有效降水干旱指數WAP研究綜述

摘 要：總結了近年來從WAP的提出，到運用WAP指數具體研究分析長江流域及以南地區的干旱氣候特征，以及將WAP非等權重思想應用到綜合氣象干旱指數Ic中，修正Ic得到的改進指數Icw，和近期發展了改進的WAP指數：IWAP的內容。

關鍵詞：有效降水；干旱指數；WAP；研究綜述

1 概述

干旱是全球普遍發生的自然災害，是影響最為嚴重、受災面積和影響范圍最為廣泛的自然災害之一。我國地域廣博，地形復雜，一直以來都是受氣象災害最嚴重的國家之一，干旱災害的發生對國家經濟的發展和人民生活水平的提高產生了嚴重的影響。重大干旱災害所引起的水資源匱乏、糧食危機、生態惡化（如荒漠化等），直接威脅到國家的長期糧食安全和社會穩定[1]。

2 WAP的提出、應用及改進

2.1 WAP的提出

2009年Lu[2]提出了加權平均降水量（WAP）的概念，它只基于降水量這一單一要素，同時考慮前期降水量、蒸散量、土壤水分供給、徑流和表層水分損失的過程。能表征其過程的簡單物理模型可表達為式子：

①

其中，t為0時表示現在的時間狀態，f（t）表示當前的旱澇強度，P（t）表示降水量，-bf（t）表示由于前期土壤蒸散、徑流、下滲等過程對旱澇強度的影響。

由①積分后化簡，運用加權平均的思想，得到WAP指數可化為：

②

N表示前期降水的時效。由②式可以看出，SPI和當前降水量P0可以看成是參數 取兩個極端值的WAP指數，即：當 趨于0時，當前的旱澇強度WAP值就變成當前的降水量P0；當 趨向于1時，WAP值就相當于當前降水和前期降水進行簡單平均的SPI值，不同長度的前期降水時效天數N就對應于不同的SPI時間尺度。

③式中WAP的表達可進一步化為：

③

其中，權重系數 由于an+1=ac《1，能被簡單表示成：wn=（1-a）an。

WAP指數是用來監測某個地區的相對旱澇程度，研究其旱澇程度的時間變化。對于某個地區的旱澇季節性變化，它的旱澇開始、持續和結束時間都能被觀測出來。

最后，在計算WAP時，Lu建議取a=0.9，N=44，此時截斷誤差為0.01。最終④式可確定為：

④

該計算公式累加了前期44d的降水量情況對于當天WAP值得貢獻，可以很好地表征某段時期內累計降水量甚至土壤含水量的情況。

2.2 WAP的應用

2.2.1 利用WAP指數對長江流域及其以南地區的干旱研究

2010年梁成、申雙和，根據長江流域及其以南地區194站的1958-2007年共50a的逐日降水資料，利用WAP指數對該區域干旱的主要特征進行綜合分析。對個季節WAP指數的多年平均分布特征、WAP指數的長期變化趨勢、區域平均的WAP指數變化特征等空間分布特征進行分析，并對基于WAP指數的干旱時間變化特征進行分析。

2.2.2 將WAP非等權重思想應用到綜合干旱指數Ic中并對其進行修正

2011年趙海燕，高歌等在加權平均降水量WAP改進標準化降水指數的基礎上，對綜合氣象干旱指數Ic進行了修正，定義為ICW，并運用于西南地區，分析了修正后的改進效果。

單站逐日滾動干旱監測指標綜合氣象干旱指數Ic是由近30天標準化降水指數Z30、近30天相對濕潤指數M30、近90天標準化降水指數Z90綜合而得的，即：

⑤

修正得到的ICW指數則用Z65代替Z30和Z90，即：

⑥

式中，Z65為標準化后的WAP。假設逐日WAP是隨機變量，由于WAP的分布一般不是正態分布，而是一種偏態分布，所以標準化后的WAP（Z65）參考標準化降水指數的做法，在計算出WAP的？祝分布概率后，再進行正態標準化處理。所以ICW吸取了Ic和WAP各自的有點。

通過對比修正指數前后的結果，分析得出修正前后的綜合氣象干旱指數在多年干旱頻率和年干旱強度兩方面沒有顯著的差異，但運用WAP改進而成的ICW指數減少了干旱發展過程中的不連續加重現象，且與同期土壤濕度有更好的相關性，即ICW比Ic更接近實踐干旱的演變規律，ICW比Ic更適合在西南地區實時干旱監測業務中使用，但其他地區的使用性還有待進一步考究。

2.3 WAP的改進

2013年趙一磊，任福民等基于WAP，從兩個方面對其進行改進：確定WAP指數中的兩個參數以及去除區域性和季節性差異，從而發展了改進的IWAP。相比于多因素氣象干旱指數Ci和單因素氣象干旱指數Pa，新發展IWAP指數總體上表現出良好的特性：IWAP計算方法更簡潔， 物理意義更明確。考慮到它基于單一降水因子特性， 使該指數不僅便于業務應用， 而且在研究中特別是在現有氣候模式輸出要素有限的情況下對干旱的模擬和預估方面有明顯的優勢。

3 結束語

本文總結了WAP干旱指數從提出至利用該指數研究分析某個特定區域的干旱氣候特征。目前，對于WAP研究的論文較少，對于WAP指數在未來的研究應用還需不斷的發展和改進。

利用WAP指數，已對長江流域及其以南地區的氣候干旱特征進行了分析，初步揭示了該區域50年來的降水特征及干旱發生的規律。但是對于華北江淮流域、西北和東北地區的氣候干旱特征還未進行研究，可以作為下一步的研究工作。

參考文獻

[1]王勁松，郭江勇，周躍武，等.干旱指標研究的進展與展望[J].干旱區地理，2007，30（1）：60-65.

[2]Lu E.Determining the start，duration，and strength of flood and drought with daily precipitation：Rationale，Geophysical Research Letters，36，L12707，doi：1.1029/2009GL03881.