基于标准化降水蒸散指数的鞍山地区干旱特征分析
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摘 要 利用鞍山地区4个国家气象站月降水与气温数据，计算了4个时间尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI），并对鞍山地区干旱特征进行了分析。结果表明：鞍山地区干旱发生的频次逐年增多，尤其在1997—2010年及2013年之后，干旱最严重时段为2015年前后;4站中岫岩站和台安站干旱发生频次较多，鞍山站最少;从季节干旱情况来看，鞍山地区冬旱发生的频次最多，夏旱最少。研究结果可为制定应对未来气候变化措施提供科学依据，为干旱的应对和防御提供借鉴。
关键词 干旱;标准化降水蒸散指数（SPEI）;鞍山地区
中图分类号：S342.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.29.080
干旱是全球范围内发生的最常见的一种自然灾害，对经济发展和社会生活的影响之大、范围之广、持续之久、危害之深都超过了其他的自然灾害[1]。近年来，已有许多学者对干旱的分布特征及其成因进行了深入的研究[2-4]。
常用的旱涝指标有许多，其中标准化降水蒸散指数（SPEI）采用Γ分布概率来描述降水量的变化，其计算简单，可消除降水的时空差异，对干旱变化反应敏感，能很好地反映不同区域和时段的干旱状况。
鞍山市位于辽宁省中部，属温带大陆性季风气候，地形复杂，东南高西北低，东南属于千山山脉。受地理位置和季风进退的影响，各类气候灾害发生频繁，尤其是旱涝灾害持续时间长、影响范围广。干旱对鞍山地区农业生产带来巨大影响，所以本文利用标准化降水蒸散指数对鞍山地区干旱特征进行研究，这对有效预防及应对干旱、削弱旱灾影响、促进农业持续发展具有重要意义。
1 资料和研究方法
1.1 资料
使用鞍山地区4个国家气象站（鞍山站、台安站、海城站和岫巖站）1959—2017年的月降水与气温数据。
1.2 研究方法
标准化降水蒸散指数以降水量与蒸散量的差值来表示水分的亏缺，且有多种时间尺度，适合月尺度以上相对于当地气候状况的干旱监测与评估，其具体计算方法可参考文献[5]。本文分别计算鞍山地区4个国家站的SPEI值（分别以1、3、6、12个月为时间尺度）并取4站均值来研究鞍山地区干旱特征，SPEI指数干旱等级分级如表1所示。
2 结果与分析
2.1 SPEI指数的时间变化特征
2.1.1 不同时间尺度的SPEI变化特点
不同时间尺度的SPEI可用于监测不同类型的干旱，4个时间尺度的SPEI值分别记为SPIE1、SPIE3、SPIE6、SPI1E2。从图1可以看出，由于受短时间降水的影响较大，短时间尺度的SPEI值频繁在0上下波动;随着时间尺度变大，SPEI值受短时间降水的影响逐渐变小，变化比较缓慢，周期性更明显，可以清楚地看出长期的旱涝趋势变化特征。
1963年，SPEI1显示鞍山地区发生了中旱，SPEI3显示发生了重旱，SPEI6显示发生了特旱，而SPEI12表明并未发生干旱，这说明，不同时间尺度的SPEI值所表现出的干旱等级不同，但4个时间尺度折线的大体变化趋势是相同的。SPEI1和SPEI3显示鞍山地区2000年中发生了干旱，SPEI6显示2000年末发生干旱，而SPEI12显示2000年末至2001年中发生了干旱，这说明随着时间尺度的增加，干旱的起始时间和终止时间相应延后，且干旱时段越来越连续，造成这种现象的原因是前期降水变化对干旱的累积影响。
2.1.2 干旱的年际和年代际变化特征
相关研究表明，12个月时间尺度的SPEI值能更好地评价干旱的年际和年代际变化，故本文使用SPEI12来分析鞍山地区干旱的年际和年代际变化。从干旱发生的频率来看，鞍山地区约2～5年就会发生1次干旱，且在2000年之后明显增多，尤其在1997—2010年及2013年之后，且干旱最严重时段出现在2015年前后。鞍山地区发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指数各等级干旱发生的频次
本研究统计了鞍山地区各站各级干旱在1959—2017年发生的频次（月数），从中可以发现，各站较轻等级干旱发生的频次更多。从干旱总频次来看，岫岩站和台安站干旱发生频次较多，鞍山站最少;鞍山站和海城站的干旱发生频次随着时间尺度的增加而减少;台安站SPEI6干旱频次最多，SPEI3干旱频次最少;岫岩站则是SPEI12干旱频次最多，SPEI3干旱频次最少。鞍山站和岫岩站轻旱发生的频次相对于其他两站较多，台安站最少;台安站中旱和重旱发生频次均为最多，鞍山站中旱频次最少，海城站重旱频次最少;特旱频次最多的站为鞍山，最少的站为台安。
2.3 干旱的季节特征
由于3个月时间尺度的SPEI能够较好地反映出干旱的季节变化状况，本文应用SPEI3来分析干旱的季节特征。对季节的划分方法为：春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12—2月。
结果表明，鞍山地区冬旱发生的频次最多，为60次;其次为春旱，为56次;发生频次最少的为夏旱，仅有49次，这也符合温带大陆性季风气候的特点。从各干旱等级来看，轻旱发生的频次为冬旱最多，夏旱频次最少;中旱发生频次最多的为夏季，最少的为春季;重旱发生的频次为春季最多，夏季次之;而特旱仅在春季和夏季出现过3次。
从各个站点来看，鞍山站冬旱频次最多，其次为秋旱;台安站秋旱出现的频次最多，其次为冬旱，海城站夏旱出现的频次最多，其次为冬旱;岫岩站春旱出现的频次最少，其余季节干旱出现频次相同。
3 结论与讨论
3.1 结论
本文利用鞍山地区4个国家气象观测站月降水与气温数据，计算了4个时间尺度的标准化降水蒸散指数，并利用该指数对鞍山地区干旱特征进行了分析，得出以下3点主要结论：1）鞍山地区干旱发生的频率随时间变化逐年增多，且均在1997年之后明显增多，尤其在1997—2010年及2013年之后，干旱最严重时段为2015年前后;2）各站等级较轻的干旱发生频次都要多于等级较重干旱发生的频次，从干旱总频次来看，岫岩站和台安站干旱发生频次较多，鞍山站最少;3）鞍山地区冬旱发生的频次最多，为60次，其次为春旱，为56次，发生频次最少的为夏旱，仅有49次，各站季节干旱发生频次有差异。
3.2 讨论
标准化降水蒸散指数能准确衡量鞍山地区各时段的旱涝状况，其计算结果也比较准确，能够从多个时间尺度评价鞍山地区的干旱状况，研究结果可为制定应对未来气候变化措施提供科学依据，以期为干旱的应对和防御提供借鉴。但其中还存在一些不足之处，其计算结果还有待与其他干旱指数的计算结果进行比较，进而更好地对鞍山地区干旱特征进行评价。
参考文献：
[1] 陈晓楠，段春青，刘昌明，等.基于两层土壤计算模式的农业干旱风险评估模型[J].农业工程学报，2009，25（9）：51-55.
[2] 翟盘茂，邹旭恺.1951—2003年中国气温和降水变化及其对干旱的影响[J].气候变化研究进展，2005，1（1）：16-18.
[3] 高西宁，徐庆喆，丛俊霞，等.基于标准化降水指数的辽宁省近54年干旱时空规律分析[J].生态环境学报，2015，24
（11）：1851-1857.
[4] 黄晚华，杨晓光，李茂松，等.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[J].农业工程学报，2010，
26（7）：50-59.
[5] 孙滨峰，赵红，王效科.基于标准化降水蒸发指数（SPEI）的东北干旱时空特征[J].生态环境学报，2015，24（1）：22-28.
（责任编辑：赵中正）
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