PDSI和SPI以SPEI的资料.docx

PDSI和SPI以及SPEI的研究综述 北京大学 赵旗 摘要：干旱作为全球最为常见的自然灾害之一，已经对我国的农业生产造成了严重影响。为更好地预测影响作物的干旱并及时采取应对措施，国内外广泛应用了多种干旱指标，本文主要介绍了目前应用较为广泛的三种干旱指标：PDSI 、SPI、SPEI。介绍了其优缺点，并结合自己的认识对未来干旱指标的研究方向提出了三点建议。 关键词：PDSI、SPI、SPEI、应用、局限性 前言：干旱灾害是一个世界范围的问题。Hagman的研究指出,干旱是最复杂而且又是被人们了解得最少的自然灾害,它对人类所造成的影响要远远超过其它的自然灾害。大量矿物燃料的燃烧、乱砍滥伐等人类活动和工业化过程已经导致地球环境的严重恶化及以气候变暖为标志的全球变化，包括冰川退缩、河道断流湖泊萎缩、沙漠化加剧、生物多样性受损等特别是干旱的发生日益频繁。干旱作为长时间的累积过程是正常的气候现象。气候变暖背景下，我国干旱呈现发生频率高、分布面积大、时空分布不均匀、持续时间长等特点。干旱指标是研究干旱气候的基础,也是衡量干旱程度的关键环节,对干旱指标的应用表明,如果干旱指标制定得客观、合理,那么对干旱过程就反映得准确,否则,对干旱气候进行评估时,一是有可能遗漏一些干旱过程,再是有可能增加一些并非干旱的过程。大气干旱、土壤干旱、水文干旱和作物干旱之间,既有联系,又有不同。长期的大气干旱可形成土壤和水文干旱,而长期的土壤干旱又可导致作物干旱。如果多种干旱并存,将严重影响国民经济的发展,特别是粮食产量将会大幅度减产。所以对干旱指标的研究,从而较好地描述干旱特征,有着重要的现实意义。 干旱指标的分类 目前应用最广泛的干旱指标，依据受旱机制的不同而分为气象干旱、水文干旱、农业干旱、社会经济干旱［7］以及生态干旱。气象干旱指某时段由于蒸发量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象; 水文干旱是根据各个地点在一段时间内地表水和地下水供水与正常条件下供水的差值来定义; 农业干旱指缺乏正常降水的某一特定时间内，土壤水分能否满足农作物的生长需要; 社会经济干旱是气象、农业和水文干旱与人类活动综合影响下的城市缺水状况; 生态干旱( 针对湿地) ，是指由于供水受限、蒸发大致不变导致的地下水位下降、物种丰富度下降、群落生物量下降以及严重时湿地面积萎缩的现象。 下面介绍目前应用比较广泛的三种干旱指标：PDSI、SPI、SPEI。 帕尔默干旱指数(PDSI) 帕尔默(1965)利用降水和温度通过两层模型估算土壤水分供给和需求,制定帕尔默干旱指数(PDI)。这是第一个较全面的来评估一个地区的总水分状况的指标。自成立以来,PDSI已经进化出一些修改版本。例如, Karl (1986)建立了一个修改版本称为帕默水文干旱指数(PHDI)用于供水监控。为便于操作, Heddinghaus和Sahol 介绍了一种PDSI的实时版本,称为改进的PDSI(PDI)。PDSI也许是应用最广泛的区域干旱指数。该指数被用来说明不同干旱事件的区域范围和严重性和研究空间和时间的干旱特征以及探索干旱的周期性行为,监测水文趋势,农作物预测,并评估潜在的火灾严重程度,大范围干旱,和干旱预测。 2.1. Palmer干旱指数计算方法 Palmer干旱指数可以简称为PDSI(Palmer Drought Severity Index)。它的计算可分为以下七个步骤： 一是统计水文帐，由长期气象资料序列计算出月水分平衡各分量的实际值、可能值及平均值，包括蒸散量、潜在蒸散量、径流量、潜在径流量、补水量、潜在补水量、失水量和潜在失水量； 二是计算各气候常数和系数，包括蒸散系数、补水系数、径流系数、失水系数和气候特征值； 三是计算出水分平衡各分量的气候适宜值，包括气候适宜蒸散量、气候适宜补水量、气候适宜径流量、气候适宜失水量和气候适宜降水量； 四是计算水分盈亏值d和水分异常指数Z ； 五是计算Palmer干旱指数； 六是干期（或湿期）结束的度的计算，确立当前期的Palmer指数值。 2.2. Palmer干旱指数的计算公式 PDSI的原理是水分平衡方程，即在“当前情况下达到气候上适宜”（Climatically Appropriate For Existing Conditions）的情况下，降水量等于蒸散量与径流量之和再加上（或减去）土壤水分的交换量，表示如下： …………………… (17) 为蒸散量，为可能蒸散量，为土壤水分供给量，为土壤可能水分供给量，为径流，为可能径流，为土壤水分损失量，为土壤可能水分损失量。其中 …………………… (18) …………………… (19) …………………… (20)