基于标准化降水、径流指数的黄河流域近50年气象水文干旱演变分析

何 福 力，胡 彩 虹*，王 纪 军，王 云 玲

(1.郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450001；2.河南省气候中心，河南 郑州 450003；3.黄河河口水文水资源勘测局，山东 东营 257091)



基于标准化降水、径流指数的黄河流域近50年气象水文干旱演变分析

何 福 力1，胡 彩 虹1*，王 纪 军2，王 云 玲3

(1.郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450001；2.河南省气候中心，河南 郑州 450003；3.黄河河口水文水资源勘测局，山东 东营 257091)

针对黄河流域近年来干旱频繁发生和水资源匮乏状况，基于1961-2010年黄河流域146个气象站的逐月降水和干流6个水文站的逐月径流资料，采用标准降水指数(SPI)、标准流量指数(SDI)及其相关评估指标，运用趋势、时滞互相关等气候学分析方法，分析了近50年黄河流域气象和水文干旱时空变化特征。结果表明：全流域年气象干旱表现出加剧趋势，且中游干旱化较突出。中游春旱、全流域秋旱和上、下游夏旱均呈加剧趋势，而全流域冬旱出现减轻态势，以上游较突出。沿干流从上游至下游水文干旱呈加重趋势，且自1990s后期开始水文干旱的发生更加频繁，干旱等级也越来越高。流域水文干旱主要与流域干旱、半干旱气候区的气象干旱有1～5个月的滞时。

黄河流域；标准降水指数(SPI)；标准流量指数(SDI)；干旱；时滞互相关分析

0 引言

从全球各种自然灾害分析，干旱灾害的影响面最广、经济损失大，被认为是世界上严重的自然灾害类型之一[1]。我国干旱持续时间长、发生频率高且波及范围广。随着全球变暖和水循环过程加速，降水的时空格局及其结构将发生显著变化，进而增加干旱发生风险，导致我国水资源供需矛盾更加突出[2]。

黄河流域自然地理条件复杂，水文气象情况特殊，其干旱时空结构变化和水资源研究是一个热点。杨胜天等[3]应用干旱的气候分析方法和遥感监测方法，以及线性回归斜率和相关系数干旱类型区域划分方法，计算并分析了黄河流域近18年(1982-1999)的干旱变化状况。江恩惠等[4]采用Penman-Monteith法、克里格插值法和GIS技术，分析了黄河流域的干燥度和水分盈亏的时空演变规律。彭高辉等[5]利用游程分析理论，分析了1001-2000年黄河流域部分监测点每100年的干旱年数，计算了1470-2000年流域20个监测点游程理论的数字特征，并绘制了流域各监测点的干旱重现期等值线图，得到黄河流域干旱有增多趋势的结论。佘敦先等[6]采用月和年尺度的PDSL(Palmer Drought Severity Index)指数分析了黄河流域的干旱状况。彭高辉等[7]根据黄河流域1470-2000年的历史干旱资料，基于分形和聚类分析理论，分析流域干旱频数的空间分布特征。这些研究采用不同的评价指标和方法分析了黄河流域的干旱时空结果，缺乏不同干旱类型间的关系研究，且采用的时间长度和站点分布不同均有可能出现不一样的结果。特殊的气候特征和地理条件导致黄河流域干旱频繁发生[8]。本文应用标准降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)及标准流量指数(Standardized Discharge Index,SDI),采用气候倾向率、反距离插值和时滞互相关分析对黄河流域的气象和水文干旱时空分布特征及相互关系进行分析，研究结果对认识黄河流域水循环、黄河流域干旱监测、防灾和水资源的优化利用、科学调度和管理具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 研究区概况及资料

黄河是我国第二大河，流经9个省(区)，流域面积79.5万km2，从西到东横跨青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原4个地貌单元，地形地貌差别很大。自1980s以来，黄河流域气温明显升高，降水量有所减小，特别是1990s以来，流域干旱形势日趋严重，同时1972-1996年的25年间有19年出现断流，达到平均每4年发生3次断流。1987年后几乎连年出现断流，且断流时间不断提前，断流范围不断扩大，断流频次、历时不断增加。1995年，利津水文站断流历时长达122 d，断流河长上延至河南开封市以下的陈桥村附近，总长达683 km，占花园口以下河道长度的80%以上。1996年，泺口水文站于2月14日就开始断流，比历史最早的断流时间还提前了85 d；同年，利津水文站先后断流7次，总历时达136 d。1997年，断流达226 d，为历时最长的断流年份。2009年，中原地区发生大范围干旱，使人们进一步认识到干旱的严峻性[5]。

本文选取黄河流域146个气象台站1961-2010年逐月降水及干流6个水文站(兰州、头道拐、龙门、三门峡、花园口和利津)的逐月流量资料对其气象和水文干旱进行分析，其中上、中和下游气象站点分别为48个、87个和11个(图1)。

图1 黄河流域及选取的气象和水文站分布示意

Fig.1 Distribution of the Yellow River Basin and meteorological and hydrological stations selected

1.2 方法

1.2.1 标准降水指数与标准流量指数 一般将干旱分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱4类，评价干旱的指标有30余个。McKee等[9]提出标准化降水指数(SPI)，表征某时段降水量出现概率多少，是评价气象干旱时广为应用的指标之一，与综合气象干旱指数[10]、帕默尔干旱指数[11]、干燥度指数[12]等气象干旱指标对比，其具有计算相对简单、数据资料易获取和良好的稳定性优点，适用于不同时空尺度的旱涝监测评估服务，可提供气象干旱早期预警[13]。因此，本文选取SPI作为气象干旱分析指标。干旱等级参照中国气象局制定的《干旱监测和影响评价业务规定》[14]。SPI指标是在计算出某时段内降雨量的Г分布概率后，再进行正态标准化处理，最终用标准化降雨累积频率分布划分干旱等级[15]。Patel等[16]指出12个月和3个月时间尺度的SPI分别反映旱涝阶段性变化和季节干旱，后者与农业干旱关系密切，故主要计算3个月和12个月时间尺度的SPI(分别为SPI3、SPI12)，用以分析季和年气象干旱状况。

水文干旱是指河川径流低于其正常值或含水层水位降落的现象，是针对流域或区域地表水及地下水而言的。评价水文干旱的主要指标有径流距平指数、地表供水指数、旱限水位、标准径流指数(Standardized RunoffIndex,SRI)和标准流量指数(SDI)等[2]。SRI和SDI的区别是：SRI采用的是模拟径流值，可用于水文干旱的预测预警；SDI采用的是实测径流值，是Fischer等[17]类比SPI指数提出的，用来反映水文干旱的演变规律。SDI计算的基础资料是水文监测断面历史月流量，计算方法类同于SPI。本文参考Nalbantis等[18]提出的干旱等级划分方法，将水文干旱划分为5个等级(表1)。

表1 标准流量指数(SDI)干旱分级

Table 1 Drought classification of Standardized Discharge Index(SDI)

等级类型SDI0无旱SDI≥0 01轻旱-1 0≤SDI<0 02中旱-1 5≤SDI<-1 03重旱-2 0≤SDI<-1 54特旱SDI<-2 0

1.2.2 评估指标 为了更好地反映较大范围内的区域干旱发生程度，选择干旱站次比、干旱频率和变化趋势率对干旱特征进行分析[19]。

干旱站次比是用某一区域内干旱发生站数占全部站数的比例来评价干旱的影响范围，即：

(1)

式中:M为研究区域内总气象站数；m为发生干旱的站数；i指不同年份的代号。

当Pi≥50%时，为全域性干旱；当50%>Pi≥33%时，为区域性干旱；当33%>Pi≥25%时，为部分区域性干旱；当25%>Pi≥10%时，为局域性干旱；当Pi<10%时，无明显干旱发生。

干旱频率用来评价某站有资料年份内发生干旱频繁程度，即：

(2)

式中:N为某站有气象资料的总年数；n为该站发生干旱的年数；j为不同站代号。

变化趋势率用气候倾向率表示，一般以历年气候要素变化过程的拟合直线斜率的10倍表示，表征多年气象数据序列变化倾向度。

1.2.3 时滞互相关分析 水文干旱是气象干旱或人类活动造成的流域或区域地表、地下水收支不平衡而引起的江河、湖泊径流和水利工程蓄水量异常偏少及地下水位异常偏低的现象。气象干旱发生及社会经济用水需求的增加，将影响地表水和地下水的水分收支平衡；在水利工程建设和管理、下垫面改变及前期赋存水量共同作用下，若地表和地下水呈现减小状态，则认为水文干旱开始[20]。因此，气象干旱和水文干旱往往不同时发生，而存在一定的同效和滞后性。本文采用时滞互相关分析法进行滞时计算，该方法用于有限离散时间序列之间的相关分析，它考虑了不同时间序列要素之间相互作用的时滞性，即存在一个反应延迟过程[21,22]。

首先假定两个时间变量序列x和y对任何滞时k都彼此相关，则时滞互相关系数可以表示为：

(3)

式中:协方差Ck(x,y+k)和均方差σx、σy+k分别表示为：

(4)

2 结果与分析

2.1 气象干旱时空分布特征分析

2.1.1 气象干旱的时间变化特征

(1)不同时间尺度SPI之间的关系。不同时间尺度SPI可以反映不同的干旱变化，多种时间尺度的SPI综合应用可实现对干旱的综合监测评估。当SPI指数值低于-0.5时即判定为干旱，SPI3和SPI12统计结果表明黄河流域下游干旱月数分别为166和160，比上中游地区干旱发生频率大。下游地区1980sSPI3和SPI12表征的干旱月数分别为45和54，分别占总干旱月数的27.1%和33.8%，表明近50年黄河流域下游地区干旱较突出，且主要集中在1980s，该结果也与黄朝迎[23]的研究结果一致。图2为流域下游地区的SPI3和SPI12随时间变化过程，可见，SPI3频繁地在-0.5线(干旱分界线)上下波动，SPI12变化较稳定，周期性更明显。此外，SPI3显示1981年1-2月为轻旱阶段，4-6月转为中旱阶段，1981年9月至1982年1月为干旱阶段，其中1981年11月出现了重旱；而SPI12显示下游地区1981年6月才出现干旱，且1981年9月至1982年7月持续出现中旱，未达到重旱等级。综合表明，SPI随着时间尺度的增加，同时期监测的干旱等级会发生变化(一般呈缓解趋势)，干旱的起始和结束时间相应延后，可充分反映前期降水变化的累积影响。

图2 1961-2010年黄河流域下游地区SPI3与SPI12变化过程

Fig.2 The SPI3and SPI12series in the period of 1961-2010 in the downstream of the Yellow River Basin

(2)年旱及季旱变化特征。表2为年旱及季旱SPI线性趋势变化统计，上、中、下游地区年旱总体呈现加重趋势，中游地区的变率最大，达-0.13/10 a，且通过0.1的显著性检验。图3为年标准降水指数累积距平过程，上、中游地区干旱化规律基本一致(相关性系数为0.625，且通过0.01显著性检验)，1997年以后中游地区的干旱化程度明显比上游突出。下游地区干旱指数变化幅度较上、中游大，2003年前后下游地区出现由干转湿，干旱程度得到了一定的缓和。流域季节性干旱除了秋、冬季较显著外，其他季节均不显著。上游地区的夏、秋旱呈加重趋势，春旱趋势不明显，冬旱出现显著的减缓趋势，变率为0.13/10 a(通过0.05显著性检验)；中游冬旱也呈缓解趋势，夏旱变化趋势不明显，而春、秋旱呈现加重趋势，其中秋旱线性变化率达-0.16/10 a(通过0.05显著性检验)；下游四季干旱指数变化趋势均不显著，但整体上春、冬旱呈缓解趋势，其他季节干旱有加重趋势。

表2 年旱及季旱标准降水指数线性趋势

Table 2 The linear trend of interannual change of SPI3and SPI12

黄河流域春旱夏旱秋旱冬旱年旱上游0-0 03-0 06 0 13∗∗-0 04中游-0 1 0-0 16∗∗0 1 -0 13∗下游0 06-0 03-0 110 02-0 05

注：线性趋势系数单位为：/10 a；**表示95%显著性水平，*为90%显著性水平。

图3 年标准降水指数累积距平

Fig.3 The cumulative anomaly series of SPI12

2.1.2 气象干旱的空间分布特征

(1)干旱范围。根据春、夏、秋、冬季和年SPI计算结果，SPI值小于-0.5的四季及年旱发生的站次比统计结果见图4。可见，1970s和2000s黄河流域发生局域性春旱。1960s和1990s发生局域性冬旱，1990s也发生了局域性的年旱。此外，1990s秋旱发生的站次比为36.3%，达到了区域性干旱的水平。这一结果与王劲松等[24]关于黄河流域20世纪90年代干旱事件发生的结论基本一致。

图4 季旱及年旱发生的站次比

Fig.4 The proportion of station with seasonal and annual drought

(2)干旱频率。为了进一步反映黄河流域四季及年旱空间演变规律，本文通过统计研究区每个站点干旱的发生频率，基于ArcGIS软件，采用反距离权重插值方法绘制年及四季干旱频率专题图(图5)。流域春旱主要集中在上游的西北部、中游的南部部分地区及下游东平、平阴部分地区，频率最高可达40%；此外，河源区的玛多、达日控制区发生春旱的频率也较高，这可能与其地理位置和大气环流密切相关。同春旱相比，夏旱发生的范围有所减小，主要发生在流域北部的内蒙古及河源区的玛多、中游的韩城和入海的东营部分地区，夏旱频率最高达42%左右，表明夏旱具有集中高频发生的特点。内蒙古和中游南部地区发生秋旱的频率较大。冬旱频率在28%以上的地区占黄河流域大部，高频发生地区主要集中在内蒙古和兴海、河南气象站控制区。流域年旱频率基本在27%以上，其中达日、龙羊峡至兰州区间及内蒙古部分地区为年旱发生的高频区；同时，统计结果表明汾河流域的年旱发生频率较高，这与汾河流域历史干旱发生事实一致[25]。

(3)干旱趋势。根据SPI3和SPI12序列的气候倾向率及显著性系数统计的黄河流域四季及年干旱趋势变化结果见表3(由SPI3和SPI12分别计算四季和年气象干旱指数)，可见，春季黄河流域中游南部地区普遍呈现干旱显著加重的变化规律，春旱呈加重趋势站点占总站点62.3%，通过显著性检验的干旱化和湿润化站点比例为22∶2；而夏季流域整体以干旱化为主，干旱化站点占58.2%，中游南部有湿润化倾向；秋季流域大部分地区呈现干旱化(干旱化站点占85.6%)，其中尤以中游南部干旱化较显著。冬季以湿润化为主，湿润化站点占总站点89%，其中17.1%的站点通过显著性检验；全年也以干旱为主，73.3%的站点表现为干旱化趋势，6.8%的站点通过显著性检验，主要分布在汾河流域。研究结果表明不同季节干旱的空间分布情况极不均匀。

表3 四季及年干旱趋势站点统计

Table 3 The statistics of linear trend of seasonal and annual drought

干旱化湿润化趋势不明显干、湿化站点分布规律春季22(91)2(52)0(3)中游南部显著干旱化，整体以干旱化为主夏季1(85)6(54)0(7)中游南部显著湿润化，整体以干旱化为主秋季34(125)0(19)0(2)中游南部显著干旱化，整体以干旱化为主冬季0(15)25(130)0(1)上、中游南部及内蒙古显著湿润化，整体以湿润为主年10(107)1(33)0(6)汾河流域显著干旱化，整体以干旱化为主

注：表中括号外数据表示相应变化趋势的显著性站点数，括号内为总站点数。

2.2 水文干旱分析

表4是各水文站SDI6(6个月尺度SDI)的干旱统计结果，6个水文站的干旱总月数相差不大(315个月左右)，其中头道拐和利津干旱月数分别为329、303，分别为干旱频率最高和最低的两个站。6个水文站均以轻旱为主，轻旱月数占70%左右，以头道拐站轻旱最突出。中旱以兰州和龙门最突出，均发生79个月；重旱以三门峡最突出，共发生24个月；特旱以利津最突出，共发生24个月。值得注意的是，利津站发生特旱频率高于重旱。从时间序列看，水文干旱集中在1995年后，其中兰州和头道拐主要发生在1995-2005年，龙门和三门峡集中在1965-2010年。

图5 黄河流域1961-2010年季旱及年旱等级频率空间分布

Fig.5 The spatial distribution of the frequency of seasonal and annual drought with different drought levels

从干旱强度看，自上游到下游水文干旱等级越来越高，利津站1995-2003年发生中旱达40个月。此外，相关分析结果表明相邻水文站的干旱规律相近。

表4 各水文站SDI6干旱频数统计结果

Table 4 The statistic result of drought frequency with SDI6at six hydrological stations

水文站干旱(月)轻旱(月)中旱(月)重旱(月)特旱(月)兰州32122279119头道拐32923174168龙门32322079195三门峡30920871246花园口30822256237利津303213491724

2.3 气象干旱与水文干旱的时滞性特点

降水和蒸发是气象干旱的主要影响因素，当某一时期降水与蒸发的比例较同期平均偏小即这种稳态被打破，则会发生气象干旱。而水文干旱是针对流域或区域地表水及地下水而言的，随着气象干旱的发生，经济社会用水需求增加，若地表水与地下水量呈现持续减小状态，到一定程度则认为发生了水文干旱。干旱的发生是气候与人类活动共同作用的结果。在天然状态下，气象干旱是水文干旱形成的驱动因素之一，水文干旱的发生滞后于气象干旱[20]。研究发现长时间尺度的SPI与径流的关系更密切*http://www.in.gov/dnr/water/4864.htm.，本文采用SPI12与SDI指数进行相关分析，以期找到二者之间的发生规律。表5为各水文站不同时间尺度SDI与相应上游地区气象站SPI12平均相关系数，可见，除了头道拐，其他水文站SDI6与SPI12的相关系数均较高。表6为时滞互相关分析计算结果，可见，兰州水文站的水文干旱与距离最近的兰州气象站的气象干旱有1个月滞时。头道拐、龙门、三门峡、花园口、利津水文站水文干旱与白银、乌审召、平罗、青铜峡、中卫、中宁、兴仁堡、盐池、定边及同心等站的气象干旱时滞性明显，滞时范围为1～5个月(表6)；此外，水文干旱与其控制面积内大部分气象站气象干旱的时滞性不明显，甚至大部分站点出现伪超前。导致该现象产生的原因有：第一，本研究是基于月尺度的干旱指数，对于滞时时长少于1个月的结果监测不敏感；第二，径流的形成是气象、下垫面和人类活动综合影响的结果，与复杂的地形地貌及蒸(散)发的空间分布规律有一定联系；第三，黄河流域众多的水利工程及较大的人口密度增加了水文气象干旱成因的复杂性，致使时滞性结果出现异常。因此，水文干旱是气象干旱、人类活动和自然环境条件综合作用导致的，人类活动和自然条件综合作用是导致水文和气象干旱规律异常的主要原因，这一结论也与国外的研究成果一致[26]。综上所述，黄河流域水文与气象干旱在部分水文气象站点间存在一定的滞后规律，不同水文站的水文干旱与其上游地区的气象干旱的变化规律不尽相同，但水文与气象干旱的滞后现象主要发生在流域干旱和半干旱气候区。

表5 各水文站不同时间尺度SDI与相应上游地区气象站SPI12平均相关系数

Table 5 Average correlation coefficient of different time scales of SDI at hydrological stations and SPI12at the corresponding upstream weather stations

SDI兰州头道拐龙门三门峡花园口利津SDI30 383(15/15)0 233(37/43)0 288(81/82)0 355(129/131)0 370(129/135)0 320(133/146)SDI60 415(15/15)0 263(37/43)0 316(81/82)0 371(129/131)0 393(131/135)0 336(134/146)SDI120 411(15/15)0 268(38/43)0 310(80/82)0 353(128/131)0 366(130/135)0 315(134/146)

注：括号中“/”前、后数值分别表示通过0.05显著性检验的站点数和总站点数

表6 各水文站水文干旱与其上游气象站气象干旱滞时结果

Table 6 The results for drought lag time between hydrological drought at hydrological stations and meteorological drought at the upstream weather stations

水文站超前站数滞后站数不明显站数滞后站点兰州1014兰州1头道拐141316白银2、乌审召1、平罗3、银川4、陶乐1、青铜峡1、中卫5、中宁4、兴仁堡3、盐池1、定边3、海原1、同心1龙门231445兰州1、白银2、定西1、乌审召1、平罗1、银川1、青铜峡1、中卫4、中宁2、兴仁堡2、盐池1、定边1、子长1、海原1三门峡37985兰州1、白银3、乌审召1、中卫3、中宁2、兴仁堡1、盐池1、定边2、同心1花园口631062白银2、乌审召1、平罗2、陶乐1、青铜峡1、中宁2、兴仁堡1、盐池2、定边3、同心1利津1101224白银1、乌拉特中旗5、乌审召4、平罗3、陶乐1、青铜峡1、中卫3、中宁2、盐池2、定边4、同心1、玛多5

注：站点右上角数值表示滞时。

3 结论与讨论

本文将标准降水指数(SPI)和标准流量指数(SDI)应用于黄河流域气象和水文干旱研究，并从流域尺度分析水文和气象干旱空间上的时滞性特点。研究表明，黄河流域降水在季节间出现明显的再分配现象，秋、冬季分别呈现显著的干旱化和湿润化演变规律。流域上、中、下游地区年旱均呈加剧态势，尤以中游较突出，变率达-0.13/10 a。此外，2003年为下游地区年旱由加剧到减轻的转折点。站次比统计发现,1990s气象干旱的影响范围较大，且在季和年尺度干旱均较突出，秋旱的发生范围甚至达到区域性程度。频率统计发现，内蒙古及流域下游大部分地区春旱发生频率较高；夏旱主要发生在流域北部的内蒙古及河源区的玛多、中游的韩城和入海地区的东营部分地区，且具有集中、高频发生特点；秋旱也易发生在内蒙古和中游南部地区；冬旱范围较广，主要发生在内蒙古和兴海、河南气象站控制区。年旱发生频率较高的站点多位于汾河流域。趋势统计发现，黄河流域中游南部春旱和秋旱均呈显著加剧趋势，而其夏旱呈显著缓解趋势，但全流域夏旱仍以加剧为主。全流域冬旱呈显著缓解趋势。除河源和流域北部内蒙古部分地区外，黄河流域大部分地区年旱呈加剧趋势，其中以汾河流域尤为突出。水文干旱分析发现，1995年以后黄河流域水文干旱发生频率越来越高，且从上游至下游，水文干旱程度有加重趋势，其中利津发生特旱的频率已超重旱频率。此外，相邻水文站监测的水文干旱变化规律联系较密切。时滞互相关分析发现，黄河流域水文干旱与干旱半干旱气候区的气象干旱滞后规律较突出，滞时在1～5个月之间。

本文分析了黄河流域气象干旱时空演变规律及气象和水文干旱滞后现象，明确了年、季气象干旱时空变化特点及与水文气象干旱时滞性关系。但仅仅考虑降水和径流要素作为表征气象和水文干旱的研究要素存在不足，加之干旱指标本身的限制[2]及黄河流域幅员辽阔、人类活动频繁和地理、气候影响条件复杂性，真正弄清楚黄河流域的水文气象干旱时空演变规律及成因，还需深入研究和分析。通过气象和水文干旱时空特征分析，可进一步认识黄河流域干旱灾害发生的规律，进而指导干旱灾害的防治工作。

[1] 郑远长.全球自然灾害概述[J].中国减灾，2000，10(1)：17-22.

[2] 胡彩虹，王金星，王艺璇，等.水文干旱指标研究进展综述[J].人民长江，2013(7)：11-15.

[3] 杨胜天，刘昌明，孙睿.黄河流域干旱状况变化的气候与植被特征分析[J].自然资源学报，2003，18(2)：136-141,257.

[4] 江恩惠,曹长胜,符建铭.黄河下游游荡型河道河势演变机理及整治方案研究总报告[R].郑州:黄河水利委员会,2006.

[5] 彭高辉，夏军，马秀峰，等.黄河流域干旱频率分布及轮次数字特征分析[J].人民黄河，2011，33(6)：3-5,12,149.

[6] 佘敦先，夏军，杜鸿，等.黄河流域极端干旱的时空演变特征及多变量统计模型研究[J].应用基础与工程科学学报，2012(S1)：15-29.

[7] 彭高辉，马建琴.黄河流域干旱时序分形特征及空间关系研究[J].人民黄河，2013，35(5)：38-40.

[8] 刘勤，严昌荣，张燕卿，等.近50年黄河流域气温和降水量变化特征分析[J].中国农业气象，2012，33(4)：475-480.

[9] MCKEE T B,DOESKEN N J,KLEIST J.The relationship of drought frequency and duration to time scales[C].Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology,1993,17(22):179-183.

[10] 邹旭恺，任国玉，张强.基于综合气象干旱指数的中国干旱变化趋势研究[J].气候与环境研究，2010，15(4)：371-378.

[11] 刘庚山，郭安红，安顺清，等.帕默尔干旱指标及其应用研究进展[J].自然灾害学报，2004，13(4)：21-27.

[12] 刘剑锋，刘学锋，刘芳圆，等.河北省气候干湿状况变化特征分析[J].地理与地理信息科学，2007，23(2)：83-86,96.

[13] 侯英雨，何延波，柳钦火，等.干旱监测指数研究[J].生态学杂志，2007，26(6)：892-897.

[14] 中国气象局.中华人民共和国气象法规汇编(2005)[M].北京：气象出版社，2006.182-202.

[15] 史建国，严昌荣，何文清，等.气象干旱指数计算方法研究概述[A].中国农学会农业气象分会.中国农学会农业气象分会2006年学术年会论文集[C].中国农学会农业气象分会,2006.6.

[16] PATEL N R,CHOPRA P,DADHWAL V K.Analyzing spatial patterns of meteorological drought using standardized precipitation index[J].Meteorological Applications,2007,14(4):329-336.

[17] FISCHER T,GEMMER M,SU B,et al.Hydrological long-term dry and wet periods in the Xijiang River basin,South China[J].Hydrology and Earth System Sciences,2013,17(1):135-148.

[18] NALBANTIS I,TSAKIRIS G.Assessment of hydrological drought revisited[J].Water Resources Management,2009,23(5):881-897.

[19] 黄晚华，杨晓光，李茂松，等.基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58a演变特征[J].农业工程学报，2010(7)：50-59.

[20] 裴源生，蒋桂芹，翟家齐.干旱演变驱动机制理论框架及其关键问题[J].水科学进展，2013，24(3)：449-456.

[21] 陈彦光，刘继生.基于引力模型的城市空间互相关和功率谱分析——引力模型的理论证明、函数推广及应用实例[J].地理研究，2002，21(6)：742-752.

[22] 徐永明，覃志豪，沈艳.长江三角洲地区地表温度年内变化规律与气候因子的关系分析[J].国土资源遥感，2010，22(1)：60-64.

[23] 黄朝迎.黄河流域80年代的干旱及其对农业生产的影响[J].山东气象，1990(4)：41-45.

[24] 王劲松，李忆平，任余龙，等.多种干旱监测指标在黄河流域应用的比较[J].自然资源学报，2013，28(8)：1337-1349.

[25] 苏慧慧.山西汾河流域公元前730年至2000年旱涝灾害研究[D].西安：陕西师范大学，2010.

[26] EDOSSA D C,BABEL M S,GUPTA A D.Drought analysis in the Awash river basin,Ethiopia[J].Water Resources Management,2010,24(7):1441-1460.

Analysis of Meteorological and Hydrological Drought in the Yellow River Basin during the Past 50 Years Based on SPI and SDI

HE Fu-li1,HU Cai-hong1,WANG Ji-jun2,WANG Yun-ling3

(1.SchoolofWaterConservancyandEnvironment,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001; 2.HenanProvincialClimatecenter,Zhengzhou450003; 3.HydrologyandWaterResourcesBureauofYellowRiverEstuary,Dongying257091,China)

In this study,146 weather stations and 6 hydrological stations were selected for analyzing the spatial-temporal characteristics of the meteorological and hydrological droughts by Standardized Precipitation Index(SPI),Standardized Discharge Index(SDI) and associated assessment indicators with the trend,time lag cross-correlation analysis climate methods across the Yellow River Basin(YRB) during 1961-2010,which facing frequent occurrence of droughts and serious water shortage.The results show that,annual meteorological drought in the YRB have shown increasing trend,especially in the midstream.Spring drought in midstream,autumn drought in the whole basin,summer drought in upstream and downstream are shown increasing trend.However,winter drought in the whole basin appears to be mitigation trend,especially in the upper reaches.Hydrological drought indicates increasing trend from upstream to downstream,and more frequent hydrological drought has occurred,and drought severity has being also growing since the late 1990s.Furthermore,it is obvious that hydrological and meteorological drought with the lag time between 1～5 months at the arid and semi-arid climatic zones in the YRB.

Yellow River Basin;Standardized Precipitation Index(SPI);Standardized Discharge Index(SDI);droughts;time lag cross-correlation analysis

2014-09-02；

2014-11-25

国家自然科学基金项目(51079131)；国家十二五科技支撑计划项目(2012BAB02D04—07)；河南省高校科技创新团队支持计划项目(13IRTSTHN030)；中国气象局/河南省农业气象保障与应用指数重点开放实验室开放研究基金项目(AMF201304)

何福力(1988-)，男，硕士研究生，主要从事水文学及水资源方面的研究。*通讯作者E-mail:hucaihong@zzu.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.03.014

P426.616

A

1672-0504(2015)03-0069-07