干旱指标研究现状与展望

陈小凤

干旱指标研究现状与展望

陈小凤

一、干旱的定义及分类

1.干旱的定义

国内外关于干旱的概念有很多，美国国家海洋和大气管理局认为干旱是在受影响区域一定时期内因非正常干燥产生长时间缺水，进而导致严重气候不平衡的现象。国际减灾战略机构认为干旱通常是指在一个季度或者更长时期内，由于降水严重缺少而产生的自然现象，同时也可能伴随高温、强风和低湿度等其他天气因素的发生，从而加重危害性。《旱情等级标准》对干旱的定义为：因降水减少，或入境水量不足，造成工农业和城乡居民生活以及生态环境正常用水需求得不到满足现象。尽管干旱定义各不相同，但基本内涵是一致的，即干旱都是一种长期缺水的自然现象。

2.干旱分类

通常将干旱分为四种类型：气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱。这四种干旱之间既相互联系亦存在区别。气象干旱是一种纯粹的气候异常现象，而农业、水文和社会经济干旱更多的是强调干旱会对人类活动造成影响。通常气象干旱发生更为频繁，农业、水文和社会经济干旱滞后于气象干旱。

二、干旱指标

干旱指标是描述干旱的基本工具，起着量度、对比和综合分析旱情的作用，是加强干旱监测、预测、预警和进一步开展旱灾研究的基础。虽然目前尚无一干旱指标能够描述所有类型干旱的特征，但各类干旱指标都在得到进一步的完善，其科学性和可操作性都在逐步提高。

1.气象干旱指标

气象干旱指在一个相对长的时期内，某一地区的蒸发量大于降水量，或者降水量异常偏少，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象。常用的指标有：降水量距平百分率、降水排频、连续无雨日数、湿润度与干燥度、标准化降水指数、Palmer干旱指数等。

（1）降水量距平百分率

降雨量距平百分率法是指某时段降水量与常年同期降水量相比的百分比，表示某一评定时段降水量与常年同期降水量的偏离程度，正值表示比常年值偏多的百分数，负值表示比常年偏少。优点是计算简单，其应用十分普遍；缺点是一方面该指标只考虑降水量，未考虑蒸发和下垫面状况，另一方面该方法暗含着将降水量当作正态分布来考虑，而实际上多年平均值一般并不是降水量长期序列的中位数。

（2）降水排频（重现期法）

干旱期间的降水频率，即旱灾重现期，是分析旱情严重程度的又一个尺度。通常采用三点适线法计算降水频率和重现期。降水排频采用某一频率对应的降水量作为平水年、枯水年、特枯水年。

（3）连续无雨日数

连续无雨日数是监测干旱的常用指标，指某一时段内连续无有效降雨的天数，其持续时间的长短可反映土壤含水量持续下降的程度和干旱持续的时间，不同地区对连续日数和有效降水量阈值的规定有所不同，一般来说，连续无有效降水持续时间越长，干旱越严重。

（4）湿润度和干燥度指标

降水量与蒸发能力之比称湿润度（蒸发量与降水量之比为干燥度），是一种水分收支的综合指标。该指标考虑了下垫面条件，但指标中的蒸发能力是指在充分供水条件下的土壤蒸散失量，不能反映作物的实际需水情况及土壤各时期的供水情况。

（5）标准化降水指数SPI和Z指数

SPI是指在计算出某时段内降水量的分布概率后，再进行正态标准化处理，最终用标准化降水累积频率分布来划分干旱等级。Z指数是用Person-Ⅲ型分布拟合某一时段的降水量，而后对降水量进行正态化处理，将概率密度函数Person-Ⅲ型分布转换为以Z变量的标准正态分布。Z指标只不过是在降水量的概率分布上用Person-Ⅲ型分布代替了正态分布，并没有抓住降水量年内分配不均等影响原因这一关键。

（6）Palmer指标（Palmer Drought SeverityIndex）

Palmer指标综合考虑降水、潜在蒸散、前期土壤湿度和径流，引入了水量平衡的原理，又考虑了供需关系，具有较好的时间、空间可比性，能够描述干旱形成、发展、减弱和结束的全过程。该指标最大贡献是首先提出了当前情况下的气候上适应降水量概念，以及用气候特征权重因子修正水分异常指标，使得各代表站之间、各月之间的干旱程度可以比较。

2.农业干旱指标

农业干旱指标是对农业干旱评价的一个标准，依据这个标准对干旱发生的强度做出定量评价，是指以植物体水分状况、土壤水分状况、植物冠层温度状况以及综合考虑植物、土壤、大气各种作用因素的一类干旱指标。

（1）土壤含水量指标

常用的土壤含水量指标有两种：一种是以作物不同生长状态下（正常、缺水、干旱等）土壤水分的实验数据作为判定依据，以实时监测的土壤含水率判定旱情。另外一种是用土壤水分消退模式来拟定旱情指标，根据农田水分平衡原理，计算各时段末的土壤含水量，预测农业干旱是否发生。目前一般认为当土壤相对含水率小于40%时，作物受旱严重，当土壤相对含水率为40%～60%时，作物呈现旱象，60%～80%时为作物生长的适宜土壤水分含量，当其值大于80%时，则表明土壤水分过多，其具体数值随作物类别、品种及生长阶段而变化。

（2）土壤湿度

土壤湿度一般以土壤水分重量占干土重的百分数来表示，也有以土壤水分的容积占土壤总体积的百分数来表示。用它作干旱指标时，干旱程度一般可界定为：不同深度土壤相对湿度Sd满足Sd＜60%、Sd＜50%、Sd＜40%时的干旱程度分别为轻旱、中旱、大旱。

（3）供需水比例指标

该指标考虑了多种水分因素对作物干旱的影响，综合考虑了水量平衡的各个因素，并与农作物需水量相关联，但是有些因素在不同时段、不同区域较难计算，在推广应用上造成了很大的困难。

（4）土壤有效水分指标

土壤某一层中存储的能被植物根系吸收的水分叫土壤有效水分存储量S，当S小到一定程度植物就会发生凋萎，因此可以用它来反应土壤的缺水程度及评价农业旱情。

3.水文干旱指标

水文干旱指由于降水的长期短缺而造成某段时间内，地表水或地下水收支不平衡，出现水分短缺，使河流流量、地表水、水库蓄水和湖水减少。在各种干旱中形式中，水文干旱的出现是最慢的。

（1）年径流系数

该指标是年径流深与年降水量的比值，反映在降水量中有多少水变成了径流。若降水量大部分消耗于蒸发和下渗，则径流系数小。径流系数的大小与自然地理区的干湿程度有很大关系。

（2）地表供水指数SWSI

SWSI指数是以积雪、径流量、降水、水库蓄水量为因子，能代表不同水文年的供水条件，用于弥补PDSI在大变化的地形、积雪、滞后流失等方面的不足。该指数的不足之处是当数据源发生变化或是供水发生变化时，整个指数需要重新计算，因为要考虑每个因子概率分布的变化与权重变化，其指数对每一个流域而言唯一，不同流域或不同区域之间的SWSI指数无可比性。

（3）水文干旱指数PHDI

PHDI是PDSI的一种改进，用于评价长期土壤湿度异常对径流、地下水、蓄水量的影响。PHSI与PDSI都使用观测的土壤含水量占需求含水量的比率来定义干旱结束点，区别在干旱结束点的计算。PDSI认为当水分条件开始不断变化直到缺水消失时干旱结束；PHDI则认为水分短缺完全消失时干旱结束。

其他常用的水文干旱指标还有河道来水量距平百分率、水库蓄水量距平百分率、地下水埋深下降值等。

4.社会经济干旱指标

社会经济干旱是指由自然系统与人类社会经济系统中水资源供需不平衡所造成的水资源短缺现象，社会经济干旱是最复杂也是抗御难度最大的一种干旱形式。社会经济干旱指标主要评估由于干旱所造成的经济损失，常与一些经济商品的供需联系在一起，如建立降水、径流和粮食生产、发电量、航运、旅游效益以及生命财产损失等关系。

三、干旱指标体系

据世界气象组织统计，目前世界各国应用的干旱指标有55种之多，但是没有一种指标可以用来描述多种类型的干旱，因此在评价某一区域旱情时要建立干旱指标体系，以弥补单一干旱指标评价的不足。干旱指标体系的建立一般有包括以下四个步骤：（1）选取区域内常用的或者评价效果较好的干旱评价指标组成干旱评价指标体系；（2）收集区域历史干旱资料和长系列的水文、气象、农业等观测资料进行分析；（3）划分干旱评价指标体系不同等级标准，并确定轻度干旱、中度干旱、严重干旱及特大干旱对应的干旱指标的临界值，并通过分析历史资料进行检验与核准；（4）确定区域干旱评价指标体系中各干旱指标对应的四种干旱等级的区间范围。

四、总结与展望

针对干旱指标研究现状，提出以下四点建议与展望：（1）目前国内的干旱监测站点分布不均，有些地区缺乏站点或者站点偏少，干旱监测站点的布设要充分利用现有的水文、气象及土壤墒情监测站点，尽量减少或避免监测盲区的出现；（2）遥感用于监测旱情将会是今后干旱监测的发展趋势，日常干旱监测中可采用传统的站网监测与遥感等新技术相结合；（3）建立干旱指标时要考虑区域气候特点、作物种植、土壤类型，要具有实用性与可操作性；（4）为弥补单一干旱指标的不足之处，选取多个干旱指标建立干旱指标体系已成为建立干旱预测预警系统的发展趋势■

（作者单位：水利水资源安徽省重点实验室安徽省·水利部淮委水利科学研究院233000）

（专栏编辑：张婷）