基于SPEI指数的河南省干旱变化研究

摘 要：基于河南省及周边区域的38个气象站点1986-2015年月降水量和平均气温数据，计算季尺度下的降水年蒸发力标准化干旱指数（SPEI），分析河南省干旱的季节特征。结果表明：1986-2015年河南省的SPEI值在季尺度上表现为缓慢湿润化。春夏秋冬四季节发生干旱年的频数为6年、6年、8年和7年，河南省极易发生干旱灾害，其中，轻微干旱发生频率最高，其后依次为中度干旱，严重干旱和极端干旱。在1986-2015年内，郑州出现干旱情况的概率性最大，洛阳发生干旱的频数最小。

关键词：干旱；河南省；降水年蒸发力标准化干旱指数；

干旱是一种常见的、繁杂的自然灾害，其维持周期长，发生频率高，影响程度深，成为提高植被生产力、维持生态系统安全和加快农业发展等的巨大绊脚石，阻碍了我国经济和社会的共同发展。2014年我国干旱范围广、程度深，导致出现严重的粮食损失和经济作物减产，直接引发的经济损失有910亿元。河南省是我国粮食供给大省，近年来，由于地形地貌、气候状况和人类活动等的综合影响，干旱普遍化和频繁化，对各区不同方向发展均产生了严重消极影响。关于河南省干旱化分析，胡实等通过估算在A1B，B1和A2三种情境下基于降水年蒸发力标准化干旱指数（SPEI）预估中国北方地区未来40年呈现干旱化倾向；陈少丹等利用SPEI指数定量分析了河南省不同时间尺度的干旱分布特征和强度，并认为河南省各地区干旱分布不均匀；唐侥等认为近60a河南省农业干旱频率呈轻微上升趋势，主要发生在秋冬两季。目前基于SPEI指数监测干旱的研究较普遍，但对于年内的干旱分析较少，因此，本研究基于SPEI指数分析了河南省1986-2015年的季尺度干旱情况，以此为河南省干旱监测预警和农业生产提供参考依据。

1 研究区概况

河南省位于黄河中下游、华北平原腹部，介于110°22′～116°38′E和31°23′～36°22′N间，面积16.7×104km2，属于北亚热带湿润气候和暖温带半湿润季风气候的过渡带，年平均降水量为600～1200mm，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，东部为广阔的平原，西南部是南阳盆地。省内主要水系有黄河水系、海河水系、淮河水系和长江水系。农作物以冬小麦和夏玉米为主，其次为水稻，各分区降水不均，旱涝灾害发生，更不利于作物产量提升。

2 研究方法与数据处理

2.1 数据来源

本文采用的气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//data.cma.cn/），统计了包含河南省及周边区域的38个气象站点的月尺度降水和平均气温数据，并对河南省1986-2015年的季尺度上降水年蒸发力标准化干旱指数进行计算。

2.2 研究方法

SPEI是根据降水量和潜在蒸散发的差值偏离平均状态的程度来计算研究区域的干旱状况，具有多时间尺度的优势，能都对不同时间尺度的旱涝情势进行比较。

Vicente-Serrano提出的SPEI计算过程如下：

1）计算逐月的降水与潜在蒸散发的插值

Di=Pi-PETi

式中Di为降水量与潜在蒸散量的差值，Pi为月降水，PETi是根据Penman-Monteith公式计算的月潜在蒸散量，Di、Pi和PETi单位均是mm。

2）计算不同时间尺度的水分盈亏累计序列

式中n是计算的次数，k是计算的时间尺度。

3）Di数据序列进行正态化。采用log-logistic概率密度函数分布对Di进行拟合，并求出累计函数

式中α、β和γ分别表示尺度参数、形状参数和起始参数，可通过线性矩的方法计算得到。f（x）是概率密度函数，F（x）是概率分布函数。

4）SPEI是通过对序列进行标准正态分布转换获得

P=1-F（x）

式中，常数C0=2.5155，C1=0.8029，C2=0.0103，d1=1.4328，d2=0.1893，d3=0.0013。

按照国家气象局制定的SPEI干旱等级划分标准对研究区的干旱等级进行分析（表1）。

采用干旱频率来表示研究区干旱发生的概率，公式如下：

Pi = （n/N） ×100%

式中，n为季时间尺度上干旱发生的次数，N是总研究月份数。

3 结果与分析

根据季尺度上降水年蒸发力标准化干旱指数的结果统计，1986-2015年河南省的干旱情况如表2：

由干旱发生概率统计结果表明，春夏秋冬四季节发生干旱年的频数为6年、6年、8年和7年，表明河南省极易发生干旱灾害，其中，轻微干旱发生频率最高（高于16%），其后依次为中度干旱（8%），严重干旱和极端干旱（3%）。在1986-2015年内，郑州出现干旱情况的概率性最大（30.20%），洛阳发生干旱的频数最小（22.59%）。同时，1986-2015年河南省的SPEI值在季尺度上表现为缓慢湿润化。

参考文献

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[6]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[J].大气科学，2015，39（1）：23-36.

作者简介

郑飞鸽（1993-），女，在读研究生，成都理工大学，生态遥感；