鄧若蘭，楊銀科，李 強(qiáng)，于 淼

（1.長(zhǎng)安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710054；2.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃土和第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710061）

干旱是中國(guó)最主要的氣象災(zāi)害之一，具有發(fā)生頻率高、影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境具有嚴(yán)重的影響［1］。在全球氣候變暖的背景下，干旱問(wèn)題已經(jīng)成為眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，是世界范圍內(nèi)人類所面臨的重大氣候及環(huán)境問(wèn)題［2-4］。干旱指數(shù)作為評(píng)價(jià)和衡量干旱程度的工具，在干旱監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)中發(fā)揮重要作用［5］。干旱指數(shù)可分為單因子指數(shù)和多因子指數(shù)，單因子指數(shù)考慮因子單一，描述干旱的準(zhǔn)確性在不同時(shí)間、不同地區(qū)難以估計(jì)［6，7］。多因子指數(shù)如自矯正Palmer 干旱指數(shù)scPDSI和標(biāo)準(zhǔn)降水蒸騰指數(shù)SPEI對(duì)旱澇狀況反映更為準(zhǔn)確［8］。近年來(lái)，不少學(xué)者利用scPDSI和SPEI指數(shù)開(kāi)展了一系列卓有成效的研究工作，對(duì)于進(jìn)一步了解不同地區(qū)的最適干旱指數(shù)、干旱狀況和未來(lái)演變趨勢(shì)提供了參考［9-13］。張掖市干旱發(fā)生頻率高達(dá)78.8%，是該地區(qū)主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害［14］。近年來(lái)，研究人員應(yīng)用干旱指數(shù)對(duì)張掖干旱問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)分析，并取得了一定的成果［15］。但對(duì)不同干旱指數(shù)的適用性沒(méi)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。因此本文選取SPEI、scPDSI2 種干旱指數(shù)，在前人研究的基礎(chǔ)上，探討SPEI與scPDSI指數(shù)在張掖市干旱監(jiān)測(cè)中的適用性，以期能夠更好地識(shí)別張掖干旱狀況，為張掖干旱監(jiān)測(cè)、預(yù)警提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 指數(shù)介紹

1.1.1 scPDSI指數(shù)

WELLS 等［16］對(duì)PALMER 提出的以土壤水分平衡原理為核心的Palmer 干旱指數(shù)［17］進(jìn)行了改善，考慮到不同站點(diǎn)的氣候特點(diǎn)，使持續(xù)因子和氣候權(quán)重因子根據(jù)當(dāng)?shù)靥卣髯詣?dòng)修正，建立了自矯正Palmer干旱指數(shù)——scPDSI指數(shù)，大大增加了PDSI的空間可比性。具體計(jì)算公式如下：

如果極端事件的概率為2%則：

式中：P為逐月降水量；為基于水分平衡方程計(jì)算得到的氣候適宜降水量；為平均潛在蒸散；為平均補(bǔ)水量；為平均徑流量；為平均降水量；d為逐月水分距平值，即實(shí)際降水量與氣候適宜降水量的差值；D為d的絕對(duì)值；K為氣候特征系數(shù)或權(quán)重因子；K′i為氣候特征系數(shù)的第二近似值；Z為各月水分距平指數(shù)，表征當(dāng)月氣候的干濕狀況；Xi與Xi-1分別為當(dāng)前月份和上個(gè)月份的PDSI值；p、q為持續(xù)因子，反映指數(shù)受地表前期干濕狀況影響的程度，以及對(duì)當(dāng)月降水異常的敏感性。

1.1.2 SPEI指數(shù)

SPEI 是Vicente-Serrano 等在標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)SPI 的基礎(chǔ)上引入潛在蒸散發(fā)的概念提出的，傳統(tǒng)SPI 以降水量出現(xiàn)的概率多少表征當(dāng)?shù)馗珊禒顩r，SPEI 采用降水與蒸散之差代替SPI 指數(shù)中的單一降水異常指標(biāo)［18，19］；融合了SPI 和PDSI 的土壤水分平衡優(yōu)點(diǎn)，能夠反映全球變暖背景下干旱的發(fā)生及發(fā)展趨勢(shì)［20］。計(jì)算公式如下：

式中：Di為降水與蒸散的差值；Pi為月降水量；PTi為月蒸散量；F（x）為不同時(shí)間尺度的水分盈/虧累積序列；c0、c1、c2、d1、d2、d3均為參數(shù)；Dkn為進(jìn)行正態(tài)化后的累計(jì)概率。

1.1.3 NDVI歸一化植被指數(shù)

植被指數(shù)能夠應(yīng)用在檢測(cè)植被生長(zhǎng)狀態(tài)、植被覆蓋度等方面。NDVI能反映出植物冠層的背景影響，如土壤、潮濕地面、雪、枯葉、粗糙度等，且與植被覆蓋有關(guān)。計(jì)算原理如下：

式中：NIR為近紅外波段的反射值；R為紅光波段的反射值。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及方法

scPDSI 數(shù)據(jù)集與SPEI 數(shù)據(jù)來(lái)源于東英格利亞大學(xué)氣候研究中心（climatic research unit，CRU）0.5°×0.5°經(jīng)緯網(wǎng)格化的全球月平均數(shù)據(jù)集，下載網(wǎng)址為（http：//www.cru.uea.ac.uk/data），時(shí)間范圍是從1935-2017年；氣象資料為中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn/）提供的1951-2010年張掖氣象站月平均相對(duì)濕度及溫度資料；NOAA/AVHRR月合成NDVI 數(shù)據(jù)（1981-2017）可在http：//climexp.knmi.nl/get_index.cgi 下載，其時(shí)間分辨率為1個(gè)月。徑流資料為鶯落峽水文站1957-2017年月平均徑流量序列。

本文基于查找到的歷史文獻(xiàn)中張掖各區(qū)域的歷史旱災(zāi)情況，分別與SPEI、scPDSI2 種干旱指數(shù)進(jìn)行對(duì)比，比較不同指數(shù)對(duì)干旱年的記錄情況。大氣相對(duì)濕度、河流流量及作物長(zhǎng)勢(shì)會(huì)對(duì)地區(qū)的旱澇變化有一定的反應(yīng)［21］，假設(shè)干旱指數(shù)的適用性好，那么必然會(huì)與這些能反映地區(qū)旱澇變化的指標(biāo)有一定的相關(guān)關(guān)系。因此選取了相對(duì)濕度、徑流量和NDVI指數(shù)3 個(gè)指標(biāo)，計(jì)算干旱指數(shù)與各個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，分析探討干旱指數(shù)與各指標(biāo)的對(duì)應(yīng)情況。結(jié)合干旱歷史記載及相關(guān)分析結(jié)果，篩選出對(duì)張掖市受旱情況描述最為準(zhǔn)確的指數(shù)，并以該指數(shù)為參照，使用M-K 檢驗(yàn)法計(jì)算張掖1935-2017年期間年平均及四季的干旱指數(shù)變化趨勢(shì)，通過(guò)小波分析方法進(jìn)行張掖市干旱指數(shù)周期性分析，分析張掖市1935-2017年干旱變化特征。

1.3 研究區(qū)概況

張掖市地處中國(guó)甘肅省河西走廊中部，黑河貫穿全境。張掖市位于東經(jīng)97°12′～102°20′，北緯37°28′～39°57′（圖1），轄區(qū)共有甘州區(qū)、高臺(tái)縣、臨澤縣、民樂(lè)縣、山丹縣和肅南縣5 個(gè)區(qū)縣。平均海拔高度1 482.7 m，屬大陸性干旱氣候區(qū)，常年干燥少雨。根據(jù)張掖氣象站的氣象要素資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該地區(qū)年平均氣溫為7.8 ℃，1月平均氣溫最低，為-9.1 ℃，7月平均氣溫最高，為22.3 ℃，全年極端最低氣溫為-28.2 ℃（12月），極端最高氣溫為39.8 ℃（7月）；多年平均降水量為132.6 mm，降水量年際變化大，年內(nèi)分配不均，降水量年內(nèi)主要集中在6-9月，占全年降水量的74%，多年平均蒸發(fā)量為1 796.7 mm，多年平均風(fēng)速為1.9 m/s，歷年汛期最大風(fēng)速平均值為20 m/s，最大凍土深114 cm。

圖1 張掖市高程圖Fig.1 Elevation map of Zhangye City

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱指數(shù)與歷史干旱事件對(duì)比分析

根據(jù)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典（甘肅卷）》及《西北災(zāi)荒史》中的記載信息［22，23］，統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)1935-2017年期間干旱發(fā)生的情況。文獻(xiàn)資料記載中肅南縣的信息較少，故只對(duì)甘州區(qū)、高臺(tái)縣、臨澤縣、民樂(lè)縣和山丹縣的干旱歷史事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從歷年旱災(zāi)發(fā)生時(shí)間看，四季皆有，多發(fā)生在春夏，其次為冬，秋旱較少。春旱出現(xiàn)時(shí)間一般為2-5月，夏旱為5-7月，重旱年份旱季的持續(xù)時(shí)間可達(dá)80～100 多天，個(gè)別也有連續(xù)數(shù)月無(wú)雨的［14］。兩種干旱指數(shù)旱度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。將歷史文獻(xiàn)記載的干旱事件與SPEI、scPDSI兩種干旱指數(shù)序列進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比2 種干旱指數(shù)對(duì)干旱年的記錄情況，結(jié)果如圖2所示。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析上述記錄情況中準(zhǔn)確性比率，結(jié)果如表2所示。2種指數(shù)在張掖市對(duì)干旱年的記錄的準(zhǔn)確性比率均值scPDSI為64.4%，SPEI為38%，scPDSI指數(shù)對(duì)干旱年的記錄準(zhǔn)確性相對(duì)較高，4個(gè)區(qū)縣中scPDSI在民樂(lè)縣的適用性相對(duì)較差。另外，根據(jù)張掖市的受災(zāi)面積與干旱指數(shù)的對(duì)比圖（圖3）可以看出兩個(gè)指數(shù)與受災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)相差不大，但SPEI指數(shù)對(duì)于干旱的監(jiān)測(cè)更為保守，按干旱等級(jí)劃分這些年份的干旱情況都為正常類型。而scPDSI指數(shù)對(duì)干旱的描述更為準(zhǔn)確，如1962、1985、1986年的受災(zāi)面積分別為4.68、4.85、3.05 萬(wàn)hm2，對(duì)應(yīng)的scPDSI指數(shù)值為-1.45、-1.46、-1.15。隨受災(zāi)面積增大指數(shù)越負(fù)?？偟膩?lái)說(shuō)scPDSI指數(shù)適用性相對(duì)較好。

圖2 研究區(qū)各區(qū)縣干旱歷史記載與干旱指數(shù)對(duì)照?qǐng)DFig.2 Comparison diagram of drought historical records and drought index of each district and county in the study area

圖3 張掖市受災(zāi)面積與scPDSI指數(shù)及SPEI指數(shù)對(duì)比圖Fig.3 Comparison diagram of scPDSI index SPEI index and the affected area in Zhangye City

表1 干旱指數(shù)旱度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification Standard of drought index and drought degree

表2 干旱指數(shù)對(duì)干旱年的記錄的準(zhǔn)確性統(tǒng)計(jì) %Tab.2 The accuracy of the drought index in recording drought years

2.2 干旱指數(shù)與氣象數(shù)據(jù)對(duì)比分析

相對(duì)濕度是指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比，作為氣候變化的重要指標(biāo)之一，空氣中的相對(duì)濕度變化可以在一定程度上反映當(dāng)?shù)氐暮闈?、干旱事件?4］。因此，對(duì)比分析scPDSI、SPEI指數(shù)與張掖氣象站記錄的相對(duì)濕度變化序列之間的相關(guān)關(guān)系，可以為了解研究區(qū)氣候變化提供新的思路。張掖地區(qū)1951-2010年各月及年平均相對(duì)濕度變化序列與兩種干旱指數(shù)變化序列之間的相關(guān)性分析結(jié)果如圖4所示。可以看出，兩種干旱指數(shù)均與夏季相對(duì)濕度有顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)超過(guò)α=0.01 的顯著性水平。相對(duì)濕度與scPDSI的相關(guān)性明顯優(yōu)于SPEI指數(shù)，相關(guān)系數(shù)最高的為9月，達(dá)到了0.67。

圖4 干旱指數(shù)與相對(duì)濕度相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between drought index and relative humidity

2.3 干旱指數(shù)與徑流對(duì)比分析

黑河是我國(guó)西北第二大內(nèi)陸河，發(fā)源于青海省祁連縣，經(jīng)鶯落峽水文站流入張掖市。黑河干流徑流主要由降雨及南部祁連山區(qū)冰雪融水形成，主要來(lái)源于鶯落峽山口以上山區(qū)。地區(qū)的干旱情況可以直接反映在河流徑流量的變化上。王姝等將PDSI數(shù)據(jù)與長(zhǎng)江源區(qū)徑流量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明PDSI數(shù)據(jù)集與夏季平均徑流量的相關(guān)性最顯著（r=0.61），并重建了長(zhǎng)江源區(qū)過(guò)去706 a 徑流量變化序列［25］。本研究將黑河鶯落峽水文站1957-2017年間的月平均及年平均徑流量變化序列與干旱指數(shù)序列進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果如圖5所示，黑河徑流量與夏季scPDSI指數(shù)的相關(guān)程度最為顯著。這可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)從4月開(kāi)始，隨著氣溫的升高，流域上游積雪融化和河網(wǎng)儲(chǔ)冰解凍，降水增多，河流流量逐漸增大，scPDSI偏大。

圖5 干旱指數(shù)與徑流相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation between drought index and runoff

2.4 干旱指數(shù)與NDVI對(duì)比分析

目前歸一化植被指數(shù)NDVI也常被用于干旱監(jiān)測(cè)分析［26］。土壤干濕狀況能體現(xiàn)在植被長(zhǎng)勢(shì)和覆被上，通過(guò)對(duì)植被生長(zhǎng)狀況的分析能夠間接反映該區(qū)域干濕狀況［27］。從圖6可以看出，研究區(qū)NDVI與scPDSI具有良好的相關(guān)性，大部分超過(guò)α=0.05顯著性水平，與年平均值之間的相關(guān)性最為顯著為-0.53，而與SPEI指數(shù)相對(duì)較差，說(shuō)明在該地區(qū)植被生長(zhǎng)狀況與scPDSI指數(shù)具有更好的對(duì)應(yīng)性。植被生長(zhǎng)還會(huì)受到氣溫、土壤水分有效性等其他因素的影響，NDVI年平均值與溫度之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.68，p＜0.001），溫度為影響該地區(qū)植被生長(zhǎng)的主要因素?？紤]到樹(shù)木生長(zhǎng)有“滯后效應(yīng)”，生長(zhǎng)季節(jié)前的氣候狀況對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)造成影響［28-30］。在研究中取上年7月至當(dāng)年9月各種順序組合的NDVI值，計(jì)算與1982-2017年年平均scPDSI的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果與上年8月的NDVI值相關(guān)性最顯著（r=-0.60）。上一年生長(zhǎng)季末的溫度、降水等氣候因素通過(guò)影響樹(shù)木體內(nèi)養(yǎng)分的積累量，從而影響下一年春季和生長(zhǎng)季形成層的生長(zhǎng)［31，32］。

圖6 干旱指數(shù)與NDVI相關(guān)關(guān)系Fig.6 Correlation between drought index and NDVI

根據(jù)以上對(duì)比分析，scPDSI指數(shù)對(duì)歷史干旱年的記錄準(zhǔn)確性相對(duì)較高，與干旱實(shí)際情況較為相符。干旱的形成主要產(chǎn)生于溫度和降水兩大驅(qū)動(dòng)因子，而大氣、植被、土壤和水之間相互依存、相互影響［33］。長(zhǎng)期高溫少雨會(huì)形成干旱，同時(shí)也會(huì)影響植被生長(zhǎng)、大氣水汽含量及河流徑流量。基于相關(guān)分析結(jié)果，scPDSI指數(shù)與相對(duì)濕度、徑流量和NDVI的相關(guān)性都較SPEI更顯著，說(shuō)明scPDSI能夠更好的記錄和監(jiān)測(cè)張掖市的干濕變化。

2.5 干濕狀況變化特征

2.5.1 突變檢驗(yàn)

為了科學(xué)研究張掖市1935-2017年的干濕突變狀況，采用Mann-Kendall非參數(shù)突變檢驗(yàn)法（M-K檢驗(yàn)法）［34］對(duì)1935-2017年scPDSI時(shí)間序列進(jìn)行突變分析。結(jié)果如圖7所示，1947年之前UFk曲線小于0，意味著這段時(shí)間內(nèi)張掖市有變干的趨勢(shì)，處于相對(duì)干旱的時(shí)期，但是變干的趨勢(shì)不顯著。20世紀(jì)80年代以后UFk曲線呈現(xiàn)波狀上升下降，但整體大于0，且超過(guò)顯著性水平0.05的臨界線。說(shuō)明1980年代后張掖市有由干變濕情況。這與其他研究者發(fā)現(xiàn)的20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，中國(guó)西北地區(qū)氣候出現(xiàn)了由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的信息相符［35，36］。也進(jìn)一步說(shuō)明scPDSI適用于張掖市乃至西北地區(qū)干旱監(jiān)測(cè)。由張掖市scPDSI時(shí)間序列變化曲線［圖7（a）］可以看出，scPDSI指數(shù)呈線性遞增，具有變濕的趨勢(shì)，指數(shù)增大趨勢(shì)系數(shù)為0.20/10 a。滿足0.05 顯著性水平的突變點(diǎn)有4 個(gè)，分別為：1947年、1957年、1959年及1966年。1947年、1957年與1966年由干轉(zhuǎn)濕，1959年為由濕轉(zhuǎn)干。

圖7 張掖市1935-2017年scPDSI指數(shù)時(shí)間分布和年平均scPDSI指數(shù)M-K突變檢驗(yàn)Fig.7 Time distribution of scPDSI index in Zhangye City from 1935 to 2017 and M-K mutation test of annual average scPDSI index

由于四季氣候條件存在差異，四季的干旱情況也存在不同程度的差異，因此進(jìn)一步對(duì)春、夏、秋、冬四季的scPDSI指數(shù)進(jìn)行突變分析。從圖8可以看出，在1980年之后，春、夏和冬季UFk曲線均呈上升趨勢(shì)，超過(guò)顯著性水平0.05 臨界值，進(jìn)入一個(gè)相對(duì)較濕潤(rùn)的時(shí)期，而秋季在1980年后存在一個(gè)波狀的緩慢下降的由濕變干的趨勢(shì)。春、夏、秋和冬季scPDSI指數(shù)較為顯著的干濕突變點(diǎn)見(jiàn)表3。

圖8 張掖市1935-2017年scPDSI指數(shù)突變檢驗(yàn)Fig.8 Mutation test of scPDSI index in Zhangye City from 1935 to 2017

表3 張掖市1935-2017年春、夏和秋季scPDSI指數(shù)干濕突變點(diǎn)Tab.3 Dry and wet mutation points of scPDSI index in spring，summer and autumn of Zhangye City from 1935 to 2017

2.5.2 周期分析

通過(guò)小波分析方法進(jìn)行張掖市scPDSI指數(shù)周期性分析，小波分析結(jié)果如圖9所示。小波實(shí)部等值線圖中零值是突變點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間，大于零的時(shí)間段為濕潤(rùn)期，小于零為干旱期。張掖市scPDSI指數(shù)存在顯著多時(shí)間尺度變化特性，旱澇交替循環(huán)出現(xiàn)。從圖9（a）中看出1945、1946年為干旱年，對(duì)應(yīng)的scPDSI指數(shù)分別為-1.50、-2.04，在1947年左右發(fā)生突變由干轉(zhuǎn)濕，1949-1952年一直處于較為濕潤(rùn)的狀態(tài)，參照歷史事件1949年的高臺(tái)縣新壩、紅崖鄉(xiāng)洪水；1952年的張掖縣黑河和山丹縣山區(qū)洪水。洪水期1949 與1952年對(duì)應(yīng)的scPDSI指數(shù)分別為2.21、2.26，指數(shù)很好地反映了洪水事件。圖9（b）中有3 個(gè)明顯峰值，對(duì)應(yīng)時(shí)間尺度為6、14、24 a，其中第1 主周期為24 a，表明其周期性最強(qiáng)，6、14 a為次周期。太陽(yáng)活動(dòng)主要以約11年周期變化，所以14年周期變化可能與太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān)，24年周期變化可能與太陽(yáng)活動(dòng)的雙周期變化（平均22 a）有關(guān)，說(shuō)明張掖地區(qū)干濕交替變化可能受太陽(yáng)黑子活動(dòng)影響，而6 a 周期變化與厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）振蕩周期變化（2～7 a）比較一致，這一結(jié)果反映出研究區(qū)干濕變化可能與ENSO 活動(dòng)存在聯(lián)系。由圖9（c）可知，在24 a時(shí)間尺度上，張掖市1935-2017年scPDSI指數(shù)經(jīng)歷了5 個(gè)旱-濕轉(zhuǎn)換期，20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始干濕變化幅度逐漸變小。2011年開(kāi)始其值開(kāi)始大于零，表明從2011年開(kāi)始進(jìn)入新的濕潤(rùn)周期，這與實(shí)際情況相匹配，且到2017年仍在濕潤(rùn)期。平均變化周期約為17 a，在2017年后仍會(huì)處于濕潤(rùn)期，且短期內(nèi)不會(huì)進(jìn)入干旱期。

圖9 張掖市1935-2017年scPDSI指數(shù)周期特征檢驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Results of scPDSI index periodic analysis in Zhangye City from 1935 to 2017

3 結(jié) 論

為對(duì)比SPEI和scPDSI指數(shù)在張掖地區(qū)的適用性，利用歷史時(shí)期文獻(xiàn)旱災(zāi)記載與兩個(gè)干旱指數(shù)進(jìn)行對(duì)比，歷史旱災(zāi)記載與scPDSI指數(shù)所指示的干旱發(fā)生情況具有相對(duì)較好的一致性，scPDSI對(duì)干旱年的記錄的準(zhǔn)確率達(dá)64.4%，遠(yuǎn)高于SPEI指數(shù)（38%），但對(duì)于民樂(lè)縣的準(zhǔn)確性相對(duì)較低。scPDSI能夠較好的表征張掖地區(qū)的干濕狀況。相對(duì)濕度、徑流量和NDVI指數(shù)能反映區(qū)域干濕狀況，所以同時(shí)將干旱指數(shù)分別與這3 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)scPDSI與3 個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性都比SPEI更顯著，植物生長(zhǎng)長(zhǎng)勢(shì)對(duì)干旱的反應(yīng)具有“滯后效應(yīng)”，干旱并不是影響該地區(qū)植被生長(zhǎng)的主要因素。結(jié)合干旱歷史記載及相關(guān)分析結(jié)果，scPDSI指數(shù)在較長(zhǎng)時(shí)間尺度上表現(xiàn)穩(wěn)定，在張掖地區(qū)對(duì)于干旱的響應(yīng)更敏感，更加適用于該地區(qū)。

進(jìn)一步基于scPDSI指數(shù)分析張掖市干旱變化特征，利用M-K 檢驗(yàn)研究表明，1946年之前夏季、秋季處于一個(gè)相對(duì)干旱時(shí)期，并在1946年發(fā)生突變，由干轉(zhuǎn)濕，而年尺度和春季在1947年發(fā)生由干轉(zhuǎn)濕突變；且年、春季、夏季都存在1957年這個(gè)由干轉(zhuǎn)濕突變點(diǎn)，1957年也是歷史記載的一個(gè)重災(zāi)年；20世紀(jì)80年代后，年、春、夏和冬都呈現(xiàn)顯著變濕的趨勢(shì)，而秋季則表現(xiàn)出變干趨勢(shì)。經(jīng)小波分析，scPDSI指數(shù)干旱指數(shù)時(shí)序存在三個(gè)明顯的周期，第一、二、三主周期分別為24、14、6 a，在24 a尺度上，干旱指數(shù)經(jīng)歷5個(gè)旱澇交替循環(huán)出現(xiàn)。24、14、6 a周期變化可能分別與太陽(yáng)活動(dòng)及ENSO 振蕩周期變化有關(guān)，說(shuō)明張掖地區(qū)干濕交替變化可能受太陽(yáng)黑子活動(dòng)及大尺度環(huán)流影響。