周 游(遼寧省水文局,遼寧沈陽(yáng)110003)
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不同干旱指數(shù)在遼寧西部地區(qū)的對(duì)比及適用性分析
周 游
(遼寧省水文局,遼寧沈陽(yáng)110003)
基于遼寧西部地區(qū)朝陽(yáng)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(cè)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(duì)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(duì)干旱影響的干旱偵測(cè)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(píng)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(duì)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(guó)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(cè)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(jiǎn)單,但對(duì)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(píng)價(jià)。本文的研究成果可為遼西地區(qū)的氣象干旱評(píng)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(cè)指數(shù);遼西地區(qū)
DOI:10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.015
干旱指數(shù)是用來判別區(qū)域干旱的一種定量指標(biāo),對(duì)于研究區(qū)域干旱,預(yù)測(cè)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(duì)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(duì)于區(qū)域干旱評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)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(duì)遼西地區(qū)進(jìn)行干旱評(píng)價(jià),對(duì)于該區(qū)域的干旱預(yù)測(cè)和農(nóng)作物生長(zhǎng)是必要的。本文選用三種氣象干旱指數(shù)對(duì)遼西地區(qū)進(jìn)行干旱評(píng)價(jià)分析,對(duì)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(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)研究提供重要的參考價(jià)值。
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(jiǎn)單,需求資料較少,在我國(guó)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(cè)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(duì)稱性來判定的,中位數(shù)表示的是長(zhǎng)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(cè)指數(shù)RDIst
干旱偵測(cè)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(zhǎng)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(duì)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)。
3.1 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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)比
為定量分析三種干旱指數(shù)對(duì)錦州地區(qū)干旱評(píng)價(jià)的適用性,運(yùn)用三種干旱指標(biāo)的旱澇評(píng)定等級(jí)(見表1),并結(jié)合錦州地區(qū)2000~2008年實(shí)際干旱情況對(duì)三種指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果見圖3。
表1 SPI,PDECI,RDIst旱澇評(píng)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(cè)指數(shù)在旱澇評(píng)定上具有較好的相似性和一致性,但由于干旱偵測(cè)指數(shù)考慮蒸發(fā)因素對(duì)干旱指數(shù)計(jì)算的影響,使得干旱偵測(cè)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(cè)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(duì)于旱情判定上敏感程度較高,而降水百分?jǐn)?shù)對(duì)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)。
本文運(yùn)用三種干旱指數(shù)在遼西錦州地區(qū)進(jìn)行對(duì)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(cè)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(cè)指數(shù)同時(shí)考慮降水和蒸發(fā)對(duì)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(cè)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(duì)于降水變化較為敏感,不適合于錦州地區(qū)的旱情評(píng)估。
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S423
A
1672-2469(2016)01-0043-03
2015-07-30
周 游(1982年—),男,工程師。