论文总字数：19341字

目 录

1 引言 5

2 研究进展 6

2.1关于量化干旱的方法的研究进展 6

2.2国内的标准化降水指数（SPI）研究进展 6

3 资料与方法 7

3.1内蒙古地区概述及资料数据 7

3.2研究方法 8

3.3干旱评价的三个指标 11

4 结果与分析 12

4.1内蒙古地区干旱指数分级情况 12

4.2内蒙古地区干旱频率的空间分布分析 13

4.3 内蒙古地区干旱的时间演变分析 15

4.3.1 内蒙古地区干旱站次比时间演变逐年分析 15

4.3.2 利用M-K法分析内蒙古地区干旱站次比趋势分布及突变规律 16

4.3.3 内蒙古地区干旱强度时间演变逐年分析 17

4.3.4 利用M-K法分析内蒙古地区干旱强度的趋势分布及突变规律 18

5 结论 19

参考文献： 20

致谢 21

内蒙古地区干旱指数时空分布特征研究

贺彬晟

，China

Abstract：Inner Mongolia is a area where drought is happening more frequently. Based on the daily precipitation data of 45 stations in Inner Mongolia from 1960 to 2012.Using the Standardized Precipitation Index (SPI) to assess the intensity range and frequency of drought events in Inner Mongolia.The spatial distribution characteristics of drought in Inner Mongolia area were analyzed by using the method of Inverse Distance Weighted in arcgis10.2 software.Study on the Time Evolution of Drought in Inner Mongolia by M - K Test.The results show:Basically all sites have different levels of drought events.There are more frequent occurrences of mild droughts, secondary arsenic followed by severe drought, and extreme droughts rarely occur.The distribution of arid space in Inner Mongolia can be divided into five regions according to its distribution, and the distribution of these regions has the east-west difference.After 1972, the drought in Inner Mongolia has narrowed,Since 2005, the drought in Inner Mongolia has expanded.In general, the drought intensity in Inner Mongolia decreased from 1960 to 1988.And after a period of significant abrupt changes in drought intensity from 1988 to 1994,Inner Mongolia drought intensity increased.

Key words：the standardized precipitation index (SPI)；Inverse Distance Weighted；M - K Test；

1 引言

在对人类影响深远并与人类生活息息相关的各种自然灾害之中，干旱这一气象以及水文现象无疑是影响范围最广，时间持续最长，爆发的频率最频繁的自然灾害。干旱灾害从古至今一直是人类所共同面临的主要自然灾害之一。即使在今天，科学技术水平达到如此发达的地步，由于干旱所造成的一系列严重灾难性的后果依旧是当今人类面临的难题。然而更值得人们注意的是，在人类社会的经济高速发展以及人口膨胀的大时代背景下，水资源供不应求的现象日益显著，这也直接加重了干旱区域的扩大化与干旱化强度的加深。干旱灾害现在已经成为全人类所关注的问题。干旱对农作物及社会经济带来严重损失，伴随干旱而来的水资源问题、土地沙漠化甚至危协到人类的生存环境。再加上近年来随着人类活动以及全球气候变化的影响，全球干旱的频率及强度有逐渐加强的趋势。由此，对干旱的研究就显示出非常重要的意义。

而我国的内蒙古地区则是干旱事件发生较为严重的地区。首先，内蒙古处于东亚的内陆地区，内蒙古地区地域十分广阔，纬度在北纬37°到53°之间，所处地区纬度较高，高原区域面积较大，主体为温带季风性气候，而距离海洋较远，并且内蒙古地区边沿地带有山脉的阻隔作用，这导致从海洋吹向内陆的季风带到中国西北部的湿空气较少，使得内蒙古地区的降水量较中国南部地区更少，而内蒙古常年受的蒙古气旋带来的干而冷的北风影响，加上自身位于高原地区，平均海拔高度达千米左右，平均海拔较高，有隔断南方暖空气的趋势，南方的暖湿空气更加难以将充足的水汽带到内蒙古地区^[1]。而内蒙古作为干旱的高发区，国内外对于内蒙古地区干旱的研究却相对较少，加上内蒙古东西向狭长的特殊地理分布，东西部地形、地貌、气候具有较大的差异，这使得内蒙古不同地区的干旱的时间与空间的分布、强度、频率都具有较大的差异，所以研究内蒙古的干旱时空分布具有非常独特的意义。

干旱事件的发生以及强度与降水量具有直接的关系，相较于其他的理论方法得到的干旱指数，基于降水量得到的干旱指数方法更加便捷，具有更直接的相关性，不易受到其他因素的干扰。本文利用得到国际普遍认可的干旱分级的方法，结合内蒙古地区降水量的时空分布特点将内蒙古地区的干旱事件进行分级，再通过内蒙古各个地区的降水分布、地形、气候特点以及时间尺度上的分布规律，分析出内蒙古地区的干旱分布特征，这样得到的内蒙古地区的干旱指数的更加直观，数据更加可靠，不易受其他因素引起的误差的影响。虽然近些年已经有相关研究方向的学者研究过内蒙古地区的干旱分布特征，但是鲜有学者结合内蒙古的独特地理特点进行过干旱分析，且研究的时间跨度有局限性，研究的干旱特征不够具有直观性。因此，本文将利用53年的45个站点的降水数据，求出得到国际公认的干旱指数对内蒙古地区的干旱事件进行量化，再利用非参数检验的方法研究内蒙古地区的时间演变规律，这样所得到的内蒙古地区的干旱空间分布具有直观性，并且对其时间分布的分析不会受到干旱事件非线性分布及异常值的影响，对认识内蒙古地区干旱的分布规律、及相关研究具有一定借鉴意义，为科技人员和政府部门对内蒙古地区干旱灾害的研究及治理提供新的思路及灵感。

2 研究进展

2.1量化干旱方法研究进展

研究干旱，首先要明确干旱的定义，这样才能用具体的数学方法量化干旱现象并加以分析，国际上对于干旱定义的研究具有悠久的历史，其中，Mishra和Singh ^[2]充分描述了干旱的多种定义。一般来说，可以认为干旱是一种自然现象，在指定时间尺度中，当某一时段里降水量相比于正常水平发生长期且连续不足的现象时，则可以认为发生干旱现象。此外，干旱可以用气象，农业，水文和社会经济因素来界定干旱^[3，4]。气象上界定干旱是基于指定的降水量，降水量的不足是造成干旱的主要原因;农业上对于干旱的界定是基于可被植物利用的水资源的匮乏程度;水文上界定干旱是基于流量的缺乏程度;而社会经济学上界定干旱是基于水资源供求量超过需求量的程度。不同干旱定义具有各自的干旱指数。在实际中量化这些定义中的水文气象变量具有一定的困难，这样就限制了这些指数的使用和应用。事实上，仅基于降雨数据而得到的指数与那些更复杂的指数相比具有更好的效果。

标准化降水指数（SPI）可用于评估干旱的强度，范围和频率，SPI自从由McKee等人提出以来^[5,6]， 已经被广泛和普遍地应用于气象干旱的研究，并且在众多的科研工作中被证实是一种十分有效的工具，从而得到众多学者与科研工作者的肯定与推广。本文选择用SPI指数来量化内蒙古地区各个站点的干旱程度，并分析内蒙古地区干旱的频率、强度以及范围。

2.2国内的标准化降水指数（SPI）研究进展

如今，标准化降水量得到学术界广泛的认可并被普遍地运用于与干旱相关的学术研究以及科研工作当中。标准化降水指数在一系列不同领域的科研工作以及学术研究中不断发展与完善，自身的理论体系被不断地被补充。从简单地量化干旱事件，到用标准化降水指数衍生的一系列相关指数评估干旱事件的强度、频率以及范围，都已经形成较为完整且可靠的理论体系，并且在实际的检验中证实了标准化降水量相关理论的实用性。众多学者也在基于标准化降水量的理论体系的科研工作中取得了引人瞩目的科研成果。

比如，干旱气候变化与减灾重点实验室利用中国西北地区五个省份的逐月降水量分析了全球气候变暖背景下，冰川消融、河川径流量增加以及湖泊的水位上升、面积增大的地理条件下，干旱面积率以及干旱变化趋势^[7]；中国科学院的寒区旱区环境与工程研究所把标准化降水指数经过再分析与加工，得到一种气候变化的监测指标来分析中国西北地区气候变化的形势与特征^[8]；中国气象局的兰州干旱气象研究所利用标准化降水指数的年代际距平和倾向率分别研究甘肃省河东地区的70年代、80年代、90年代以及2000年以后的十年跨度的水分盈亏状况^[9]。

而以往对于干旱发生较为频繁且干旱强度较大的内蒙古地区的干旱问题的研究的时间跨度总是局限于35年之内的降水数据，而且极少充分地考虑内蒙古地区东西经度跨度大南北跨度较小的狭长状的地理分布特征，以及该地理分布特征下东西部地区气候、植被和地貌的差异，也鲜有结合全球气候变化的形势以及80、90年代中国北方地区的巨大气温形势变化的背景，所以，内蒙古地区的干旱研究仍然有许多值得研究与开拓的领域。本文在以往的相关领域的科研工作的基础上，利用内蒙古地区53年以来的45个站点的降水数据，运用标准化降水指数以及根据其衍生出来的一系列相关指标来评估与分析内蒙古地区的干旱事件的时间与空间的分布特征。

3 资料与方法

3.1内蒙古地区概述及资料数据

内蒙古地区的干旱事件的强度、范围、频率及其演变发展规律除了受深入内陆而距离海洋的较远、东西经度跨度大的特殊地域和全球气候变化等因素影响以外，还受多种其他因素的影响。据相关的研究成果表明，内蒙古中部以及东部地区的农业生产区及放牧地区间的交错地带植被情况出现明显退化，植被的退化在一定程度上增加了该区域蒸发量，这样导致内蒙古东部以及中部地区干旱强度和干旱范围的演变趋势将极有可能与该地区的气温升高以及降水量总体减少的气象条件和该地区下垫面性质的改变相关。内蒙古的西部地区气候相比于其他区域降水量明显较少，总体符合永久性干旱区的性质，下垫面主要以荒漠和沙漠为主。这样，该地区的下垫面以及土壤表层的性质对降水量和蒸发量的影响相对较少，而发生在内蒙古的西部的干旱事件的强度和干旱范围的演变趋势可能会由于与近年来气温逐渐增加以及降水量的明显增加的全球气候变化的条件下，较其他地区更大^［10］。除此之外，厄尔尼诺事件的出现也会在一定程度上增加内蒙古地区干旱事件的发生频率、范围以及强度随时间的正相关的演变趋势，据相关的科研工作及研究表明，内蒙古近在50 年来大范围的重旱一共 发生6 年次，而其中的5年次的相应年份都发生了次拉尼娜事件^[11］。

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