基于标准化降水指数监测内蒙古干旱特征

包丹丹，屈 帅，邱 炎天津师范大学，天津 300387

基于标准化降水指数监测内蒙古干旱特征

包丹丹，屈 帅，邱 炎
天津师范大学，天津 300387

本文应用标准化指数（SPI）来表达内蒙古地区的干旱情况。通过收集内蒙古及周围地区76站1952—2012年的月降水数据，采用SPI计算程序逐年计算出近33年的降雨干旱指数（SPI）值。通过ArcGis软件的克里金插值、裁剪和重分类等空间分析方法，用标准化降水指数（SPI）划分干旱等级。干旱等级分5类，并分别计算1980—2012年的各年各干旱等级在整个内蒙古地区所占的面积。分别讨论了主要城市的干旱、主要年份的干旱和内蒙古各年干旱动态变化趋势等等。结果表明：内蒙古地区干旱普遍存在，干旱出现频率高，干旱持续时间长，干旱的区域分布是西部高于东部，干旱影响范围广、灾情重，干旱区明显向东扩展。标准化降水指数（SPI）能准确地反映内蒙古近33年间的干旱趋势。标准化降水指数（SPI）对干旱分析具有较大意义，能够充分表现干旱情况。

标准化降水指数（SPI）；干旱；内蒙古地区；降水监测

干旱是我国主要的自然灾害之一，内蒙古位于中国北部边疆，气候复杂多样，四季分明。干旱很大程度上影响着农业的气象灾害之一。因此研究干旱对农业来说意义很深。我在本文中选取标准化降水指数作为气象干旱分析的指标，以年为时间尺度，从降水量的角度分析内蒙古地区干旱年动态。明确该地区的干旱趋势后，为内蒙古降水变化背景下决定农牧林提供理论依据。

1 研究区域概况

内蒙古自治区疆域辽阔，地跨“三北”（中国东北、西北、华北）地区，东起东经126°29′，西北东经97°10′，东西直线距离为400多千米。本文针对全内蒙古地区进行干旱动态分析。

2 研究方法

标准化降水指数，该指标是将某一时间尺度的降水量时间序列看作服从Γ分布，通过降水量的Γ分布概率密度函数求累积概率，然后转化成标准正态分布而得。这样做能够消除降水量在时空分布上的差异，使SPI能够适用于反映不同地区、不同时间尺度的干旱情况。

3 数据及其处理

3.1 资料

较为完整的76个气象站台1952—2012年的内蒙古及周围地区降水量的数据和76个气象站的经纬度。计算出近30年的SPI值。用这个SPI值和ArcGis软件来描述内蒙古地区的干旱情况。分析30年中的年动态，我们很清晰的知道每个地方的降水变化的情况。

3.2 数据处理

1）插值。计算年动态时首先在Arcgis软件上计算插值的。步骤是打开ArcToolbox，然后双击【Spatial Analyst工具】→【插值】→【克里金法】。

克里金（Kriging）插值法又称空间自协方差最佳插值法，它是以南非矿业工程师D.G.Krige的名字命名的一种最优内插法。它首先考虑的是空间属性在空间位置上的变异分布.确定对一个待插点值有影响的距离范围，然后用此范围内的采样点来估计待插点的属性值。

2）图像裁剪。插值计算完后按内蒙古旗县界限图裁剪，裁剪的步骤是ArcToolbox中双击【Spatial Analyst工具】→【提取】→【裁剪】。

3）重分类。裁剪完后把年平均SPI数据（见附录一）重分类。步骤是在ArcToolbox中双击【Spatial Analyst工具】→【重分类】→【重分类】。类别是5，分别无旱（-0.5＜SPI），轻旱（-1.0＜SPI≤-0.5），中旱（-1.5＜SPI≤-1.0），重旱（-2.0＜SPI≤-1.5），特旱（SPI≤-2.0）。重分类之后计算面积。计算面积的步骤是属性表中完成的。这样一来分别知道每年无旱，轻旱，中旱，重旱，特旱发生的面积。

4 结果分析

4.1 主要年份干旱特征

通过标准化降水指数来监测内蒙古主要年份的干旱情况。分别讨论通辽，东胜地区。2000年，通辽1月的时候SPI值达到2以上，根据标准化降水指数的干旱等级属于无旱。但是到了2月，3月时SPI值一直下降，从无旱变成轻旱。5月、6月时农民种地的季节，这时候的从轻旱变成无旱。对农民来说无需灌溉田地，有很大的帮助。不过7月时SPI达到-2以下，属于重旱，随之而来的是农作物的长势缓慢，甚至枯死。2000年的折线图告诉我们，冬天雪多，春季雨少，对农民，牧民有着特别大的灾害而且干旱普遍存在。同样东胜地区这4年当中，每年的4月，7月左右都有着轻旱的现象。内蒙古主要年份的通过应用SPI程序按年为时间尺度后计算出的动态结果，显现出了内蒙古出现干旱的具体位置，也可以知道出现的干旱属于哪个等级。以乌兰浩特为例，2000年有干旱，根据SPI值，属于轻旱。

4.2 主要城市干旱特征

介绍内蒙古近33年主要城市的干旱特征。其中呼和浩特地区SPI折线最高值达到1.5左右，最低值-1.8左右。干旱特征在无旱和重旱之间，呼和浩特出现轻旱的年份有1986、1987、1999、2000、2001、2005、2008、2009、2011年等。中旱的年份有1986—1988、1999—2000、2005—2008、2011—2012年等。重旱的年份有2011—2012年里。表明干旱出现的频率高。包头地区SPI折线最高值达到1.5左右，最低值-1.5左右。其中轻旱、中旱都普遍存在，重旱在2000年时出现过。

4.3 内蒙古各年干旱动态分析

根据1952—2012年的月降水资料所得的按年为时间尺度的SPI，分别得到无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱的面积。并且得到各种干旱等级的变化趋势。在内蒙近33年里轻旱是几乎每年都普遍存在。在内蒙古中旱占据的面积2010年的时候达到最高值，1986年和2007年的时候内蒙古出现重旱和特旱的现象。干旱发生的时候也随之带来各种程度的灾害。干旱的发生是一个持续发展和恢复的过程。

根据内蒙古近33年所得的SPI数据，通过ArcGis软件得到下面的每年的内蒙古各干旱等级分布图。其中内蒙古1997年无旱763 417km2，中旱390 368km2。在2000年无旱面积309 343km2，轻旱面积608 722km2，中旱面积235 720km2。

4.4 内蒙古地区的干旱特征

1）内蒙古主要年份的干旱特征是特旱少，在1980年朱日和，哪仁宝力格等地区出现特旱，1990年无特旱现象，2000年扎鲁特旗，满洲里等地区有特旱，2010年乌兰浩特特旱。轻旱、中旱、重旱普遍存在；2）内蒙古的主要城市，也就是呼和浩特、包头、通辽、东胜等地区的近33年里出现的干旱特征有轻旱、中旱、重旱等等，其中通辽地区海有特旱的现象；3）内蒙古各年干旱动态分析结果，干旱普遍存在，由西向东发展，西部地区的干旱高于东部干旱影响范围广，对农牧林的灾害严重。

［1］车少静，李春强，申双和.基于SPI的近41年（1965—2005）河北省旱涝时空特征分析［D］.南京：南京信息工程大学应用气象学院，2010，31（1）：137-143.

［2］李伟光，陈汇林，朱乃海，等.基于标准化降水指标在海南岛干旱检测中的应用分析［D］.海口：海南省气象科学研究所，2009：2-3.

S163

A

1674-6708（2016）168-0137-02

包丹丹，天津师范大学，研究方向为地理学。

屈帅，天津师范大学。

邱炎，天津师范大学。