干旱监测指标方法及等级标准

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干旱监测指标方法及等级标准

干旱监测从不同层面具有多种监测方法和指标，本附件主要介绍8种干旱监测指标及其计算方法，其中最后两种方法为气象卫星遥感干旱监测处理方法和指标。目前在卫星遥感干旱监测业务中，使用的数据源为NOAA-16卫星AVHRR 数据，生成卫星遥感干旱监测产品的空间分辨率为1.1公里，监测周期为每旬一次。

1、 降水量（P ）和降水量距平百分率(Pa )

1.1 原理和计算方法

降水量距平百分率（Pa ）是指某时段的降水量与常年同期降水量相比的百分率：

%100⨯-=P

P P Pa …………………… (1) 其中P 为某时段降水量，P 为多年平均同期降水量，本标准中取1971～2000年30年气候平均值。

∑==n

i i P n P 11 (2)

其中i P 为时段i 的降水量，n 为样本数，30=n 。

1.2 等级划分

由于我国各地各季节的降水量变率差异较大，故利用降水量距平百分率划分干旱等级对不同地区和不同时间尺度也有较大差别，表1为适合我国半干旱、半湿润地区的干旱等级标准。

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表1 单站降水量距平百分率划分的干旱等级

等级 类型

降水量距平百分率(Pa )（%） （月尺度） （季尺度） （年尺度） 1

无旱 -50＜Pa -25≤Pa -15≤Pa 2

轻旱 -70＜Pa ≤-50 -50≤Pa ＜-25 -30≤Pa ＜-15 3

中旱 -85＜Pa ≤-70 -70＜Pa ≤-50 -40＜Pa ≤-30 4

重旱 -95＜Pa ≤-85 -80＜Pa ≤-70 -45＜Pa ≤-40 5 特旱 Pa ≤-95 Pa ≤-80 Pa ≤-45

2、标准化降水指数（SPI 或Z ）

2.1 原理和计算方法

标准化降水指数（简称SPI ）是先求出降水量Γ分布概率，然后进行正态标准化而得，其计算步骤为：

1）假设某时段降水量为随机变量x ，则其Γ分布的概率密度函数为：

β

γγβ/1)

(1)(x e x x f --Γ=，0>x …………………… (3) ⎰∞

--=Γ01)(dx e x x γγ (4)

其中：0>β，0>γ分别为尺度和形状参数，β和γ可用极大似然估计方法求得：

A

A 43/411ˆ++=γ …………………… (5) γβ

ˆ/ˆx = ........................ (6) 其中∑=-=n i i x n x A 1lg 1lg (7)

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式中i x 为降水量资料样本，x 为降水量多年平均值。

确定概率密度函数中的参数后，对于某一年的降水量0x ，可求出随机变量x 小于0x 事件的概率为：

⎰∞

=<00)()(dx x f x x P …………………… (8) 利用数值积分可以计算用（3）式代入（8）式后的事件概率近似估计值。

2）降水量为0时的事件概率由下式估计：

n m x P /)0(== (9)

式中m 为降水量为0的样本数，n 为总样本数。

3）对Γ分布概率进行正态标准化处理，即将（8）、（9）式求得的概率值代入标准化正态分布函数，即：

⎰∞

-=<02/0221

)(dx e x x P Z π (10)

对（10）式进行近似求解可得：

.1))(()(123012+++++-=t d t d t d c t c t c t S Z …………………… (11) 其中 21

ln P t =，P 为（8）式或（9）式求得的概率，并当

5.0>P 时，P P -=0.1，1=S ;当5.0≤P 时，1-=S 。

515517

.20=c ，802853.01=c ，010328.02=c ， 432788.11=d ，189269.02=d ，001308.03=d 。

由（11）式求得的Z 值也就是此标准化降水指数SPI 。

2.2 等级划分

由于标准化降水指标就是根据降水累积频率分布来划分干旱等级的，它反映了不同时间和地区的降水气候特点。其干旱等级划分标准具有气候意义，不同时段不同地区都适宜。

表2 标准化降水指数SPI的干旱等级

等级类型SPI值出现频率

1 无旱-0.5

2 轻旱-1.0

3 中旱-1.5

4 重旱-2.0

5 5%

5 特旱 SPI≤-2.0 2%

3、相对湿润度指数(

i

M)

3.1 原理和计算方法

相对湿润度指数是某时段降水量与同一时段长有植被地段的最大可能蒸发量相比的百分率，其计算公式：

E E

P M

i -

= (12)

式中：P为某时段的降水量，E为某时段的可能蒸散量，用FAO Penman-Monteith或Thornthwaite 方法计算，计算方法见参考文献[Allen Richard G., Luis S. Pereira, Dirk Raes and Martin Smith,1998. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements - FAO Irrigation and drainage paper 56, FAO ,Rome.]和[马柱国，符淙斌，2001. 中国

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