不同干旱指数在辽宁西部地区的对比及适用性分析

2016-07-06辽宁省水文局辽宁沈阳110003

水利规划与设计 2016年1期

周游（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

周游
（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

基于辽宁西部地区朝阳和锦州两个气象站1952～2012年气象要素资料，分别选用标准化降水指数SPI、降水百分位指数PDECI以及干旱侦测指数RDIst三种气象干旱指数计算辽西地区锦州市的气象干旱指数，结合锦州市2000～2008年实际发生的干旱年份对比不同气象干旱指数计算结果及其在研究区的适用性。研究结果表明：考虑区域蒸散发对干旱影响的干旱侦测指数RDIst在锦州地区有较好的适用性，相比于其他两种干旱指数，RDIst评价的干旱情况和研究区域实际发生干旱的情况较为吻合且具有相对稳定的计算结果，并且整体计算结果均优于在国内运用较为普遍的标准化降水指数；在三种气象干旱指数中，标准化降水指数SPI和干旱侦测指数RDIst具有较好的相关性，在月尺度，其相关系数可达到0.97；降水百分位数计算方法简单，但对于降水量的变化非常敏感，计算的月尺度和年尺度的气象干旱指标都不太适用于辽西地区的干旱评价。本文的研究成果可为辽西地区的气象干旱评价提供一定的参考和借鉴价值。

气象干旱指数；标准化降水指数；降水百分位数；干旱侦测指数；辽西地区

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.015

1 引言

干旱指数是用来判别区域干旱的一种定量指标，对于研究区域干旱，预测未来可能发生干旱的情况都是非常重要的一个基本指标。近些年来，对于气象干旱指标研究的成果非常多，但是不同的气象干旱指标在不同地方都有着不同的适用性。如何选取适用于本地区的气象干旱指数对于区域干旱评价和预测至关重要。辽宁西部地区属于寒温带夏雨炎热型气候，受到南暖湿气团与北来大陆气团交互及季风环流的影响，夏季较为炎热，冬季少雨且较为干燥，属较为干旱的地区。年平均气温在6～8℃，多年平均降水量在400～600mm之间，区域降水量分配不均，降雨主要集中在5～8月份，占全年的88%。从辽西地区的年降水量看，辽西地区处于干湿交界的分界线，相比于一般的干旱地区较好，但是由于其降水年际变化较大，在降水偏少的年份容易出现较为严重的干旱情况，特别是辽西地区的多年蒸散发达到900mm，是其多年平均降水量的1.5倍左右，辽西地区也有十年九旱的称号。因此，定量对辽西地区进行干旱评价，对于该区域的干旱预测和农作物生长是必要的。本文选用三种气象干旱指数对辽西地区进行干旱评价分析，对比不同干旱指标在辽西地区的适用性，择选出较为适合辽西地区的气象干旱指标，从而为辽西地区的干旱评价和预测研究提供重要的参考价值。

2 研究方法和资料

本文选用三种气象干旱指数计算辽西地区锦州市的干旱指数，其中标准化降水指数由于计算简单，需求资料较少，在我国许多流域得到过应用，该方法计算原理可详见参考文献［8］。本文主要就降水百分位数PDECI和干旱侦测指数RDIst的计算步骤及原理进行介绍。

2.1 降水百分位指数PDECI

降水百分位干旱指数原理是通过分析数据对称性来判定的，中位数表示的是长系列数据里面的平均状态，降水百分数将历时系列降雨数据按照从大到小进行排序，将排列好的数据分成10个组合，第一个10分表示整个历史降水系列里面的10%的系列，第二个10分位数则表示的是整个历史降水系列位于10～20%的降水量的一个比值。按照此方法进行推算，最后历史降水系列数据被分成7分，在历史数据系列中降水量落在第二个10分位数则表示的是发生中等干旱的情况，同样落在第三个10分位数，则表示的是轻度干旱的情况，如果降水量落在第四个-第七个10分位数，则表示没有出现干旱的情况。

2.2 干旱侦测指数RDIst

干旱侦测指数首先计算初始值α0，计算公式如下：

式中Pij和PETij表示的第i、j个月降水量以及潜在的蒸散发量，N代表资料系列的长度。

其次计算RDIn，RDIn计算表达式为：

2.3 研究所需资料

本文选取锦州气象站1954～2008年气象资料，包括平均相对湿度、平均日照时数、平均气温以及平均风速资料，选用Penman公式计算潜在蒸散发。结合锦州气象站每年和各月的降水资料，运用三种干旱指数计算月尺度和年尺度干旱指数。

3 成果分析

3.1 三种干旱指标相关性分析

依据锦州气象站气象数据，采用标准化干旱指数和降水百分数计算年尺度以及月尺度干旱指数，并分析三种干旱指数的相关性，详见图1和图2。

图1 PDECI干旱指数与SPI值相关图

图2 SPI值与RDIst值相关图

图1为降水百分数和干旱侦测指数在月尺度和年尺度上的相关图，从图中可看成，降水百分数和干旱侦测指数在年尺度上，其相关系数达到0.98，在月尺度上两种干旱指数相关性达到0.9，可以看出，降水百分数和干旱侦测指数在锦州地区其相关性较好，表明两种干旱指数在锦州地区年尺度旱涝判定上具有较好的相似性和一致性。相比于年尺度，月尺度上两种干旱只是在旱涝判定出现较为分散的散点，如图1（b）中左侧上方的散点，这主要是因为降水百分数和干旱侦测指数主要是基于降水量计算干旱指数，而在降水较小的年份，由于年尺度过滤了降水量变化的低频率性的波动，而月尺度不能过滤掉水量较小的频率波动，使得两种干旱指标在月尺度上的旱涝判定上出现不一致的现象。图2为干旱侦测指数和标准化干旱指数在年和月尺度上的干旱指数的相关性，从图中可以看出，干旱侦测指数和标准化干旱指数在月尺度上的相似性要好于年尺度的相似性，其中月尺度干旱侦测指数和标准化干旱指数其相关系数为0.97，年尺度相关系数为0.89，干旱侦测指数和标准化干旱指数在旱涝判定上具有较好的一致性。在年尺度和月尺度上散点均较为集中，没有出现不集中的散点，主要是因为干旱侦测指数不仅考虑了降雨还考虑了蒸散发。在降水量较小的月份内，蒸散发相比较大，因此两种干旱指数计算的干旱指数较为接近。但在降水量较大的月份里面，蒸散相比较大，使得干旱侦测指数计算结果稍大于标准化干旱指数计算的干旱指数。

3.2 三种干旱指标在2000～2008年干旱期间运用情况对比

为定量分析三种干旱指数对锦州地区干旱评价的适用性，运用三种干旱指标的旱涝评定等级（见表1），并结合锦州地区2000～2008年实际干旱情况对三种指标进行定量评价，评价结果见图3。

表1 SPI，PDECI，RDIst旱涝评定表

图3 2000～2008年锦州地区年尺度和月尺度SPI、PDECI、RDIst干旱频率分布

从图3中可以看出，在月尺度上标准化干旱指数和干旱侦测指数在旱涝评定上具有较好的相似性和一致性，但由于干旱侦测指数考虑蒸发因素对干旱指数计算的影响，使得干旱侦测指数在旱情判定指标上要多于标准化干旱指数，结合锦州地区2000～2008年实际发生的干旱情况可以看出，考虑蒸发的干旱侦测指数要好于单单考虑降水影响的标准化干旱指数，干旱指数对于旱情判定上敏感程度较高，而降水百分数对降水量较为敏感，因此在干旱指标计算少于其他两种干旱指数。降水百分数干旱指数在重度干旱情况判定上要多于其它两种干旱指数。