SPI干旱指数在辽宁中南部地区干旱评价中的运用研究

SPI干旱指数在辽宁中南部地区干旱评价中的运用研究
于保慧
【摘要】文章以辽宁中南部区域内各气象站点1954～ 2014年气象监测数据,采用SPI干旱指数对辽宁中南部1954～ 2012年的干旱情况进行评价,并结合SPT干旱指数旱涝评定标准,分别统计了年尺度和季节尺度区域不同程度干旱发生的频次.研究结果表明:从1954年～2014年,辽宁中部发生总干旱的频率为60.1％,发生极端干旱的频率为1.7％,南部区域发生总干旱的频率总体低于中部区域,为55.7％;辽宁中部和南部均在冬季较易发生干旱,频率分别为72.8％和66.8％,在夏季出现极端干旱的频率最高,且中部高于南部,分别为3.2％和2.8％.研究成果对于辽宁南部和中部区域干旱评估研究提供参考价值.
【期刊名称】《水利技术监督》
【年(卷),期】2017(025)005
【总页数】3页(P69-71)
【关键词】SPI干旱指数;气象干旱评价;干旱频次分析;辽宁中南部区域
【作者】于保慧
【作者单位】辽宁省水文局,辽宁沈阳110003
【正文语种】中文
【中图分类】P429
我国干旱频繁，受干旱影响较大，干旱评价对于区域干旱趋势的预测和预警至关重要。

对于干旱评价主要的方式为采用干旱指标进行评价。

当前，在我国应用较为广
泛的依旧为气象干旱指数［1-6］，气象干旱指数主要依据气象要素资料进行干旱的评价和分析，在国内运用较为成熟的干旱指数为SPI降水干旱指数，该干旱指数主要集合降水和蒸发量这两项对区域干旱影响较大的两个要素进行干旱评价分析，在国内许多区域的干旱得到具体应用［7-9］，并取得较为适用的研究成果，但是在辽宁省中南部区域应用较少，近些年来，随着气候变化大背景下，辽宁中南部区域也出现干旱情况，而辽宁中南部作为辽宁省农作物产量较大的区域，对于区域干旱情况的准确评估对于农作物生产十分重要，为此本文结合在国内应用较为成熟的SPI降水干旱指数，结合辽宁中南部气象站点气象要素数据，对辽宁中南部区域的干旱进行了定量评价和分析，研究成果对于辽宁中南部气象干旱评估和预警平台的构建提供参考价值。

SPI干旱指数结合蒸发量和降水量和其各自的平均值之间的偏离程度来进行区域干旱评价，SPI干旱指数具体计算的公式如下。

（1）SPI标准化降水指数将区域干旱评价时间尺度的降水量设置为随机的变量，
本文的计算尺度为年尺度和季节尺度，并运用概率统计分布的τ函数进行降水随
机可能发生的概率分布函数，概率分布函数计算方程为：
式中，β＞0，γ＞0—降水量随机概率分布密度函数的尺度以及形状系数，该参数
主要采用极大似然参数估计方法进行估算，该参数极大似然估算方程为。

式中，xi—气象监测站点的实测降水系列的样本；¯x—气象监测站点的降水量均值。

通过极大似然估算方程对参数β，γ进行估算后，对某一年份的降水量x0，都可
以推求出降水随机变量x＜x0发生的可能概率计算方程。

通过数值积分的方法可以计算该降水时间可能发生的概率值。

（2）对于任何一个降水量为x0=0发生的可能概率计算方程为。

式中，m—降水量为0的样本系列数，n—样本的总体个数。

（3）在确定降水时间的可能概率后，需要才有Γ概率密度分布函数对概率进行正
态分布的标准化处理，结合方程（5）和（6）可以推求得到任一时间可能降水时
间发生的概率的标准正态分布函数，计算方程为。

采用近似解方法对方程（7）进行近似求解，计算方程为。

其中，
式中，F—方程（5）和（7）得到的降水可能发生的概率，当计算的可能概率F＞0.5时，方程（8）中的S=1；当计算的可能概率F0.5＜时，方程（8）中的S=-1。

方程（8）中其他计算变量本文采用值分别为 c0=2.7415267；c1=0.784594；
c2=0.042831； d1=1.324578； d2=1.62541； d3=0.0032184。

在以上参数确定后，代入方程（8）计算得到的Z值即为SPI标准化干旱指数。

基于辽宁中南部气象监测站数据，结合SPI干旱指数计算方法分别计算了辽宁南部和中部区域1954～2014年和季节SPI干旱指数，结合表1不同干旱程度划分标
准统计了辽宁中部和南部地区发生不同程度年干旱和季节干旱的频率。

基于辽宁中南部气象监测站数据，结合SPI干旱指数计算方法分别计算了辽宁南部和中部区域1954～2014年干旱指数，见图1，并结合表1中SPI干旱指数旱涝
评定标准，统计不同旱情发生的频率，结果见表2。

图1为辽宁中部以及辽宁南部1952～2014年SPI干旱降水指数，从图中可以看出，辽阳地区分别在1986、1992和2009年出现极端和严重干旱的情况，且为
出现连续2年的干旱情况，大连地区分别在1996年、2009年、2012年和2014年出现极端和严重的干旱情况，且也同样未出现连续2年的干旱情况。

经过对当
地干旱调查史志的分析和实地走访调查表明，SPI干旱指数评价结果较为合理。

结合两个区域1952～2014年SPI干旱指数分析数据，结合表1不同干旱评定标准，分别统计了两个区域不同程度干旱发生的频率，从表2中可以看出，中部区域发
生总干旱的频率为64.2%，其中发生严重干旱和极端干旱的频率为3.4%和1.7%，而在南部区域发生总干旱的频率为55.7%，南部区域发生极端干旱的频率和中部
区域相同，但是发生中等干旱和严重干旱的频率高于中部区域。

对于区域农作物生长而言，对于季节尺度干旱的评价较为重要，为此本文还结合两处气象监测站点1954～2012年逐月的干旱数据，计算了研究区域1954～2012
年逐月的干旱指数，基于逐月SPI干旱指数，结合表1中SPI干旱指数旱涝评定
的标准，统计了研究区域2处气象监测站点不同季节发生不同干旱程度的频率，
结果详见表3、4。

从表3中可以看出，辽宁中部区域在冬季出现总干旱的频率最高，但是在辽宁中
部区域农作物在冬季基本不种植，因此干旱在冬季对农作物生产较小。

其次在辽宁中部区域春季出现干旱的频率高于秋季和夏季，而在春季是农作播种的时间，因此在出现干旱的情况，需要农业灌溉用水来解决春季干旱的情况，但在春季出现极端干旱的频率最低。

而在夏季，辽宁中部区域虽然发生干旱的频率低于其他三个季节，但是发生严重干旱和极端干旱的频率均高于其他三个季节，这主要是因为雨季一般集中在夏季，因此夏季出现干旱的频率较少，但是一旦夏季出现极端降水时间，降水量偏少，而蒸发较大，就易出现极端干旱的事件发生。

在秋季由于农作物处于收获时间，干旱情况对农作物生长影响较少。

从表4中可以看出，辽宁南部区域，
在冬季发生干旱的频率最高，但是冬季农作物种植较少，因此南部冬季干旱对农作物生长影响较小。

在辽宁中部区域，春季出现干旱的频率仅低于冬季，而在辽宁南部区域，秋季出现干旱的频率仅低于冬季，因此在南部区域秋季出现干旱的几率较大，同样在南部区域夏季出现极端干旱和严重干旱的频率高于其他三个季节，虽然雨季集中在夏季，也同样容易出现降水极端偏少的事件，因此发生严重干旱的频率和极端干旱的频率高于其他三个季节，在夏季出现严重干旱和极端干旱的情况，需要借助于农业灌溉用水解决干旱的情况。

本文结合辽宁中南部区域气象站点1954～2012年气象监测数据，结合SPI降水
干旱指数，对辽宁中南部区域干旱进行了评价，研究取得以下结论：辽宁中南部发
生年极端干旱的频率较低，并且未出现过连续2年的严重干旱情况；辽宁中南部
在冬季出现干旱频率最大，但均在夏季较容易出现严重干旱和极端干旱的事件，需要对夏季干旱进行预警预测。

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