两种干旱指标在阿卡尔河流域的应用对比分析

雪新丽

(新疆双河勘测设计有限公司，新疆 博乐 833400)

1 流域基本情况

阿卡尔河产流区大部分位于伊犁州境内，汇合后进入博州，出山口后散失于冲积-洪积扇地形处，阿卡尔站以上集水面积628 km2，多年平均径流量为1.1902×108m3，径流以冰雪水、雨水、地下水混合补给为主。阿卡尔河流域属于典型的大陆性干旱气候，主要特点冬冷夏热，昼夜温差大，日照时间长，降雨量小蒸发量大，光热资源丰富[1-3]。阿卡尔河流域1981—2017年径流量、降水量、平均气温及蒸发量年际变化趋势见图1、图2。

图1 研究区1981—2017年径流量及降水量年际变化趋势图

图2 研究区1981—2017年平均气温及蒸发量年际变化趋势图

由图1可以看出，阿卡尔河流域1981—2017年径流量及年降水量变化趋势一致，呈减少趋势。37年期间年平均降水量为95.47 mm，各季节降水量的平均值分别为：春季26.50 mm，夏季39.18 mm，秋季17.57 mm，冬季12.22 mm。

由图2可以看出，阿卡尔河流域1981—2017年蒸发量变化呈下降趋势，年均气温呈上升趋势。37年期间年平均蒸发量为1.626×103mm，是年均降水量的17.0倍。

2 研究方法2.1 降水距平百分率

降水距平百分率反映某时段降水量相对同期平均状态的偏离程度，如式(1)所示[4]。

(1)

2.2 Z指数

对降水量进行正态化处理并转换为以Z为变量的标准正态分布，如式(2)～式(6)所示[5]：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

2.3 旱涝等级的划分

两种旱涝指标等级划分情况见表1。

表1 两种旱涝指标对应等级划分

3 干旱划分结果与分析

3.1 降水距平百分率对干旱年及干旱季节的划分

用降水距平百分率分析1981—2017年的阿卡尔河流域年降水量及四季降水量，可以发现：整体降水距平百分率的变化呈下降趋势，下降速率为2.0%/10 a，即1981—2017年期间，年降水量呈下降趋势，干旱程度加重。降水距平百分率划分年干旱和季节干旱情况见表2、表3。

表3 降水距平百分率划分各季节干旱情况

由表2可知，阿卡尔河流域1981—2017年发生干旱的年份有9 a，干旱年发生频率24.32%，约占总年份的1/4。其中，发生中度干旱的年份有1 a，为2008年，频率为2.7%；发生轻度干旱的年份有8 a，频率为21.6%。2008年、2009年为连续2 a干旱。

表2 降水距平百分率划分年干旱情况

由表3可知，阿卡尔河流域1981—2017年四季发生干旱的概率为：春季32.43%、夏季29.73%、秋季35.14%、冬季35.14%。夏季、冬季一般为轻度干旱和中度干旱，春季和秋季出现过重度干旱。37 a期间发生三季连旱的年份有5 a，为1984年、1990年、1995年、2012年、2014年；发生四季连旱的年份有1 a，为2008年。易发生冬、春两季连旱。

3.2 降水Z指数对干旱年及干旱季节的划分

用降水Z指数分析1981—2017年的阿卡尔河流域年降水量及四季降水量，整体降水Z指数的变化呈下降趋势，下降速率为0.07/10 a。降水Z指数划分年干旱和季节干旱情况见表4、表5。

表5 Z指数划分各季节干旱情况

由表4可知，阿卡尔河流域37 a发生干旱的年份有12 a。其中，发生重度干旱的年份有1 a，为2008年，频率为2.7%。发生中度干旱的年份有5 a，频率为13.5%，发生轻度干旱的年份有6 a，频率为16.2%。1989、1990、1991年为连续3 a干旱，2008年、2009年为连续2 a干旱。

表4 Z指数划分年干旱情况

由表5可知，阿卡尔河流域1981—2017年四季发生干旱的概率为：春季32.43%、夏季27.03%、秋季32.43%、冬季32.43%。出现重度干旱的季节有春、夏、秋三季。37 a期间发生三季连旱、四季连旱的年份与降水距平百分率划分结果一致。

3.3 两种干旱指标对比分析

用降水距平百分率分析和用Z指数分析阿卡尔河流域干旱年份，有较明显的差别，也有一些相同之处。

(1)从干旱频率的年分布来看，降水距平百分率划分的干旱年份有9 a，而Z指数划分出的干旱年份为12 a，二者相差3 a，其中干旱年份重合的有9 a。不同之处在于干旱等级对应年份不同。

(2)从干旱频率的季节分布来看，降水距平百分率与Z指数划分的春季干旱年份相同，均为12 a，降水距平百分率划分夏季、秋季、冬季干旱年份均比Z指数划分的多1 a。

(3)降水距平百分率划分季节干旱年份均包含在Z指数划分的干旱年份中，但年份对应的干旱等级略有不同，如降水距平百分率划分的重度干旱年份只在春季和秋季出现，但Z指数划分的重度干旱年份在春、夏、秋三季均出现。因此两种指标划分的不同季节不同程度干旱对应的干旱频率不同。

(4)不同指标划分各季节干旱频率见表6。统计结果表明，降水距平百分率划分各季节干旱频率为秋、冬季大于春季，夏季出现干旱频率最小，而Z指数划分各季节干旱频率为春、秋、冬三季发生干旱频率相同，夏季出现干旱频率略小。

表6 不同指标划分各季节干旱频率统计 %

4 结 论

降水距平百分率与Z指数两种干旱指标对阿卡尔河流域干旱划分结果基本一致，在年分布和季节分布上重合年份较多，但在干旱程度划分上有较大差别。

(1)降水距平百分率与降水Z指数划分干旱年发生频率分别为24.32%、32.43%。降水距平百分率将2008年划分为中度干旱，而Z指数将2008年划分为重度干旱，2008年出现四季连旱，Z指数划分结果较为合理。

(2)降水距平百分率与降水Z指数对四季干旱年划分结果存在重合情况，降水距平百分率划分四季干旱年结果包含在Z指数划分结果中。

(3)两种指标对阿卡尔河流域干旱发生均有一定的指示意义，综合考虑，降水距平百分率过于依赖降水量平均值，而Z指数是把概率密度函数直接标准化，还涉及到偏态系数、标准变量等参数，说明Z指数的大小不仅仅是与降水量有关，还与降水时间变化有关。因此，相比较降水距平百分率划分结果，采用Z指数确定阿卡尔河流域干旱程度较为合理。

干旱不仅仅与降水有关，还应考虑蒸发、气温、湿度等其他气象因素。本文利用降水划分干旱情况具有一定的局限性，还应结合多种气象、水文因素建立更加适宜的综合干旱指标，更好地开展流域干旱的研究工作。