慈 暉,張 強(qiáng),白云崗,張江輝

(1.中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,廣東 廣州 510275;2.中山大學(xué)華南地區(qū)水循環(huán)與水安全廣東省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510275;3.新疆水利水電科學(xué)研究院,新疆 烏魯木齊 830049)

標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)與有效干旱指數(shù)在新疆干旱監(jiān)測中的應(yīng)用

慈 暉1,2,張 強(qiáng)1,2,白云崗3,張江輝3

(1.中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,廣東 廣州 510275;2.中山大學(xué)華南地區(qū)水循環(huán)與水安全廣東省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510275;3.新疆水利水電科學(xué)研究院,新疆 烏魯木齊 830049)

基于干旱監(jiān)測理論,根據(jù)新疆測站1961—2010年逐日降水資料,對比分析了基于不同時(shí)間尺度(1、3、6、9、12、24個(gè)月)標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)(SPI)與有效干旱指數(shù)(EDI)對干旱監(jiān)測的有效性與實(shí)用性。結(jié)果表明:不論針對短期干旱還是長期干旱,EDI監(jiān)測能力均明顯優(yōu)于SPI。短時(shí)間尺度的SPI受短時(shí)間降水影響較大,能反映短時(shí)間新疆地區(qū)的干旱變化特征;隨時(shí)間尺度的增加,SPI對短時(shí)間降水的響應(yīng)能力較差,但仍可反映長時(shí)間序列下明顯的干旱變化趨勢。與SPI相比,EDI能夠很好地反映出短期干旱和當(dāng)時(shí)降水量的影響;同時(shí)能夠隨時(shí)間遷移,給每日降水量分配以不同權(quán)重,考慮前期降水量對當(dāng)前干濕狀況的影響。相關(guān)研究結(jié)果可為濕潤區(qū)及其他氣候區(qū)洪旱災(zāi)害監(jiān)測提供重要理論依據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo);有效干旱指數(shù);干旱監(jiān)測;新疆

1 干旱研究概述

干旱是一種由于水資源收支不平衡或者供需存在矛盾而形成的水資源短缺現(xiàn)象,是對人類生產(chǎn)與生活造成重大影響的主要自然原因之一。同時(shí),干旱災(zāi)害也是人們研究較為薄弱的自然災(zāi)害之一,目前尚沒有一個(gè)為大家所普遍接受的干旱定義[1]。降水虧缺在經(jīng)過一段時(shí)間的累積之后,才能表現(xiàn)出干旱特征,但是對于1次干旱事件的開始、結(jié)束以及干旱程度的監(jiān)測較為困難[2]。因此,客觀評價(jià)干旱強(qiáng)度、干旱量級、干旱歷時(shí)以及干旱發(fā)生的空間范圍更加困難。

近年來,研究者們在干旱指標(biāo)的確立以及改進(jìn)方面做了諸多努力,建立了一大批用于干旱強(qiáng)度量化、分析以及監(jiān)測的干旱指標(biāo)[3-4]。基于土壤水分平衡的干旱指數(shù)有CSDI(crop specific drought index)[5]、PDSI(palmer drought severity index)[6]、SMDI(soil moisture drought index)[7]等,其中,由Palmer于1965年提出的PDSI是干旱指標(biāo)發(fā)展過程中的里程碑[8],但由于計(jì)算過程復(fù)雜、對干旱反應(yīng)不夠靈敏、沒有考慮人類活動(dòng)如灌溉等對水平衡的影響等缺陷,其實(shí)用性并不高。Wells等在2004年對PDSI指標(biāo)進(jìn)行了很大程度上的改善,建立了自適應(yīng)PDSI指數(shù)(self-calibrating PDSI)[3],使得計(jì)算結(jié)果依賴于當(dāng)前測站氣候特征、對干濕狀況有不同的敏感性、在空間上的可比性有所提高。基于降水概率分布的干旱指數(shù)有BMDI(bhalme and mooley drought index)[9]、DI(deciles index)[10]、RAI(rainfall anomaly index)[11]、SPI(standardized precipitation index)[12]等,其中SPI使用最為廣泛。然而,SPI的使用存在局限性[13]。首先,SPI的計(jì)算是基于月降水量數(shù)據(jù),當(dāng)統(tǒng)計(jì)分析特定月份的降水之后,該時(shí)間段內(nèi)的降水將不再考慮到接下來其他月份的統(tǒng)計(jì)之中,例如:該時(shí)段最后1 d發(fā)生的強(qiáng)降水有可能補(bǔ)充下一時(shí)段的降水虧缺,但SPI并未考慮上一時(shí)段的影響,單純判斷下一時(shí)段依舊表現(xiàn)為干旱;其次,SPI的月降水量是一個(gè)平均概念,并沒有考慮到統(tǒng)計(jì)時(shí)段初期的強(qiáng)降水隨時(shí)間推移由于徑流或者蒸散發(fā)的原因已經(jīng)對該時(shí)段后期降水量沒有貢獻(xiàn)的情況;最后,SPI提供了基于不同時(shí)間尺度(1、3、6、9、12、24個(gè)月)的干旱強(qiáng)度,由于不同時(shí)間尺度的SPI具有不同的物理意義,所表征的干旱強(qiáng)度也不盡相同,當(dāng)判定干旱是否發(fā)生時(shí),人為選擇的計(jì)算時(shí)間尺度則起到主觀作用。

為了能夠克服SPI指標(biāo)的缺陷,更準(zhǔn)確地描述干旱的開始、結(jié)束以及干旱歷時(shí),Byun等[14-15]在1996年提出有效干旱指標(biāo)(effective drought index,EDI)的概念,與其他干旱指標(biāo)不同,EDI的計(jì)算基于日尺度降水量數(shù)據(jù)、早期降水量的貢獻(xiàn)隨時(shí)間遷移越來越小、可以監(jiān)測到長達(dá)多年的持續(xù)干旱,是干旱研究領(lǐng)域創(chuàng)新性的突破。EDI也被廣泛地運(yùn)用在韓國干旱事件的實(shí)時(shí)監(jiān)測上[13,16],并且Morid等[17]、Pandey等[18]也指出EDI優(yōu)于SPI指數(shù),能夠很好地應(yīng)用在伊朗以及印度地區(qū)干旱監(jiān)測。Masinde[19]結(jié)合EDI與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),探討了肯尼亞地區(qū)干旱預(yù)警工作。但是,國內(nèi)對EDI的研究甚少。本文通過對比SPI與EDI,旨在探討兩種指標(biāo)對新疆干旱監(jiān)測的適用性,為新疆地區(qū)及我國干旱監(jiān)測、預(yù)警提供重要理論依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

采用由國家氣象中心提供的新疆測站1961—2010年逐日降水資料來分析干旱指標(biāo)的應(yīng)用與評估。測站的地理位置如圖1所示。缺失數(shù)據(jù)采用以下方法進(jìn)行插補(bǔ):缺失1～2 d數(shù)據(jù),采用相鄰數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行插補(bǔ);缺失數(shù)據(jù)序列較長,則以缺失序列多年同期平均值進(jìn)行插補(bǔ)。

圖1 測站地理位置

2.2 SPI

標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)是Mckee等[12]于1993年提出,其計(jì)算只基于降水?dāng)?shù)據(jù),并未考慮其他因素對干旱可能造成的影響,具有資料獲取容易、計(jì)算簡單、穩(wěn)定性好、能夠在不同地區(qū)進(jìn)行干旱程度對比等優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用[20]。很多研究結(jié)果表明,降水是決定干旱發(fā)生與結(jié)束、干旱歷時(shí)以及干旱強(qiáng)度的主要因子[21-22]。降水變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣溫、潛在蒸散發(fā)等其他因素的變率。簡單來講,SPI計(jì)算使用合適的轉(zhuǎn)換方法,將降水量數(shù)據(jù)從Gamma分布轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,SPI在新疆已有相關(guān)研究[20,23]。

2.3 EDI

總體來講,EDI就是利用當(dāng)日降水量及此前364 d降水量,隨時(shí)間遷移,分配給每日降水量不同權(quán)重,以評估補(bǔ)充自干旱發(fā)生以來累計(jì)虧損所需要降水量的累計(jì)水平[24]。計(jì)算步驟如下。

第1步:計(jì)算有效日降水量PEP(effective precipitation);

如式(1)所示：

(1)

式中，Pm為m天之前的降水量,將365作為i的預(yù)設(shè)值,即最為普遍使用的水循環(huán)周期,因此,PEP為365 d時(shí)間尺度上可用降水量的累計(jì)值;

第2步:計(jì)算同期30 a有效日降水量PEP均值MEP;

第3步:計(jì)算DEP,即有效日降水量PEP與30 a同期平均值MEP之間的差值;

DEP=PEP-MEP

(2)

第4步:當(dāng)DEP為負(fù)值時(shí),表明這天較平常來說更為干旱,當(dāng)干旱持續(xù)發(fā)生,DEP負(fù)值連續(xù)出現(xiàn)時(shí),將負(fù)值連續(xù)出現(xiàn)的天數(shù)Ddd(dry duration)累加到預(yù)設(shè)的i值365上,即得到新的i值(365+Ddd-1),這個(gè)連續(xù)干旱天數(shù)的累加是無限的;

第5步:利用新得到的i值,重新計(jì)算對應(yīng)天數(shù)的PEP、MEP及DEP值;

第6步:得到干旱指標(biāo)值DEP與其標(biāo)準(zhǔn)差值ΔSD(DEP)相除，即為干旱指標(biāo)值IEDI。

IEDI=DEP/ΔSD(DEP)

(3)

最終得到的IEDI考慮了連續(xù)發(fā)生干旱的時(shí)間,代表當(dāng)前情況下可利用水資源的標(biāo)準(zhǔn)化值[13]。

表1 干濕等級的劃分

3 結(jié)果分析

3.1 EDI與SPI的對比分析

圖2 烏魯木齊1960—2010年年均降水量、日降水量及滑動(dòng)平均

由圖2可以看出,1961—2010年烏魯木齊降水量呈不斷增多趨勢,降水量主要集中在4—9月份。前人已對新疆地區(qū)及烏魯木齊做過很多研究,包括氣溫[25]、降水[26-29]、極端氣候事件及演變規(guī)律[30-33]等諸多方面。烏魯木齊是世界干旱區(qū)最大的城市之一[34],同時(shí)也是新疆降水事件強(qiáng)度和概率較大的地區(qū)之一[35],更是新疆經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展中心,由此本文選用烏魯木齊測站氣象資料對比分析SPI以及EDI指標(biāo)的可用性、優(yōu)劣性。

圖3 1961—2010年烏魯木齊ISPI值(<-1)與IEDI值(逐月最小值)散點(diǎn)分布

圖3中縱坐標(biāo)用ISPI,1、ISPI,3、ISPI,6、ISPI,9、ISPI,12、ISPI,24分別表示基于不同時(shí)間尺度(1,3,6,9,12,24個(gè)月)的SPI值。如圖3(a),ISPI,1與IEDI散點(diǎn)圖非常分散,R2近似為0,13.1%的ISPI,1值小于-1,有相應(yīng)68.8%的IEDI小于-1,兩者之間不存在相關(guān)性。然而,在某種程度上,ISPI,1所能監(jiān)測出的短期干旱,相應(yīng)的IEDI也同樣表現(xiàn)為干旱。ISPI，3與IEDI散點(diǎn)圖中(圖3(b)),兩者相關(guān)性有明顯增強(qiáng),R2為0.12,15.6%的ISPI,3小于-1,ISPI,3小于-1的88個(gè)月中,IEDI值均為負(fù)值,有相應(yīng)95.7%的IEDI小于-1。在ISPI,1、ISPI,3小于-1的77、92個(gè)月中,分別有19、2個(gè)月IEDI大于-0.7。其中,ISPI,1小于-1的月份中,有6個(gè)月IEDI大于0。在這些情況下,基于1年以上累計(jì)降水量的IEDI并未表現(xiàn)出干旱,而基于短期累計(jì)降水量(1、3個(gè)月)的ISPI,1、ISPI,3指標(biāo)表現(xiàn)為干旱。Hayes等[36]指出,由于ISPI,1和ISPI,3評價(jià)干旱時(shí)的概念與距平百分率差不多,干旱季節(jié)即使出現(xiàn)少量的水分虧缺,ISPI,1及ISPI,3均表征為嚴(yán)重干旱事件,而長時(shí)間尺度上的ISPI明顯表現(xiàn)出與IEDI相接近的評判結(jié)果。如圖3(c),ISPI,6與IEDI相關(guān)性較ISPI,1、ISPI,3增強(qiáng)更為顯著,R2達(dá)0.38,ISPI,6表現(xiàn)為干旱(小于-1)的月份,IEDI均小于-0.7,表現(xiàn)為干旱,但I(xiàn)SPI,6未表現(xiàn)干旱(大于-1)的484個(gè)月份中,有近乎一半的月份(240個(gè)月),IEDI小于-0.7,IEDI與ISPI,6相比,IEDI所表征的旱情較ISPI,6所表征的嚴(yán)重。ISPI,9與ISPI,12表現(xiàn)出干旱(小于-1)的月份,IEDI均小于-1,表征為干旱事件。特別是ISPI,9與IEDI擬合的R2值為0.54(圖3(d)),兩者最為接近。在表征干旱的過程中,兩者最大差異出現(xiàn)在1975年6月(IEDI:-4.07;ISPI,9:-0.54)。期間,ISPI,9表征的干旱,從1973年8月持續(xù)到1975年5月的22個(gè)月,而IEDI考慮到了持續(xù)干期以及降水量累計(jì)虧缺的概念,其所表征的干旱從1972年12月持續(xù)到1975年6月,長達(dá)31個(gè)月之久。ISPI,24表征干旱的月份,IEDI值均小于0,其中95.6%的IEDI值小于-0.7。ISPI,9、ISPI,12、ISPI,24同時(shí)表征干旱的53個(gè)月中,相應(yīng)的IEDI每月最小值均小于-0.7。同時(shí),在ISPI,1、ISPI,3、ISPI,6同時(shí)表征短期干旱的28個(gè)月中,有15個(gè)月ISPI,9、ISPI,12、ISPI,24出現(xiàn)了不同程度上大于-1的情況,而相應(yīng)的IEDI值均小于-0.7(圖3(e)～(f))。

由以上分析可見,短時(shí)間尺度的ISPI,1、ISPI,3所表征的干旱事件的嚴(yán)重程度比IEDI指標(biāo)強(qiáng),ISPI,6表征的干旱強(qiáng)度則輕于IEDI,隨著時(shí)間尺度的延長,對短時(shí)降水的響應(yīng)程度越來越低。考慮到一定程度的降水滯后效應(yīng),ISPI,9、ISPI,12、ISPI,24所表征的旱情與IEDI類似,基于長時(shí)間尺度上的ISPI明顯表現(xiàn)出與IEDI相接近的評判結(jié)果。

3.2 長期干旱

圖4 IEDI～I(xiàn)SPI分析烏魯木齊長期干旱趨勢

如圖4(a),從1962年1月1日至1963年6月13日,IEDI值持續(xù)小于-0.7時(shí)間最長,長達(dá)529 d,表現(xiàn)為連續(xù)長期干旱。1962年、1963年降水量分別為多年平均降水量的55%、96%,從1962年至1963年前半年,降水量減少,干旱加劇,從1963年后半年至1964年,降水增加,干旱得到了減緩。隨著干旱歷時(shí)不斷延長,基于短時(shí)間尺度的SPI監(jiān)測到的干旱程度輕于實(shí)際旱情。有若干次情況下,ISPI,1與ISPI,3所表征的旱情已得到緩解,并未監(jiān)測到干旱事件的發(fā)生。在1963年5月,當(dāng)此次干旱持續(xù)了將近兩年的時(shí)候,ISPI,1、ISPI,3、ISPI,9均表征為正常,旱情已消失,ISPI,6、ISPI,12分別表征為輕度干旱、中度干旱(ISPI,6:-1.3,ISPI,9:-1.6),只有ISPI,24與IEDI指數(shù)表征為重度干旱。因此,基于短時(shí)間尺度的ISPI值并不能很好地反映長期干旱事件的發(fā)展變化過程。1962年截至6月底,全疆阿勒泰、瑪納斯、烏魯木齊、哈密、阿克蘇、和田等地均發(fā)生干旱,逾6.7×104hm2農(nóng)田受災(zāi),烏魯木齊5.2×103hm2冬麥全部旱死,單產(chǎn)僅36 kg[37]。

同樣如圖4(b),在1964年10月2日至1966年4月3日IEDI持續(xù)549 d小于-0.7的長期干旱中,1966年3月只有ISPI,24與IEDI表征為中度干旱;如圖4(c),1974年全疆大旱,烏魯木齊年降水量是歷年平均值的50.2%,生長期(4—10月降水量)是歷年同期均值的56.3%,農(nóng)作物歉收4.5×103hm2,占播種總面積15%,單產(chǎn)僅64 kg[37]。在1974年4月8日至1975年6月19日IEDI持續(xù)438 d小于-0.7的長期干旱中,1975年6月只有ISPI,24與IEDI表征為重度干旱,其他基于短時(shí)間尺度的ISPI值均表征干旱已得到緩解,旱情消失。

3.3 短期干旱

圖5 IEDI～I(xiàn)SPI分析烏魯木齊短期干旱趨勢

短期干旱多數(shù)發(fā)生在春季,主要是由于春季降水量較少,蒸發(fā)量大于降水量,且處于積雪未融化、山區(qū)雨季未來臨之際[38]。

如圖5,1982年2月、1983年3月、1985年9月降水量分別為多年月平均降水量(22 mm)的0.45%、4.5%、10.9%,只有ISPI,1、ISPI,3指標(biāo)監(jiān)測出由于降水量暫時(shí)虧缺而引起的短期干旱,相應(yīng)的IEDI指標(biāo)均表征為干旱,而ISPI,6、ISPI,9、ISPI,12、ISPI,24均表征正常情況,并未監(jiān)測到干旱發(fā)生。如1985年烏魯木齊農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)1.2×103hm2,減產(chǎn)1.1×106kg,受災(zāi)林約5.3 hm2,過冬儲備草減產(chǎn)7.5×106kg[37]。1983年4月、1989年5月、1997年4月降水量分別為多年月平均降水量(22 mm)的25.8%、0%、0.9%,只有基于短時(shí)間尺度的ISPI,1、ISPI,3、ISPI,6監(jiān)測出短期干旱事件的發(fā)生,ISPI,12、ISPI,24均為正常,而相應(yīng)的IEDI卻表征為干旱事件,即使是與IEDI指數(shù)擬合系數(shù)最高的ISPI,9也未能表征干旱的發(fā)生,這是因?yàn)镮EDI計(jì)算采用每年每日的密集降水?dāng)?shù)據(jù),進(jìn)而分配給最近日數(shù)的降水量以最高權(quán)重、最遠(yuǎn)日數(shù)的降水量以最低權(quán)重。由此可見,在短期干旱事件的監(jiān)測上,IEDI優(yōu)于基于長時(shí)間尺度的ISPI。另外,IEDI可以監(jiān)測到ISPI所不能監(jiān)測到的干旱,例如烏魯木齊1981年5月中旬至7月上旬受旱減產(chǎn)面積達(dá)9.7×103hm2,占播種總面積的24%,IEDI能夠較為準(zhǔn)確的表征此次干旱,而不論是基于多長時(shí)間尺度的ISPI均未監(jiān)測到此次干旱的發(fā)生[37]。

1983年3月,ISPI,6為-0.38,表現(xiàn)為正常,然而到了1983年4月,ISPI,6小于-2,表征發(fā)生了極端干旱。干旱指標(biāo)監(jiān)測值在短時(shí)間內(nèi)形成如此大的跨度,不利于干旱事件預(yù)警工作。該現(xiàn)象的發(fā)生,主要是由于1982年10月降水量為40.5 mm，是烏魯木齊多年月平均降水量的184%,其影響被考慮在1983年3月ISPI,6的計(jì)算中,而未被1983年4月ISPI,6的計(jì)算所考慮。同理,1969年11月ISPI,6所監(jiān)測的正常變?yōu)?2月輕旱,是由于受到1969年6月降水量是多年月平均降水量的238%的影響;1991年4月ISPI,6所監(jiān)測的正常變?yōu)?月輕旱,是由于受到1990年11月降水量是多年月平均降水量的195%的影響;1992年1月ISPI，6所監(jiān)測的正常變?yōu)?月輕旱,是由于受到1991年8月降水量是多年月平均降水量的269%的影響;1976年2月ISPI,9所監(jiān)測的正常變?yōu)?月輕旱,是由于受到1975年6月降水量是多年月平均降水量的412%的影響;1991年3月ISPI,9所監(jiān)測的正常變?yōu)?月輕旱,是由于受到1990年7月降水量是多年月平均降水量的247%的影響。這些實(shí)例均表明:在干旱監(jiān)測指標(biāo)的計(jì)算過程中,分配給過去和現(xiàn)在的降水量以相同權(quán)重是極為不正確的。相反,EDI指數(shù)在計(jì)算過程中,隨時(shí)間推移,分配給每1天的降水量以不同權(quán)重,可以清晰地反映出由于降水量連續(xù)稀缺而逐步導(dǎo)致干旱現(xiàn)象不斷加劇的過程。例如,在1963年6月14日(日降水量為36.3 mm)發(fā)生強(qiáng)降水事件減緩歷時(shí)261 d(1962年9月27日—1963年6月14日)的長期干旱事件之前,1963年6月13日IEDI值為-2.38,仍表征為極端干旱事件。

圖6 新疆1989年5月ISPI及IEDI指數(shù)干濕等級劃分

1989年新疆大旱,全疆13個(gè)地州共44個(gè)縣受災(zāi),受災(zāi)總面積達(dá)到4.8×105hm2,3—5月,降水偏少54%,河流補(bǔ)給來水少,5—6月,26條主要河流來水量較歷年同期減少35億m3。旱情較重的有28個(gè)縣市,其中北疆22個(gè)、南疆6個(gè),受旱面積達(dá)1.8×105hm2[37]。本文采用不同時(shí)間尺度的SPI以及EDI指數(shù)分析1989年5月烏魯木齊的旱情,如圖6所示。短時(shí)間尺度的ISPI(1個(gè)月、3個(gè)月)受到短時(shí)間降水的影響較大,能及時(shí)考慮當(dāng)時(shí)降水量多少的影響,反映短時(shí)間新疆地區(qū)的干濕變化特征,而隨著時(shí)間尺度的增加,ISPI,6、ISPI,12以及ISPI,24對短時(shí)間內(nèi)降水的響應(yīng)越來越小,所反映出的干濕變化較短時(shí)間尺度ISPI趨于穩(wěn)定,且能夠更好地反映除前期降水量所累積的滯后效應(yīng)。因此,長時(shí)間尺度ISPI值所表征的干旱周期會更加明顯,干濕變化也逐漸穩(wěn)定,干濕頻率降低,持續(xù)時(shí)間加長,呈現(xiàn)出長時(shí)間序列下明顯的干濕趨勢。與ISPI相比,IEDI能夠很好地反映出短期干旱,既能夠反映當(dāng)時(shí)降水量多少的影響,同時(shí),也能夠隨時(shí)間遷移,給每日降水量分配以不同的權(quán)重大小,考慮到前期降水量對當(dāng)下旱澇情況的影響。

4 結(jié) 論

研究結(jié)果表明,干旱指標(biāo)IEDI相對于基于不同時(shí)間尺度的ISPI,在監(jiān)測干旱時(shí),具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:

a.IEDI可以監(jiān)測到短時(shí)間尺度ISPI,1、ISPI,3、ISPI,6無法監(jiān)測到的長期干旱,同樣,也可以監(jiān)測到長時(shí)間尺度ISPI,9、ISPI,12、ISPI,24無法監(jiān)測到的短期干旱,而IEDI監(jiān)測到的極端長期干旱,只有ISPI,24得到相同的結(jié)論;

b. 短時(shí)間尺度ISPI值并不能監(jiān)測到每1天的干旱發(fā)生與否,只能以自然月為統(tǒng)計(jì)單位,而IEDI值可以通過累計(jì)水資源虧缺與否觀測每1天的干旱情況,能夠及時(shí)地反映出干旱何時(shí)發(fā)生、何時(shí)結(jié)束、干旱歷時(shí)以及每1次干旱發(fā)生的強(qiáng)度;

c. 不同時(shí)間尺度的ISPI針對同一時(shí)間段干旱事件的評定會有不同的結(jié)果,而IEDI值只有單一值,評定結(jié)果單一;

d.ISPI值的計(jì)算過程中,在任何時(shí)間尺度上對過去的降水天數(shù)和現(xiàn)在的降水天數(shù),給予相同的權(quán)重,某次干旱事件中的ISPI值有可能會因?yàn)楦珊蛋l(fā)生前幾個(gè)月某次強(qiáng)降水事件的發(fā)生而突然減小,而IEDI指數(shù)隨時(shí)間遷移分配給每日降水量不同權(quán)重,能夠更好地監(jiān)測到干旱事件的發(fā)生發(fā)展過程;

e. 在許多情況下,即使干旱開始前有強(qiáng)降水事件發(fā)生,短時(shí)間尺度的ISPI值同樣會將短期降水的稀缺評定為嚴(yán)重干旱,加劇旱情,而這種情況并不會在IEDI指數(shù)的監(jiān)測結(jié)果中出現(xiàn)。

因此,干旱指數(shù)IEDI既可以評定短期干旱,同樣可以監(jiān)測長期干旱,而且由于IEDI考慮了水資源累計(jì)計(jì)算的合理性,IEDI值準(zhǔn)確性優(yōu)于ISPI值。我國基于IEDI指數(shù)監(jiān)測干旱事件的可行性及適用性有待進(jìn)一步的探討和開發(fā)。

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Application of standardized precipitation index and effective drought index in drought monitoring in Xinjiang

CI Hui1,2, ZHANG Qiang1,2, BAI Yungang3, ZHANG Jianghui3

(1.SchoolofGeographyandPlaningofSunYat-senUniversity,Guangzhou510275,China; 2.KeyLaboratoryofWaterCycleandWaterSecurityinSouthernChinaofGuangdongHighEducationInstitute,SunYat-senUniversity,Guangzhou510275,China; 3.XinjiangResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,Urumqi830049,China)

Based on the drought monitoring theory and daily precipitation data covering the period of 1961-2010 in Xinjiang, we compared and analyzed the effectiveness and practicability of the effective drought index (EDI) and standardized precipitation indexes (SPI) based on different time scale (1-, 3-, 6-, 9-, 12-, 24-month). The result shows that EDI is more superior to SPI no matter for short-term drought or long-term drought. SPI of short-term scale is greatly influenced by short duration precipitation, which obviously reflects the variation of drought and flood in short period in Xinjiang. With the expanding of time scale, SPI gradually loses its feedback from short duration precipitation. However, it can still reflect the obvious trend of drought and flood over the long-term scale. Like SPI, EDI can also reflect the influence caused by short-term drought and recent precipitation. Moreover, with the time passing by, EDI is able to give different weight to everyday precipitation considering the influence to the current drought statues caused by former precipitation. Relevant researches can provide significant theoretical basis to the drought monitoring in humid and some other climatic zones.

standardized precipitation index(SPI); effective drought index (EDI); drought monitoring; Xinjiang

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.02.002

新疆維吾爾自治區(qū)科技計(jì)劃(201331104)、教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”與中山大學(xué)濱海小流域自然地理綜合過程觀測與實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)(2012)共同資助

慈暉(1989—),女,博士研究生,研究方向?yàn)閰^(qū)域水文循環(huán)與水資源演變。E-mail: cathyyyci@gmail.com

張強(qiáng),教授。E-mail: zhangq68@mail.sysu.edu.cn

S423

A

1004-6933(2015)02-0007-08

2014-05-30 編輯：高渭文)