干旱指标及其在浙江省干旱监测分析中的应用
对浙江省气候业务中经常使用的距平百分率指标、Z指数指标、干燥度指标三种干旱指标进行比较分析,认为Z指数指标能较确切反映出干旱程度,距平百分率指标反映干旱程度较轻,干燥度指标反映干旱程度过于敏感.在此基础上,基于Z指数指标建立了浙江省干旱监测评价的`强度指数、面积指数,对浙江省自1952年以来的干旱进行了逐年分析,发现浙江省夏秋连旱几率较高,干旱具有阶段性特征,1990年以来发生干旱频率有增多趋势,且旱情也加重,其中秋旱更为明显.
作 者：樊高峰 苗长明 毛裕定 Fan Gaofeng Miao Changming Mao Yuding 作者单位：浙江省气候中心,杭州,310017刊 名：气象 ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL年，卷(期)：32(2)分类号：P4关键词：干旱指标 Z指数 干旱强度指数 干旱面积指数
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
采用通辽市境内有代表性的、资料比较完整的通辽、开鲁、保康、甘旗卡、大沁他拉、鲁北、库伦7个台站1960—2010年历年各月降水量资料。
1.2 研究方法
1.2.1 SPI指数计算方法。
假设某一时段的降水时间序列服从Γ分布[3], 计算降水量的Γ分布概率密度, 从而求得函数的累计概率, 为消除降水量在时空分布上的差异, 进行正态标准化, 得到标准化降水指数SPI。因此, SPI使不同时间和区域的降水数据具有可比性, 可以用于反映不同时空尺度的旱涝情况。其计算步骤如下:
假设某时段降水量为随机变量x, 则其Γ分布的概率密度函数为:
式 (1) 、 (2) 中:α为形状参数;β为尺度参数;x为降雨量;Γ (α) 是gamma函数。
用最大似然法去估算α和β的最佳值, 即:
式 (5) 中:n为计算序列的长度。
计算得到累计概率密度, 可得函数G (x) 。由于gamma函数在x=0时没有定义, 而降水量可出现为0的情况, 因此采用以下公式对G (x) 进行转换:
式 (6) 中:q是降水序列中0值出现的频率。再用高斯函数将H (x) 标准化后得到最终的SPI值, 以便使不同区域间指数值可比较。
1.2.2 SPI指数应用。
通过计算确定SPI值后, 可根据累计概率分布函数可以确定干旱等级[4], 如表1所示。在计算时只需输入30年以上的月降水序列, 它可以计算1~6个月的短时间尺度的干旱情况, 也可以计算1~4年等长时间尺度的干旱情况。不同时间尺度的SPI值体现水分亏盈的侧重点不同, 短时间尺度的SPI值代表的是区域短时间内的水分亏盈情况, 可以反映农作物在生长期的水分供给状况。而长时间尺度的SPI值代表的是区域长时间水分亏盈情况, 可以反映地下水位等状况。
2 结果与分析
2.1 SPI多时间尺度监测分析
实现多个时间尺度上的降水量比较, 既反映长时期水资源的演变情况, 又可以反映短时间内降雨量的变化, 则需要对某一时间尺度内降水量的概率进行累计。以通辽市科尔沁区1960—2010年降水历史资料为源数据, 分别对2004年春旱和2007年夏旱情况进行分析, 计算4个时间尺度的SPI值 (1、3、6、12个月) , 分别记为SPI1、SPI3、SPI6、SPI12, 同时分析其在干旱监测上的应用效果。
针对2004年3—5月科尔沁区的特大春旱[5]进行SPI指标的计算, 结果表明2003年12月降雨量明显下降, SPI1显示干旱始发, SPI6、SPI12也明显下降且在2004年1—5月处于低水平, 其中SPI6在4月降到最低, 为-2.35, 而SPI12在5月降到最低, 为-2.11, 均低于50年一遇水平。
针对2007年6—8月科尔沁区的严重夏旱进行SPI指标计算, 结果表明6月SPI1超过30年一遇大旱的SPI值, 其降至最低值-1.88, 此时旱情尚未达最严重;7月以后降水持续偏少, 8月旱情最为严重, SPI3降低至-2.39 (与实际旱情基本相符) 。因此, SPI1和SPI3可以用来评估在历史上的等级水平, 其可以明显反映旱情发生时间与严重程度;而SPI6和SPI12, 由于其计算周期比较长, 不能及时反映旱情, 对于短时间内形成的较大危害不适用。对通辽市其他台站的多次旱情资料进行分析, 结果表明5—9月利用SPI1和SPI3 (即1~3个月时间尺度的SPI值) 作为判断旱情的标准, 1—4月、10—12月应当利用SPI6、SPI12 (即6~12个月时间尺度的SPI值) , 可以较为恰当地对旱情作出判断。
2.2 年际干旱序列分析
年际干旱系列分析采用年尺度的SPI值。先分别计算出所选台站1960—2010年12个月尺度的SPI值, 即SPI12, 并对其所有站点的SPI12值进行平均处理后得到SPI12时间序列, 进而分年代计算得到时间序列值变化率。以此为依据来对研究区SPI12值表征的干旱进行时间序列分析。图1是通辽市1960—2010年SPI12序列, 由图1可以看出, 整个研究区域在1960—2010年期间干旱平均变化处于波动中。表2是通辽市1960—2010年SPI12值的年代际变化趋势。由表2可以看出, 整个研究区域在20世纪60年代、90年代干旱有加重的趋势, 以60年代最为显著, SPI12的变率达到-11.02%/11年;其他年代干旱都有减轻趋势, 以80年代最为显著, SPI12的变率达到9.93%/10年;2001—2010年变化不明显, 变率为0.17%/10年。从1960—2010年长时间序列看, SPI12的变率达为-1.88% (通过0.01显著性水平检验) , 干旱状况有所加强 (表2) 。此结论与之前许多学者对该区域研究的干湿变化规律结论相符[6]。
3 结论与讨论
少雨季节的干旱主要由补给水缺乏引起, 多雨季节发生的干旱主要为土壤水分缺乏原因引起, 因此长期降水缺乏导致补给水分缺乏和短时降水不足引起土壤水分缺乏是形成干旱的2种主要原因。为提高干旱判别准确性和及时性, 应当根据通辽地区多雨、少雨季节分明的气候特点, 选择适宜时间尺度的SPI指标。对通辽市旱情分析结果表明, 对旱涝趋势的年际变化采用12个月尺度的SPI值 (SPI12) 作降水系列分析, 基本符合实际情况;在旱情的适时监测和评估中, 1—4月、10—12月利用6~12个月时间尺度的SPI值 (即SPI6、SPI12) 较为客观。5—9月利用1个月、3个月时间尺度的SPI值 (即SPI1、SPI3) 作为标准判断旱情更为客观。另外, SPI值有统一干旱等级划分标准, 可对各地区、多时间尺度旱涝等级进行对比分析, 且计算简单, 降水资料容易获取, 是一种较好的干旱监测评估指标, 可在气象干旱监测评估中进行应用。
注:1960—1970年单位为%/11年, 其他为%/10年。
参考文献
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摘要：植物在经受干旱胁迫时，通过细胞对干旱信号的感知和传导，调节基因表达，产生新蛋白质，从而引起大量形态、生理和生化上的变化．干旱胁迫对植物在细胞、器官、个体、群体等水平的形态指标有显著影响，也会影响其光合作用、渗透调节、抗氧化系统等生理生化指标．植物对干旱胁迫分子响应较复杂，包括合成一些新的基因如NCED、Dehydrin基因和CBF、DREB等转录因子．另外，干旱胁迫还能造成蛋白质组学的变化．
关键词干旱胁迫；生态响应 ；生理机制 ；研究进展
干旱作为影响作物生长发育、基因表达、分布以及产量品质的重要因素之一，严重限制了作物的大面积扩展。植物对干旱的适应能力不仅与干旱强度、速度有关，而且更受其自身基因的调控。在一定干旱阀值（drought threshold）胁迫范围内，很多植物能够进行相关抗旱基因的表达，随之产生一系列生理、生化及形态结构等方面的变化，从而显现出抗旱性的综合性状。因此，从植物本身出发，深入研究植物的抗旱机理，揭示其抗旱特性，提高植物品种的抗旱耐旱能力，以降低作物栽培的用水量，同时最大程度提高作物的产量和品质，科学选育适宜广大干旱、半干旱地区种植的优良作物品种，已成为国内外专家学者们所特别关注和研究的热点问题，对于水资源的合理利用和生态环境的改善均有着重要的意义。
目前，生存资源、环境与农业可持续发展之间的矛盾日益突出，这就要求人们更应高度重视农业综合开发过程中作物逆境生物学的基础研究。
一、植物抗旱基因工程研究新进展
（一）与干旱胁迫相关的转录因子研究
通过转化调节基因来提高植物脱水胁迫的耐性是一条十分诱人的途径．由于在逆境条件下，这些逆境相关的转录因子，能与顺式作用重复元件结合，从而调节这些功能基因的表达和信号转导，它们在转基因植物中的过量表达会激活许多抗逆功能基因的同时表达．胁迫诱导基因能增强胁迫反应的耐力，不同的转录因子参与胁迫诱导基因的调控．遗传研究已经鉴
定了很多转录因子操纵胁迫反应的调控．最近的研究进展是在干旱胁迫下基因表达的复合调控 ．植物转录调节子的AP2／ERF家族至少包含一个拷贝的DNA结合域，叫AP2域．AP2域是植物特定的、在不同的植物中都有同源性 ．
（二）与脱落酸(ABA)生物合成相关酶的基因——（NCED）研究
作为一种植物激素，ABA在植物生命周期的很多阶段都发挥重要作用，包括种子的形成和萌芽以及植物对各种环境胁迫的反应，因为这些生理过程和内源ABA水平相关，ABA的生物合成使得这些生理过程得以说明．脱落酸在干旱胁迫下调控基因表达，一旦ABA水平升高，信号传导机制被激活，刺激基因表达．ABA在植物适应水分胁迫中具有重要作用 ．
（三）与干旱胁迫直接相关的诱导基因研究
在干旱胁迫条件下，植物会特异地表达一些基因，通过研究这些被干旱胁迫所诱导的基因可能找到植物对干旱胁迫的适应及抵御机理，并为植物抗旱基因工程提供理论支持，避免抗性分子育种的盲目性．例如：在拟南芥中的两个基因rd29A和rd29B能被干旱、低温和高盐或外源ABA诱导．rd29A在脱水和高盐条件下能作m快速反应，但对ABA反应没有响应．rd29A在脱水、高盐、和低温下能延迟rd29B的诱导 ．
（四）与干旱胁迫相关的蛋白质、蛋白质组学研究
植物适应逆境胁迫的一个重要策略是即时大量合成许多胁迫诱导蛋白．干旱诱导蛋白是指植物在受到干旱胁迫时新合成或合成增多的一类蛋白．逆境诱导蛋白对植物的逆境适应起保护作用，它们的诱导是植物对环境的一种适应，可以提高植物的耐胁迫能力．胚胎发生后期，富集蛋白(LEA)在逆境胁迫下能被诱导并迅速大量合成，参与植物的防御代射．LEA蛋白可以解决在严重脱水的情况下，植物因失水导致的细胞组分的晶体化，破坏细胞的有序结构的问题．LEA蛋白被构建成伸展状态而不是折叠成球状，使它具有高的亲水性，LEA蛋白的这些由柬水作用组成的优点加上它们高的细胞内浓度和它们的表达方式，可以维持特殊的细胞结构或者通过少量的水分需求而适应干旱胁迫的影响．
二、干旱胁迫对植物的生理伤害
（一）干旱胁迫对植物生长指标的影响
1、干旱胁迫对根系活力的影响
植物根系的活力是体现植物根系吸收功能、合成能力、氧化还原能力以及生长发育情况的综合指标，能够从本质上反应植物根系生长与土壤水分及其环境之间的动态变化关系，因此，保证一个深层、分散、具有活力的根系是植物耐旱避旱的重要因素之一。
2、干旱胁迫对叶片相对含水量的影响
水是植物的血液，其含量一般占组织鲜重的65% ～ 90%。叶片的相对含水量（RWC）表征植物在遭受干旱胁迫后的整体水分亏缺状况，反映了植株叶片细胞的水分生理状态。因此，RWC 常常是被用来衡量植物抗旱性的生理指标。RWC 比单纯的含水量更能较为敏感地反映植物水分状况的改变，在一定程度上反映了植物组织水分亏缺程度。在干旱胁迫条件下，土壤中的可利用水减少，导致根系吸水困难，相对含水率降低。
（二）干旱胁迫对植物光合作用的影响
绿色植物的光合作用是自然界中规模最大的碳素同化作用，是植物物质生产和产量形成的重要生理过程，同时也是受干旱胁迫影响最为显著的生理过程之一。没有水，光合作用就无法进行。
1、干旱胁迫对光合速率的影响
干旱胁迫下，光合速率的下降是气孔限制和非气孔限制双重作用的结果，轻度干旱胁迫下气孔限制是光合速率下降的主要原因，而严重干旱胁迫下非气孔因素是光合速率下降的主要原因。
2.干旱胁迫对叶绿素含量的影响
叶绿体是绿色植物叶片进行光合作用的场所，主要利用叶绿素进行光能吸收、传递与转换，叶绿素在植物体内是不断进行代谢的，与作物光合作用及产量形成的关系密切。叶绿素是光合作用中最重要和最有效的色素，其含量在一定程度上能反映植物同化物质的能力，从而影响植物的生长。植物缺少水分会抑制叶绿素的生物合成，而且与蛋白质合成受阻有关，严重缺水还会加速原有叶绿素的分解，因此植物在遭受干旱时，叶片呈黄褐色。
（三）干旱胁迫对植物生长过程中氮代谢的影响、干旱胁迫对硝酸还原酶（NR）的影响
硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）可催化植物体内的硝酸盐还原成亚硝酸盐，是硝酸盐同化中第一个酶，也是限速酶。作为植物氮代谢的关键酶，其活性大小反映了作物对氮素的利用速度，水分胁迫下NR 活性和作物生长发育有密切关系。对农作物产量和品质有重要影响。在正常情况下，植物物体内一般不会发生硝酸盐积累。但在干旱条件下，由于水分胁迫减弱了酶的合成速度导致植株中硝酸盐积累过多，从而发生毒害作用。研究表明：干旱胁迫会使NR 活性急剧降低，抗旱品种的NR 活性高于不抗旱品种。、干旱胁迫对蛋白质组分的影响
在干旱条件下，植物体内代谢产生变化与调整，引起活性氧的积累，进而导致脂过氧化和蛋白质（酶）、核酸等分子的破坏，植物自身为了避免胁迫造成的伤害，会诱导产生某些
抗逆性蛋白质
（四）干旱胁迫对植物生长过程中氧代谢的影响
在长期的进化过程中，植物形成了受遗传性制约的逆境适应机制。氧代谢在这些适应性机制中占据重要位置，是植物对逆境胁迫的最基本的反应。干旱诱导脂过氧化是造成植物细胞膜受到损伤的关键因素，而膜损伤又是导致植物组织伤害和衰老的重要诱导因素，但植物在遭受水分胁迫时可以启动保护酶系统来有效地防御和清除自由基保护细胞免受氧化伤害。
1、干旱胁迫对氧自由基的影响
正常情况下，植物体细胞内自由基的产生的清除处于动态平衡状态。但是当植物处于干旱条件下及衰老时，植物细胞内活性氧自由基的产生和清除代谢的平衡受到破坏，使活性氧自由基的产生占据主导地位从而导致自由基含量过多积累且超过阈值，进而引发或加剧了细胞的膜脂过氧化，给植物体造成伤害、干旱胁迫对保护酶及丙二醛（MDA）影响
MDA 是植物细胞膜脂过氧化作用的主要产物之一，并且是最终分解产物，在干旱胁迫时，植物体内活性氧自由基大量产生，进而引发加剧了膜过氧化产生丙二醛，造成植物细胞膜系统受到破坏。
三、植物对干旱胁迫的生理生态响应
植物受到干旱胁迫时能做出多种抗逆性反应，包括气孔调节、pH调节、渗透调节、脱水保护以及活性氧清除等 ．植物在经受干旱胁迫时，通过细胞对干旱信号的感知和转导、调节基因表达、产生新蛋白质从而引起大量的生理和代谢上的变化 ．比较常见的是：光合速率降低，代谢途径发生改变，可溶性物质累积，脯氨酸、甜菜碱 通过各种途径被合成，一些体内原来存在的蛋白质消失、分解，同时产生包括参与各种代谢调节相关的酶．干旱胁迫容易引起光能过剩，过剩的光能会对光合器官产生潜在的危害．依赖于叶黄素循环的热耗散是光保护的主要途径，同时酶促及非酶促系统也是防止光合器官破坏的重要途径 ．
四、干旱伤害植物的机理
干旱对植物的影响通常易于观察，如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的实质是因为缺水导致植株内部组织、细胞等结构发生了物理或化学变化，如膜的结构和透性改变。由于结构变化导致代谢过程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用减慢，蛋白质分解，脯氨酸积累，核酸代谢受阻，激素代谢途径改变等。植物体内水分分配出现异常，抑制植物生长，更为严重的是引起植株机械性损伤，导致植株死亡。
五、启示与展望
干旱胁迫常常影响植物的生长发育，造成作物严重减产，对农作物造成损失在所有的非生物胁迫中占首位，仅次于病虫害造成的损失。随着淡水资源的日益匮乏，干旱已经成为全球各国农业生产上面临的严峻问题。因此，深入了解干旱胁迫对植物的伤害机理及植物细胞对干旱胁迫的应答反应愈来愈成为国内外植物生理学专家学者关注的研究热点之一。从目前对干旱胁迫下作物生长的研究进展看来，作物对缺水环境会产生相应的适应和抗旱机制。随着分子和基因组时代的到来，近年来对植物抗旱性的研究也已经深入到了分子水平，在植物抗旱生理方面的研究也已经取得了较大的成就。许多与胁迫相关的基因及其调控因子已通过现代基因分离技术得到鉴定，并且利用各种现代分子生物学技术成功克隆一批能有效地提高植物的渗透调节能力、增强植物的抗逆性的基因。例如各种经胁迫诱导表达的大量调控性基因和功能性基因。日益增加的研究结果表明植物中存在一个胁迫反应体系，对不同环境胁迫的交叉响应可能是由共同的细胞信号转导途径介导的。例如有研究表明：在一定的干旱胁迫强度之下有些植物能够通过信号传导作用，调控与抗旱有关的基因表达，随之产生一系列的形态、生理生化及生物物理等方面的变化以达到抵抗逆境的目的，显示出抗旱力，但研究成果之间彼此较独立。因此，应该把重点放在以下几个方面：
（一）、研究如何实际应用且有利于控制土壤水分状况的田间操作，以及如何把基因工程手段与传统的栽培技术结合起来等方面。
（二）、在稳产、高产、优质的前提下，以培育抗旱性较强的作物品种为重点，进一步加强作物耐旱、抗旱机理及其应用的发掘和创新，抗旱遗传基因的研究。如将组织培养和植物再生技术、种质资源保存技术等应用在作物品种资源的保存上；深入研究作物的基因克隆与表达分析；通过花药培养与单倍体培育、RFLP 标记、SSR 标记、AFLP 标记等分子标记核技术进行作物育种。
今年开春以来,我县降水与往年同期相比减少三至五成,其中上山和戈壁等地区旱情尤为严重,降水量为过去10年以来最少。目前,全我县耕地受旱面积为244055.6亩,其中有小麦面积24万亩、玉米、甜菜、食葵等作物4055.6亩。
2012年春天气预报
2012年春季防汛抗旱形势分析预测及建议一、一.近期天气气候特点气温：2012年1月，我县月平均气温较常年偏低近3℃，其中，自1月20日以来，平原地区最低气温维持在-31～-35℃之间，下旬平均气温较常年同期明显偏低8℃多，这是近40年同期最低值。上山区受逆温影响，近两天气温回升较快。降水：2012年1月，我县平原区降水量较常年偏少23%；1月上旬和下旬几乎无降水，中旬降水集中且偏多。≥5厘米稳定积雪：我县于11月16日形成，比常年偏早近20天，但积雪一直偏薄，直到1月19日平原区积雪才增加到17厘米，比2011年同期仍偏薄5厘米。入冬期：2011年我县于11月10日入冬，接近历年，比去年偏晚10天。
二、目前我县积雪实况截止到1月31日，我县平原地区积雪深度在14-15cm，较2011年同期明显偏薄10厘米。
三、近期天气预报预计：2月1日我县有小雪。2月2日平原区气温开始回升。5日前后我县有微到小雪。13日前后有小雪，上山区小到中量。2月上旬我县平均气温较常年偏低，降水量略少。
四、后冬及春季气候预测气温：后冬(2012年2月)我县平原区平均气温为-13℃左右,较常年略偏高，较2011年同期偏低近1℃。春季(3-5月)平均气温为8℃左右,接近常年或略低；较2011年同期偏高1.3℃。降水量：后冬(2012年2月)我县平原区降水量为10毫米左右，比历年同期偏多70%，比去年同期偏少35%。春季(3-5月)降水量为60毫米,较常年和2011年偏多18-20%。积雪：后冬（2012年2月），我县最大积雪深度在18～20厘米，较常年偏薄。
五、春汛形势分析预测及建议根据前期气候特征、目前积雪情况和未来天气变化，春季我县降水虽然略偏多但秋冬季连旱，土壤墒情较差，加之春季降水时空分布不均，我县易出现阶段性干旱的可能性较大，应提前做好阶段性干旱的防御工作，及早落实节水灌溉等农业防旱技术措施，并积极利用积雪融化实施引洪灌溉、蓄水等措施，确保水库蓄水及春耕农业用水安全。
2、后冬我县仍有降雪天气，积雪深度将有所增大。还应关注2月底到3月中旬期间的急剧升温天气，并提前做好局地融雪型洪水的防御工作。
3、由于入冬后我县积雪明显偏薄，对部分冬麦的安全越冬可能产生一些影响。有关部门应加强冬小麦监测及雪层保护等工作，并提前落实好相应的补救措施。
分析：1）我县小麦减产可能性大,据统计,上山和戈壁地区小麦因旱情没有种下去，这样一来我县小麦生产减少了三分之一面积。产量占全县总产量的30%，我县部分地区作为我县主要的夏粮产区,持续的干旱会导致粮食减产。总体看影响不大,但如果后期降水继续偏少,影响到秋粮的生产,那么粮食价格出现大幅上涨的可能性就较大。
2)随着继续干旱天气我县草场也受了严重灾害，养蓄也受到困年状态。导致出现乳制品和肉的价格上涨问题。这对其他农产品的价格构成一定支撑,利好其他种植业。
总体上,我们认为旱灾的影响是偏负面的,粮食价格高，肉制品价格的上涨，影响到老百胜的安慰。请有关部门和领导认识到这一层关系，做好一切有关农牧业生产突入，为我县的稳定发展而努力。
奇台县农业技术推广中心
利用统计方法,分析册亨县1970-的气候特征,发现册亨县高温干旱的变化具有明显的阶段性,高温经历了由高到低再到高3个阶段,干旱程度则是春季重于夏季.
作 者：王泽雁 李克勤 作者单位：贵州省册亨县气象局,贵州册亨,552200 刊 名：贵州气象 英文刊名：JOURNAL OF GUIZHOU METEOROLOGY 年，卷(期)： 33(4) 分类号：P468.0+2 关键词：高温干旱 气候特征 分析
关键词：干旱指数,降水距平百分率,SPI,K指数,Z指数,适用性
干旱指标是研究干旱的基础, 也是衡量干旱程度的关键环节[1], 干旱指标应用的合理与否直接决定干旱评估的准确度和全面性。由于干旱发生原因异常复杂, 影响因素众多, 许多干旱指标都是针对具体研究目的而定, 具有明显的区域性和时间尺度[2], 所以针对不同区域和时间进行指标适用性分析, 找到适合本地气候特点的干旱指标显得尤为重要。许多学者针对不同干旱指标的特点及应用性实践做了大量研究[3,4,5,6,7,8,9], 各指标在不同时段和区域有着不同的适用和应用情况, 尽管存在诸多争议, 但仍是干旱监测的主要手段之一。
旱灾是陕西发生范围最广, 持续时间最长, 对农业危害最大得气象灾害。陕西南北跨越3个气候带, 降水和气温南北差异较大, 降水主要集中在夏秋季, 空间分布极不均匀, 素有“十年九旱”之称。由于干旱发生有着明显的时空特征, 所以对指标的适用性检验要充分考虑区域性及时间尺度, 从而得到不同区域和时段较为适合的干旱指标。本文拟通过降水距平百分率 (Pa) 、SPI指数、K指数和Z指数对陕西典型干旱个例评定结果的比较分析, 找出各指数在干旱监测中的优缺点及时空适用性, 从而找到能最大程度反映本地干旱情况的指标, 以期为陕西科学防旱抗旱及水资源合理利用提供有益的参考信息。
1 资料和方法
1.1 资料来源
资料来自陕西气候中心提供的1971-2012年全省96个测站逐月平均气温、降水和蒸发资料, 个别缺测数据用邻近站点值替代。旱灾资料源自《陕西省救灾年鉴》、《陕西省干旱灾害年鉴》和《中国气象灾害大典》。
1.2 干旱指标计算方法
根据中国气象局下发的《干旱监测和影响评估业务规定》中的方法及干旱等级, 计算月尺度的降水距平百分率、SPI、Z指数和K指数, 与干旱实际发生情况进行对比分析, 确定各指标区域和季节适用性。选择指标依据: (1) Pa计算简单, 在气象干旱中应用广泛。 (2) Z指数大小同时考虑降水量及其时空分布, 对降水时空分布不均的西北地区适用。 (3) K指数综合考虑降水与蒸发, 对研究农业干旱有较好的实际意义。 (4) SPI资料获取容易, 具有稳定的计算特性, 消除了降水时空差异[2]。
1.2.1 降水距平百分率 (Pa)
式中:Pa为某时段降水距平百分率;P为某时段降水量; 为多年平均同期降水量。
各气候要素多年平均值采用1971-2000年平均值。
1.2.2 K指数
式中:E′为蒸发相对变率;E为蒸发量;珚E为蒸发量多年平均;P和 意义同上。
1.2.3 标准化降水指数 (SPI)
式中:P为降水量R
1.2.4 Z指数
式中:Cs为偏态系数;Xi为降水标准化变量。
式中: 为历年平均降水量;Ri为某时段第i年的降水量;δ为标准差。
本文旱涝标准根据文献[2,8,10,11]来划分, 具体见表1。
1.3 干旱指标与实况的对比方法
对各指数计算的结果进行单纯的相互比较并无实际意义, 本文研究目的是在并不知晓哪个指标最能反映实际旱情的前提下进行各指数计算, 旨在找出某时段或区域能够反映实际干旱状况的干旱指标, 而不能以某个干旱指数的监测结果作为标准来比较。本文基于文献及网络记载的1980-2011年陕西典型干旱事件描述[12,13,14,15,16,17,18,19] (表2) , 根据其中描述的实际干旱程度、范围及影响来判断各指数监测的干旱等级与其吻合度, 从而给出各指数在不同季节和区域适用性的客观评价。
按照典型干旱事件年份逐月计算各干旱指数, 通过抽样对比, 各指数计算结果与国家气候中心发布的数据结果一致。分别从适用, 较适用和不适用3方面评估各指标监测结果与实况的吻合度。适用即实况为某一干旱等级, 指标监测也为该等级, 且出现时段与实况相差不超过1个月。较适用是指标监测干旱等级与实况相差不超过1个等级, 如实况为重旱, 监测结果为中到重或重度以上干旱均视为较适用。实况干旱等级与监测结果相差2个或以上等级时视为不适用。
2 结果与分析
2.1 干旱指标季节适用性分析
同时考虑地理分布和降水差异, 在全省10个地市中选取榆林、延安、宝鸡、西安、商州、安康、汉中7个国家基本、基准站为代表进行统计分析, 以1、4、7、10月代表冬、春、夏、秋四季, 分别统计各干旱指数不同季节的总适用率 (表3) , 即总体适用样本与总样本的百分比。陕西冬季雨雪稀少, 干旱少雨已是常态, 加之作物已进入越冬期, 所以1个月无雨监测为轻到中旱可视为正常, 但Pa和K指数对冬季降水较为敏感, 1月无降水即成重旱, 实际影响不及夏秋10d无雨, 程度偏重。从表3可以看出, 冬季SPI和Z指数适用率较高, 但从干旱逐月演变过程看, 冬季Z指数对降水反映比较敏感, 微量降水即变为无旱, 将前期干旱程度完全掩盖, 也不太合乎实际, SPI相对较好。Pa和SPI在春季干旱监测中为首选, 进一步比较发现, Pa在春季轻到中度干旱监测中比实况偏重1~2个等级, 因此春季SPI整体监测效果较好。
注:*为重大干旱年。
对于夏秋季重度以上干旱, 4个指标均反映较好, 但K指数监测程度较其他指数偏重, 对强降水过程敏感性较差。以宝鸡2002年夏秋季干旱过程为例 (图1) , 7月降水较常年偏少70%, 发生中到重度干旱, 4个指数对均有反映。在8月5-8日遭遇强降水过程, 降水量为83mm, 实际旱情得到有效缓解, 但K指数判定为中旱, 较实际明显偏重。Pa和SPI对夏秋有旱情况大都能反映出来, 但程度有所不同, Pa在轻至中旱监测中与实况更为接近, SPI次之。
图2是陕西2012年6月利用4种干旱指数监测干旱的结果, 该时段实际干旱描述为“宝鸡东北部、咸阳局地、渭南东部、汉中局地、安康南部、商洛大部轻旱, 关中中东部局地中旱, 渭北东部有零星重旱”。与实际对比发现大部地区Pa监测结果较为接近实际, 但安康南部SPI和Z监测是正确, 这与统计分析结果“Pa在夏秋季轻至中旱监测中与实况更为接近”较为一致。而K指数监测的干旱范围较实际偏大, 程度偏重。
2.2 干旱指标区域适用性分析
陕西地形南北狭长, 气候、土壤差异较大, 各指标适用性也有所不同, 将陕西分为陕北、关中、陕南三部分来讨论各指标在各区域的适用情况。
陕北以延安资料为代表, 从表4可看出在9年共36个月份中实际干旱月份有21个, SPI和Pa监测发生干旱的月份与实际较为接近, 均为19个, K和Z指数监测的分别为30个和32个, 与实际相差较大, 其中SPI指数统计各等级干旱发生频率与实际最为接近, K指数统计整体程度较实际偏重1~2个等级。由表5可见, SPI指数在在陕北总体适用性较好, 一致率达79.5%, 为其次为Pa。
关中地区 (以西安为代表) 旱情评定结果 (表4) 可以看出, 36个月份中共有干旱月份26个, 轻旱15个, Pa指数监测干旱及轻旱月份数分别为21个和11个, 与实际最为接近, Z指数监测的中旱发生次数与实际最为贴近。总体适用性SPI指数反映最好, 与陕北一致 (表5) , Z指数与Pa结果接近, 适用率为72.7%。
陕南 (以商州为代表) 在总体适用率上表现出与陕北、关中相似的特点, SPI指数适用率达到81.8%, 明显高于其他3个指数。SPI指数在监测陕南各等级干旱发生次数方面 (表4) 表现出与陕北同样的特点, 一致率都在85%以上, Pa次之。各区域K指数适用率均不理想, 统计干旱次数远高于其他指数, 程度偏重。
%
2.3 干旱等级监测适用性分析
仍以上述7个站点数据为例, 9年中共有99个无旱样本, 70个轻旱, 54个中旱, 29个重旱, 根据指标与实况的对比方法统计各指标对不同等级干旱评定结果见 (表6) 。正常月份, Pa、SPI和Z指数评定结果与实际一致率在87.9%以上, 而同期K指数则多数错判为有旱。SPI和Z指数轻旱监测与实际一致率高达95.7%, Pa一致率在88.6%, K指数监测程度偏重, 与实际吻合度低于50%。但SPI与Pa在轻旱监测中有半数以上较实际偏重1个等级, 尤其在冬春季。中等干旱评定结果SPI与实况差异最小, Z指数次之。值得注意的是K指数对中旱评定与实际一致率达到73.1%, 与Pa接近, 评定等级多数比实际偏重1~2个等级, 多出现在冬季。重度以上干旱, 4个指数评定结果与实际一致率都在86.2%以上, 其中K指数高达96.6%, 可见, K指数适于重度以上干旱监测。
3 结语
(1) SPI指数对陕西冬春季节旱情评定与实际较为一致。夏秋季节, Pa和SPI指标有旱情况大都能反映出来, 但不足之处是都忽略了前期干旱影响的累积效应, 只体现出本月降水的影响, 其中Pa在轻到中旱监测中与实际拟合效果最好。重度以上干旱4个指标均反映较好, K指数与实际最为接近, 但对夏秋季强降水过程敏感度较差。
(2) 陕北干旱发生频率SPI和Pa指数判定结果与实际较为接近, 其中SPI指数统计各等级干旱发生频率与实际吻合度均属最高。关中地区Pa指数监测的干旱总次数及轻旱次数与实际一致性较好, Z指数监测的中旱发生次数与实际最为贴近。SPI指数在监测陕南各等级干旱发生次数与实际一致率达均在85%以上, 总体适用率达81.1%, 明显好于其他3个指数, Pa次之。总体而言, SPI指数在全省各区域总体适用性相对较好, 而K指数在各区统计干旱次数远高于其他指数, 程度相对偏重, 适用性均不太理想。
(3) 正常月份, Pa、SPI和Z指数评定结果与实际一致率都在87.9%以上, K指数多数错判为有旱。SPI和Z指数适用于轻旱监测, 与实际一致率高达95.7%, Pa次之。中旱监测SPI与实况差异最小。各指数重度以上干旱评定结果与实际一致率都在86.2%以上, 随着干旱程度增加K指数对旱情反映越好, 重旱监测K指数与实际一致率高达96.6%, 可见K指数适于重度以上干旱监测, 但实际重度干旱发生概率相对较少, 大部地区K指数都放大了干旱频率和程度, 不适用于陕西常规干旱业务监测。
近50a西北干旱区降水量变化差异分析
利用近50a西北干旱区21个代表站点的逐月降水量资料,通过逐月降水量趋势系数和对西北干旱区降水量变化贡献最大的月份的比较,深入分析近50a西北干旱区降水量变化的差异,从而得到以下结论:(1)降水量变化具有明显的季节差异.西北干旱区春季降水量变化较为复杂;夏季除了新疆西北部降水量减少趋势外,其他地区降水量都以增加为主;秋季形成了从南到北降水量依次增加的.格局;冬季在新疆东部、南部和河西走廊的降水量有减少趋势,新疆西北部和柴达木盆地降水量以增加为主.(2)对夏半年降水量增加贡献最大的月份主要在7月,在新疆东部、南部和柴达木盆地.冬半年降水量增加贡献最大的月份主要在3月,在新疆西部、南部地区、河西走廊和柴达木盆地.
作 者：任朝霞 杨达源 REN Zhao-xia YANG Da-yuan 作者单位：任朝霞,REN Zhao-xia(长安大学地球科学与国土资源学院,西安,710054)杨达源,YANG Da-yuan(南京大学城市与资源学系,南京,210093)
刊 名：干旱区资源与环境 PKU CSSCI英文刊名：JOURNAL OF ARID LAND RESOURCES AND ENVIRONMENT 年，卷(期)： 21(6) 分类号：P468.0+24 关键词：西北干旱区 降水量变化 趋势系数分析干旱半干旱地区是生态环境比较脆弱的地区,特别是人类不合理开发,使生态环境受到严重威胁.为了挽救中国西部干旱半干旱地区已遭破坏的生态环境,我国政府提出了“退耕还林”的.号召.针对干旱半干旱地区,植被生态系统实际用水量以及达到某一目标要求的生态用水量如何计算或合理确定,对流域规划、生态建设以及水资源合理配置都有重要意义.先从生态系统的一般意义上来介绍生态用水的概念,进而介绍植被生态用水的计算方法,并针对“退耕还林”和“植被生态改善与恢复”情况下的生态用水计算问题进行专门介绍.
作 者：左其亭 作者单位：郑州大学环境与水利学院,河南,郑州,450002 刊 名：水土保持学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SOIL AND WATER CONSERVATION 年，卷(期)： 16(3) 分类号：X171.1 S154.4 关键词：生态用水 干旱半干旱地区 植被生态系统
植物微核技术及其在水质监测研究中的应用
植物微核技术是一种经济、简便、可靠的生物学短期测试方法,该技术在环境污染监测和致突变荆检测等研究中得到了广泛应用.介绍了微核技术的发展背景、基本原理和几种常用的植物微核技术,并对其在水质监测研究方面的`应用情况进行了综述.
作 者：刘振宇 史存芳 杨廷 李艳红 景鹏飞 刘瑞祥 LIU Zhen-yu SHI Cun-fang YANG Ting LI Yan-hong JING Peng-fei LIU Rui-xiang 作者单位：长治学院生化系,山西,长治,046011刊 名：长治学院学报英文刊名：JOURNAL OF CHANGZHI UNIVERSITY年，卷(期)：200926(2)分类号：Q813.5 X832关键词：微核技术 紫露草 蚕豆 水质监测
干旱半干旱地区湖泊周围盐碱土固体表面荧光光谱特征研究
摘要：荧光是由具有芳香结构或共轭生色团以及未饱和脂肪链的物质产生的,可以评价土壤腐殖化程度.该技术广泛用于检测土壤腐殖质水溶液荧光,很少用于直接检测土壤固体表面荧光.本文选取乌梁素海周围盐角草、碱蓬、盐爪爪和苦豆子群落的.土壤作为研究对象,分别采集0～20,20～40和40～60 cm的12个混合土样,分析土壤固体表面荧光光谱特征,提出一个基于固体表面荧光光谱的土壤腐殖化指数(HIXSSF),并与I400/I360,I465/I399和A4/A1等常规腐殖化指数有显著的线性正相关.盐角草和碱蓬群落的HIXSSF比盐爪爪和苦豆子群落的小,并且随土层深度变化小.腐殖化指数与土壤盐度有显著的线性负相关,土壤腐殖化程度随盐度的减小而增强.HIXSSF不仅表征土壤腐殖化程度,而且表征土壤盐碱化进程. 作者： 于会彬[1]席北斗[2]魏自民[3]马文超[4]何小松[1]郭旭晶[1]刘鸿亮[1] Author： YU Hui-bin[1] XI Bei-dou[2] WEI Zi-min[3] MA Wen-chao[4] HE Xiao-song[1] GUO Xu-jing[1] LIU Hong-liang[1] 作者单位： 常州大学环境与安全工程学院,江苏,常州,213164;中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京,100012中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京,100012东北农业大学生命科学院,黑龙江,哈尔滨,150030中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京,100012;中国地质大学工程技术学院,北京,100083 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： 2010, 30(10) 分类号： S15 关键词： 固体表面荧光 土壤有机物 腐殖化指数 盐度 乌梁素海 机标分类号： S28 TV2 机标关键词： 干旱半干旱地区 湖泊 盐碱土 固体表面荧光 荧光光谱特征 特征研究 Semiarid Regions Saline Soils Fluorescence 检测土壤 腐殖化 指数 盐爪爪 盐角草 群落 苦豆子 线性正相关 线性负相关 土壤盐碱化 土壤腐殖质 基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项，国家水体污染控制与治理科技重大专项，黑龙江省自然科学基金★ 干旱内陆河流域水资源的研究分析论文
《第二节 我国的干旱、洪涝、寒潮与台风》导学案（1）
◆学习目标
1、我国干旱灾害的主要特征、地区分布。
2、我国各地干旱灾害的形成原因
◆重难点
干旱灾害形成原因的综合分析能力
◆自主学习
1、我国旱灾的三大特征：一是出现次数，二是持续时间，三是影响的范围。
2、我国各地根据农业生产的特点和习惯，按干旱出现的季节，分为旱、旱、秋旱、旱。对农业生产影响程度来说，主要是和两种。
3、我国旱灾的形成因素
一是降水。不同地区降水的是形成干旱灾害的最根本原因。
不同季节降水量的对于干旱形成有直接影响。
二是水资源。不同地区水土资源的是形成干旱灾害的直接原因。
三是社会经济方面。其一，的增加，的扩大，造成农田蓄水量的增加；
其二，北方地区的增加，受进一步扩大；
其三，我国，导致，而工业的发展，造
成增多。
4、阅读课本P.35“1951-1988年中国干旱等效频度分布”图，分析回答以下内容：
⑴图中能反映出来的我国干旱灾害的特点有哪些？
⑵分析干旱灾害与干旱的区别。
⑶读出我国干旱灾害的严重区
高中地理 选修Ⅴ武安十中导学案主备：黄静姓名：分数：
◆合作探究
探究一：完成课本P.36活动
◆课堂检测
1.下列自然灾害中，属于气象灾害的是（）
①洪水 ②干旱 ③台风 ④泥石流 ⑤寒潮
A．①②③⑤B．①②③④C．①③⑤D．①③
2.从气候和农业两方面考虑，我国春旱最严重的地区是（）。
A.东北平原 B.华北平原 C.西北地区 D.江淮地区
3.我国易发生水旱灾害的主要原因有（）。
A.降水季节分配不均，年际变化大 B.气候复杂多样
C.地形复杂多样D.海岸线长
4、关于我国干旱灾害发生的时间和空间分布组合正确的是（）
A春夏之间，华北东北B冬秋季节，华南东北
C春秋季节，西北华北D春夏季节，华北华南
据国家气象干旱监测中心2008年5月16日显示：黑龙江北部、内蒙古东北部等地区干旱持续，西北地区东部干旱露头，并有发展趋势.据此回答5—7题:
5、上述地区旱情发育的原因是（）
①雨带停留在南方地区②太阳直射点北移，气温回升
③高气压带的控制④上述地区以大陆性气候为主，降水稀少
A．①②B．③④C．①②③D．②③④
6、旱情发展对上述地区影响最大的农作物是（）
A．春小麦B．冬小麦C．油菜D．甘蔗
7、我国旱涝灾害发生频率较高的主要原因是（）
A．地形复杂B．大陆性气候区面积广阔
截至4月8日，云南、贵州、广西、重庆、四川5省区市耕地受旱面积1.01亿亩、占全国的84%，作物受旱7907万亩，待播耕地缺水缺墒2197万亩。有2088万人、1368万头大牲畜因旱饮水困难。连日来，西南地区历史罕见的大旱炙烤着人们的眼睛。河水断流、农田龟裂，千万群众生产生活受到严重影响。
在党中央的坚强领导和统一指挥下，各有关部门紧急动员、迅速行动，调动人力、物力、财力支援灾区。旱区干部群众正在尽最大努力抗击干旱,奋力自救。面对百年一遇的旱灾各地也纷纷出台政策应对，例如：南宁铁路局开辟“绿色通道”抢运旱灾物资，在广西自然灾区救助二级应急响应启动后，南宁铁路局迅速采取非常措施，对密集到达的抗旱春耕物资采取及时甩挂、到卸分流、火车汽车对卸等措施；南宁启动今年首个抗旱应急响应，优先保证生活。
旱灾肆虐人坚强。这场人与自然灾害的艰苦较量，再次见证了中国人民坚韧不拔、自强不屈的意志。旱区群众需要支持，但不等不靠，奋力自救，互帮互助，乐观坚守。没有水，翻山越岭、跑几十里路去背；庄稼枯了，拔了再种，只需一场小雨，便可掀起春耕的热潮„„
拧成一股绳，办法总比困难多。一方有难，八方支援；同心协力，共渡难关。社会各界自发捐献的善款来了，矿泉水来了,各种救灾物资来了。充满爱心的“及时雨”，正在旱区播撒信心和希望。
灾害无法避免。但是灾害并不可怕，因为我们有强大的祖国，有坚强的领导，任何困难都难不倒英勇的中国人民。我们有理由相信，一定能够打赢抗旱救灾这场硬仗。
以上是我的思想汇报，恳请党组织给予批评、帮助！
汇报人
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