基于SPI SPEI指数的汉江流域 1961~2014年干旱变化特征分析

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基于SPI_的1961—2020年昌吉地区作物生长季气象干旱时空特征研究

进入21世纪以来，在全球气候变暖背景下，我国干旱时间的发生频率有明显的上升[1]。

气候变暖加剧了极端天气概率[2]。

极端气象问题引发的气象灾害引起全社会的广泛关注[3]。

干旱是我国最常见、对农业生产影响最大的气候灾害，危害性超过了其他的自然灾害[4]。

气象干旱是农业干旱与社会经济干旱的基础，是指区域内持续的降水异常偏少、土壤水分严重亏缺的气候现象。

气象干旱对农业生产和粮食安全的影响日益加重[5]。

新疆属典型的大陆性干旱半干旱气候区，气象干旱的影响范围大且持续时间长。

关于新疆气象干旱的分布特征及其成因研究显示，1964—2012年石河子垦区呈暖湿趋势[6]；天山地区气候总体呈暖湿化趋势[7]。

阿勒泰地区作物生育期气候总体日趋暖湿化[8]。

这些研究结果丰富了北疆气候干湿变化认知。

昌吉地区是新疆粮食和种子主产区，2021年统计数据显示，昌吉地区农作物面积为46.37万hm 2，其中粮食作物21.72万hm 2，制种作物5.5万hm 2。

另外，节水灌溉区占农作物总种植面积的90%，山旱地占10%。

随着气候变暖，昌吉地区春、夏季干旱事件频发，2020、2022年春、夏季，2015、2021、2023年夏季均发生不同程度的区域性气象干旱，对农业生产造成了不利影响。

因此，迫切需要探究昌吉地区近60年作物生长季干旱变化特征及演变，为农业安全生产提供科学依据。

本研究将基于昌吉地区1961—2020年气象资料，以标准化降水指数（SPI-7）作为干旱指标，分析作物生长季（4—10月）干旱时空变化特征，运用趋势分析法、M-K 突变检验法和小波分析法探究作物生长季干旱的年际和年代际变化特征，并基于干旱站次比和干旱强度分析作物生长季干旱的年际变化，以期为干旱监测预警和农业持续发展提供依据。

1研究区概况及数据来源1.1研究区概况基于SPI 的1961—2020年昌吉地区作物生长季气象干旱时空特征研究阿帕尔·肉孜1，阿吉古丽·沙依提2，叶尔克江·霍依哈孜1*，黄秋霞1（1.昌吉州气象局，新疆昌吉831100；2.新疆气象学会，新疆乌鲁木齐830002）摘要：基于昌吉地区1961—2020年的气象资料分析作物生长季标准化降水指数（SPI -7）的年际和年代际变化特征，揭示作物生长季干旱发生频率和强度。

基于SPI SPEI指数的汉江流域 1961~2014年干旱变化特征分析

关键词
干旱变化，标准化降水指数，标准化降水蒸发指数，汉江流域
1. 引言
近几十年来，随着全球气候的持续变暖，极端天气气候事件的发生频率和强度都有增加的趋势，其中干旱事件的发生频率也呈现明显上升的趋势。干旱是一种发生频率高、持续时间长、影响范围广的自然灾害[1]，长期困扰着工农业生产，造成水资源短缺、生态与环境恶化等不利影响。随着经济发展和人口膨胀，水资源短缺现象日趋严重，这也直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重[2]。据统计，20 世纪后 50 年中国受旱面积和受旱成灾面积呈上升趋势，各年代旱灾成灾率也呈上升趋势[3]。美国气象学会将干旱的定义划分为四种：气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱，其中气象干旱表现为降水减少或无降水，其他三种干旱成因的形成都与气象干旱有一定关系[1] [4]。干旱指数是研究干旱气候的基础，也是衡量干旱程度的标准和关键环节[5]。根据建立途径的不同可把干旱指数分为两类：一类是通过研究干旱机理，力图细致地反映干旱涉及的各个物理过程，以提高对干旱强度和持续时间的反应精度；第二类：通过气象学方法，研究降水量的统计分布规律，以反映干旱的强度和持续时间。第二类指标计算简单，所需资料容易获取，而且由于指标不涉及具体的干旱机理，时空适应性较强，代表性指标是 Mckee [6]等提出的标准化降水指数 SPI (Standard Precipitation Index)。袁文平和周广胜[7]利用分布在中国不同气候区的 7 个气象站 1951~1995 年的月降水资料，比较分析了 SPI 和在中国已成熟应用的 Z 指数。结果表明， SPI 计算结果与 Z 指数有极好的一致性。同时，由于 SPI 是通过概率密度函数求解累积概率，再将累积概率标准化而得，具有稳定的计算特性，消除了降水的时空分布差异，在各个区域和各个时段均能有效地反映旱涝状况，优于在我国广泛应用的 Z 指数。 Vicente-Serrano [8]等于 2010 年提出了标准化降水蒸散指数 SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)，该指数基于降水和蒸散两种变量，考虑了水分平衡对干旱的影响，具有对温度敏感的特点，又具备 SPI 计算简单、适合多尺度、多空间比较的优点[9]，是分析干旱演变趋势的理想指标。李伟光[10]等应用 SPEI

基于SPI的黄河谷地气象干旱特征

观测的1961~2017年逐月降水量资料，应用标准化降水指数(SPI)评价贵德地区干旱情况。结果表明，在1961~2017年间，贵德地区发生干旱的次数较多，干旱频率为38.2%。春季、夏季和秋季干旱频率分别为26.3%、24.6%、31.6%。
文章引用: 张海春. 基于 SPI 的黄河谷地气象干旱特征[J]. 农业科学, 2019, 9(1): 22-27. DOI: 10.12677/hjas.2019.91004
Table 1. Classification table of meteorological drought level of standardized precipitation index 表 1. 标准化降水指数气象干旱等级划分表
等级 1 2 3 4 5 类型无旱轻旱中旱重旱特旱标准化降水指数 SPI −0.5 < SPI −1.0 < SPI < −0.5 −1.5 < SPI < −1.0 −2.0 < SPI < −1.5 SPI < −2.0
th th th
Received: Dec. 24 , 2018; accepted: Jan. 7 , 2019; published: Jan. 14 , 2019
Abstract
Data at Guide county observatory station in Qinghai Province for 1961-2017 precipitation was utilized to obtain annual drought index and seasonal drought index in Yellow River Valley based on standardization precipitation index (SPI). The result showed that there were many droughts in the Guide area, 38.2% of which occurred from 1961 to 2017. The drought frequency in spring, summer and autumn was 26.3%, 24.6% and 31.6%, respectively.

基于SPEI的中国百年干旱时空变化特征分析

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０１８．０５．０４５
基于ＳＰＥＩ的中国百年干旱时空变化特征分析
刘晓勇
（咸阳市水利局，陕西咸阳７１２０００）
摘要：基于中国１９０１年—２０１５年ＳＰＥＩ月数据，通过空间干旱识别方法识别出干旱烈度与干旱面积，
分别利用７种分布函数拟合干旱特征，选出最优分布；利用６种Ｃｏｐｕｌａ函数模拟干旱烈度与干旱面积的
的最优分布为广义极值分布，两变量之间的相关度较高，最优联合分布模型为正态Ｃｏｐｕｌａ模型，通过面
积－烈度－频率曲线可以识别给定干旱面积重现期条件下干旱烈度的发生频率，对于区域干旱特征分
析及水资源管理具有重要的科学意义。
关键词：干旱；ＳＰＥＩ；时空特征；Ｃｏｐｕｌａ函数
中图分类号：Ｐ３３３
文献标识码：Ａ
联合概率分布，基于Ｒｏｓｅｎｂｌａｔｔ变换Ｃｒａｍｅｒ－ＶｏｎＭｉｓｅｓ检验统计量拟合方法，优选干旱烈度、面积两变量
联合分布的Ｃｏｐｕｌａ模型；基于最优Ｃｏｐｕｌａ模型绘制干旱面积－烈度－频率曲线。结果表明：中国地区在
１９０１年—２０１５年，干旱面积与干旱烈度都呈明显上升趋势；干旱面积的最优分布为韦伯分布，干旱烈度
干旱是一种持续时间长、影响范围广、发生频率高的自然灾害［１］。近年来，随着气候变化、人类活动的加剧，干旱发生的强度和频率都有增加的趋势，频发性、高强度的干旱天气加剧了区域水资源供需矛盾，造成水质恶化，作物减产，生态恶化等一系列连锁灾害［２］。世界上诸多国家和地区都曾受干旱的侵
扰，严重影响了这些国家地区的自然生态环境和人类生活［３］。由于季风途径和强弱的年际变化大，长期以来我国大范围的干旱频繁发生［４］，据水利部报道，在１９９０年—２００７年间，平均每两年我国就会发生一次极端干旱事件，平均每次干旱引起的粮食减产达３９２亿ｋｇ，占国民经济生产总值的１．４７％，因

基于SPEI干旱指数的西北地区干旱时空分布

基于SPEI干旱指数的西北地区干旱时空分布滕怀颐1冯克鹏1>2>3（1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川750001；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏银川750021）摘要：基于中国西北地区145个国家基本气象站1960—2017年逐月降水量数据和逐月平均气温数据，通过计算不同时间尺度下的逐月标准化降水蒸散发指数（SPEI），分析了不同时间尺度下的西北地区的不同季节、年际以及年代际下的干旱时空分布，并采用Mann-Kendall检验、小波分析以及样条函数空间插值等方法对西北地区57a的干旱时空变化特点进行了探讨。

结果发现，从年际变化来看，西北地区整体SPEI呈下降趋势，表明该地区干旱情况逐渐加重。

从季节变化来看，西北地区四季极度干旱和重度干旱频率均随时间尺度的增加而有所增加，但随着时间尺度的增加，中度干旱频率除秋季干旱频率一直增加外，春、夏、冬3季干旱频率均呈现先下降后增加的趋势。

由小波分析可知，西北地区在年际上存在着3~8a的周期的小尺度信号，在年代际上存在着12~ 15a和28~30a的大尺度信号，而7a和14a这2个周期在西北地区过去57a的干旱变化中起了主要作用。

由Mann -Kendall检验法可知，西北地区SPEI值在1995年发生突然减小的变异点，说明西北地区在1995年后由湿润转变为干旱，西北地区SPEI值下降趋势在2000年附近达到0.05显著水平，表明西北地区在2000年后干旱化加重趋势明显。

与历史资料对比发现SPEI干旱指数在表征西北地区干旱状况有较好的适用性。

关键词：SPEI干旱指数；西北地区；干旱变化趋势；多时间尺度；小波分析；Mann-Kendall检验中图分类号：S161文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20210430024干旱是普遍发生在全世界的一种气象灾害，是指由于水分收支或供求关系不平衡，从而形成的水分短缺现象［1］。

基于SPEI的1960—2015年江汉平原旱涝规律分析及预测

2018年9月灌溉排水学报第37卷第9期Sep.2018Journal of Irrigation and Drainage No.9V ol.37文章编号：1672-3317（2018）09-0108-08基于SPEI的1960—2015年江汉平原旱涝规律分析及预测郭树龙，温季*，姜新（中国农业科学院农田灌溉研究所，河南新乡453002）摘要：【目的】明确湖北省江汉平原的旱涝演变规律。

【方法】基于5个气象站1960—2015年实测资料，利用标准化降水蒸散指数（SPEI），统计分析了其旱涝变化情况，并采用Mann-Kendall突变检验分析其变化趋势，同时采用马尔柯夫链预测模型预测了2016—2020年旱涝情况。

【结果】Mann-Kendall趋势分析平均气温以0.238℃/10a上升，降水量以0.368mm/10a增加，参考作物腾发量(ET0)以0.028mm/10a增加，降水的增幅比ET0增幅大。

SPEI-1以0.013/10a增加，SPEI-3以0.018/10a增加，SPEI-12以0.038/10a增加，随着时间尺度的增加，SPEI增加趋势变大。

春秋二季向干旱化发展，夏冬二季向洪涝化发展。

2016—2020年该地区发生了持续时间最长的一次干旱过程为4个月，最干旱年份为1966年，最干旱月份为1963年1月；历时最长的一次洪涝过程为9个月，最涝年份为1983年，最涝月份为1983年10月。

基于马尔柯夫链预测模型，2016年发生干旱的概率为45%，而发生洪涝的概率为35%，2017年发生干旱的概率为30.61%，而发生洪涝的概率为29.71%，2018—2020年干旱发生的概率为35%左右，洪涝发生的概率为30%左右。

【结论】该地区向着湿润化发展，但是2016—2020年发生干旱的概率大于发生洪涝的概率。

关键词：旱涝；江汉平原地区；SPEI中图分类号：S162.1文献标志码：A doi:10.13522/ki.ggps.2017.0514郭树龙，温季，姜新.基于SPEI的1960—2015年江汉平原旱涝规律分析及预测[J].灌溉排水学报，2018,37（9）：108-115.0引言干旱和洪涝灾害是世界上普遍发生的气象灾害。

基于SPI模型的江汉平原旱涝分布及其变化规律的研究

并以此作为评定旱涝严重程度的指标，ＳＩ即Ｐ指标。
ＳＩ型的应用基础是具有连续的降水长系列资Ｐ模料（般不少于３ａｔ现将详细的分析处理过程说明一０）， ”
如下［ｑ９：－
降水指数探测水分亏损比帕默尔指数更灵敏。
在国内，Ｐ也得到了一定程度的应用和研究。袁ＳＩ文平等对比分析标准降水指数与ｚ指数在我国的应用情况得出，标准降水指数的应用效果较Ｚ指数更好圈。王英等研究指出．Ｐ在反映一段时间内降水与水资源ＳＩ状态之间的关系时比百分比法和距平法更优嘲韩海涛。
相反，偏多到一定程度，若就认为其发生了洪涝。基于这一思想，定降水量服从ｇｍｍ假ａａ分布，过一定计通算手段将降水量的累积频率分布转化为标准正态分布
出，标准降水指数比帕默尔指数能更好地再现旱涝情况［３１。Ｈａｅ等人在研究干旱的监测问题时指出，准ｙｓ标
第３卷第２２期
加１年４２月
水文
Ｊ０ＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＨＹＤＲＯＬＹＯＧ
Ｖ０．．１２Ｎｏ２３
Ａｐｒ，２２．０１
基于￥ｌ型的江汉平原旱涝分布及其Ｐ模
变化规律的研究
邵进，李毅，宋松柏
下的不同时期和地区的干旱描述和对比分析脚。Ｇｔａｕｔｎ曾经以计算的方式来说明ＳＩｍＰ的实用性，并指

基于SPEI的1961_2012年东北地区干旱演变特征分析_高蓓

中国农业气象（Chinese Journal of Agrometeorology）2014年doi：10．3969/j．issn．1000－6362．2014．06．008高蓓，姜彤，苏布达，等．基于SPEI的1961－2012年东北地区干旱演变特征分析［J］．中国农业气象，2014，35（6）：656－662基于SPEI的1961－2012年东北地区干旱演变特征分析*高蓓1，2，姜彤1，2＊＊，苏布达1，2，朱娴韵1，2，王艳君1（1.南京信息工程大学地理与遥感学院/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京210044；2.中国气象局国家气候中心，北京100081）摘要：基于1961－2012年东北地区65个气象站逐日降水、气温、相对湿度、实际水汽压、风速和日照时数资料，计算标准化降水蒸散指数（SPEI），并对SPEI指数评价实际干旱的能力进行验证，采用M－K趋势检验和正交经验分解函数等统计方法，分析近52a东北地区年、季尺度的干旱演变特征。

结果表明：SPEI指数可以表征东北地区的干旱特征；1961－2012年，全区年SPEI指数呈现明显的阶段性特征，20世纪60年代后半段、70年代后半段和90年代后半段－21世纪初的3个时段发生了连续干旱，中西部地区是干湿变化异常敏感的地区。

东北地区春季干湿状况变化趋势不明显，但在2003年以后出现变湿态势，夏、秋季有不显著的干旱化态势，20世纪90年代中期以后秋季干旱化态势明显增强，黑龙江省西南部和吉林省西部地区秋旱加强态势较其它地区明显；冬季21世纪全区趋于变湿，变湿态势较明显的地区位于吉林省中西部和辽宁省北部。

关键词：标准化降水蒸散指数（SPEI）；年际变化；季节变化；干旱Evolution Analysis on Droughts in Northeast China During1961－2012Based on SPEI GAO Bei1，2，JIANG Tong1，2，SU Bu-da1，2，ZHU Xian-yun1，2，WANG Yan-jun1（1.School ofＲemote Sensing/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters，Nanjing University of Information Science＆Technology，Nanjing210044，China；2.The National Climate Centre，China Meteorological Administration，Beijing100081）Abstract：Based on the daily precipitation，temperature，relative humidity，actual vapor pressure，wind speed and sunshine duration record from65meteorological stations in1961－2012，the standardized precipitation evapotranspiration indices（SPEI）were calculated and verified for assessing the droughts in Northeast China．M-K method and Empirical Orthogonal Function（EOF）were also used to analyze drought characteristic in different time scale over Northeast China as well．The results showed that the SPEI could capture the evolution of droughts over the Northeast region．Annual SPEI showed an obvious fluctuation during1961－2012，the lasting droughts in Northeast China occurred in the late1960s，and variability of droughts was most severe in the middle-west part in late1970s and from ending of1990s to early21st century．Seasonal SPEI showed different characteristics，with no obvious trend in spring before21st century，but wetting tendency was found after2003．Occurrence of droughts in summer and autumn tended to increase，and more sever since mid-1990s in autumn in the southwest Heilongjiang province and the western Jilin province．While an obvious wetting tendency have been detected for winter season since early21st century in the middle-west Jilin province and the north Liaoning province．Key words：Standardized precipitation evapotranspiration index（SPEI）；Annual variation for SPEI；Seasonal variation for SPEI；Droughts干旱是影响农业生产、经济发展最严重的自然灾害之一［1］。

1966—2015_年长江流域水文干旱时空演变归因　

第34卷第3期2023年5月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.34,No.3May 2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.03.0031966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因杨肖丽1,2,崔周宇1,2,任立良1,2,吴㊀凡1,2,袁山水1,3,江善虎1,2,刘㊀懿1,2(1.河海大学水灾害防御全国重点实验室,江苏南京㊀210098;2.河海大学水文水资源学院,江苏南京㊀210098;3.长江保护与绿色发展研究院,江苏南京㊀210098)摘要:气候变化和人类活动叠加影响下长江流域干旱情势日益严重且复杂多变,严重威胁着流域经济社会可持续发展,亟需探究自然变率和人类活动对长江流域水文干旱时空演变的作用机制,量化人类活动对水文干旱事件发生频次㊁破坏深度以及恢复速度的影响㊂本研究运用可细化人类活动影响的PCR-GLOBWB 2.0模型,耦合标准化径流指数(I SR )和可靠性-回弹性-脆弱性(RRV)框架,构建长江流域水文干旱状态的时空演变特征评估指标(I SRI-RRV ),揭示长江流域1966 2015年水文干旱状态的时空变化规律,定量评估水库调度和人类取用水等人类活动对长江流域极端水文干旱事件发生频率㊁持续时间和破坏深度的影响程度㊂结果表明:PCR-GLOBWB 2.0模型和I SRI-RRV 可准确表征长江流域水文干旱情势,量化人类活动对长江流域水文干旱状态时空演变特征的影响;19662015年长江流域水文干旱状态整体呈现恶化的趋势,但人类活动减少了1992年以来长江流域水文干旱面积占比;2006 2015年人类活动情景下长江流域的I SRI-RRV 明显高于自然情景,以水库调节为主的人类活动对长江流域整体I SRI-RRV 的提高贡献率较大㊂关键词:水文干旱;可靠性-回弹性-脆弱性框架;PCR-GLOBWB 2.0模型;人类活动;长江流域中图分类号:P339㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)03-0349-11收稿日期:2022-11-28;网络出版日期:2023-05-23网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230523.0848.002.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(U2243203;52079036)作者简介:杨肖丽(1976 ),女,河北邯郸人,教授,博士,主要从事水文水资源研究㊂E-mail:yangxl@ 通信作者:任立良,RLL@ 干旱作为最复杂和频繁发生的自然灾害之一,对人类的生存环境造成了严重的影响,据统计全球不同地区每年因干旱造成的经济损失高达60亿~80亿美元[1]㊂长江流域作为中国最大的流域,受气候变化和人类活动干扰,径流量呈现出显著的下降趋势,发生干旱的频率㊁范围和强度均呈增加的趋势,造成了巨大的社会和经济损失,对流域水资源㊁粮食和生态安全带来了极大风险[2-3]㊂如2022年长江流域遭遇1961年有完整记录以来最严重的干旱,耕地受旱面积达4.42万km 2,约500万人用水困难[4]㊂随着城镇化㊁工业化的发展,流域取用水量的增加,水文干旱过程受人类活动的影响逐渐加大[2-3,5-9]㊂因此,厘清气候变化和人类活动影响下长江流域水文干旱的时空演变特征,定量评估人类活动对长江流域水文干旱时空演变状态的影响,对于制定缓解极端干旱的措施及管理计划,实现长江大保护战略具有重要的科学意义㊂表征干旱事件特征常用的干旱事件发生频次㊁历时和强度,无法反映干旱事件从发生到结束期间流域健康状态的变化,因此,无法确定干旱事件对流域的持续影响和干旱应对能力㊂Hashimoto 等[10]开发的可靠性-回弹性-脆弱性(Reliability-Resilience-Vulnerability,RRV)框架可以表征系统发生故障的频率(可靠性,Rel)㊁系统发生故障后恢复到令人满意状态的速度(回弹性,Res)和不满意状态对系统造成破坏的严重程度(脆弱性,Vul)[11],对量化风险指标具有明显的优势,为干旱事件影响的流域干旱状态评估提供了工具[12]㊂近年来,Zeng 等[11]㊁Hazbavi 等[13]将RRV 框架与标准化降水指数(SPI)㊁标准化蒸散发指数(SPEI)相结合,定量评估了不同地区的流域气象干旱的状态㊂RRV 框架通过流域应对干旱的可靠性,经历干旱事件后的恢复能力以及应对干旱的脆弱性[14],定量评估流域干旱状态的时空演变特征和流域或区域对干旱的350㊀水科学进展第34卷㊀响应,弥补了传统干旱指数的不足㊂但相关研究主要针对降水短缺的气象干旱[11,13,15]或以土壤水短缺表征的农业干旱[16],对以径流短缺为表现形式的水文干旱缺乏关注㊂能充分考虑人类用水与其他水文变量之间相互作用的PCR-GLOBWB(PCRaster Global Water Balance)2.0模型,通过水库调节㊁灌溉和用水模块模拟人类活动对产汇流的影响,可以量化人类活动对流域极端水文事件的影响[17-19]㊂鉴于此,本研究耦合PCR-GLOBWB2.0模型㊁标准化径流指数和可靠性-回弹性-脆弱性框架,构建长江流域水文干旱评估指标,综合考量水文干旱的频率㊁严重性和历时,定量分析人类活动对长江流域水文干旱状态的时空特征变化及影响机制,探究长江流域水文干旱状态的时空特征及归因,以期为长江流域极端干旱事件的应对和水资源规划配置提供科学参考㊂1㊀研究区与研究方法1.1㊀研究区概况长江流域位于24ʎ30ᶄN 30ʎ45ᶄN㊁90ʎ33ᶄE 122ʎ25ᶄE,总面积约180万km2,横跨中国西部㊁中部和东部三大经济区,流经19个省㊁自治区㊁直辖市,国内生产总值超过全国的40%㊂该流域处于亚洲季风气候区,水资源量较为丰富,多年平均径流量约9900亿m3,多年平均年降水量约1100mm㊂降水量时空分布不均衡,60%集中在夏季,从西部的约500mm到东部约2500mm㊂截至2020年,流域内有大㊁中型水库1700多座,其中2003年建成的三峡水库累计拦洪总量超过1800亿m3,补水总量为2894亿m3㊂基于长江流域1ʒ25万二级子流域分级数据集(http:ʊ),本研究将长江流域细分为长江干流流域㊁金沙江流域㊁岷江流域㊁乌江流域㊁嘉陵江流域㊁洞庭湖流域㊁汉江流域和鄱阳湖流域等8个子流域(图1)㊂图1㊀长江流域气象站㊁水文站和二级子流域分布Fig.1Map of meteorologic stations,hydrologic stations and sub-basins in the Yangtze River basin1.2㊀数据与方法1.2.1㊀数据本研究所用到的数据包括1966 2015年日降水和气温数据(https:ʊ/),长江流域9个水文站2006 2015年逐日径流量数据,长江流域2006 2015年年用水量(居民生活用水㊁工业用水㊁牲畜用水和灌溉用水)和年末水库蓄水量统计数据(2006 2015年长江流域及西南诸河水资源公报)㊂PCR-GLOB-WB2.0模型的参数主要包括气象驱动参数㊁土地覆盖参数㊁土壤参数㊁每层土壤的根系分数㊁地形参数㊁Arno方案(土壤水容量分布)指数㊁物候相关的参数㊁栅格土壤最大(最小)蓄水量㊁地下水参数和人类水管理参数[20](如非灌溉用水需求,自然水体和非自然水体)㊂㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因351㊀1.2.2㊀PCR-GLOBWB 2.0模型模型的空间分辨率为10km ˑ10km,能充分考虑人类用水与其他水文变量之间的相互作用,通过水库调节㊁灌溉和用水模块模拟人类活动对产汇流过程的影响[20-21],极大地提高了季节性㊁极端性和正常状态下的流量特性的捕捉能力,且能够再现大多数河流总蓄水量的时空演变趋势和季节性特征㊂1.2.3㊀标准化径流指数采用标准化径流指数(I SR ),假设一定时间内径流量符合某一概率分布,通过对径流进行正态标准化[22],评估流域水文干旱[23]㊂基于I SR 的水文干旱[24]可以分为轻旱(-0.5~>-1)㊁中旱(-1~>-1.5)㊁重旱(-1.5~>-2)和特旱(ɤ-2)等5个级别㊂本研究主要分析研究区干旱程度达到中旱及以上(I SR ɤ-1)的水文干旱事件㊂1.2.4㊀I SRI-RRV 评估指标基于模型模拟的I SR 和能够衡量流域系统性能的可靠性(I Rel )㊁弹性(I Res )和脆弱性(I Vul )的RRV 框架,本研究构建了长江流域的水文干旱评估指标,综合评价水文干旱事件发生频次㊁破坏深度以及恢复速度,定量描述流域一定时间段内水文干旱的状态[25]㊂其中,RRV 框架的计算过程如下[26]:I Rel=1N ðN t =1Z t (1)I Res =ðN t =1W t /ðN t =1Z t (2)I Vul=1N ðT t =1L obs (t )-L std L std (t )ˑH (L obs (t )-L std )[](3)式中:N 为分析的总时段数;t 为当前时段;Z t 为当前时段的状态,若当前时段处于满意状态,则Z t =1,否则Z t =0;W t 记录总时段内处于满意状态遭到破坏的次数,若Z t =1且Z t +1=0,代表1次连续破坏的开始,则W t =0,否则W t =1;L obs (t )为第t 个时段的I SR ,L std 为相应的I SR 阈值㊂H (x )为Heaviside 函数,x <0,H (x )=0;x ȡ0,H (x )=1,确保对脆弱性的计算仅限于不满意状态㊂几何平均数对个体变量的变化更敏感,可选择其计算I SRI-RRV 值[27]:I SRI-RRV =3I Rel ˑI Res ˑI Vul (4)式中:I SRI-RRV 为水文干旱评估指数,该指数越高,表明流域水文干旱状态的健康度越好,即满意度越高[28],I SRI-RRV =1则表明某个时段该地区水文干旱状态处于好的状态㊂2㊀结果与讨论2.1㊀模型精度评估本研究采用百分比偏差(B P )和均方根误差(E RMS )验证PCR-GLOBWB 2.0模型对人类取用水和水库蓄水量的模拟精度,采用纳什效率系数(E NS )和皮尔逊相关系数(R )验证人类活动情景下径流过程的模拟精度[29-30]㊂长江流域2006 2015年生活用水㊁工业用水㊁灌溉用水和水库蓄水量模拟值与长江水资源公报统计值对比结果表明,B P 均小于10%,工业用水模拟的E RMS 稍差㊂生活用水和灌溉用水的模拟精度最好,B P 分别为-0.71%和-0.42%,E RMS 分别为15.97亿m 3/a 和26.98亿m 3/a;工业用水的B P 为-9.58%,E RMS 为99.34亿m 3㊂2006 2015年年末水库蓄水量模拟值与统计值的B P 为6.9%,E RMS 为264.39亿m 3/a㊂9个水文站2006 2015年的观测值与人类活动情景下模型模拟值的E NS 和R (表1)表明,PCR-GLOBWB 2.0模型模拟的人类活动情景下的月径流的结果较好,E NS 均达到0.6以上,九江站㊁螺山站和大通站E NS 均大于0.8,R 均大于0.9,其结果可用于进一步分析长江流域水文干旱过程㊂352㊀水科学进展第34卷㊀表1㊀2006—2015年PCR-GLOBWB 2.0模型径流模拟精度Table 1Validation results of the PCR-GLOBWB 2.0model simulation for month discharge from 2006to 2015站点经度纬度E NS R 寸滩106.60ʎE 29.62ʎN 0.620.93万县108.42ʎE 30.75ʎN 0.720.91朱沱105.85ʎE 29.02ʎN 0.740.90宜昌111.28ʎE 30.70ʎN 0.660.85高场104.42ʎE 28.80ʎN 0.710.95九江116.05ʎE 29.73ʎN 0.820.95汉口114.28ʎE 30.58ʎN 0.790.94螺山113.37ʎE 29.67ʎN 0.850.94大通117.62ʎE 30.77ʎN 0.830.962.2㊀长江流域水文干旱的时空特征图2㊀长江流域及各二级子流域水文干旱面积占比Fig.2Proportion of hydrological drought areas in the Yangtze River basin 1966 2015年长江及各二级子流域自然情景和人类活动情景下每年干旱程度达到中旱及以上(I SR ɤ-1)水文干旱的面积在流域总面积中的占比对比图(图2)显示,长江流域历史时期极端干旱主要发生在1972年㊁1978年㊁1986年㊁2006年和2011年,这与‘中国气象灾害大典“和长江流域及西南诸河水资源㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因353㊀公报记录的长江流域历史旱情记录较为一致(表2),表明本研究所构建的I SR能很好地识别长江流域的水文干旱㊂表2㊀长江流域历史大旱实际文字资料记录与I SR识别水文干旱对照Table2Comparison of hydrological droughts between historical records and I SR calculateddroughts in the Yangtze River basin资料记载来源资料记载干旱年份资料记载干旱本文识别干旱范围‘中国气象灾害大典“1972年全国特大旱灾汉江流域㊁嘉陵江流域㊁金沙江流域㊁岷江流域1978年全国特大旱灾及高温洞庭湖流域㊁长江干流流域㊁嘉陵江流域㊁金沙江流域㊁鄱阳湖流域1986年长江中游地区旱灾及高温㊁江南旱灾洞庭湖流域㊁嘉陵江流域㊁岷江流域㊁鄱阳湖流域㊁乌江流域长江流域及西南诸河水资源公报2006年长江流域特大旱灾长江干流流域㊁金沙江流域㊁岷江流域㊁乌江流域2011年长江中下游和西南五省严重旱灾洞庭湖流域㊁长江干流流域㊁嘉陵江流域㊁金沙江流域㊁鄱阳湖流域㊁乌江流域㊀㊀1992年前自然情景下长江流域中度以上干旱发生面积小于人类活动情景,而1992年后则高于人类活动情景(图2)㊂二级子流域都呈现类似的规律,但在突变时间上略有差异,鄱阳湖流域最早(1973年),金沙江流域最迟(2000年)㊂长江中下游地区的洞庭湖流域㊁长江干流流域和鄱阳湖流域,人类活动对流域受旱面积的影响明显高于其他二级子流域㊂这可能与各个子流域人类开发利用的开始时间和强度有关㊂长江流域年代际水文干旱事件发生的频率㊁平均历时和强度时空差异性显著(图3)㊂2种情景下整个流域的水文干旱频率较低,历时多小于6个月,且以轻中度干旱为主㊂高频率的水文干旱主要发生在2006 2015年长江干流流域的上游及乌江流域,平均历时大于2个月,且多为平均干旱强度大于1的特旱㊂2.3㊀长江流域干旱状态时空演变特征I SRI-RRV年代际变化特征的时空分布图(图4)表明,长江流域和二级子流域的干旱状态的时空差异性显著㊂2006 2015年自然情景和人类活动情景下长江流域的I SRI-RRV比1966 1975年分别提升了4.91%和6.54%,但同期自然情景下部分二级子流域的I SRI-RRV均值均呈下降趋势,如汉江流域下降了3.28%,嘉陵江流域下降了0.04%,乌江流域下降了11.98%㊂人类活动改善了长江流域的水文干旱状态,扭转了自然状态下长江流域干旱状态的恶化趋势㊂1966 1975年,长江流域人类活动情景下的I SRI-RRV均值较自然情景低0.73%,仅有洞庭湖流域和长江干流流域人类活动情景下的I SRI-RRV均值高于自然情景,但相差较小(0.33%和0.36%);2006 2015年,人类活动情景下的I SRI-RRV均值比自然情景高1.68%,8个二级子流域中,仅有嘉陵江流域的人类活动加深了水文干旱状态的恶化,但是相较于1966 1975年,I SRI-RRV均值的恶化幅度由2.11%缩小至0.05%㊂图5对比了8个子流域2种情景下I Rel㊁I Res和I Vul均值㊂人类活动和自然情景下(图5中分别用N㊁H表示)可靠性指标在1966 1975年约为0.85和0.86,至2006 2015年分别提升了3.43%和1.99%,人类活动提升了可靠性的改善趋势㊂自然情景下各子流域的可靠性㊁回弹性和脆弱性变化趋势差异显著,汉江流域可靠性和回弹性指标均值分别下降了3.01%和6.64%,乌江流域可靠性㊁回弹性和脆弱性指标的均值依次下降了7.83%㊁23.45%和1.92%,其余的子流域则普遍呈上升趋势㊂人类活动对水文干旱的回弹性影响最为显著,2006 2015年人类活动情景下的回弹性均值比1966 1975年提高了近15.86%,而自然情景仅提升了9.20%㊂2种情景下水文干旱的脆弱性指标变化最小,分别提升了0.75%和0.64%㊂354㊀水科学进展第34卷㊀图3㊀1966 2015年长江流域的8个二级子流域水文干旱历时㊁频率与烈度特征箱线图Fig.3Frequency,duration and intensity characteristics of hydrological drought in eight sub-basins of the Yangtze River basin from1966to20152.4㊀干旱状态与人类活动相关性评价人类活动主要通过水库调度和取用水等影响河道径流,进而影响水文干旱的状态㊂据长江水资源公报统计,2006 2015年期间,长江流域年均水资源总量为9425.3亿m3,总耗水量由820.2亿m3增长至848.5亿m3,水库蓄水量由923.8亿m3增至1988.7亿m3㊂因此,本研究采用2种情景下I SRI-RRV的差值及其与水库蓄水量的相关分析,来计算人类活动(水库调节和人类取用水)对长江流域I SRI-RRV即水文干旱状态的影响程度(图6)㊂㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因355㊀图4㊀自然情景与人类活动情景下I SRI-RRV年代对比Fig.4Chronological comparison of I SRI-RRV under the natural and human scenarios㊀㊀2006 2015年长江流域整体的I SRI-RRV均值呈现波动上升的趋势,自然和人类活动情景下年尺度I SRI-RRV均值分别提升了27.15%和18.09%㊂流域年末水库蓄水量与2种情景I SRI-RRV均值差的相关系数R=-0.90,蓄水量与干旱状态呈显著的负相关㊂2种情景下I SRI-RRV均值差较大的年份的年末水库蓄水量也偏少,水文干旱也较为严重,表明长江流域的水文干旱状态受到水库调蓄的影响㊂三峡水库2003年6月开始蓄水,2006年10月蓄水156m,将1996 2015年三峡水库下游的宜昌站的径流过程划分时段Ⅰ(1996年1月至2003年6月)和时段Ⅱ(2006年11月至2015年12月)进行对比(图7)㊂时段Ⅰ人类活动对宜昌径流的影响较小,人类活动对月径流的改变率为-0.81%~1.37%;时段Ⅱ内人类活动削减洪峰和补充枯水期径流的能力提升显著,水库调节于4 7月削减径流,使得6月削减径流幅度最大,年均约2.31%,于10 2月补充径流,12月补充径流的幅度最大,年均约4.19%㊂Chai等[31]发现在三峡水库2003年建成后出现了旱季流量偏大,汛期流量偏小的现象,2011年三峡水库缓解水文干旱的能力明显高于2006年㊂据统计,2006年和2011年大旱中,三峡水库分别向下游补水约35.8亿m3和215亿m3,有效缓解了长江中下游发生的旱情[32],表明人类活动(尤其是水库调度)对水文干旱状态有着显著的影响㊂356㊀水科学进展第34卷㊀图5㊀自然情景和人类活动情景下长江流域I Rel㊁I Res和I Vul均值热点图Fig.5Heat map of average I Rel,I Res and I Vul in the Yangtze River basin under natural and human scenarios图6㊀长江流域2006 2015年大型水库蓄水量与平均I SRI-RRV指数变化Fig.6Changes of water storage and I SRI-RRV of large reservoirs in the Yangtze River basin from2006to2015㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因357㊀图7㊀1996 2015年宜昌站自然情景与人类活动情景下月平均径流对比Fig.7Comparison of monthly discharge under two scenarios at Yichang station from1996to20153㊀结㊀㊀论本研究耦合考虑人类活动对水文过程影响的PCR-GLOBWB2.0模型和水文干旱评估指数,定量评估了长江流域水文干旱状态的时空变化特征,探究了水库调节和人类取用水等活动对长江流域水文干旱事件发生频次㊁破坏深度以及恢复速度的影响,主要结论如下:(1)人类活动影响了长江流域水文干旱的时空变化特征,1966 1985年人类活动情景下水文干旱事件的面积占比高于自然情景,1985 2015年人类活动减少了长江流域水文干旱的面积占比㊂(2)长江流域的水文干旱状态在自然情景下呈现恶化的趋势,人类活动小幅改善了干旱状态,大幅提升了从不满意状态恢复的速率(回弹性)和减缓处于满意状态概率(可靠性)的下降趋势㊂(3)2006 2015年,人类活动情景下长江流域的水文干旱状态明显高于自然情景,水库调度是长江流域水文干旱状态改善的重要原因之一㊂参考文献:[1]周帅,王义民,畅建霞,等.黄河流域干旱时空演变的空间格局研究[J].水利学报,2019,50(10):1231-1241. 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基于SPEI指数的兰州干旱特征与气候指数的关系

第41卷第2期水文灾ol.41No.2 2021年4月JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY Apr.,2021DOI:10.19797/ki.1000-0852.20200213基于SPEI指数的兰州干旱特征与气候指数的关系徐乔婷】，陈涟2,范月华1,唐文雯1,陆宝宏1(1.河海大学水文水资源学院，江苏南京210098；2.夏阳水务管理所，上海201799)摘要:基于1961-2012年逐日气象及同期4个气候因子资料系列，采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)定量描述兰州地区干旱状况，利用M-K检验分析了该地干旱变化趋势，采用皮尔逊相关系数法以及交叉小波变换法研究了SPEI与北大西洋涛动(NAO)、北极振荡(A0)、太平洋十年涛动(PDO)以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)四个气候因子之间的关系。

研究结果表明：干旱指数SPEI在月、春、夏、秋及年尺度上均呈显著下降趋势、冬季增长趋势不显著，未来兰州春、夏和秋季缺水有加重趋势，冬季有变湿润倾向；SPEI与PDO、ENSO在秋季呈显著负相关；ENSO主要影响干旱短周期的年际变化；干旱与PDO 和AO呈滞后的负相关关系，两指数主要影响较长周期干旱的年际和年代际变化。

关键词：SPEI；气候指数；M-K趋势检验；交叉小波中图分类号:P429文献标识码:A1引言干旱指长期缺少有效降雨导致生活、生产及生态需水严重亏缺，影响范围广、持续时间长(近年来全球气候不断变暖，干旱发生频繁,研究干旱成因及其变化特征具有重要现实意义。

干旱指数作为量化干旱情况的有效工具［1］，学者们相继提出了帕默尔干旱指数(PDSI)［2］、标准化降水指数(SPI)［3］和标准化降水蒸散指数(SPEI)［4］等指标，其中SPEI综合考虑了降水和蒸散发的影响，具有多尺度特性。

在干旱成因方面,除了研究历史久远的局地陆气相互作用对干旱的影响，近期众多研究成果表明大尺度气候因子(北大西洋涛动、北极涛动、厄尔尼诺-南方涛动、海表温度等)对干旱的形成可能起着至关重要的作用。

基于SPEI指数的长江中下游流域干旱时空特征分析

第３８卷第１７期２０１８年９月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３８，Ｎｏ．１７Ｓｅｐ．，２０１８基金项目：国家自然科学基金项目（４１５６１０２４）；高校博士学科点专项科研基金项目（２０１３６２０３１１０００２）收稿日期：２０１７⁃０７⁃０１；㊀㊀网络出版日期：２０１８⁃０５⁃３０∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｂｏ＠ｎｗｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１７０７０１１１８５曹博，张勃，马彬，唐敏，王国强，吴乾慧，贾艳青．基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析．生态学报，２０１８，３８（１７）：６２５８⁃６２６７．ＣａｏＢ，ＺｈａｎｇＢ，ＭａＢ，ＴａｎｇＭ，ＷａｎｇＧＱ，ＷｕＱＨ，ＪｉａＹＱ．ＳｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｒｏｕｇｈｔｂａｓｅｄｏｎＳＰＥＩｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１８，３８（１７）：６２５８⁃６２６７．基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析曹㊀博，张㊀勃∗，马㊀彬，唐㊀敏，王国强，吴乾慧，贾艳青西北师范大学地理与环境科学学院，兰州㊀７３００７０摘要：基于长江中下游流域１９６１２０１５年１２９个气象站点的逐日气温和降水数据，利用标准化降水蒸散指数（ＳＰＥＩ），对长江中下游流域近５５年年尺度及各季节干旱变化趋势㊁站次比㊁强度和频率进行了分析，并探讨了干旱和区域气温㊁降水变化及ＥＮＳＯ的关系㊂结果表明：（１）在区域尺度，近５５年长江中下游流域年尺度㊁春季和秋季呈干旱化趋势，春季干旱化趋势显著；夏季和冬季呈湿润化趋势㊂空间变化上，对于年尺度，汉江流域㊁中游干流区及洞庭湖流域以干旱化趋势为主，鄱阳湖流域㊁下游干流区和太湖流域以湿润化趋势为主；春季和秋季分别有９６．９０％和９２．２５％的站点呈干旱化趋势；夏季和冬季分别有８２．９５％和７２．８７％的站点呈湿润化趋势㊂（２）年尺度㊁春季和秋季干旱站次比及强度均呈增加趋势，春旱站次比与强度增加趋势显著；夏季和冬季干旱站次比和强度均呈下降趋势㊂（３）年尺度和春季干旱频率在２１世纪初均达到最高，年尺度㊁春季和夏季干旱频率从２０世纪９０年代到２１世纪初均呈增加趋势㊂（４）春㊁秋季干旱化趋势与降水量的减少及气温的上升相关，夏㊁冬季降水量的增加使得夏㊁冬季呈湿润化趋势㊂冬季ＳＯＩ和次年春季干旱相关性极显著，冬季发生拉尼娜事件时，次年春季更易发生干旱㊂关键词：标准化降水蒸散指数；干旱趋势；干旱频率；长江中下游流域ＳｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｒｏｕｇｈｔｂａｓｅｄｏｎＳＰＥＩｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎＣＡＯＢｏ，ＺＨＡＮＧＢｏ∗，ＭＡＢｉｎ，ＴＡＮＧＭｉｎ，ＷＡＮＧＧｕｏｑｉａｎｇ，ＷＵＱｉａｎｈｕｉ，ＪＩＡＹａｎｑｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＤｒｏｕｇｈｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎＣｈｉｎａ．Ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇ，ｔｈｅｌｏｓｓｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｄｒｏｕｇｈｔｈａｖｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｒａｉｎ，ｅｄｉｂｌｅｏｉｌ，ａｎｄｃｏｔｔｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎｉｓｄｅｎｓｅｌｙｐｏｐｕｌａｔｅｄａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅａｒｅａｉｓｒｉｃｈｉｎｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓｕｎｅｖｅｎａｎｄｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｉｓｌａｒｇｅ，ｗｈｉｃｈｏｆｔｅｎｉｎｄｕｃｅｓｔｅｒｒｉｂｌｅｓｅａｓｏｎａｌｄｒｏｕｇｈｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｄａｉｌｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｄａｔａｏｆ１２９ｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ，ｔｈｅＳｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎＥｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ（ＳＰＥＩ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｔｒｅｎｄｓ，ｓｔａｔｉｏｎｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ，ｓｅｖｅｒｉｔｙ，ａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｎｎｕａｌａｎｄｓｅａｓｏｎａｌｄｒｏｕｇｈｔｓ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｄｒｏｕｇｈｔａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ａｎｄＥＮＳＯ（ＥｌＮｉñｏ⁃ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）ｗｅｒｅａｌｓｏｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．ＴｈｅｒｅｇｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆＳＰＥＩｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔａｎｎｕａｌ，ｓｐｒｉｎｇａｎｄａｕｔｕｍｎｄｒｏｕｇｈｔｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｓｐｒｉｎｇ；ｓｕｍｍｅｒａｎｄｗｉｎｔｅｒｓｈｏｗｅｄａｗｅｔｔｅｒｔｒｅｎｄ．Ｆｏｒａｎｎｕａｌｄｒｏｕｇｈｔ，ｔｈｅＨａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ，ＭｉｄｓｔｒｅａｍＲｉｖｅｒａｒｅａ，ａｎｄＤｏｎｇｔｉｎｇＬａｋｅＢａｓｉｎｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｄｒｙ，ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅＰｏｙａｎｇＬａｋｅＢａｓｉｎ，ＤｏｗｎｓｔｒｅａｍＲｉｖｅｒａｒｅａ，ａｎｄＴａｉｈｕＬａｋｅＢａｓｉｎｍａｉｎｌｙｓｈｏｗｅｄａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄ．Ｆｏｒｔｈｅｓｔａｔｉｏｎｓ，９６．９０％ａｎｄ９２．２５％ｓｈｏｗｅｄａｄｒｏｕｇｈｔｔｒｅｎｄｉｎｔｈｅｓｐｒｉｎｇａｎｄａｕｔｕｍｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；８２．９５％ａｎｄ７２．８７％ｏｆｓｔａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｅｄａｗｅｔｔｉｎｇｔｒｅｎｄｉｎｓｕｍｍｅｒａｎｄｗｉｎｔｅｒ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｏｎᶄｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓａｎｄｓｅｖｅｒｉｔｙｏｆａｎｎｕａｌ，ｓｐｒｉｎｇ，ａｎｄａｕｔｕｍｎｄｒｏｕｇｈｔｓａｌｌｓｈｏｗｅｄａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄ．Ｉｎｓｐｒｉｎｇ，ｔｈｅｓｅｔｒｅｎｄｓａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｎｄｓｅｖｅｒｉｔｙｏｆｓｕｍｍｅｒａｎｄｗｉｎｔｅｒｄｒｏｕｇｈｔｓａｌｌｓｈｏｗｅｄａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄ．Ａｎｎｕａｌａｎｄｓｐｒｉｎｇｄｒｏｕｇｈｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｅａｋｅｄａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅ２１ｓｔｃｅｎｔｕｒｙ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｎｎｕａｌ，ｓｐｒｉｎｇ，ａｎｄｓｕｍｍｅｒｄｒｏｕｇｈｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅ１９９０ｓｔｏｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅ２１ｓｔｃｅｎｔｕｒｙ．Ｔｈｅｄｒｏｕｇｈｔｔｒｅｎｄｓｏｆｓｐｒｉｎｇａｎｄａｕｔｕｍｎａｒｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｓｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇｔｏｔｈｅｗｅｔｔｒｅｎｄｓｉｎｓｕｍｍｅｒａｎｄｗｉｎｔｅｒ．ＴｈｅｒｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｒｉｎｇｄｒｏｕｇｈｔａｎｄＳＯＩ（ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）ｏｆｌａｓｔｗｉｎｔｅｒ．ＩｆａＬａＮｉｎａｅｖｅｎｔｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｗｉｎｔｅｒ，ｔｈｅｎｅｘｔｓｐｒｉｎｇｗｏｕｌｄｂｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｐｒｏｎｅｔｏｄｒｏｕｇｈｔ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎＥｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ（ＳＰＥＩ）；ｄｒｏｕｇｈｔｔｒｅｎｄ；ｄｒｏｕｇｈｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ干旱是中国主要的气象灾害之一，近年来，在全球变暖的背景下［１］，全国遭受干旱的地区在扩大，干旱造成的损失大幅增加［２⁃３］，且未来几十年旱情可能呈加重趋势［４⁃５］㊂长江中下游流域人口密集㊁经济发达，是我国重要的粮㊁油㊁棉生产基地，该区虽水资源丰富，但年内降水时间分布不均且年际变化较大，区域内季节性干旱时有发生，造成的影响不容忽视［６⁃８］，如２０１１年春旱给该区农业㊁人畜饮水㊁江河及湖泊水位㊁渔业生产㊁水运等带来了严重影响［９］㊂而且相关研究表明，骤发性干旱在我国南方地区发生频率更高［４］，南方干旱会对生态系统［８，１０⁃１１］产生严重的影响㊂干旱指数是研究干旱的重要手段，黄晚华等利用标准化降水指数（ＳＰＩ）［１２］和降水距平百分率［１３］对中国南方季节性干旱进行了分析，王文等［６］用Ｐａｌｍｅｒ指数（ＰＤＳＩ）对长江中下游地区干旱特征进行了研究㊂ＳＰＥＩ综合考虑了气温和降水对干旱的影响，弥补了降水距平百分率和ＳＰＩ未考虑气温对干旱影响的缺点，同时与ＰＤＳＩ相比，具有计算简单㊁多时间尺度㊁多空间比较等优点［１４⁃１６］，在我国湿润地区有很好的适用性［１７⁃１８］㊂马彬等［１９］基于ＳＰＥＩ对中国东部季风区的研究表明，气候出现暖干化，局部地区干旱出现极端化㊂李亮［２０］基于综合气象干旱指数和ＳＰＥＩ对长江中下游地区季节性干旱特征进行了分析，但仅仅是基于代表站点㊂张余庆等［１５］基于ＳＰＥＩ分析了赣江流域旱涝演变的周期性特征㊂赵林等［２１］用ＳＰＥＩ分析了湖北省年尺度干旱站次比㊁强度和频率㊂以上研究多在大区域或省域尺度开展，流域尺度干旱变化特征的研究对于流域水资源管理和生态平衡具有重要意义［２２］，但是基于ＳＰＥＩ对长江中下游流域不同时间尺度干旱站次比㊁强度㊁频率的综合分析相对较少㊂考虑到干旱对长江中下游流域自然生态环境及社会经济影响的严重性，本文利用ＳＰＥＩ指数，结合干旱站次比㊁强度及频率，分析长江中下游流域１９６１２０１５年年尺度和各季节干旱时空变化特征，并对干旱和流域气温㊁降水变化及ＥＮＳＯ的关系进行了研究，可以进一步丰富人们对该区域干旱发生规律的认识，以期为流域水资源规划和防灾减灾提供科学依据㊂１㊀资料来源与研究方法１．１㊀研究区概况长江是中国最长的河流，上游和中游的分界点为湖北宜昌，中游和下游的分界点为江西湖口㊂长江中下游流域由中游干流区（主要分布于湖北省）㊁汉江流域（主要分布于陕西省㊁河南省及湖北省）㊁洞庭湖流域（主要分布于贵州省㊁湖南省和湖北省）㊁鄱阳湖流域（主要分布于江西省）㊁长江下游干流区（主要分布于安徽省和江苏省）及太湖流域（主要分布于江苏省㊁上海市及浙江省）组成［２３］（图１）㊂长江中下游流域多为海拔较低的丘陵和平原，以亚热带季风气候为主，东亚季风活动明显［７］㊂１．２㊀数据来源气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｃ．ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ），选用长江中下游流域１９６１２０１５年资料序列较长的１２９个气象站点的逐日降水和气温数据，经过进一步计算得到月降水量和月平均气温㊂该数据经过了严格的质量控制，其中有６个站点存在数据缺测，缺测时间主要为１９６７和１９６８年的部分９５２６１７期㊀㊀㊀曹博㊀等：基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析㊀０６２６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３８卷㊀图１㊀长江中下游流域气象站点分布图Ｆｉｇ．１㊀ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ月份，用相邻站点线性回归方法对缺测数据进行插补，插补后的数据经过极值检验和时间一致性检验㊂湖北省的五峰站迁站海拔差异较大，故未使用该站数据，气象站点分布情况如图１所示㊂多变量ＥＮＳＯ指数（ＭＥＩ）数据来源于ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｓｒｌ．ｎｏａａ．ｇｏｖ／㊂Ｎｉñｏ３．４区海洋表面温度距平（ＳＳＴＡ）和南方涛动指数（ＳＯＩ）数据来源于ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｄｃ．ｎｏａａ．ｇｏｖ／㊂１．３㊀研究方法１．３．１㊀标准化降水蒸散指数标准化降水蒸散指数（ＳＰＥＩ）是Ｖｉｃｅｎｔｅ⁃Ｓｅｒｒａｎｏ等在标准化降水指数（ＳＰＩ）的基础上，考虑水分亏缺和累积效应两个因素，用降水量和潜在蒸散量的差值偏离平均状态的程度来表征干旱，其中潜在蒸散量的算法主要为Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ法和Ｐｅｎｍａｎ⁃Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法，因为基于两种算法的ＳＰＥＩ值在长江中下游流域差异较小［２４］，且Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ法具有计算简便的优点，本文采用该方法计算潜在蒸散量，ＳＰＥＩ具体计算方法参照文献［２５］㊂参考相关研究［２６］，根据累积概率分布函数将ＳＰＥＩ值分为９个旱涝等级：极涝（ＳＰＥＩȡ２．０）㊁重涝（１．５ɤＳＰＥＩ＜２．０）㊁中涝（１．０ɤＳＰＥＩ＜１．５）㊁轻涝（０．５ɤＳＰＥＩ＜１．０）㊁正常（－０．５＜ＳＰＥＩ＜０．５）㊁轻旱（－１＜ＳＰＥＩɤ－０．５）㊁中旱（－１．５＜ＳＰＥＩɤ－１．０）㊁重旱（－２．０＜ＳＰＥＩɤ－１．５）㊁极旱（ＳＰＥＩɤ－２．０）㊂３个月时间尺度ＳＰＥＩ能反映季节尺度的旱涝情况，与农业旱涝关系密切；１２个月时间尺度ＳＰＥＩ能较清晰的反映长期旱涝变化特征，并对河流径流量㊁下层土壤含水量以及水库储水量有较好的反映［１５］㊂本文选用３㊁１２个月时间尺度的ＳＰＥＩ分析研究区季节和年尺度干旱时空演变特征㊂春㊁夏㊁秋㊁冬季干旱分别由３个月时间尺度５月㊁８月㊁１１月和次年２月的ＳＰＥＩ值表示，年尺度干旱由１２个月时间尺度１２月份的ＳＰＥＩ值表示㊂１．３．２㊀干旱站次比（ｄｒｏｕｇｈｔｓｔａｔｉｏｎｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，Ｐｊ）用某一区域内干旱发生站数占全部站数的比例来评价干旱影响范围的大小［１２］㊂Ｐｊ＝ｍ／Ｍˑ１００％式中，Ｍ是研究区总气象站数；ｍ为发生干旱的站数；下标ｊ为不同年份的代号㊂１．３．３㊀干旱强度（ｄｒｏｕｇｈｔｓｅｖｅｒｉｔｙ，Ｓｉｊ）用于评价某时段区域干旱严重程度㊂Ｓｉｊ＝ðｍｉ＝１ＳＰＥＩｉ式中，ｊ表示年份，ｉ表示不同站号，ｍ为发生干旱的站数，｜ＳＰＥＩｉ｜表示ｊ年ｉ站发生干旱时ＳＰＥＩ的绝对值㊂１．３．４㊀干旱频率（ｄｒｏｕｇｈｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，Ｆｉ）用于评价某站在某时段干旱发生的频繁程度［１２］㊂Ｆｉ＝（ｎ／Ｎ）ˑ１００％式中，下标ｉ为不同站号，Ｎ为某站有气象资料的总年数；ｎ为该站发生干旱的年数㊂由于长江中下游流域水资源较为丰富，轻旱造成的影响相对较小，本文中的干旱站次比㊁强度和频率均按中旱（含中旱及以上）等级统计㊂采用线性倾向估计法分析ＳＰＥＩ及干旱站次比与强度的年际变化趋势［２７］，显著性检验为Ｆ检验㊂采用反距离加权插值法对ＳＰＥＩ变化趋势和干旱频率进行空间化处理㊂用偏相关分析法研究ＳＰＥＩ和气温㊁降水的关系［２８］，用相关分析对干旱和ＥＮＳＯ各表征因子的关系进行研究［２８］㊂２㊀结果分析２．１㊀干旱时间变化特征２．１．１㊀ＳＰＥＩ变化趋势由表１可知，１９６１２０１５年长江中下游流域年尺度ＳＰＥＩ呈下降趋势，倾向率为－０．０２０／１０ａ㊂春季和秋季ＳＰＥＩ也均呈下降趋势，即干旱化趋势，倾向率分别为－０．１２１／１０ａ和－０．０９３／１０ａ，春季干旱化趋势显著（Ｐ＜０．０５）㊂夏季和冬季ＳＰＥＩ呈上升趋势，即湿润化趋势，倾向率分别为０．０７７／１０ａ和０．０４９／１０ａ㊂表１㊀１９６１—２０１５年长江中下游流域ＳＰＥＩ年际变化趋势Ｔａｂｌｅ１㊀ＩｎｔｅｒａｎｎｕａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＳＰＥＩｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎｆｒｏｍ１９６１ｔｏ２０１５变化趋势Ｔｒｅｎｄ年尺度Ａｎｎｕａｌ春季Ｓｐｒｉｎｇ夏季Ｓｕｍｍｅｒ秋季Ａｕｔｕｍｎ冬季Ｗｉｎｔｅｒ倾向率Ｔｅｎｄｅｎｃｙｒａｔｅ－０．０２０／１０ａ－０．１２１／１０ａ∗０．０７７／１０ａ－０．０９３／１０ａ０．０４９／１０ａＲ２０．００３０．１０２０．０６２０．０６２０．０１２㊀㊀∗表示通过０．０５水平的置信度检验２．１．２㊀干旱站次比和干旱强度为了进一步说明干旱变化趋势，本文对１９６１２０１５年长江中下游流域干旱站次比和强度进行了分析㊂年尺度干旱站次比和强度均呈增加趋势，倾向率分别为１．０６５％／１０ａ和２．１５／１０ａ，表明年尺度干旱呈加重趋势㊂年干旱站次比在５０％以上的年份有１９６６㊁１９７８和２０１１，１９７８年最高，达６８．２２％㊂年干旱强度最大的年份为１９７８年，达１５０．６４，其次为２０１１（１１８．７７）和１９６６（１００．７４）（图２）㊂春旱站次比为极显著（Ｐ＜０．０１）的增加趋势，倾向率为３．９６９％／１０ａ，春旱强度为显著（Ｐ＜０．０５）的增加趋势，倾向率为８．７８５／１０ａ㊂春旱站次比在５０％以上的年份有２０００㊁２００１㊁２００７和２０１１年，２０１１年最高，达８７．６０％㊂春旱强度最大的年份为２０１１年，达２３５．６１，其次为２００７（１２５．０４）和２００１（１０５．２９）（图２）㊂夏旱站次比和强度均呈现减小趋势，倾向率分别为－２．１４５％／１０ａ和－４．４７９／１０ａ，表明夏旱呈减弱趋势㊂夏旱站次比在５０％以上的年份为１９７８年，达６１．２４％㊂夏旱强度最大的年份为１９７８年，达１３７．１２，其次为１９７２（１０４．２１）和２０１３（９０．５７）（图２）㊂秋旱站次比和强度均呈增加趋势，倾向率分别为２．９３４％／１０ａ和６．００４／１０，表明秋旱呈加重趋势㊂秋旱站次比在５０％以上的年份有１９７９㊁１９９８和２００７，１９９８和２００７年均达到６３．５７％㊂秋旱强度最大的年份为１９９８年，达１４９．６４，其次为２００７（１２１．７６）和１９７９（１０４．３７）（图２）㊂冬旱站次比和强度均呈下降趋势，倾向率分别为－１．３６５％／１０ａ和－１．９３９／１０ａ，表明冬旱呈减轻趋势㊂冬旱站次比在５０％以上的年份有１９６２㊁１９６７和１９９８，１９９８年最大，达９１．４７％㊂冬旱强度最大的年份为１９９８年，达２３０．５４，其次为１９６２（１５８．７１）和１９６７（１１１．４７）㊂年和各季节干旱站次比和强度的变化趋势与干湿变化１６２６㊀１７期㊀㊀㊀曹博㊀等：基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析㊀２６２６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３８卷㊀图２㊀１９６１—２０１５年长江中下游流域干旱站次比及干旱强度Ｆｉｇ．２㊀Ｓｔａｔｉｏｎｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｎｄｓｅｖｅｒｉｔｙｏｆｄｒｏｕｇｈｔｆｒｏｍ１９６１ｔｏ２０１５ｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ趋势相对应，由干旱站次比与强度确定的重旱年与相关文献的记录相吻合［３，７，２０］（图２）㊂２．２㊀干旱空间变化特征２．２．１㊀ＳＰＥＩ变化趋势图３是１９６１２０１５年长江中下游流域年尺度及各季节ＳＰＥＩ变化趋势的空间分布图㊂１９６１２０１５年，长江中下游流域年尺度ＳＰＥＩ呈上升㊁不变和下降趋势的站点分别占总站点数的４４．９６％㊁１．５５％和５３．４９％㊂区域西部的洞庭湖流域㊁中游干流区及汉江流域ＳＰＥＩ主要为下降趋势，倾向率集中在－０．１／１０ａ０之间；东部的鄱阳湖流域㊁下游干流区及太湖流域ＳＰＥＩ主要为上升趋势，倾向率集中在００．１／１０ａ之间㊂９６．９０％的站点春季ＳＰＥＩ呈下降趋势，表明春季长江中下游流域整体以干旱化趋势为主，ＳＰＥＩ下降幅度图３㊀１９６１２０１５年长江中下游流域ＳＰＥＩ变化趋势空间分布Ｆｉｇ．３㊀ＳｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＳＰＥＩｆｒｏｍ１９６１２０１５ｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ空间差异明显，在鄱阳湖流域东南部较小，向外围逐渐增加㊂２６．３６％的站点春季ＳＰＥＩ呈显著（Ｐ＜０．０５）下降趋势，主要位于太湖流域㊁下游干流区东部㊁洞庭湖流域中西部及汉江流域，ＳＰＥＩ变化倾向率多小于－０．１５／１０ａ㊂８２．９５％的站点夏季ＳＰＥＩ呈上升趋势，表明夏季以湿润化趋势为主㊂ＳＰＥＩ上升幅度空间差异明显，上升幅度最高的区域在太湖流域，在０．１５／１０ａ以上，其次为下游干流区㊁鄱阳湖流域东部及汉江流域中部，在０．１／１０ａ０．１５／１０ａ之间㊂１０．０８％的站点夏季ＳＰＥＩ显著（Ｐ＜０．０５）上升，在太湖流域分布集中㊂９２．２５％的站点秋季ＳＰＥＩ呈下降趋势，表明秋季以干旱化趋势为主㊂ＳＰＥＩ下降幅度在鄱阳湖流域中部和北部及洞庭湖流域北部较低，向南北两侧逐渐升高，在汉江流域东部㊁下游干流区东部及太湖流域下降幅度较大，低于－０．１５／１０ａ㊂１３．９５％的站点秋季ＳＰＥＩ呈显著（Ｐ＜０．０５）下降趋势，主要分布于太湖流域㊁下游干流区东部及汉江流域东部㊂分别有７２．８７％和２７．１３％的站点冬季ＳＰＥＩ呈上升和下降趋势，表明以湿润化趋势为主㊂呈下降趋势的站点集中分布于洞庭湖流域中西部及汉江流域，其他区域以上升趋势为主㊂１１．６３％的站点ＳＰＥＩ上升趋势显著，主要分布于太湖流域和下游干流区，上升幅度多大于０．１５／１０ａ㊂值得注意的是，太湖流域大部分站点在春季和秋季呈显著（Ｐ＜０．０５）的干旱化趋势，而在夏季和冬季呈显著（Ｐ＜０．０５）的湿润化趋势㊂洞庭湖流域中西部和汉江流域在春㊁秋㊁冬和年尺度均以干旱化趋势为主㊂３６２６１７期㊀㊀㊀曹博㊀等：基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析㊀４６２６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３８卷㊀２．２．２㊀干旱频率变化特征１９６１２０１５年和各时间段干旱频率如图４所示［２，２１］㊂图４㊀１９６１—２０１５年长江中下游流域干旱频率空间变化Ｆｉｇ．４㊀Ｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｄｒｏｕｇｈｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｒｏｍ１９６１ｔｏ２０１５ｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗｅｒＹａｎｇｔｚｅＢａｓｉｎ１９６１２０１５年，长江中下游流域年尺度㊁春㊁夏㊁秋㊁冬干旱频率分别为１７．５６％㊁１６．２７％㊁１７．２４％㊁１７．５６％和１６．５３％，年尺度干旱和秋旱频率较高，其次为夏旱㊂年尺度干旱频率在１８％以上的区域主要在汉江流域㊁洞庭湖流域西部和东部㊁鄱阳湖流域西部和东部㊁中游干流区中部㊂春旱频率在１８％以上的区域主要为汉江流域中部和洞庭湖流域西部㊂夏旱频率在１８％以上的区域主要分布在汉江流域㊁中游干流区㊁洞庭湖流域南部和鄱阳湖流域南部㊂秋旱频率在１８％以上的区域主要为洞庭湖流域西北和东部㊁鄱阳湖流域中北部和下游干流区㊂冬旱发生频率在１８％以上的区域主要为汉江流域东部㊁中游干流区东部㊁鄱阳湖流域西北部㊁下游干流区及太湖流域南部㊂不同年代干旱频率差异显著㊂年尺度干旱频率年代际变化为减⁃减⁃增⁃增，在２１世纪初达到最高，区域平均干旱频率为２４．４０％㊂春旱频率年代际变化为减⁃增⁃增⁃增，在２１世纪初达到最高，区域平均干旱频率为２７．０５％㊂夏旱频率在１９６０ｓ最高，年代际变化为减⁃减⁃减⁃增，在１９９０ｓ达到最低，２１世纪初有所增加㊂秋旱频率年代际变化为增⁃减⁃增⁃减，在１９９０ｓ达到最高，为２７．１１％，在２１世纪初下降为２４．２２％㊂冬旱频率在１９６０ｓ最高，年代际变化为减⁃增⁃增⁃减㊂年尺度㊁春季和夏季干旱频率从１９９０ｓ到２１世纪初均表现为增加趋势，秋旱频率虽未增加，但仍高于１９６０ｓ㊁１９７０ｓ和１９８０ｓ㊂２．３㊀干旱变化影响因素分析２．３．１㊀ＳＰＥＩ和气温㊁降水的关系由于各季节ＳＰＥＩ变化趋势具有较好的空间一致性，从区域角度对各季节ＳＰＥＩ变化和气温㊁降水的关系进行分析㊂由表２可知，１９６１２０１５年长江中下游流域各季节气温均呈增加趋势，除了夏季，均通过了０．０１的置信度检验，春季气温上升最快，为０．２７ħ／１０ａ㊂夏季和冬季降水量均呈增加趋势，倾向率分别为１６．２６ｍｍ／１０ａ和５．４０ｍｍ／１０ａ，夏季降水增加显著（Ｐ＜０．０５）；春季和秋季降水量呈减少趋势，倾向率分别为－７．６２ｍｍ／１０ａ㊁－５．０８ｍｍ／１０ａ㊂整体上ＳＰＥＩ和气温呈极显著（Ｐ＜０．０１）的负相关，和降水呈极显著（Ｐ＜０．０１）的正相关㊂春季和秋季降水量的减少和气温的上升共同导致春㊁秋季呈干旱化趋势；夏季气温变化不明显㊁但降水量显著增加，使夏季呈湿润化趋势；冬季气温和降水均呈增加趋势，但冬季气温对ＳＰＥＩ的影响较小，相关性仅为－０．６０，所以冬季呈湿润化趋势㊂表２㊀１９６１２０１５年长江中下游流域气温㊁降水变化及其与ＳＰＥＩ的偏相关性Ｔａｂｌｅ２㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒＰａｒｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈＳＰＥＩ季节Ｓｅａｓｏｎ气温变化倾向率Ｌｉｎｅａｒｔｒｅｎｄｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／（ħ／１０ａ）气温与ＳＰＥＩ关系ＰａｒｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＳＰＥＩ降水变化倾向率Ｌｉｎｅａｒｔｒｅｎｄｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ／（ｍｍ／１０ａ）降水与ＳＰＥＩ关系ＰａｒｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄＳＰＥＩ春季Ｓｐｒｉｎｇ０．２７∗∗－０．７７∗∗－７．６２０．９８∗∗夏季Ｓｕｍｍｅｒ０．０４－０．７４∗∗１６．２６∗０．９７∗∗秋季Ａｕｔｕｍｎ０．２０∗∗－０．８９∗∗－５．０８０．９９∗∗冬季Ｗｉｎｔｅｒ０．２５∗∗－０．６０∗∗５．４００．９７∗∗㊀㊀∗，∗∗分别表示通过０．０５和０．０１水平的置信度检验２．３．２㊀干旱和ＥＮＳＯ的关系厄尔尼诺／南方涛动（ＥＮＳＯ）与中国各地的干旱有密切的联系［２９］，其特征值常用赤道太平洋中东部海洋表面温度距平值（ＳＳＴＡ）㊁南方涛动指数（ＳＯＩ）和多变量ＥＮＳＯ指数（ＭＥＩ）表示㊂当发生厄尔尼诺事件（ＥＮＳＯ暖事件）时，ＳＳＴＡ和ＭＥＩ为正值，ＳＯＩ为负值；发生拉尼娜事件（ＥＮＳＯ冷事件）时，ＳＳＴＡ和ＭＥＩ为负值，ＳＯＩ为正值［３０］㊂对干旱和ＥＮＳＯ各特征值的相关性进行统计（表３），表明冬季ＥＮＳＯ对次年春旱影响显著，相对于ＭＥＩ和ＳＳＴＡ，冬季ＳＯＩ和次年春季ＳＰＥＩ㊁干旱站次比及强度相关性更高，相关性极显著（Ｐ＜０．０１）㊂冬季ＳＯＩ和次年春季ＳＰＥＩ呈负相关，与干旱站次比和强度呈正相关，表明冬季ＳＯＩ值越大，越易发生干旱，即拉尼娜事件在冬季发生时，次年春季更易发生干旱㊂１９６１２０１５年，共有１４年冬季发生拉尼娜事件［３１］，次年春季平均干旱频率㊁强度和站次比分别为２４．３５％㊁５１．５４和２４．３６％；而冬季未发生拉尼娜事件时，次年春季平均干旱频率㊁强度和站次比分别为１３．３７％㊁２４．５０和１３．５０％，由此进一步说明拉尼娜事件在冬季发生时对次年春旱的影响㊂春季ＭＥＩ及ＳＳＴＡ与同年夏季ＳＰＥＩ相关性显著（Ｐ＜０．０５），但是和干旱站次比及强度并不存在显著的关系㊂３㊀结论与讨论３．１㊀主要结论（１）区域尺度上，１９６１２０１５年，长江中下游流域年尺度㊁春季和秋季均呈干旱化趋势，春季干旱化趋势显著；夏季和冬季均呈湿润化趋势㊂年尺度㊁春季和秋季干旱站次比及强度均呈增加趋势，春旱站次比与强度增加趋势显著；夏季和冬季干旱站次比和强度均呈下降趋势㊂（２）空间变化上，对于年尺度，汉江流域㊁中游干流区及洞庭湖流域以干旱化趋势为主；鄱阳湖流域㊁下游干流区和太湖流域以湿润化趋势为主㊂对于季节尺度，春季和秋季分别有９６．９０％和９２．２５％的站点呈干旱化趋势；夏季和冬季分别有８２．９５％和７２．８７％的站点呈湿润化趋势㊂５６２６㊀１７期㊀㊀㊀曹博㊀等：基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析㊀表３㊀干旱和ＥＮＳＯ的关系Ｔａｂｌｅ３㊀ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｄｒｏｕｇｈｔａｎｄＥＮＳＯＳＰＥＩ和干旱特征ＳＰＥＩａｎｄｄｒｏｕｇｈｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ时间尺度ＴｉｍｅｓｃａｌｅＭＥＩ前期ＭＥＩＭＥＩｏｆｌａｓｔｙｅａｒ／ｓｅａｓｏｎＳＯＩ前期ＳＯＩＳＯＩｏｆｌａｓｔｙｅａｒ／ｓｅａｓｏｎＳＳＴＡ前期ＳＳＴＡＳＳＴＡｏｆｌａｓｔｙｅａｒ／ｓｅａｓｏｎＳＰＥＩ年尺度０．２００．１３－０．１６－０．０５０．１４０．１０春季０．２５０．３６∗∗－０．２２－０．３９∗∗０．１８０．３５∗∗夏季０．１８０．２７∗－０．１０－０．１７０．０８０．２８∗秋季０．１８０．１５－０．０７－０．２２０．１５０．０９冬季０．２６０．２３－０．２５－０．１７０．２５０．２７∗干旱站次比年尺度－０．１８－０．０６０．１４０－０．１１０Ｄｒｏｕｇｈｔｓｔａｔｉｏｎｓ春季－０．２５－０．３∗０．２４０．３７∗∗－０．１７－０．２５ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ夏季－０．１４－０．２１０．０９０．０９－０．０５－０．２３秋季－０．１４－０．０８０．０６０．２２－０．１１－０．０３冬季－０．１２－０．１３０．０９０．０８－０．１２－０．１７干旱强度年尺度－０．１７－０．０５０．１３－０．０１－０．１０．０１Ｄｒｏｕｇｈｔｓｅｖｅｒｉｔｙ春季－０．２６－０．３２∗０．２８∗０．４∗∗－０．１７－０．２６夏季－０．１１－０．１９０．０８０．０７－０．０２－０．２秋季－０．１５－０．０６０．０８０．２３－０．１２－０．０３冬季－０．１５－０．１６０．１２０．１２－０．１６－０．１９㊀㊀∗，∗∗分别表示通过０．０５和０．０１水平的置信度检验㊂对于年尺度，前期指上一年；对于季节尺度，前期指上一个季节㊂ＳＰＥＩ：标准化降水蒸散指数，ＳｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎＥｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ；ＭＥＩ：多变量ＥＮＳＯ指数，ＭｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅＥＮＳＯＩｎｄｅｘ；ＳＯＩ：南方涛动指数，ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ；ＳＳＴＡ：海洋表面温度距平，ＳｅａＳｕｒｆａｃｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＡｎｏｍａｌｙ（３）干旱频率时空分布差异显著，年尺度和春季干旱频率在２１世纪初均达到最高；年尺度㊁春季和夏季干旱频率从２０世纪９０年代到２１世纪初均呈增加趋势㊂（４）春㊁秋季干旱化趋势与降水量的减少及气温的上升相关，夏㊁冬季降水量的增加使得夏㊁冬季呈湿润化趋势㊂相对于ＭＥＩ和ＳＳＴＡ，冬季ＳＯＩ和次年春旱相关性更强，相关性极显著，冬季发生拉尼娜事件时，次年春季更易发生干旱㊂３．２㊀讨论本文综合分析ＳＰＥＩ㊁干旱站次比和强度的变化特征，表明长江中下游流域年尺度㊁春季和秋季干旱加重；夏季和冬季干旱减弱㊂黄晚华等［１２］基于ＳＰＩ对中国南方干旱的研究以及王文举等［３２］基于ＳＰＥＩ对湖北省的研究同样发现，春旱和秋旱加重，夏旱和冬旱减轻㊂不同学者分别对中国［２］和中国东部季风区［１９］的研究发现，近２０年干旱事件增加；有学者［２１，３２］对湖北省的研究表明，２０００年以后干旱加重；本研究发现，相对于之前的年代，长江中下游流域年尺度和春季干旱频率在２１世纪初均达到最高，在干旱频率较高和干旱化趋势显著的区域应注重旱灾的防御㊂本文分析的气象干旱是其他类型干旱研究及干旱风险评估和区划的基础，干旱变化趋势对于农业㊁生态㊁社会经济等的影响仍值得探讨［８，３３⁃３５］㊂气温在干旱变化中起着重要的作用［２，１６］，Ｃｈｅｎ等［５］发现，近２０年中国干旱事件持续而显著的增加主要和气温大幅升高㊁降水却没有较大变化有关㊂本研究表明，长江中下游流域春㊁秋季干旱化趋势受气温上升和降水减少共同影响㊂当冬季发生拉尼娜事件时，次年春季更易发生干旱，这是由于拉尼娜事件会使西太平洋副热带高压势力减弱，暖湿气流无法深入长江中下游流域，从而造成干旱［９，３６］㊂本文仅从气温㊁降水及ＥＮＳＯ的角度对干旱变化的影响因素进行了分析，机理方面有待进一步研究㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＩＰＣＣ．ＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅ２０１３：ＴｈｅＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅＢａｓｉｓ．ＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐＩｔｏｔｈｅＦｉｆｔｈＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＲｅｐｏｒｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌＰａｎｅｌｏｎＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅ．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２０１３．６６２６㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３８卷㊀［２］㊀ＹｕＭＸ，ＬｉＱＦ，ＨａｙｅｓＭＪ，ＳｖｏｂｏｄａＭ，ＨｅｉｍＲＲ．ＡｒｅｄｒｏｕｇｈｔｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅｆｒｅｑｕｅｎｔｏｒｓｅｖｅｒｅｉｎＣｈｉｎａｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ：１９５１２０１０？ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｍａｔｏｌｏｇｙ，２０１４，３４（３）：５４５⁃５５８．［３］㊀温克刚，丁一汇．中国气象灾害大典（综合卷）．北京：气象出版社，２００８．［４］㊀ＷａｎｇＬＹ，ＹｕａｎＸ，ＸｉｅＺＨ，ＷｕＰＬ，ＬｉＹＨ．ＩｎｃｒｅａｓｉｎｇｆｌａｓｈｄｒｏｕｇｈｔｓｏｖｅｒＣｈｉｎａｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅｃｅｎｔｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇｈｉａｔｕｓ．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｐｏｒｔｓ，２０１６，６：３０５７１．［５］㊀ＣｈｅｎＨＰ，ＳｕｎＪＱ．ＡｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃｗａｒｍｉｎｇｈａｓｃａｕｓｅｄｈｏｔｄｒｏｕｇｈｔｓｍｏｒｅｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｉｎＣｈｉｎａ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ，２０１７，５４４：３０６⁃３１８．［６］㊀王文，许志丽，蔡晓军，高晶．基于ＰＤＳＩ的长江中下游地区干旱分布特征．高原气象，２０１６，３５（３）：６９３⁃７０７．［７］㊀秦鹏程，刘敏．气象干旱诊断评估方法及其在长江中下游地区的应用．长江流域资源与环境，２０１５，２４（１１）：１９６９⁃１９７６．［８］㊀於琍．干旱对生态系统脆弱性的影响研究以长江中下游地区为例．长江流域资源与环境，２０１４，２３（７）：１０６３⁃１０７０．［９］㊀王素萍，段海霞，冯建英．２０１１年春季全国干旱状况及其影响与成因．干旱气象，２０１１，２９（２）：２６１⁃２６８．［１０］㊀ＹｕａｎＷＰ，ＣａｉＷＷ，ＣｈｅｎＹ，ＬｉｕＳＧ，ＤｏｎｇＷＪ，ＺｈａｎｇＨＣ，ＹｕＧＲ，ＣｈｅｎＺＱ，ＨｅＨＬ，ＧｕｏＷＤ，ＬｉｕＤ，ＬｉｕＳＭ，ＸｉａｎｇＷＨ，ＸｉｅＺＨ，ＺｈａｏＺＨ，ＺｈｏｕＧＭ．ＳｅｖｅｒｅｓｕｍｍｅｒｈｅａｔｗａｖｅａｎｄｄｒｏｕｇｈｔｓｔｒｏｎｇｌｙｒｅｄｕｃｅｄｃａｒｂｏｎｕｐｔａｋｅｉｎＳｏｕｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｐｏｒｔｓ，２０１６，６：１８８１３．［１１］㊀张鹏霞，叶清，欧阳芳，彭龙慧，刘兴平，郭跃华，曾菊平．气候变暖㊁干旱加重江西省森林病虫灾害．生态学报，２０１７，３７（２）：６３９⁃６４９．［１２］㊀黄晚华，杨晓光，李茂松，张晓煜，王明田，代姝玮，马洁华．基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近５８ａ演变特征．农业工程学报，２０１０，２６（７）：５０⁃５９．［１３］㊀黄晚华，隋月，杨晓光，代姝玮，李茂松．气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应．Ⅲ．基于降水量距平百分率的南方地区季节性干旱时空特征．应用生态学报，２０１３，２４（２）：３９７⁃４０６．［１４］㊀庄少伟，左洪超，任鹏程，熊光洁，李邦东，董文成，王利盈．标准化降水蒸发指数在中国区域的应用．气候与环境研究，２０１３，１８（５）：６１７⁃６２５．［１５］㊀张余庆，项瑛，陈昌春，危润初．赣江流域旱涝时空变化特征研究．气象科学，２０１５，３５（３）：３４６⁃３５２．［１６］㊀ＬｉｕＺＰ，ＷａｎｇＹＱ，ＳｈａｏＭＡ，ＪｉａＸＸ，ＬｉＸＬ．ＳｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｕｌｔｉｓｃａｌａｒｄｒｏｕｇｈｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｃｒｏｓｓｔｈｅＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｏｆＣｈｉｎａ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ，２０１６，５３４：２８１⁃２９９．［１７］㊀王林，陈文．标准化降水蒸散指数在中国干旱监测的适用性分析．高原气象，２０１４，３３（２）：４２３⁃４３１．［１８］㊀杨庆，李明星，郑子彦，马柱国．７种气象干旱指数的中国区域适应性．中国科学：地球科学，２０１７，４７（３）：３３７⁃３５３．［１９］㊀马彬，张勃，周丹，张耀宗，王国强，唐敏．基于标准化降水蒸散指数的中国东部季风区干旱特征分析．自然资源学报，２０１６，３１（７）：１１８５⁃１１９７．［２０］㊀李亮．ＣＩ指数及ＳＰＥＩ指数在长江中下游地区的适用性分析［Ｄ］．南京：南京信息工程大学，２０１５．［２１］㊀赵林，于家烁，薄岩，杨娇，李汉青．基于ＳＰＥＩ的湖北省近５２年干旱时空格局变化．长江流域资源与环境，２０１５，２４（７）：１２３０⁃１２３７．［２２］㊀ＬｉＢ，ＳｕＨＢ，ＣｈｅｎＦ，ＷｕＪＪ，ＱｉＪＷ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｒｏｕｇｈｔｉｎｃｈｉｎａｆｒｏｍ１９８２ｔｏ２００５．ＮａｔｕｒａｌＨａｚａｒｄｓ，２０１３，６８（２）：７２３⁃７４３．［２３］㊀王琼，张明军，王圣杰，骆书飞，汪宝龙，朱小凡．１９６２２０１１年长江流域极端气温事件分析．地理学报，２０１３，６８（５）：６１１⁃６２５．［２４］㊀刘珂，姜大膀．基于两种潜在蒸散发算法的ＳＰＥＩ对中国干湿变化的分析．大气科学，２０１５，３９（１）：２３⁃３６．［２５］㊀Ｖｉｃｅｎｔｅ⁃ＳｅｒｒａｎｏＳＭ，ＢｅｇｕｅｒíａＳ，Ｌóｐｅｚ⁃ＭｏｒｅｎｏＪＩ．Ａｍｕｌｔｉｓｃａｌａｒｄｒｏｕｇｈｔｉｎｄｅｘｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇ：ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｍａｔｅ，２０１０，２３（７）：１６９６⁃１７１８．［２６］㊀周丹，张勃，任培贵，张春玲，杨尚武，季定民．基于标准化降水蒸散指数的陕西省近５０ａ干旱特征分析．自然资源学报，２０１４，２９（４）：６７７⁃６８８．［２７］㊀魏凤英．现代气候统计诊断与预测技术（第二版）．北京：气象出版社，２００７：３７⁃３８．［２８］㊀徐建华．计量地理学．北京：高等教育出版社，２００６：４７⁃５７．［２９］㊀卢爱刚，葛剑平，庞德谦，何元庆，庞洪喜．４０ａ来中国旱灾对ＥＮＳＯ事件的区域差异响应研究．冰川冻土，２００６，２８（４）：５３５⁃５４２．［３０］㊀许武成，王文，马劲松，徐邓耀．１９５１２００７年的ＥＮＳＯ事件及其特征值．自然灾害学报，２００９，１８（４）：１８⁃２４．［３１］㊀中国气象局．ＱＸ／Ｔ３７０２０１７厄尔尼诺／拉尼娜事件判别方法．北京：气象出版社，２０１７．［３２］㊀王文举，崔鹏，刘敏，沈蕾，李鑫，秦鹏程．近５０年湖北省多时间尺度干旱演变特征．中国农学通报，２０１２，２８（２９）：２７９⁃２８４．［３３］㊀李翔翔，居辉，刘勤，李迎春，秦晓晨．基于ＳＰＥＩ⁃ＰＭ指数的黄淮海平原干旱特征分析．生态学报，２０１７，３７（６）：２０５４⁃２０６６．［３４］㊀沈国强，郑海峰，雷振锋．基于ＳＰＥＩ指数的１９６１２０１４年东北地区气象干旱时空特征研究．生态学报，２０１７，３７（１７）：５８８２⁃５８９３．［３５］㊀ＰｏｔｏｐＶ，ＭｏžｎｙᶄＭ，ＳｏｕｋｕｐＪ．ＤｒｏｕｇｈｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｔｖａｒｉｏｕｓｔｉｍｅｓｃａｌｅｓｉｎｔｈｅｌｏｗｌａｎｄｒｅｇｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｍｐａｃｔｏｎｖｅｇｅｔａｂｌｅｃｒｏｐｓｉｎｔｈｅＣｚｅｃｈＲｅｐｕｂｌｉｃ．ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＦｏｒｅｓｔＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，２０１２，１５６：１２１⁃１３３．［３６］㊀万日金，赵兵科，侯依玲．江南春雨的年际变率及其影响因子分析．高原气象，２００８，２７（增刊）：１１８⁃１２３．７６２６１７期㊀㊀㊀曹博㊀等：基于ＳＰＥＩ指数的长江中下游流域干旱时空特征分析㊀。

基于SPEI的鄱阳湖流域旱涝特征分析

Keywords
Poyanghu Basin, Drought and Waterlogging, SPEI
基于SPEI的鄱阳湖流域旱涝特征分析
李
1
斌1*，李
洁2
江西省景德镇市水文局，江西景德镇
作者简介：李斌，男，景德镇市水文局助工，研究方向为水文干旱。 * 通讯作者。
文章引用: 李斌, 李洁. 基于 SPEI 的鄱阳湖流域旱涝特征分析[J]. 水资源研究, 2016, 5(5): 488-494. /10.12677/jwrr.2016.55056
Open Access
பைடு நூலகம்
Abstract
In this study, the meteorological data of 12 meteorological stations from 1955 to 2014 in the Poyanghu basin were used to calculate the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) at different scales and analyze the application of SPEI in the basin. At the same time, drought and waterlogging distribution of time and space in Poyanghu basin was analyzed by SPEI index. Research results show that SPEI is confirmed to be applicable in Poyanghu basin. Precipitation increases in the 1990s which results in increasing flooding. SPEI decreases significantly and increases drought in the 2000s. In the 2010s, SPEI has a larger fluctuation, severe drought and heavy flooding disasters alternately. Drought in the Poyanghu basin shows an increasing trend in spring and autumn, while precipitation increases in summer. The droughts reduced after 1990s and unchanged in winter.

基于SPI模型的江汉平原旱涝分布及其变化规律的研究

基于SPI模型的江汉平原旱涝分布及其变化规律的研究邵进;李毅;宋松柏【期刊名称】《水文》【年(卷),期】2012(032)002【摘要】近年,江汉平原受旱涝灾害影响日趋严重.利用监利水文站1954～2010年的月降水资料并结合SPI模型对江汉平原的旱涝分布及其变化规律做了典型性分析和研究.结果表明:运用SPI模型分析得到的监利地区多时间尺度的旱涝分布及其变化规律与实际基本相符,即该地区旱涝灾害频繁且呈交替发生.将SPI模型应用于旱涝分布及其变化规律的研究具有很好的实用性.%In recent years, the Jianghan Plain has been affected more and more seriously by drought and waterlog. The monthly precipitation data of the Jianli Station from 1954 to 2010 were used to analyze the distribution and variation law of drought and waterlog in Jianghan Plain based on SPI. The results agree with the (act that Jianli is suffered with frequent droughts and waterlogs which happened alternately and SPI is suitable in studying the distribution and variation law of drought and waterlog.【总页数】6页(P34-39)【作者】邵进;李毅;宋松柏【作者单位】西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】P339【相关文献】1.基于SPI的鄱阳湖流域多尺度旱涝变化规律的研究 [J], 肖丽英2.基于SPI指数的近55 a淮河流域旱涝时空分布 [J], 姚海涛;颜雅琼;唐雪娇;孟韩春;王炽;张志林3.基于SPI的淮河流域旱涝时空分布特征研究 [J], 郭冬冬;郭树龙;李彩霞;周新国4.新疆地区不同时间尺度旱涝时空分布及其变化规律的研究 [J], 邵进;李毅5.基于SPI指数和CI指数的东北地区降水集中度与旱涝关系研究 [J], 张琪;张芯瑜;柳艺博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于SPI指数的近55年河南省干旱时空变化特征

化规律具有重要的现实意义。
１研究区概况
河南省地处中国中东部，界于１１０°２１′～１１６°３９′Ｅ和３１°２３′～３６°２２′Ｎ之间（图１），属暖温带和亚热带、湿润和半湿润的过渡气候，年均降水量５００～９００ｍｍ，由东南向西北逐渐减少［８］。地形总的趋势是西高东低，西北和西部为太行山、伏牛山，南部为桐柏山、大别山，东部为大平原，境内的主要水系有黄河、海河、淮河和长江四大水系。特殊的地理位置和地貌格局使得河南省旱灾频发、时空分布较为复杂。
收稿日期：２０１７－０９－０６基金项目：国家自然科学基金（编号：４１６７１０７２）；河南省高校重点科
研项目（编号：１５Ａ１７００１１、１５Ａ１８００５４）；河南省高等学校青年骨干教师培养计划（编号：２０１６ＧＧＪＳ－１３０）；河南省哲学社会科学规划项目（编号：２０１６ＣＪＪ０８２、２０１４ＣＪＪ０８７）；河南省教师教育课程改革项目（编号：２０１４－ＪＳＪＹＺＤ－０５１）；商丘师范学院青年骨干教师资助项目（编号：２０１３ＧＧＪＳ０８、２０１６ＧＧＪＳ１３）；河南省科技厅科技攻关项目（编号：１５２１０２３１０３５４、１４２３００４１０３０５）；商丘师范学院青年科研基金（编号：２０１１ＱＮ２０）。作者简介：李治国（１９７９—），男，山东禹城人，博士，副教授，主要从事资源环境与区域发展研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｚｈｉｇｕｏ９９９９９９＠１６３．ｃｏｍ。
江苏农业科学２０１８年第４６卷第１０期
— ２３７—
李治国，朱玲玲，张延伟，等．基于ＳＰＩ指数的近５５年河南省干旱时空变化特征［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（１０）：２３７－２４２．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．１０．０６０

基于SPEI指数的近53年河南省干旱时空变化特征_史本林

地理研究GEOGRAPHICAL RESEARCH 第34卷第8期2015年8月V ol.34,No.8August,2015基于SPEI 指数的近53年河南省干旱时空变化特征史本林1，朱新玉1，胡云川2，杨艳艳1（1.商丘师范学院环境与规划学院，商丘476000；2.商丘师范学院生命科学学院，商丘476000）摘要：干旱在中国发生较为频繁，对农作物的影响较大。

基于1961-2013年实测气象资料，利用标准化降水蒸散指数（SPEI ）定量分析了河南省不同时间尺度干旱发生频率和发生强度，揭示了该地区干旱发生的时空演变特征及干旱发生的原因。

结果表明：SPEI 值能较好地反映河南省干旱的变化特征；随着时间尺度的减小，SPEI 值波动幅度增加，干旱发生频率增加。

近53年河南省干旱发生频率总体呈上升趋势，且各地区之间分布不均匀。

周口地区发生频率最高，达35%以上；豫中和豫西地区最低，为26%左右。

四季中以春、夏两季干旱发生最为严重，其次为秋季，冬季最弱。

在年际变化方面，1966-1968年、1998-2000年和2011-2013年发生了大范围的持续干旱。

干旱发生强度呈现豫北和豫西偏东地区高，豫东和豫南北部地区低特点；干旱发生强度最强的地区为安阳，为22.18%，最弱的地区为驻马店，为16.60%。

关键词：SPEI ；干旱发生强度；气象干旱；气候变化；河南省DOI:10.11821/dlyj2015080121引言干旱是最常见、最复杂的自然灾害之一，影响范围广，通常持续数月甚至数年；给人类社会带来较大的影响，包括巨大的经济损失、粮食减产、饥荒和土地退化等[1-3]。

中国地处东亚季风区，由于地理条件和气候变化复杂，是国际上气候脆弱区之一，且气象灾害频发[4]。

随着气候暖干化日趋明显，旱灾呈显著增加趋势。

IPCC 第四、五次评估报告指出[5,6]，近百年全球地表温度上升0.56℃~0.92℃，气候变暖将会增加极端气象灾害发生的频率和强度，对农业生态系统的影响非常广泛。

基于SPEI的广西干旱时空变化特征分析

基于SPEI的广西干旱时空变化特征分析张景扬;卢远;李嘉力;华璀【摘要】以标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)作为干旱的评价指标,通过对1961-2013年广西地区87个气象站逐月降水量和平均气温的计算,得出各个站点不同尺度SPEI值,根据不同尺度SPEI值的变化规律、各个季节发生频率、空间分布、周期及变化趋势,分析广西干旱的时空变化特征.结果表明,受季风环流和地形分布影响,广西夏季发生干旱的概率较小,冬季普遍发生干旱,而春季和秋季干旱空间分布格局显著,桂西北地区和北部湾地区形成春季干旱格局,桂东北形成秋季干旱格局,且秋旱发生严重旱情的几率比春旱大.春旱区存在3 a、7 a和13a的周期变化,秋旱区存在2a、4a、7a 和17 a的周期变化,且均在21世纪进入干旱周期.【期刊名称】《云南地理环境研究》【年(卷),期】2015(027)006【总页数】10页(P15-24)【关键词】干旱;标准化降水蒸散指数(SPEI);广西;时空变化【作者】张景扬;卢远;李嘉力;华璀【作者单位】广西师范学院地理科学与规划学院,广西南宁530001;广西师范学院地理科学与规划学院,广西南宁530001;广西师范学院地理科学与规划学院,广西南宁530001;广西师范学院国土与测绘学院,广西南宁530001【正文语种】中文【中图分类】P467广西地处低纬度地区，属亚热带季风气候区。

受季风气候的影响，全区大部地区气候温暖，热量丰富，雨水丰沛，干湿分明。

但由于广西西北部紧靠云贵高原，东边为两广丘陵，南部面朝北部湾，四周多山地与高原，导致水汽来源不断受阻。

此外，广西岩溶分布面积广，在西部、中部和东北部的33个县市均有分布[1]，岩溶地区由于成土母岩大部分是石灰岩，土壤结构松散、保水能力差且多属降水偏少区域，旱情一般较为严重。

因受季风和地形地貌的共同影响，广西降雨量的时空分布很不均匀，使得广西旱情也呈现相似的时空规律。

基于SPEI的华东地区近30年干旱时空特

基于SPEI的华东地区近30年干旱时空特征分布研究袁小军1 徐亚军1 王柳松2 于晓光3（1.南通市测绘院有限公司，江苏南通 226006；2.河南省军区数据信息室，河南郑州 450003；3.32023部队，辽宁大连 116023 ）作者简介：袁小军（1987—），男，汉族，本科，工程师，从事测绘技术质量管理、测绘地理信息应用等工作。

E-mail：****************摘　要：干旱作为全球十大自然灾害之首，对人类社会生产造成的危害不容小觑，对干旱开展有效研究预测具有重要意义。

基于1990～2020年实测气象资料，利用标准化降水蒸散指数，采用经验正交函数分析法等分析检验方法，对比分析华东地区不同时间尺度旱涝趋势在时间和空间两个维度上的变化特征。

结果表明：（1）研究区干旱事件的发生频率呈南高北低的空间分布，但干旱强度在空间上呈北高南低分布；（2）不同时间尺度下研究区南北旱涝变化差异明显，北部地区呈干旱化趋势，而南部相反。

关键词：标准化降水蒸散指数；华东地区；时空分布；干旱；SPEI1 引言干旱是指在一定时间尺度内，由水分收支或水资源供需失衡而造成的缺水现象，通常伴有降水不足和气温升高现象。

当前，干旱已位列全球十大自然灾害之首，而未来的干旱在时长、规模、影响程度及频率上均会远超以往。

尽管通过节能减排降低室温气体排放可降低风险，但低水平的变暖仍能加剧全球大部分地区的干旱程度[1]，因此，干旱研究尤为重要。

干旱研究目前运用较多的指数主要有标准化降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）、帕默尔干旱指数（Palmer Drought Severity Index，PDSI）、标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）。

降水和温度均为干旱研究的重要因素。

SPI 具有多时间尺度特性，却未考虑温度带来的地表蒸散影响；PDSI 考虑了温度和降水的影响，却无法满足多尺度和重大干旱预测时效性要求；SPEI 指数在延续SPI 多时间尺度优点的前提下，综合考虑气温所带来的水分盈亏影响，满足干旱指数准确性研究，因此成为研究重点，被广泛应用于地区干旱检测、气温要素利用、气候变暖环境下的干旱变化趋势预测等领域。

汉江流域1961~2018年多尺度气象干旱时空演变特征

Spatial and Temporal Evolution of Multi-Scale Meteorological Drought in Hanjiang River Basinfrom 1961 to 2018作者：汪琳[1,2];舒章康[1,2];王国庆[1,2];彭涛[3,4];林青霞[3,4];周俊[5]作者机构： [1]南京水利科学研究院,江苏南京210029;[2]水利部应对气候变化中心,江苏南京210029;[3]三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌443004;[4]水资源安全保障湖北省协同创新中心,湖北武汉430072;[5]中国科学院国家空间科学中心,北京100000出版物刊名：长江流域资源与环境页码： 1649-1658页年卷期： 2021年第7期主题词：气象干旱;格点数据;时空演变;多尺度;汉江流域摘要：干旱是一种最常见的自然灾害,随着人类活动和气候变化的加剧,干旱事件的发生愈发频繁,对人类的生产生活产生了巨大影响.基于1961~2018年汉江流域0.25°×0.25°格点降水资料,选用标准化降水指数(SPI)定量分析了汉江流域的月尺度、季尺度、年尺度气象干旱的干旱趋势、干旱频率及干旱强度,揭示了汉江流域气象干旱发生的时空演变特征.结果表明:(1)SPI值能较好的反映汉江流域气象干旱变化特征,随着时间尺度的增加,SPI值波动幅度减小,稳定性增强.月、季、年尺度SPI序列的突变年份分别为1980、1988、1994年,季尺度和年尺度SPI序列分别表现出2和4年的显著周期性特征.(2)汉江流域自20世纪90年代以来呈现中部地区干旱化、东部和西部地区湿润化的趋势,干旱发生频率总体呈上升趋势,干旱强度呈现中部高,东西低的特征.其中丹江口水库附近区域和唐白河下游段呈显著干旱化趋势,丹江口以上区域干旱频率最高,干旱强度最大,轻旱、中旱事件频发.(3)各地区的季节性气象干旱特征具有一定差异性.丹江口以下地区秋旱趋势最显著,唐白河地区夏旱发生频率最高,且以轻旱、中旱事件为主,丹江口以上地区秋旱强度最高.。

基于SPI指数的白洋淀流域干旱演变特征分析

基于SPI指数的白洋淀流域干旱演变特征分析刘丛伟;胡珊珊;张涛;杨展【期刊名称】《水土保持研究》【年(卷),期】2022(29)6【摘要】为探究白洋淀流域在气候变化背景下的干旱时空演变特征,基于1979—2018年0.1°分辨率降水格点数据,采用年尺度和季节尺度的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI),结合Mann-Kendall趋势检验法研究了白洋淀流域干旱频次、干旱面积的时空演变特征。

结果表明:(1)研究区发生轻旱的频次最高,中旱、重旱、特旱发生的频次依序减少,春季和夏季是干旱频次发生较高的季节,但特旱主要分布在秋季和冬季。

(2)研究区年尺度下干旱程度呈不显著减缓趋势,干旱面积略有减少;春季和夏季干旱程度呈不显著增加趋势,干旱面积略有增加;秋季和冬季干旱程度呈显著减缓趋势,秋季干旱面积显著减少。

(3)轻旱和中旱在整个流域内分布广泛,下游平原区的发生频率高于上游山区,大清河山区的北部和西部以及流域的东南边缘是重旱和特旱的高发地带。

综上,白洋淀流域整体呈干旱缓和趋势,但春夏季干旱情况在未来可能会加重。

【总页数】7页(P254-259)【作者】刘丛伟;胡珊珊;张涛;杨展【作者单位】首都师范大学资源环境与旅游学院水资源安全北京实验室;自然资源部国土卫星遥感应用中心【正文语种】中文【中图分类】P426【相关文献】1.基于SPI/SPEI指数的汉江流域1961～2014年干旱变化特征分析2.基于SPI和HI的淮河上中游流域气象干旱特征分析3.基于标准化降水指数的淮河流域干旱演变特征分析4.基于SPI/SPEI指数的汉江流域1961~2014年干旱变化特征分析5.基于SPI指数的当前及未来中国东北地区干旱时空演变特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。