李子越

(阜新市佳音工程項目管理有限公司，遼寧 阜新 123000)

0 引 言

近些年來，干旱指數(shù)的研究已趨于成熟，不同的干旱指數(shù)有其各自的優(yōu)點和缺點，這其中標準化干旱指數(shù)由于對降水進行標準化分析，在許多區(qū)域應(yīng)用效果較好。茍非洲[1-4]基于標準化降水指數(shù)對渭河流域多尺度干旱特征進行分析，結(jié)果表明標準化干旱指數(shù)可以對渭河流域的趨勢性和持續(xù)性進行分析，并可以,識別干旱的歷時和烈度。徐慶喆[5]基于標準化降水蒸散指數(shù)對鞍山地區(qū)的干旱特征進行分析，分析表明干旱評估結(jié)果和區(qū)域?qū)嶋H干旱特征吻合度較高，適合于鞍山地區(qū)的干旱評估和預(yù)警研究。韓幸燁[6]采用標準化綜合干旱指數(shù)對北汝河流域進行干旱評價，評價結(jié)果表明標準化綜合干旱指數(shù)對輕度干旱事件更為敏感，能較好地反映流域干旱特性及典型干旱事件的演進過程。方黎明[7]基于標準化降水蒸散指數(shù)對寧夏中部干旱帶干旱進行趨勢分析，分析表明標準化降水蒸散指數(shù)可以對區(qū)域與干旱發(fā)生范圍和干旱發(fā)生強度進行有效識別。李亮[8]基于標準化降水蒸散指數(shù)對甘肅省的干旱時空特征進行評估，評估結(jié)果表明標準化降水蒸散指數(shù)適合于干旱半干旱區(qū)域的干旱特征分析，評估結(jié)果合理、可信。周洪華[9]采用標準化徑流指數(shù)對阿克蘇河水文干旱特征進行識別，識別結(jié)果表明標準化徑流指數(shù)可合理的對阿克蘇河水文干旱進行有效識別。徐凌基于標準化降水指數(shù)對云南省楚雄州干旱近54a演變特征進行分析，分析表明標準化降水指數(shù)可對楚雄州年度干旱和季節(jié)干旱的演變特征和發(fā)生規(guī)律進行有效評估。通過以上研究成果表明標準化降水指數(shù)在不同干旱區(qū)具有較好的適用性，這主要是因為降水是發(fā)生干旱的主要因素。為此結(jié)合標準化干旱指數(shù)，以遼寧北部為研究實例，分析該指數(shù)的適用性并對干旱特征進行評估，研究成果對于遼寧北部干旱預(yù)警指標的確定具有重要參考價值。

1 標準化降水指數(shù)計算方法

基于降水和蒸發(fā)之間的偏差程度作為標準化降水指數(shù)對區(qū)域干旱程度進行評估，其計算方法分別為：

1)將某個時間尺度作為標準化降水指數(shù)的隨機降水變量，降水發(fā)生概率采用τ分布概率進行概率分布函數(shù)的計算，方程為：

(1)

在方程中β>0，γ>0分別表示為概率密度分布的尺度和形狀參數(shù)，采用極大似然估計方法對βγ兩個參數(shù)進行估算：

(2)

(3)

在方程(2)中

(4)

(5)

采用數(shù)值積分對方程(5)進行概率數(shù)值求解。

2)降水為0的概率隨機值可采用下述方程進行計算：

F(x=0)=m/n

(6)

在方程(6)中降水量為0值的樣本個數(shù)采用m進行表示；樣本總體個數(shù)采用n進行表示。

(3)采用標準化正態(tài)方法對Γ分布概率密度函數(shù)進行處理，正態(tài)標準分布函數(shù)概率值采將方程(5)和(6)計算的隨機變量概率，計算方程為：

(7)

對方程(7)進行求解計算：

(8)

在方程(8)中：

(9)

在方程中降水隨機變量的概率值用F進行表示，其中當F>0.5時，S=1；當F<0.5時，S=0.5，在方程(8)中為c0=2.52523；c1=0.81452；c2=0.012381；d1=1.45263；d2=1.442789；d3=0.0013452。標準化降水指數(shù)采用方程(8)進行計算。

2 計算結(jié)果及干旱評價分析

2.1 干旱等級劃分標準

結(jié)合遼寧北部鐵嶺、撫順氣象站點1954-2018年降水數(shù)據(jù)，采用標準化降水指數(shù)對遼寧北部的鐵嶺和撫順兩市1954-2018年的干旱指數(shù)進行計算，結(jié)合標準化降水指數(shù)的干旱評估等級標準，見表1，對遼寧北部地區(qū)近65年不同時間尺度的干旱特征進行評估。

表1 標準化降水指數(shù)的不同干旱劃分標準

2.2 年尺度干旱特征評估

基于鐵嶺、撫順兩市氣象站點1954-2018年年降水觀測數(shù)據(jù)，采用標準化降水指數(shù)對遼北地區(qū)年尺度干旱進行評估，統(tǒng)計其尺度不同等級干旱發(fā)生的頻次，見表2所示。

從表中可看出，鐵嶺和撫順兩市發(fā)生總干旱的頻率分別為7.8%和69.0%，鐵嶺地區(qū)發(fā)生年尺度干旱的頻率要高于撫順地區(qū)，但發(fā)生極端干旱頻率要低于撫順地區(qū)，通過調(diào)查評估，標準化降水指數(shù)對兩市年尺度干旱評估結(jié)果和區(qū)域?qū)嶋H干旱情況吻合度較高，這主要是因為標準化降水指數(shù)以降水作為唯一因子進行分析，而區(qū)域發(fā)生干旱的主要因素則是因為有效降水得到不到滿足，因此標準化降水指數(shù)可以取得較為理想的評估結(jié)果。此外從表中還可看出，遼寧北部地區(qū)發(fā)生微旱和中旱的頻率明顯高于嚴重干旱和極端干旱發(fā)生的頻率。

2.3 季尺度干旱特征評估

考慮到農(nóng)作物需水受到季節(jié)干旱的影響，結(jié)合氣象站點各季節(jié)降水觀測數(shù)據(jù)對遼寧北部的鐵嶺和撫順地區(qū)季節(jié)干旱的頻次進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。

表3 遼寧北部地區(qū)季節(jié)尺度不同等級干旱發(fā)生的頻次統(tǒng)計結(jié)果

從表中可看出，鐵嶺地區(qū)和撫順地區(qū)季節(jié)干旱發(fā)生頻次較為相似，這主要是因為兩個地區(qū)氣候特征具有一定的相似性。從表中可看出，兩個地區(qū)均在冬季和春季發(fā)生干旱的頻次高于其他兩個季節(jié)。冬季由于干燥少雨，使得有效降水量得到不到有效滿足，鐵嶺和撫順地區(qū)冬季發(fā)生總干旱的頻率分別為49.4%和49.6%，雖然冬季干旱頻次較高，但是冬季基本不種植農(nóng)作物，因此對于農(nóng)作物的影響程度較低。而進入春季后，兩個區(qū)域發(fā)生總干旱的頻率分別為41.4%和45.3%，而春季正好是農(nóng)作物耕種的時間，因此這個季節(jié)出現(xiàn)干旱對農(nóng)作物影響較大。這一個季節(jié)主要是因為有效降水偏少，使得區(qū)域農(nóng)作物的需水不能得到有效滿足，從而出現(xiàn)干旱的情況。而進入夏季，發(fā)生干旱的頻率有所減少，這主要是因為夏季降水增多，區(qū)域有效降水可滿足農(nóng)作物生長的需水要求，因此發(fā)生干旱的頻次減少。而進入秋季后，發(fā)生干旱的頻次增多，尤其是易發(fā)生極端干旱的情況。

2.4 月尺度干旱特征評估

在年尺度和季節(jié)尺度干旱頻次分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合標準化降水指數(shù)對遼寧北部地區(qū)的鐵嶺和撫順市不同月份的干旱頻次進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表4。

遼寧北部地區(qū)各月發(fā)生干旱的頻次和季節(jié)干旱頻次具有一定的相似性，在春季(3-5月)以及冬季(11、12、1月)發(fā)生干旱的頻率較高，干旱頻率的變化主要和區(qū)域有效降水量變化具有相關(guān)性，有效降水量偏多的月份，發(fā)生干旱頻次較低，而有效降水偏少的月份，其發(fā)生干旱的頻率較高，尤其是易發(fā)生嚴重和極端干旱。12月份和8月份屬于遼寧北部干旱易發(fā)生的兩個月份，通過對這兩個月的有效降水量進行分析，5月和8月分鐵嶺和撫順地區(qū)有效降水量相比于年平均值占比僅為5.9%和6.3%，因此這兩個月分發(fā)生干旱的頻率較高，尤其是12月份和8月份發(fā)生極端干旱的頻次均高于6%，屬于易發(fā)生極端干旱的月份，因此在這兩個月份尤其是在8月份要注意抗旱應(yīng)急補水措施的制定。

表4 遼寧北部地區(qū)月尺度不同等級干旱發(fā)生的頻次統(tǒng)計結(jié)果

3 結(jié) 論

1)標準化降水指數(shù)以降水作為唯一評定指標，對于考慮農(nóng)業(yè)干旱特征的區(qū)域具有較好的適用性，評估結(jié)果符合區(qū)域?qū)嶋H干旱特征。

2)遼寧北部地區(qū)發(fā)生微旱和中旱的頻率明顯高于嚴重干旱和極端干旱發(fā)生的頻率，主要是因為夏季有效降水量可以得到有效滿足，春季和冬季發(fā)生極端干旱的頻次較高，應(yīng)注意中兩個季節(jié)的干旱預(yù)警。

3)遼寧北部地區(qū)月尺度干旱頻次分布和季節(jié)干旱具有較好的相關(guān)性，8月分和12月份是區(qū)域易旱的兩個月份，尤其是在8月，發(fā)生極端干旱的頻率明顯高于其他月份，應(yīng)加強遼寧北部地區(qū)8月份抗旱應(yīng)急補水規(guī)劃措施。