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气象/水文/农业/社会经济干旱指标整理
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2022-10-19
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指标详细介绍,如首次提出该指标的论文、所需数据、优缺点等。
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干旱指标整理
首先按照干旱类别对相应干旱指标进行分类,并分析其优缺点,最后进行综合分
析。
在自然界,干旱一般有两种类型,一类是由气候、海陆分布、地形等相对稳定的
因素在某个相对固定的地区常年形成的水分短缺现象,这类干旱也可称为干旱气候;
另一类是各种气象因子(如降水、气温等)的年际变化形成的随机性异常水分短缺现
象。
图 1 干旱分类
类别一:气象干旱指标 meteorological drought index
主要与降水、气温、蒸发和相对湿度等因子有关
标准号:GB/T 20481-2017
中文标准名称:气象干旱等级
英文标准名称:Grades of meteorological drought
指标 1.1:帕尔默旱度指数(Palmer Drought Severity Index,PDSI)
1965-Meteorological Drought index-Palmer(提出 PDSI 指标)
1984-The Palmer Drought Severity Index: Limitations and Assumptions
数据资料:降水、温度(估计蒸散发)、土壤水分含量
优点:综合考虑了地表前期降水量 P、土壤含水量、径流和潜在蒸散量 PE;可描绘
干湿状况。
缺点:多因素的综合干旱指标,对干旱事件的检测效果并不理想;使用了多个经验参
数,取决于具体的研究区域;固定时间尺度,多为 9~12 个月,该指标事件步长为 1
个月,不能反映短期情况;不考虑积雪和融雪,不适用于高山地区。
计算方法:
首先依照水分平衡方程,计算气候适宜降水量及其与实际降水量之间的差值,然
后作权重变换并进一步考虑持续时间得出 PDSI 值。
ˆ
d P P
2.8
' 1.5 lg[ ] 0.5
( )
PE R RO
K
P L D D
12
1
17.67
'
'
K K
DK
Z Kd
1
0.897
3
i
i i
Z
X X
式中:
P
为逐月降水量;
ˆ
P
是基于水分平衡方程计算得到的气候适宜降水量;
PE
、
R
、
RO
和
P
分别表示平均潜在蒸发、平均补水量、平均径流量和平均降水量;
d
是逐
月水分距平值,即实际降水量与气候适宜降水量的差值,其绝对值为
D
;
K
为权重系
数,亦称 Palmer Z 指数,表征当月气候的干湿状况;0.897 和 1/3 为持续因子,反映
PDSI 受地表前期干湿状况影响的程度,以及对当月降水异常的敏感性。
干旱等级:
指标 1.2:修正帕尔默旱度指数(Self-Calibrating Palmer Drought Severity Index,
sc-PDSI)
2004-A Self-Calibrating Palmer Drought Severity Index(提出 sc-PDSI)
优点:修正了 PDSI 中参数:Climatic characteristic (
K
)和 duration factors,使 sc-PDSI
可用于不同地区的干旱对比
缺点:仅解决了 PDSI 应用在不同地区的问题,其他缺点仍未解决,如时间尺度固定;
不考虑积雪和融雪。
指标 2.1:标准降水指数(Standardized Precipitation Index, SPI)
1993-The relationship of drought frequency and duration to time scale-Thomas B. McKee-
首次提出 SPI 指数
数据资料:月尺度降水资料
优点:计算简单,且在时空上具有可比性;可计算不同尺度 SPI 用于表征各类不同可
用水资源的干旱;可描绘干湿状况。
缺点:不能满足任意尺度的应用,只能用在月尺度及以上;不考虑前期降雨的影响;
忽略气温变化对干旱影响,在研究全球变暖背景下的干旱问题时适用性较差。
计算方法:
图 1 SPI 指数计算流程图
干旱等级:
1993-The relationship of drought frequency and duration to time scale-Thomas B. McKee-
“Drought intensity is arbitrarily defined for values of the SPI with the following
categories:”
(中国国家标准 GB/T 20481-2017)
指标 2.2:标准非平稳降水指数(Standardized Nonstationary Precipitation Index,
SnsPI)
J2013-Projection of occurrence of extreme dry-wet years and seasons in Europe with
stationary and nonstationary Standardized Precipitation Indices-提出标准非平稳降水指数
数据资料:
优点:
缺点:
计算方法:
指标 3:标准化降雨蒸发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,
SPEI)
2010- A multiscalar Drought Index Sensitive to Global Warming: The Standardized
Precipitation Evapotranspiration Index(提出 SPEI)
数据资料:月尺度降水资料
优点:考虑了温度因素,可用于气候变暖下的干旱分析。
缺点:不能满足任意尺度的应用,只能用在月尺度及以上;
计算方法:根据 Thornthwaite 所求 PET 得到降水和蒸发的月差值 D
i i i
D P PET
三参数 Log-logistic 概率密度函数:
1 2
( ) ( ) (1 ( ) )
x x
f x
式中,
为尺度参数(scale parameter);
为形状参数(shape parameter);
为源
参数(origin parameter)。D values in the range (
D
)
矩法(L-moments)用于求解相关参数:
1 0
1 0 2
2
6 6
W W
W W W
0 1
( 2 )
1 1
(1 ) (1 )
W W
0
1 1
(1 ) (1 )
W
式中,
( )
为伽马函数。
在计算对数 Logistic 函数α、β和γ分布参数时,采用概率加权矩(PWMs)方法,
基于作图位置法,其阶数为 s 的 PWMs 计算为:
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