed that there were significant differences in the spatio-temporal distribution of drought in China,with the most severe drought in the northwest,followed by the western part of southwest China and the northern part of northern China; ( 2) The spatio-temporal trend of drought in China over the past 40 years was obtained from the analysis of the spatio-temporal hotspots of the SPEI 12,where there were two cold spots and two hot spots,one in central China and one in northern China; ( 3) The spatio-temporal trend of drought in China was obtained from the analysis of the spatio-temporal hot spots of the SPEI 12. The west of the northeastern region,cold spots were mainly distributed in central China; ( 4) Local anomaly analysis of multiscale SPEI yielded low-low clustering in the annual-scale west of southern China and the central humid subtropical region of central China,indicating that the drought is relatively more severe throughout the year in this area. 收稿日期: 2020-09-24 修回日期: 2020-10-27 基金项目: 国家自然科学基金( 51679089) ; 2019 年度河南省重点研发与推广专项( 192102310257) ; 地理信息工程国家重点实验室基金 ( SKLGIE2019-Z-4-2) 作者简介: 张棋( 1994-) ,男,青海西宁人,硕士研究生,研究方向为气象干旱预测与空间分析。E-mail: 895300576@ qq.com 通信作者: 许德合 ( 1972 - ) ,女,河 南 南 阳 人,副 教 授,博 士,主 要 从 事 计 算 机 地 图 制 图、地 理 信 息 系 统 的 开 发 及 应 用 研 究。 E-mail: 1445073551@ qq.com 第3期 张 棋等: 基于 SPEI 和时空立方体的中国近 40 年干旱时空模式挖掘 195 Keywords: drought characteristics; spatio-temporal cube; SPEI; spatio-temporal pattern mining 从全 球 范 围 看,自 然 灾 害 中 旱 灾 影 响 面 积 最 广,造成经济损失最大,被认为是世界上最严重的 发展趋势与聚类的显著性与异常值则结合时空热 点分析与局部异常值来确定。 [1] ,而中国干旱地区面积占全国 [2] 自然灾害影响面积的 60% 。 由于其出现次数多、 1 持续时间长、影响范围大、对农业等经济部门造成 的直接损失重,再加上水资源、土地资源及其对社 中国地形由西至东呈下降趋势,且地貌类型多 样化,由平原、山谷、丘陵、水系、水体、高原、沙漠和 [3] 会的潜在影响,成为我国最大的自然灾害之一 。 因此,量化研究干旱时空变化特征并阐述其形成的 [8] 冰川、盆地等组成 。 气候类型可分为季风气候、 温带大陆性气候、高寒气候,温度带由南至北可划 机制,对农业生态系统的科学管理和气象灾害预警 [4] 等方面有重要意义 。 [12] 为热带、亚热带、暖温带、中温带、寒带 。 本文选 取 1980—2019 年中国 612 个连续监测的气象站逐 国际上将干旱分为气象干旱、农业干旱、水文 [5-6] 。 其中,气象干旱的 干旱和社会经济干旱四类 月降水量数据( 来源于国家气象信息中心提供的中 国地面气候资料月值数据集,http: / / data. cma. cn / ) 评估是农业干旱、水文干旱和社会经济干旱监测和 预警的基础。 通常我们选用便于计算的干旱指标 进行计算。考虑到多年的平均气温条件,中国被划 分 7 个 自 然 分 区 ( 见 图 1) ,分 别 为 西 北 荒 漠 地 区 来监测评 估 干 旱 发 生 的 强 度、持 续 时 间 和 受 灾 范 [7] 围 。目前,气象干旱常用指标主要有标准化降水 ( Ⅰ) ,内蒙古草原地区 ( Ⅱ ) ,东北湿润半湿润温带 自然灾害类型之一 指数 ( standard precipitation index,SPI) 、帕默尔干 旱指数 ( plamer drought severity index,PDSI) 、标准 研究区概况与数据来源 地区( Ⅲ) ,华北湿润半湿润暖温带地区 ( Ⅳ ) ,华中 华南湿润亚热带地区 ( Ⅴ ) ,青藏高原 ( Ⅵ ) ,华南湿 润热带地区( Ⅶ) 。 化降水 蒸 散 指 数 ( standard precipitation evaporation Index,SPEI) 等[6-7]。其中,SPEI 基于降水和蒸散, 既保留了 PDSI 考虑蒸散对温度敏感的特点,又具 [8] 备 SPI 适 合 多 尺 度、多 空 间 比 较 的 优 点 。 Yao [9] 等 利用 SPEI 等干旱指数按照中国 7 大分区评估 了 1961—2013 年中国大陆干旱的时空演变,并揭示 [10] 了历史的干旱状况。Li 等 利用 SPI 和 SPEI 两个 常用的气象干旱指数来研究 1980—2015 年中国的 干旱特征,该研究考虑到未来全球变暖导致蒸散量 的增加,因此 SPEI 比 SPI 更适合于监测气候变化下 的干旱。 目前大多数研究对于干旱的监测均从时间和 空间两个纬度分别进行探究,而未从总体的时空尺 度上去分析干旱的特征与变化。 利用时空数据模 型探索气象干旱的分布格局、形成过程和影响机制 图 1 中国 7 大地理分区 与 612 个气象站点分布 Fig.1 The 612 meteorological stations within the 7 geographical zones of China 2 研究方法 型可以保证时空数据的连续性,因此与传统的时空 分析进行比对时,发现时空立方体能够整体上展示 2.1 标准化降水蒸散指数( SPEI) 数据的时空特征,而不是像传统的时空分析中仅能 选取个别年份进行分析与展示。 本文利用时空立 虑蒸散作用而提出的气象干旱指标 。SPEI 具有 1 个月时间尺度 SPEI 值可以较为 多时间尺度特征, 方体模型对中国多尺度 SPEI 从时空尺度上进行可 视化展示与分析。对中国 612 个站点创建泰森多边 形,并结合时空尺度的 K - means 聚类方法对近 40 清晰地反映旱涝的细微性变化; 3 个月时间尺度则 可以反映季节的干旱发生情况; 6 个月尺度值通常 年来 612 个区域进行聚类,利用伪 F 统计量评估多 尺度 SPEI 的最佳聚类数。对于近 40 年各地旱情的 月尺度 值 为 干 旱 的 年 际 变 化 与 长 期 旱 情 监 测 结 [8] 果 。因此本文对中国 7 大区的 1 个月、3 个月、6 [11] 有重要的实践与现实意义 。 由于时空立方体模 SPEI 是 Vicente - Serrano 等[13] 在 SPI 基础上考 [14] 与农作物生长季密切相关; 12 个月尺度值与 24 个 干旱地区农业研究 196 12 个月和 24 个月时间尺度的 SPEI 值进行计 个月、 算与分析以反映研究区域的干旱情况。 由于 1980 2.3 第 39 卷 时空序列聚类 年以前大多站点数据有缺失值,因此本文分别计算 了 1980—2019 年的 5 个尺度的 SPEI 值 ( 分别记为 基于时间序列的相似特征,在时空立方体的基 础上将时空立方体中的时间序列集合进行划分 ,也 就是 K -means 算法的时空体现,其中每个聚类的成 SPEI1,SPEI3,SPEI6,SPEI12 和 SPEI24) ,并通过国 家标准气象干旱等级 ( GB / T20481 - 2017) 规定的干 员具有的时间序列特征均相似。可以基于 3 个条件 聚集时间序列: 具有相似的时间值、趋于同时增加 [3] 旱分级标准( 表 1) 来表征干旱情况 2.2 时空立方体 。 [19] 和减少以及具有相似特征的重复模式 。 本文对 1980—2019 年多尺度 SPEI 结合时空立方体模型进 结合时空分析思维模式来探究气象干旱在中国的 时空分布特征、 时空演化过程、 时空聚类分析和时空热 行时空聚类,首先对中国 612 个气象站点创建泰森 多边形,同时结合 K 近邻算法和 K - means 算法对 [15-17] 。 点分析, 能够为有关部门防旱抗旱提供科学依据 以下研究方法均从时空尺度出发并结合 SPEI 对中国 612 个泰森多边形进行聚类,聚类数目利用伪 F 统 近 40 年气象干旱时空特征进行研究与分析。 计量来选取,伪 F 统计量是一个反映聚类间方差和 距离内方差的比率,即反映组内相似性和组间差异 时空立方体模型是通过将样本点聚合到时空 [18] 条柱的方法 ,通过创建时空立方体,以时间序列 的比率。 其 值 越 大,表 示 该 聚 类 数 越 有 效。 公 式 如下: 分析、集成空间和时间模式分析等形式对时空数据 [18] 进行可视化与分析 ( 见图 2) 。 图 2 中 X 轴和 Y F= 轴代表该时间段的空间位置,Z 轴代表时间,底层为 起始时间,顶层为最近时间,每个立方体均由该时 ( ) ( 1n -- Rn ) R2 nc - 1 2 c n n n 间对应的属性值组成,数值的大小可以通过设置不 同颜色来区分。 本文通过将气象站点数据计算得 2 其中,R = 到的 SPEI 值进行聚合,每年的 SPEI 值均聚合到一 个立方体中,而多个立方体按照时序排列 ( 垂直排 SSE = ∑ ∑ ∑ ( V kij - V ki ) 2 ,n 为要素数,n i 为聚类 i 列) 聚合后得到时空柱,即每个站点形成一个时空 中的要素数,n c 为类 ( 聚类 ) 数,n v 为用于聚类要素 柱。因此通过聚合不同时间尺度的 SPEI 值,可得到 中国 612 个气象站点监测到的不同类型旱情 。 的变量数,V ij 为 i 聚类中 j 要素的 k 变量值,V 为 k 变 表 1 标准化降水指数干旱分级 Table 1 Drought classification based on SPEI 等级 Level 1 类型 Type 无旱 No drought SPEI 范围 Range of SPEI 2 轻旱 Mild drought 3 4 中旱 Moderate drought 重旱 Severe drought -2.0≤SPEI< -1.5 5 特旱 Extreme drought SPEI≤-2.0 SPEI≥-0.5 -1.0≤SPEI< -0.5 -1.5≤SPEI< -1.0 nc c i v SST - SSE ,SST = ∑ ∑ ∑ ( V kij - V k ) 2 , SST i=1 j=1 k=1 ni nv i=1 j=1 k=1 k k k 量的平均值,V i 为聚类 i 中 k 变量的平均值。 2.4 时空热点分析 时空热点分析可识别数据的时空趋势,探测某 一特征在时空尺度的热点或冷点,在本文中,热点 代表该地区往年未有旱情或旱情不明显而近年发 生旱情或 相 比 往 年 旱 情 严 重 的 情 况,而 冷 点 则 相 反。通过特定的邻域距离和临域时间步长参数来 * [20-21] 。 计算每个立方体条柱的 Getis-Ord Gi 统计量 结合 M -K 检验法对时空尺度的热点分析结果进行 趋势检验,共有 17 种,分别为新增的、连续的、加强 的、持续的、逐渐减少的、分散的、振荡的以及历史 [21-22] ,还有一个是无显著特征。 由于 研究领域不同,因此本文共检验出 6 种,分别为: 新 的热点和冷点 兴热点、分散热点、振荡热点、新兴冷点、振荡冷点 和无显著特征。 2.5 图 2 时空立方体模型 Fig.2 Space-time cube model 局部异常值分析 局部异常值分析可确定数据中的显著聚类和 异常值。通过查找研究区内时间与空间上与其邻 域存在统计差异的位置,计算出空间和时间环境中 的统计显著性聚类和异常值,是局部 Anselin Local 第3期 张 棋等: 基于 SPEI 和时空立方体的中国近 40 年干旱时空模式挖掘 197 Moran’s I 统计的时空体现[18]。时空模式挖掘使用 3.2 邻域距离和邻域时间步长参数估计各立方体条柱 的 Anselin Local Moran’s I 统计量的时空实现,包含 本文结合时空立方体模型对中国 612 个气象站 点逐月降雨量和温度数据计算所得的多尺度 SPEI 6 种检测结果,分别为无显著性 ( 从未具有显著统计 性的位置) 、高-高聚类( 统计显著性类型始终仅为高- 进行时空分布展示。由于 1 个月尺度旱情变化特征 不明显,而 24 个月尺度的旱情特征与 12 个月尺度 高聚类的位置) 、 高-低聚类( 统计显著性类型始终仅为 高-低聚类的位置) 、 低-高聚类( 统计显著性类型始终 十分相近,因此以下部分仅以 3 个月、6 个月和 12 个月尺度为例进行分析与可视化,结果见图 5。图 5 仅为低-高聚类的位置) 、 低-低聚类( 统计显著性类型 始终仅为低-低聚类的位置) 和多种类型( 曾经为多种 中,( a) 、( b) 、( c) 、( d) 分别为中国季尺度的春、夏、 秋、冬四季的干旱时空监测情况,整体来看,中国各 [18] 。 统计显著性聚类类型和异常值类型的位置) 地均有明显的季节性干旱,从时空尺度来看冬旱最 为严重,主要在东北的南部、华中的中部和华北的 3 结果与讨论 3.1 SPEI 与干旱频率 多尺度 SPEI 的时空立方体 北部地区,尤其在近几年东北的北部地区有极端旱 情的发生。春旱、夏旱和冬旱在近年的时空分布明 本文利用中国 612 个气象站点的逐月降水量和 温度数据计算中国 7 大分区的多尺度 SPEI 值,见图 显少于冬旱,春旱和夏旱在华南的西部地区最为严 重,有极端旱情的发生,而秋旱则在华南的东部地 3。图 3 中红色为干旱发生年份,蓝色为无旱年份, 区较为明显。为了监测各地的生长季旱情,因此对 9 月的 SPEI 6 进行时空可视化分析,从图 5( e) 中可 蓝色实线为一元线性回归线。 结合表 1 和图 3,从 月尺度可以看出,较短时间尺度监测到的旱情发生 年份连续性较差,而季尺度和半年尺度旱情发生年 份较为相近,年尺度及以上则可以看出中国 7 大分 区的西北荒漠地区 ( 1 号地区 ) 发生旱情时间最长, 其次是青藏高原地区( 6 号地区) 和内蒙古草原地区 以看出,西北荒漠地区的旱情时空分布最为严重 , 其余各地旱情的时空分布较为均匀,在近几年的华 南西部地区有发生极端旱情的情况。 从年尺度来 看( 图 5( f) ) ,旱情的时空分布主要发生在西北荒漠 ( 2 号地区) ,而南部地区虽也有旱情发生但是整体 地区和青藏高原地区,常年旱情严重,其次是在内 蒙古草原地区的西北部,而近年来华南的西部地区 相对北方更加湿润,这是因为南部地区以及东南地 区的 沿 海 城 市 雨 量 充 足。 从 7 大 分 区 整 体 来 看, 旱情严重,在历史上较为少见,其余地区的旱情时 空分布较为均匀。 2000—2005 年各大分区均有旱情,且相对其他年份 3.3 因此 SPEI3 时 较为严重。由于中国的四季特征明显, 间序列趋势比 SPEI6 和 SPEI12 的时间序列趋势的波 由于中国各个地区海拔不同、地貌不同,地域 辽阔南北差距较大,因此旱情也不同。 本文通过对 动要大。而中国大部分农作物的生长季为每年 4—9 月, 因此图 3 中每年 9 月的 SPEI6 能够监测出各地农 中国近 40 年旱情的时空分布进行聚类,首先对 612 个站点创建泰森多边形,利用 K - means 聚类法结合 5 月、 8 月和 11 月 作物生长季的干旱走势, 每年 2 月、 的 SPEI3 代表冬季、 春季、 夏季和秋季的干旱监测值, 伪 F 统计量对近 40 年的 612 个泰森多边形进行时 空聚类 ( 见图 6) ,图 6 中包含了 SPEI 3、SPEI 6 和 每年 12 月的 SPI12 代表该年的年尺度干旱监测值。 从图 4 可以看出,内蒙古草原地区轻旱频率最 SPEI 12 的时空聚类结果。 图 6 中的聚类数目指的 多尺度 SPEI 的时空聚类 是同一颜色地区为一类,例如图 6( a) 为两种颜色, 因此聚类数目为 2。 从图 6 中可得,SPEI 6 和 SPEI 高( 26.45%) ,其次是华北湿润半湿润暖温带地区 ( 23.33%) ,轻旱频率最低地区是东北湿润半湿润温 12 聚类数最多,说明半年尺度和年尺度旱情各地差 带地区( 16.66%) 。 而西北荒漠地区的中旱和重旱 频率最高,分别为 23.12% 和 11.87%,极端干旱频率 异较大,但聚类地区比较相似,而 SPEI 3 聚类数目 相对较少,是因为我国四季特征明显,同一季节各 最高地区是内蒙古草原地区 ( 10.20%) 。 综上,说明 西北荒漠地区的旱情总体较为严重,虽极端干旱频 地差异不大。而夏季相对于春季、秋季和冬季聚类 数目较多,是由于我国夏季降水和温度在各地差异 率不是最高( 6.25%) ,但是干旱具有时间连续性,常 年旱情较为严重,而内蒙古草原地区虽中度和重度 较大,因此旱情在各地差异也变大。 通过时空聚类 方法对 612 个泰森多边形的聚类可以得到我国各个 干旱 频 率 低 于 西 北 荒 漠 地 区,分 别 为 12. 50% 和 9.58%,但是极端干旱频率最高,说明该地区干旱属 尺度旱情的聚类地区,在未来我国进行防旱抗旱的 于突变型,不具有连续性。 过程中可以考虑在同一类地区各省的防旱举措可 以相互借鉴,从而提高效率。 198 干旱地区农业研究 第 39 卷 第3期 3.4 张 棋等: 基于 SPEI 和时空立方体的中国近 40 年干旱时空模式挖掘 多尺度 SPEI 的时空热点分析 通过结合时空热点分析和时空立方体模型对 我国 612 个站点近 40 年多尺度的旱情进行时空趋 势分析,结果见图 7。图 7 是通过近 40 年的时空数 据进行热点分析的结果,也就是将 40 年的时空趋势 聚合到一起,可以直观地看到近 40 年旱情的整体时 空趋势。从图 7 的 SPEI12 热点分析结果可得,在东 199 地区的东部则呈高 - 低聚类趋势,说明该地 SPEI 值 相对较高,相对更加湿润。图 8( b) 和图 8( e) 中,夏 季的旱情特点与春季和半年尺度更加相近,高 - 高 聚类主要分布在东北地区和中部地区,低 - 低聚类 主要分布在华中、华南湿润亚热带地区的中部。 由 图 8( c) 和图 8( d) 可以看出,秋季的低 -低聚类主要 北地区、内蒙古草原中部地区和青藏高原东部地区 近 40 年旱情呈振荡热点趋势,说明这些地区的旱情 分布在内蒙古草原地区、 华北湿润半湿润暖温带地区 和华中华南湿润亚热带地区的东部,说明这些地区的 秋旱较为严重,而冬旱较严重地区在东北部 ( 低 - 低 严重年份在历史年份中无规律出现。 而青藏高原 的西北部、南部、华南的西部和华中的北部地区呈 聚类) , 相对湿润地区则在华南西部和华中、华南湿润 亚热带地区的东部( 高 - 高聚类) 。图 8( f) 主要体现 振荡的冷点趋势,说明这些地区的旱情并不严重, 但是在历史上也是无规律出现。 而大多数地区无 了年尺度的局部异常值分析结果, 可以看到近年来华 南的西部和华中华南湿润亚热带地区的中部呈低-低 显著特征,说明这些地区的旱情在历史上是相对有 规律的。新兴热点说明该地区以前旱情并不严重, 聚类, 说明该地全年旱情相对严重,而东北地区和青 藏高原东部地区呈高-高聚类, 说明该地区相对湿润。 但是近年来旱情严重,而新兴的冷点说明该地区以 前旱情严重,但近年来旱情缓和或未发生旱情。 其 余各尺度分析方法同理,通过结合时空热点分析的 方法可以得到我国各个地区的旱情增减趋势 ,为我 国防旱抗旱提供理论依据。 3.5 多尺度 SPEI 的时空局部异常值分析 以中国多尺度 SPEI 的时空立方体作为输入数 , 据 对 612 个站点进行时空异常值分析,结果见图 8。图 8( a) 中,近年来我国春季干旱情况在东北地 区和青藏高原东部呈高 - 高聚类,这说明旱情逐渐 呈减弱趋势,而华南西部地区呈低 - 低聚类,说明该 地区的旱情呈严重态势 。 而华中 、华南湿润亚热带 Fig.5 Fig.4 图 4 中国七大地理分区的干旱频率 Frequency of drought in the 7 geographical zones of China 图 5 中国 SPEI3,SPEI6 和 SPEI12 的时空立方体 Space-temporal cube of SPEI3,SPEI6 and SPEI12 of China 干旱地区农业研究 200 4 结 Fig.6 图 6 中国 612 个地区 SPEI3,SPEI6 和 SPEI12 的时空聚类 Spatio-temporal clustering of SPEI3,SPEI6 and SPEI12 in the 612 regions of China Fig.7 图 7 中国 612 个地区 SPEI3,SPEI6 和 SPEI12 的时空热点 Spatio-temporal hot spot of SPEI3,SPEI6 and SPEI12 in the 612 regions of China 论 本文利用全国 1980—2019 年 612 个连续监测 的气象站点逐月降水量和温度数据计算所得的多 尺度 SPEI 进行时空分析,结合时空立方体、时空聚 类、时空热点分析和局部异常值等方法探究中国近 40 年旱情的时空特征,结论如下: ( 1) 通过结合时空立方体模型对全国近 40 年 多尺度 SPEI 值进行时空展示,可以得到年尺度的时 第 39 卷 空特征分布在西北地区和青藏高原地区旱情较严 重且时空特点具有连续性。 而半年尺度的时空特 征和年尺度最为相似,季尺度的时空特征与年尺度 和半年尺度差距较大。 从图 4 可以得到,西北荒漠 地区中旱和重旱频率最高,而内蒙古草原地区轻旱 和极端干旱频率最高。 ( 2) 通过结合时空立方体模型和时空序列聚类 方法对全国近 40 年 612 个地区( 由 612 个站点生成 的泰森多边形) 多尺度 SPEI 进行聚类,结合 K 近邻 第3期 张 棋等: 基于 SPEI 和时空立方体的中国近 40 年干旱时空模式挖掘 201 图 8 中国 SPEI3,SPEI6 和 SPEI12 的局部异常值 Fig.8 Local outliers for SPEI3,SPEI6 and SPEI12 of China 和伪 F 统计量选出最佳聚类地区和聚类数目,得到 年尺度聚类数最多,季尺度聚类数最少,说明我国 季节性特征明显,且该方法能够把旱情相似地区聚 为一类,站点密度越大,聚类效果越好,有关部门能 够借鉴同一类地区的的防旱抗旱经验 。 ( 3) 从近年局部异常值年尺度来看,华南的西部 和华中华南湿润亚热带地区的中部呈低 - 低聚类,说 明该地全年旱情相对严重, 而东北地区和青藏高原东 部地区呈高-高聚类, 说明该地区相对更加湿润。 参 考 文 献: [1] 夏露, 宋孝玉, 马细霞.新乡市近 60 年降水序列变化规律及干旱预 2013, 31( 5) : 14-18. 测[J].干旱地区农业研究, [2] 叶笃正, 黄荣辉. 长江黄河流域旱涝规律和成因研究[M]. 济南: 山 东科学技术出版社,1996. 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