Page 178 - 《高原气象》2021年第5期
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5 期                  谢五三等：干旱指数在中国东北、西南和长江中下游地区适用性分析                                        1139
                   标准化降水指数是用以表征某时段降水量出                           年尺度（150 天）降水的综合影响，此外，该指数考
               现概率多少的指标，它是在计算出某时段内降水量                            虑了业务服务的需求，增加了季节调节系数。各干
               的 Γ 分布概率后，再进行正态标准化处理，最终用                          旱指数的计算公式见《气象干旱等级》国家标准
               标准化降水累积频率分布来划分干旱等级（McKee                         （GB/T 20481-2017），干旱等级划分见表 1。本文
               et al，1993，1995）；标准化降水蒸散指数是用于表                    各指数均采用逐日滚动计算，其中 MI 时间尺度为
               征某时段降水量与蒸散量之差出现概率多少的指                             30天，SPI和SPEI时间尺度均为90天。
               标，它是采用降水与蒸散的差值构建了 SPEI 指数，                        3   对干旱时空特征的诊断
               并采用了 3 个参数的 log-logistic 概率分布函数来描
               述其变化，通过正态标准化处理，最终用标准化降                                运用东北、西南以及长江中下游地区共 1165
               水与蒸散差值的累积频率分布来划分干旱等级；相                            个国家站 1961-2019 年逐日气温、降水资料，结合
               对湿润度指数是用于表征某时段降水量与蒸散量                             SPI、SPEI、MI 和 MCI 干旱指数计算公式，通过不
               之间平衡状况的指标之一，它是反映作物生长季节                            同时间尺度逐日滚动计算出各地区各干旱指数
               大气中的水分平衡特征，采用 Thornthwaite 方法求                    1961-2019 年逐日值，进而提取各站历次的干旱过
               算某时段可能蒸散量；气象干旱综合指数（MCI）考                          程（张强等，2006），基于干旱过程分析各指数对东
               虑了 60 天内的有效降水（权重累积降水）、30 天内                       北、西南以及长江中下游地区干旱时空特征的诊断
               蒸散（相对湿润度）以及季尺度（90 天）降水和近半                         效果。
                                               表1   各干旱指数对应的干旱等级划分表
                                    Table 1  Drought classification corresponding to each drought index
                  等级        类型             SPI               SPEI                MI                 MCI
                   1        无旱          -0. 5<SPI          -0. 5<SPEI          -0. 40<MI          -0. 5<MCI
                   2        轻旱        -1. 0<SPI≤-0. 5    -1. 0<SPEI≤-0. 5   -0. 65<MI≤-0. 40    -1. 0<MCI≤-0. 5
                   3        中旱        -1. 5<SPI≤-1. 0    -1. 5<SPEI≤-1. 0   -0. 80<MI≤-0. 65    -1. 5<MCI≤-1. 0
                   4        重旱        -2. 0<SPI≤-1. 5    -2. 0<SPEI≤-1. 5   -0. 95<MI≤-0. 80    -2. 0<MCI≤-1. 5
                   5        特旱          SPI≤-2. 0          SPEI≤-2. 0          MI≤-0. 95          MCI≤-2. 0

               3. 1  干旱日数年际变化                                    为正值（其中 SPEI 达 7. 1 天每 10 年）；长江中下游
                   根据东北（263 个站）、西南（400 个站）以及长                    地区各指数的线性趋势一致为负值（其中 SPI 达
               江中下游地区（502 个站）1961-2019 年各站历次的                    -5. 2天每10年）；东北地区的各指数有正有负。
               干旱过程，统计各站历年的总干旱日数，得到基于                            3. 2  干旱日数空间分布
               四种干旱指数的东北、西南和长江中下游地区干旱                                基于 1961-2019 年逐日干旱指数值，提取东
               日数年际变化时间序列（图3）。                                   北、西南以及长江中下游地区历次干旱过程，统计
                   由图 3 可见，各地区的 SPI、SPEI、MI、MCI 干                东北、西南以及长江中下游地区各站历年的总干旱
               旱指数年际变化趋势基本一致，与历年干旱受灾面                            日数，进而计算三个地区各站历年平均干旱日数，
               积折线图相比，干旱日数较多的年份与干旱受灾面                            得到基于 SPI、SPEI、MI、MCI干旱指数的东北、西
               积较大的年份均较为一致。进一步分析东北、西南                            南及长江中下游地区干旱空间分布图（图4）。
               以及长江中下游地区各干旱指数对应的干旱日数                                 由图 4 可见，无论是在东北、西南或是长江中
               的相关系数可知，西南地区各干旱指数之间的相关                            下游地区，SPI 和 SPEI 两种指数空间分布高度一
               性最好（相关系数平均为 0. 92），其次为长江中下游                       致，MI 和 MCI 两种指数空间分布较为一致，而
               地区（相关系数平均为 0. 84），东北地区各干旱指数                       SPI、SPEI 与 MI、MCI 之间存在较大差异。分析东
               之间的相关性（相关系数平均为 0. 81）相对较差。                        北、西南以及长江中下游地区各省地均干旱受灾
               此外，三个地区的干旱指数相关性均显示，SPI、                           面积（1971-2019 年各省年均干旱受灾面积除以本
               SPEI、MCI 三者之间相关性较高，相关系数平均值                        省面积）的空间分布可知，各地区地均干旱受灾面
               分别为 0. 86、0. 86、0. 87，MI与它们之间的相关性                 积较大的省份与 MI 和 MCI 两种指数诊断出干旱
               相对低一些（相关系数平均为 0. 83）。从干旱日数                        日数较多的省份更为一致；此外，结合各地区多年
               的线性趋势来看，西南地区各指数的线性趋势一致                            平均气候态（降水分布）和地形地貌分布特征（中华
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