不同干旱指數(shù)在遼寧西部地區(qū)的對比及適用性分析

周 游（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

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不同干旱指數(shù)在遼寧西部地區(qū)的對比及適用性分析

周 游
（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

基于遼寧西部地區(qū)朝陽和錦州兩個(gè)氣象站1952～2012年氣象要素資料，分別選用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI、降水百分位指數(shù)PDECI以及干旱偵測指數(shù)RDIst三種氣象干旱指數(shù)計(jì)算遼西地區(qū)錦州市的氣象干旱指數(shù)，結(jié)合錦州市2000～2008年實(shí)際發(fā)生的干旱年份對比不同氣象干旱指數(shù)計(jì)算結(jié)果及其在研究區(qū)的適用性。研究結(jié)果表明：考慮區(qū)域蒸散發(fā)對干旱影響的干旱偵測指數(shù)RDIst在錦州地區(qū)有較好的適用性，相比于其他兩種干旱指數(shù)，RDIst評價(jià)的干旱情況和研究區(qū)域?qū)嶋H發(fā)生干旱的情況較為吻合且具有相對穩(wěn)定的計(jì)算結(jié)果，并且整體計(jì)算結(jié)果均優(yōu)于在國內(nèi)運(yùn)用較為普遍的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；在三種氣象干旱指數(shù)中，標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI和干旱偵測指數(shù)RDIst具有較好的相關(guān)性，在月尺度，其相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.97；降水百分位數(shù)計(jì)算方法簡單，但對于降水量的變化非常敏感，計(jì)算的月尺度和年尺度的氣象干旱指標(biāo)都不太適用于遼西地區(qū)的干旱評價(jià)。本文的研究成果可為遼西地區(qū)的氣象干旱評價(jià)提供一定的參考和借鑒價(jià)值。

氣象干旱指數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；降水百分位數(shù)；干旱偵測指數(shù)；遼西地區(qū)

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.015

1 引言

干旱指數(shù)是用來判別區(qū)域干旱的一種定量指標(biāo)，對于研究區(qū)域干旱，預(yù)測未來可能發(fā)生干旱的情況都是非常重要的一個(gè)基本指標(biāo)。近些年來，對于氣象干旱指標(biāo)研究的成果非常多，但是不同的氣象干旱指標(biāo)在不同地方都有著不同的適用性。如何選取適用于本地區(qū)的氣象干旱指數(shù)對于區(qū)域干旱評價(jià)和預(yù)測至關(guān)重要。遼寧西部地區(qū)屬于寒溫帶夏雨炎熱型氣候，受到南暖濕氣團(tuán)與北來大陸氣團(tuán)交互及季風(fēng)環(huán)流的影響，夏季較為炎熱，冬季少雨且較為干燥，屬較為干旱的地區(qū)。年平均氣溫在6～8℃，多年平均降水量在400～600mm之間，區(qū)域降水量分配不均，降雨主要集中在5～8月份，占全年的88%。從遼西地區(qū)的年降水量看，遼西地區(qū)處于干濕交界的分界線，相比于一般的干旱地區(qū)較好，但是由于其降水年際變化較大，在降水偏少的年份容易出現(xiàn)較為嚴(yán)重的干旱情況，特別是遼西地區(qū)的多年蒸散發(fā)達(dá)到900mm，是其多年平均降水量的1.5倍左右，遼西地區(qū)也有十年九旱的稱號(hào)。因此，定量對遼西地區(qū)進(jìn)行干旱評價(jià)，對于該區(qū)域的干旱預(yù)測和農(nóng)作物生長是必要的。本文選用三種氣象干旱指數(shù)對遼西地區(qū)進(jìn)行干旱評價(jià)分析，對比不同干旱指標(biāo)在遼西地區(qū)的適用性，擇選出較為適合遼西地區(qū)的氣象干旱指標(biāo)，從而為遼西地區(qū)的干旱評價(jià)和預(yù)測研究提供重要的參考價(jià)值。

2 研究方法和資料

本文選用三種氣象干旱指數(shù)計(jì)算遼西地區(qū)錦州市的干旱指數(shù)，其中標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)由于計(jì)算簡單，需求資料較少，在我國許多流域得到過應(yīng)用，該方法計(jì)算原理可詳見參考文獻(xiàn)［8］。本文主要就降水百分位數(shù)PDECI和干旱偵測指數(shù)RDIst的計(jì)算步驟及原理進(jìn)行介紹。

2.1 降水百分位指數(shù)PDECI

降水百分位干旱指數(shù)原理是通過分析數(shù)據(jù)對稱性來判定的，中位數(shù)表示的是長系列數(shù)據(jù)里面的平均狀態(tài)，降水百分?jǐn)?shù)將歷時(shí)系列降雨數(shù)據(jù)按照從大到小進(jìn)行排序，將排列好的數(shù)據(jù)分成10個(gè)組合，第一個(gè)10分表示整個(gè)歷史降水系列里面的10%的系列，第二個(gè)10分位數(shù)則表示的是整個(gè)歷史降水系列位于10～20%的降水量的一個(gè)比值。按照此方法進(jìn)行推算，最后歷史降水系列數(shù)據(jù)被分成7分，在歷史數(shù)據(jù)系列中降水量落在第二個(gè)10分位數(shù)則表示的是發(fā)生中等干旱的情況，同樣落在第三個(gè)10分位數(shù)，則表示的是輕度干旱的情況，如果降水量落在第四個(gè)-第七個(gè)10分位數(shù)，則表示沒有出現(xiàn)干旱的情況。

2.2 干旱偵測指數(shù)RDIst

干旱偵測指數(shù)首先計(jì)算初始值α0，計(jì)算公式如下：

式中Pij和PETij表示的第i、j個(gè)月降水量以及潛在的蒸散發(fā)量，N代表資料系列的長度。

其次計(jì)算RDIn，RDIn計(jì)算表達(dá)式為：

2.3 研究所需資料

本文選取錦州氣象站1954～2008年氣象資料，包括平均相對濕度、平均日照時(shí)數(shù)、平均氣溫以及平均風(fēng)速資料，選用Penman公式計(jì)算潛在蒸散發(fā)。結(jié)合錦州氣象站每年和各月的降水資料，運(yùn)用三種干旱指數(shù)計(jì)算月尺度和年尺度干旱指數(shù)。

3 成果分析

3.1 三種干旱指標(biāo)相關(guān)性分析

依據(jù)錦州氣象站氣象數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)和降水百分?jǐn)?shù)計(jì)算年尺度以及月尺度干旱指數(shù)，并分析三種干旱指數(shù)的相關(guān)性，詳見圖1和圖2。

圖1 PDECI干旱指數(shù)與SPI值相關(guān)圖

圖2 SPI值與RDIst值相關(guān)圖

圖1為降水百分?jǐn)?shù)和干旱偵測指數(shù)在月尺度和年尺度上的相關(guān)圖，從圖中可看成，降水百分?jǐn)?shù)和干旱偵測指數(shù)在年尺度上，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98，在月尺度上兩種干旱指數(shù)相關(guān)性達(dá)到0.9，可以看出，降水百分?jǐn)?shù)和干旱偵測指數(shù)在錦州地區(qū)其相關(guān)性較好，表明兩種干旱指數(shù)在錦州地區(qū)年尺度旱澇判定上具有較好的相似性和一致性。相比于年尺度，月尺度上兩種干旱只是在旱澇判定出現(xiàn)較為分散的散點(diǎn)，如圖1（b）中左側(cè)上方的散點(diǎn)，這主要是因?yàn)榻邓俜謹(jǐn)?shù)和干旱偵測指數(shù)主要是基于降水量計(jì)算干旱指數(shù)，而在降水較小的年份，由于年尺度過濾了降水量變化的低頻率性的波動(dòng)，而月尺度不能過濾掉水量較小的頻率波動(dòng)，使得兩種干旱指標(biāo)在月尺度上的旱澇判定上出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。圖2為干旱偵測指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)在年和月尺度上的干旱指數(shù)的相關(guān)性，從圖中可以看出，干旱偵測指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)在月尺度上的相似性要好于年尺度的相似性，其中月尺度干旱偵測指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)其相關(guān)系數(shù)為0.97，年尺度相關(guān)系數(shù)為0.89，干旱偵測指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)在旱澇判定上具有較好的一致性。在年尺度和月尺度上散點(diǎn)均較為集中，沒有出現(xiàn)不集中的散點(diǎn)，主要是因?yàn)楦珊祩蓽y指數(shù)不僅考慮了降雨還考慮了蒸散發(fā)。在降水量較小的月份內(nèi)，蒸散發(fā)相比較大，因此兩種干旱指數(shù)計(jì)算的干旱指數(shù)較為接近。但在降水量較大的月份里面，蒸散相比較大，使得干旱偵測指數(shù)計(jì)算結(jié)果稍大于標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)計(jì)算的干旱指數(shù)。

3.2 三種干旱指標(biāo)在2000～2008年干旱期間運(yùn)用情況對比

為定量分析三種干旱指數(shù)對錦州地區(qū)干旱評價(jià)的適用性，運(yùn)用三種干旱指標(biāo)的旱澇評定等級（見表1），并結(jié)合錦州地區(qū)2000～2008年實(shí)際干旱情況對三種指標(biāo)進(jìn)行定量評價(jià)，評價(jià)結(jié)果見圖3。

表1 SPI，PDECI，RDIst旱澇評定表

圖3 2000～2008年錦州地區(qū)年尺度和月尺度SPI、PDECI、RDIst干旱頻率分布

從圖3中可以看出，在月尺度上標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)和干旱偵測指數(shù)在旱澇評定上具有較好的相似性和一致性，但由于干旱偵測指數(shù)考慮蒸發(fā)因素對干旱指數(shù)計(jì)算的影響，使得干旱偵測指數(shù)在旱情判定指標(biāo)上要多于標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)，結(jié)合錦州地區(qū)2000～2008年實(shí)際發(fā)生的干旱情況可以看出，考慮蒸發(fā)的干旱偵測指數(shù)要好于單單考慮降水影響的標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)，干旱指數(shù)對于旱情判定上敏感程度較高，而降水百分?jǐn)?shù)對降水量較為敏感，因此在干旱指標(biāo)計(jì)算少于其他兩種干旱指數(shù)。降水百分?jǐn)?shù)干旱指數(shù)在重度干旱情況判定上要多于其它兩種干旱指數(shù)。

4 結(jié)語

本文運(yùn)用三種干旱指數(shù)在遼西錦州地區(qū)進(jìn)行對比分析，研究取得以下結(jié)論。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)和降水百分?jǐn)?shù)在年尺度上相關(guān)性好于在月尺度上的相關(guān)性；干旱偵測指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)在年尺度和月尺度上相關(guān)性都較好。

（2）干旱偵測指數(shù)同時(shí)考慮降水和蒸發(fā)對干旱的影響，在年尺度旱情判定上好于標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)，在月尺度上干旱偵測指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)旱情判定較為一致。月尺度上降水百分?jǐn)?shù)對于降水變化較為敏感，不適合于錦州地區(qū)的旱情評估。

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S423

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1672-2469（2016）01-0043-03

2015-07-30

周 游（1982年—），男，工程師。