基于標準化降水蒸散指數的鞍山地區干旱特征分析

徐慶喆 張曉輝 朱明宇 戰莘曄

摘 要 利用鞍山地區4個國家氣象站月降水與氣溫數據，計算了4個時間尺度的標準化降水蒸散指數（SPEI），并對鞍山地區干旱特征進行了分析。結果表明：鞍山地區干旱發生的頻次逐年增多，尤其在1997—2010年及2013年之后，干旱最嚴重時段為2015年前后;4站中岫巖站和臺安站干旱發生頻次較多，鞍山站最少;從季節干旱情況來看，鞍山地區冬旱發生的頻次最多，夏旱最少。研究結果可為制定應對未來氣候變化措施提供科學依據，為干旱的應對和防御提供借鑒。

關鍵詞 干旱;標準化降水蒸散指數（SPEI）;鞍山地區

中圖分類號：S342.1 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.29.080

干旱是全球范圍內發生的最常見的一種自然災害，對經濟發展和社會生活的影響之大、范圍之廣、持續之久、危害之深都超過了其他的自然災害[1]。近年來，已有許多學者對干旱的分布特征及其成因進行了深入的研究[2-4]。

常用的旱澇指標有許多，其中標準化降水蒸散指數（SPEI）采用Γ分布概率來描述降水量的變化，其計算簡單，可消除降水的時空差異，對干旱變化反應敏感，能很好地反映不同區域和時段的干旱狀況。

鞍山市位于遼寧省中部，屬溫帶大陸性季風氣候，地形復雜，東南高西北低，東南屬于千山山脈。受地理位置和季風進退的影響，各類氣候災害發生頻繁，尤其是旱澇災害持續時間長、影響范圍廣。干旱對鞍山地區農業生產帶來巨大影響，所以本文利用標準化降水蒸散指數對鞍山地區干旱特征進行研究，這對有效預防及應對干旱、削弱旱災影響、促進農業持續發展具有重要意義。

1 資料和研究方法

1.1 資料

使用鞍山地區4個國家氣象站（鞍山站、臺安站、海城站和岫巖站）1959—2017年的月降水與氣溫數據。

1.2 研究方法

標準化降水蒸散指數以降水量與蒸散量的差值來表示水分的虧缺，且有多種時間尺度，適合月尺度以上相對于當地氣候狀況的干旱監測與評估，其具體計算方法可參考文獻[5]。本文分別計算鞍山地區4個國家站的SPEI值（分別以1、3、6、12個月為時間尺度）并取4站均值來研究鞍山地區干旱特征，SPEI指數干旱等級分級如表1所示。

2 結果與分析

2.1 SPEI指數的時間變化特征

2.1.1 不同時間尺度的SPEI變化特點

不同時間尺度的SPEI可用于監測不同類型的干旱，4個時間尺度的SPEI值分別記為SPIE1、SPIE3、SPIE6、SPI1E2。從圖1可以看出，由于受短時間降水的影響較大，短時間尺度的SPEI值頻繁在0上下波動;隨著時間尺度變大，SPEI值受短時間降水的影響逐漸變小，變化比較緩慢，周期性更明顯，可以清楚地看出長期的旱澇趨勢變化特征。

1963年，SPEI1顯示鞍山地區發生了中旱，SPEI3顯示發生了重旱，SPEI6顯示發生了特旱，而SPEI12表明并未發生干旱，這說明，不同時間尺度的SPEI值所表現出的干旱等級不同，但4個時間尺度折線的大體變化趨勢是相同的。SPEI1和SPEI3顯示鞍山地區2000年中發生了干旱，SPEI6顯示2000年末發生干旱，而SPEI12顯示2000年末至2001年中發生了干旱，這說明隨著時間尺度的增加，干旱的起始時間和終止時間相應延后，且干旱時段越來越連續，造成這種現象的原因是前期降水變化對干旱的累積影響。

2.1.2 干旱的年際和年代際變化特征

相關研究表明，12個月時間尺度的SPEI值能更好地評價干旱的年際和年代際變化，故本文使用SPEI12來分析鞍山地區干旱的年際和年代際變化。從干旱發生的頻率來看，鞍山地區約2～5年就會發生1次干旱，且在2000年之后明顯增多，尤其在1997—2010年及2013年之后，且干旱最嚴重時段出現在2015年前后。鞍山地區發生干旱的主要年份有：1965—1966年、1968—1969年、1978—1980年、1989—1990年、1992—1994年、1997—2010年、2013—2017年。

2.2 SPEI指數各等級干旱發生的頻次

本研究統計了鞍山地區各站各級干旱在1959—2017年發生的頻次（月數），從中可以發現，各站較輕等級干旱發生的頻次更多。從干旱總頻次來看，岫巖站和臺安站干旱發生頻次較多，鞍山站最少;鞍山站和海城站的干旱發生頻次隨著時間尺度的增加而減少;臺安站SPEI6干旱頻次最多，SPEI3干旱頻次最少;岫巖站則是SPEI12干旱頻次最多，SPEI3干旱頻次最少。鞍山站和岫巖站輕旱發生的頻次相對于其他兩站較多，臺安站最少;臺安站中旱和重旱發生頻次均為最多，鞍山站中旱頻次最少，海城站重旱頻次最少;特旱頻次最多的站為鞍山，最少的站為臺安。

2.3 干旱的季節特征

由于3個月時間尺度的SPEI能夠較好地反映出干旱的季節變化狀況，本文應用SPEI3來分析干旱的季節特征。對季節的劃分方法為：春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12—2月。

結果表明，鞍山地區冬旱發生的頻次最多，為60次;其次為春旱，為56次;發生頻次最少的為夏旱，僅有49次，這也符合溫帶大陸性季風氣候的特點。從各干旱等級來看，輕旱發生的頻次為冬旱最多，夏旱頻次最少;中旱發生頻次最多的為夏季，最少的為春季;重旱發生的頻次為春季最多，夏季次之;而特旱僅在春季和夏季出現過3次。

從各個站點來看，鞍山站冬旱頻次最多，其次為秋旱;臺安站秋旱出現的頻次最多，其次為冬旱，海城站夏旱出現的頻次最多，其次為冬旱;岫巖站春旱出現的頻次最少，其余季節干旱出現頻次相同。

3 結論與討論

3.1 結論

本文利用鞍山地區4個國家氣象觀測站月降水與氣溫數據，計算了4個時間尺度的標準化降水蒸散指數，并利用該指數對鞍山地區干旱特征進行了分析，得出以下3點主要結論：1）鞍山地區干旱發生的頻率隨時間變化逐年增多，且均在1997年之后明顯增多，尤其在1997—2010年及2013年之后，干旱最嚴重時段為2015年前后;2）各站等級較輕的干旱發生頻次都要多于等級較重干旱發生的頻次，從干旱總頻次來看，岫巖站和臺安站干旱發生頻次較多，鞍山站最少;3）鞍山地區冬旱發生的頻次最多，為60次，其次為春旱，為56次，發生頻次最少的為夏旱，僅有49次，各站季節干旱發生頻次有差異。

3.2 討論

標準化降水蒸散指數能準確衡量鞍山地區各時段的旱澇狀況，其計算結果也比較準確，能夠從多個時間尺度評價鞍山地區的干旱狀況，研究結果可為制定應對未來氣候變化措施提供科學依據，以期為干旱的應對和防御提供借鑒。但其中還存在一些不足之處，其計算結果還有待與其他干旱指數的計算結果進行比較，進而更好地對鞍山地區干旱特征進行評價。

參考文獻：

[1] 陳曉楠，段春青，劉昌明，等.基于兩層土壤計算模式的農業干旱風險評估模型[J].農業工程學報，2009，25（9）：51-55.

[2] 翟盤茂，鄒旭愷.1951—2003年中國氣溫和降水變化及其對干旱的影響[J].氣候變化研究進展，2005，1（1）：16-18.

[3] 高西寧，徐慶喆，叢俊霞，等.基于標準化降水指數的遼寧省近54年干旱時空規律分析[J].生態環境學報，2015，24

（11）：1851-1857.

[4] 黃晚華，楊曉光，李茂松，等.基于標準化降水指數的中國南方季節性干旱近58a演變特征[J].農業工程學報，2010，

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[5] 孫濱峰，趙紅，王效科.基于標準化降水蒸發指數（SPEI）的東北干旱時空特征[J].生態環境學報，2015，24（1）：22-28.

（責任編輯：趙中正）