论文总字数：15053字

目 录

1引言 1

1.1研究目的与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1干旱指数国内外研究进展 1

1.2.2西北干旱地区的干旱指数研究进展 2

1.3尚存问题 3

2研究数据与方法 3

2.1研究数据 3

2.2研究方法 4

2.2.1降水距平百分率 4

2.2.2 Mann-Kendall趋势检验法 4

3结果与讨论 5

3.1西北地区降水的时空分布 5

3.1.1西北地区降水量的空间变化 5

3.1.2西北地区降水量的MK趋势检验 5

3.2西北地区干旱的时空分布 7

3.2.1西北地区干旱的年际变化 7

3.2.2西北干旱的空间分布 8

3.2.3西北干旱倾向率的空间变化 10

3.2.4西北干旱的线性趋势变化 12

4结论与展望 14

参考文献 15

致谢 17

1961-2014年我国西北地区降水变化特征及干旱趋势分析

卜凡

, China

Abstract: According to the observed data of 141 meteorological stations in Northwest China during 1961-2014, calculate the precipitation anomaly percentage and MK inspection trend, analysis the change characteristics and time-space distribution of precipitation and drought. Results show that: (1) In the past 54 years, the precipitation in northwest China showed a increasing trend, and it had a decreasing trend from southeast to northwest. (2) In the past 54 years, the number of drought in Northwest China had a process from increasing to reduction. During1961 to 1990s the trend was downward, but after 1990s, the trend began to steadily rise and kept at a high level. (3) As for spatial distribution, the total number of drought in east is less than west, and the trend is reduced from east to west, and each level drought had different distributions, light drought was more and stable, and the severer drought was less and decreasing, the same as the total drought trend.

Key words: Precipitation; Drought; Northwestern China; Spatial and temporal distribution

1引言

1.1研究目的与意义

干旱是最常见的自然灾害，全球每年因干旱造成的损失远超其他气象灾害。据统计，20世纪以来，我国年均因为干旱造成的粮食损失达3728.4吨[1]，2012年我国干旱造成作物受灾面积为6010万亩，2014年我国干旱造成直接经济总损失达910亿元。干旱不仅对农作物和国民经济有影响，还对城乡居民饮用水安全和生态环境安全有严重威胁，其中，2014年河南遇63年来最严重旱情，逾24万人吃水困难，云贵地区多年连旱，对人民生产生活造成极大影响。由此可见，在全球气候变暖和人为因素的共同影响下，干旱对农业生产生活和粮食安全的威胁愈加突出，干旱灾情也呈明显增加趋势。

我国西北地区主要是干旱或半干旱气候区，降水少且不稳定，深处亚欧地区内部，是北半球同纬度地区降水最少的地区，也是我国降水最少的地区。西北地区地形复杂多样，盆地与山地和平原相互夹杂，导致各地区之间气候差异大。在全球气候变暖[2]的趋势下，我国西北地区干旱问题也亟需解决。而降水又是对干旱产生最直接的影响，因此本文对西北地区降水的变化特征进行分析，并对目前国内外干旱指数的不同种类研究进行总结，针对我国西北地区干旱已取得的研究成果，对我国西北地区近年来的降水变化特征和干旱时空特征，及干旱变化趋势等几个方面展开论述。

1.2国内外研究现状

1.2.1干旱指数国内外研究进展

干旱研究中的基础问题之一是干旱指数。目前，国内外干旱指数很多，干旱指数可从研究的单一或综合气象因素类型，大致分为气象指标、土壤水分指标、作物生理指标以及综合指标4类。其中，在中国应用最多的干旱指数是降水量标准差和降水距平百分率。

在分析华北地区干旱时，卫捷等[3]用Palmer干旱指数，并指出PDSI指数综合考虑了多种干旱因子和水分平衡方程，对我国旱涝过程有很好的指示意义。在对陕甘宁农区进行研究时，刘明[4]利用PDSI研究发现PDSI变化趋势分布与作物减产的空间分布格局大致相同。王劲松[5]指出K干旱指数能对甘肃省2008年春季，伏期以及秋季前期的干旱监测有很好的监测作用。在对西南地区农业旱情研究中，何俊琦[6]分析发现Z指数定义的冬半年气象干旱比PDSI指数和SPI指数更优。王东等[7]基于标准化降水蒸散指数（SPEI），从干旱年际变化趋势、四季变化趋势、干旱强度、干旱事件频次、干旱频率以及与ENSO的关系。

安顺清等[8]基于中国气候特征修正了蒸散模型和土壤常数值,建立了CI干旱指数，CI指数的负值越大，即干旱越严重。史继清[9]基于CI的研究发现1970-2007年河北的各月干旱指数趋势不显著，有季节性特征，春旱和冬旱严重，秋旱其次，夏旱最轻。包云轩等[10]在分析了江苏省近50年干旱的时空特征，以及江苏省各地区干旱发生的频率、范围和强度时，选择了气象干旱复合指数（CI）。段莹等[11]研究江淮流域计算了SPEI、CI及PDSI指数，指出三种干旱指数都能较好地描述出江淮流域春季及秋冬连旱过程，但对冬旱的表征不够理想。其中，PDSI指数对干旱的范围、发展有较好的描述性，但缺乏敏感性，月尺度的SPEI指数较为灵敏但仅依赖单一的降水量的变化，缺乏对干旱持续性的描述，在冬季旱区有差异，而季尺度的SPEI指数对初始时间有所滞后且表现多为偏旱；CI指数能够有效监测干旱的发生和发展过程，但是如果干旱发展过快或旱情偏重，尤其是在冬季的干旱监测中，对干旱解除时间的描述有所滞后。

黄强[12]参考标准化指数的计算模式，结合水分收入和衰退物理模型改进计算了有效降水指数WAP，称为SWAP，研究表明，SWAP能反映一个地区的短时间内的旱涝情况，能清晰地由点及面的描述干旱的发生过程，消除降水季节和区域的影响。龙贻东等[13]用适用于旬以上尺度的干旱评估指数，相对湿润度指数（M）同时综合降水与需水要素，研究发现川中丘陵区不同季节干旱频率和强度存在显著差异，春冬季的干旱频率和强度比夏秋季要强烈，及春旱与冬旱时空上的变化规律和演变周期。吴琼[14]使用气象干旱监测业务中的气象干旱综合监测指数（MCI），还有王志伟等[15]利用Z指数作为旱涝等级划分标准计算了干旱范围。闫桂霞[16]提出的DI是结合了PDSI和SPI指数，在区域干旱受旱、成灾范围及河道径流的丰枯状况时有较好表征。

在干旱指数的国外研究中，首先提到的是作为干旱指数发展史上的里程碑的PDSI指数，美国州政府就是依据PDSI指数来启动干旱救助计划的。后来Dai等[17]基于降水和温度资料建立了Dai-PDSI指数，Wells基于PDSI指数建立了时空性更高的SC-PDSI[18]指数，Kingtse简化土壤水分模型，建立了帕默尔修正干旱指数。Cook等[19]利用327个树轮年表，重建的亚洲季风区干旱图集（MADA-PDSI）对中国西北干湿度变化的描述是可靠的。利用PDSI指数对北美[20]的地区干旱研究指出，ENSO对北美尤其是南部地区有较大潜在影响。有研究学者用PDSI指数并结合利用DMS监测技术对印度[21]和美欧国家进行干旱分析。

McKee等建立的标准化降水指数（SPI）仅考虑降水概率，忽视了蒸散的影响，仅能较好反应干旱强度和持续时间。2010年西班牙科学家Vicente Serrano又在其基础上，提出了标准化降水蒸散发指数（SPEI）。有研究利用有效干旱指数（EDI）对韩国[22]历史上的干旱进行时空周期和强度分析。还有学者在日本[23]的干旱周期的研究中用了EDI指数。其中，有研究指出SPEI与SPI能对南韩[24]的短期干旱监测也有显著效果。

1.2.2西北干旱地区的干旱指数研究进展

在研究我国西北的干旱状况时，诸多学者对干旱指数做了大量的研究和修正。其中，吴爱敏^[25]表明Palmer指数和降水距平有较好对应。龙治平^[26]基于PDSI指数与树木年轮重建的帕尔默干旱指数（MADA-PDSI）研究发现西北东部干旱化趋势明显。王芝兰^[27]对比SPI指数与SPEI指数，分析指出SPEI较好地表征西北地区东部的干旱强度及干旱范围。SPEI与SPI在不同时间尺度下的波动变化相同，短时间尺度主要表现为年内或季节特征，长时间尺度则侧重表现年际或年代际特征。陈斐等^[28]利用SPEI对西北地区春旱进行分析，表明春旱有增强趋势，且时空规律明显。

张天峰等^[29]分在析中国西北地区秋季降水和蒸发，以及干旱指数的空间分布与时间演变等特征时，把季降水量和蒸发量作为干旱指标。杨小利^[30]结合Z指数与PDSI指数建立了对干旱监测有明显意义的气象干旱指数。杨建玲等^[31]采用国家干旱标准综合干旱指数CI，分析了西北地区东部不同级别干旱日数在各个季节的时空分布和变化趋势，分别从四季研究干旱变化趋势，指出冬季干旱有减轻趋势，而南部干旱化趋势比北部更显著。

1.3尚存问题

首先，尚未有统一完善的干旱定义标准。针对全球不同地区，气候分布的明显差异，尤其是降水分布的复杂性,全球的地理特征与地表性质显著差异，外加干旱发生机制的复杂性，因此，受多重因素共同影响，划分干旱定义与选择干旱指数就会十分复杂。西北地区的气候和地形地貌特征较复杂,山地与平原和盆地夹杂，绿洲与沙漠共存。加之西北地区面积辽阔，气象站点分布不是非常均匀，不能对西北地区有全面的覆盖，因此在气象资料的收集和监测上有较大难度。由于近年全球气候异常，气候变暖趋势加重,干旱灾害发生的频率上升,西北干旱问题更是吸引了国内外学者的目光。亟需研究对西北地区的干旱状况有针对性分析的干旱指数，并对西北地区的干旱在时空变化和趋势分析上，及干旱监测和干旱评估做出决策性意义的干旱指数。

2研究数据与方法

2.1研究数据

（1）研究区域气象数据是利用西北地区1961-2014年141个测站的逐日基本气象资料，包括降水量（mm），日平均气温（℃）等，在计算处理前，对气象数据中的降水量进行缺测订正与插补。

（2）研究区域地理数据是西北地区在行政上包括新疆，青海，宁夏，甘肃，陕西省（区）以及内蒙西部地区，约占全国陆地面积的三分之一，主要是温带大陆性气候，80%以上地区是半干旱和干旱气候区。图1是我国西北地区研究的141个站点分布图，黑点代表测站，图的比例尺是1:4000000。

图1 西北地区141个测站分布

2.2研究方法

2.2.1降水距平百分率

降水是影响干旱的主要气象因素，而且降水指标简单直观，降水量的资料充足明确，因此本文采用降水距平百分率对研究区域进行干旱分析。

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