干旱相关概念辨析

屈艳萍，吕娟，程晓陶，苏志诚

（1.中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所，北京10038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京100038）

干旱相关概念辨析

屈艳萍1，2，吕娟1，2，程晓陶1，2，苏志诚1，2

（1.中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所，北京10038；2.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京100038）

与干旱相关的问题非常复杂，涉及到干燥（Aridity）、干旱（Drought）、旱灾（Drought disaster）等概念，这些概念之间既相互联系又彼此具有显著区别。在国内外文献调研及分析的基础上，结合作者近年来开展的干旱相关科学研究，本文深入剖析了干燥、干旱和旱灾的概念及形成机制，提出了度量干燥、干旱和旱灾的概念函数，并分析归纳了干燥、干旱和旱灾的基本特征，从不同角度对干燥、干旱和旱灾进行了科学、系统、全面的辨析。

干燥；干旱；旱灾；概念；形成机制

1 研究背景

干旱问题与人类社会相伴相生，并且阻碍着社会的进步与发展［1］。据美国干旱减灾中心研究表明，1996—2004年美国因旱年均直接经济损失高达60～80亿美元，2002年甚至超过200亿美元［2］。据统计，自20世纪90年代以来，我国因旱年均粮食损失高达260亿公斤，因旱年均工业损失超过2000亿元，因旱年均饮水困难人口超过2700万［3］。干旱不仅造成巨大的经济损失，还可能引发饥荒、社会动荡、种族冲突和战争等社会问题。我国历史上，1637—1646年的连年大旱就是引发明朝灭亡的主要诱因之一。1998年，苏丹南部的Bahr EI Ghazal因干旱导致大范围饥荒，造成了有史以来的最高死亡率记录。2002—2003年南部非洲的干旱，不仅导致了严重的粮食危机，在津巴布韦和安哥拉还引起了种族冲突和政治动荡［2］。

尽管干旱引发的问题如此严重，而且世界上一些国家对干旱的研究也有百余年的历史，但干旱及其灾害仍然是地球上最复杂且被人们认知最少的自然灾害之一［4］。近年来我国相继发生了2000—2001年全国大旱、2006年川渝大旱、2009年初北方冬麦区冬春旱、2010年西南五省区大旱以及2011年长江中下游大旱，引起了科学界乃至社会各界的广泛关注。但与此同时，也暴露出对干燥、干旱和旱灾等基本概念分辨不清甚至混为一谈的现象，这种现象不仅在公众媒体报道中普遍存在，也广泛存在于相关科研文献及研究报告之中，严重影响了对干旱问题的正确认识、科学判断以及有效应对。以往，国内外许多专家、学者对干旱的相关概念进行过一些有意义的研究和探讨［5-11］。在国内外文献调研及分析的基础上，结合作者近年来开展的干旱相关科学研究，本文剖析了干燥、干旱和旱灾的概念及形成机制，提出了度量干燥、干旱和旱灾的概念函数，并分析归纳了干燥、干旱和旱灾的基本特征，从不同角度对干燥、干旱和旱灾进行了科学、系统、全面的辨析。

2 干燥

2.1 干燥概念及形成机制干燥是指由气候、海陆分布、地形等相对稳定的因素在某一相对固定地区形成的常年水分短缺现象［12］，是某一地区的长期气候特征，由于习惯的沿袭，我们仍称之为干旱地区和半干旱地区，而不是干燥地区和半干燥地区。干燥作为某一地区长期的气候特征，其形成主要受大气环流以及地形和海陆分布的影响，其形成机制如图1所示。大气环流是大范围的大气层内具有一定稳定性的各种气流运行的综合现象，是完成地球—大气系统角动量、热量和水分的输送和平衡，以及各种能量间的相互转换的重要机制，又同时是这些物理量输送、平衡和转换的重要结果，是构成全球大气运动基本形势并形成全球气候特征的主要因子。当副热带高压或其他大气环流原因导致持续、宽广的下沉气流终年控制一个地区时，该地区持续干燥少雨，逐渐形成永久性干旱区和沙漠［12］。地球上主要沙漠带即位于这种下沉气流下面，如墨西哥和美国西南部的索诺拉沙漠、撒哈拉至亚洲西南部的沙漠带、西南非洲的卡拉哈里沙漠和澳大利亚沙漠等，这些沙漠与位于南北半球的33度附近的最大下沉气流位置非常接近。有些内陆地区距离水源地十分遥远、或饱含水汽的气流长途跋涉、途径干旱沙漠地带，或潮湿气流被巨大的山脉所阻挡等等，也是形成气候干燥的直接原因。

图1 干燥形成机制

2.2 干燥表征及度量方法由干燥形成机制的分析可知，其形成主要受大气环流以及地形和海陆分布的影响，但不论是哪种因素为主造成的干燥，其直接表现都是降水长期匮乏，因此，可以认为干燥的严重程度直接与长期的降水量相关。考虑到气象水文现象都是以年为周期周而复始，干燥度量的时间尺度也多为年尺度。干燥度量的概念函数如下：

式中：SAridity为干燥的严重程度；P为某地区年降水量。

国内外有关干燥的评价指标较多，如年降水量、干燥度比率、湿润指数、干燥度指数等，这些指标研究较成熟、应用较广泛、普遍被人们所接受，指数之间具有较好的一致性，且在不同地区之间具有可比性。其中，年平均降水量是表征某地区气候干湿状况最直观、最简便的指标。干燥度比率由苏联学者布德科于1958年提出［13］，表示某地区地面净辐射能量收入可以蒸发掉几个平均年降水量，具有物理意义明确、简单的优点。研究指出，利用干燥率比率绘制的气候分区界限与利用年均降水量绘制的气候分区界限大致接近。湿润指数是可能蒸散量与降水量之比［14］，湿润指数和干燥度互为倒数。1994年通过的《联合国防治荒漠化公约》中，采用桑斯威特湿润指数来进行气候干湿分区。

2.3 干燥基本特征基于对干燥概念及形成机制的分析，认为干燥具有以下3个基本特征：（1）从发生概率上来说，干燥具有确定性。由于干燥是由气候、海陆分布、地形等相对稳定的因素在某一相对固定地区形成的常年水分短缺现象，因此，对于某一地区来说，该地区是否干燥，什么时间比较干燥，都是确定的。（2）从时间维度上来说，干燥具有长期性。干燥作为某一地区长期的气候特征，其形成主要受大气环流以及地形和海陆分布的影响。而大气环流、地形及海陆分布的形成往往都是以亿年来计算的，因此，某一地区干燥与否，都是一个长期的气候特征。（3）从空间维度上来说，干燥具有固定性。在一定哪些地区干燥、哪些地区湿润，其空间分布是相对固定的。

3 干旱

3.1 干旱概念及形成机制关于干旱的定义有100多种［7］，最早可以追溯到1894年，美国学者Abbe首次明确提出的干旱即“长期累积缺雨的结果”［15］。这种以降水为标志，强调干旱的自然属性，认为干旱是一种累积降水量比期望的“正常值”偏少的现象的思想一直影响至今，如美国国家海洋和大气管理局定义干旱为严重和长时间的降水短缺［16］；世界气象组织定义干旱为一种持续的、异常的降水短缺［17］；联合国国际减灾战略机构定义干旱为在一个季度或者更长时期内，由于降水严重缺少而产生的自然现象［18］；欧洲干旱中心定义干旱为一种持续性的、大范围的、低于平均水平的天然降水短缺事件［19］。尽管上述各种干旱定义的表述有所不同，但核心内容都是天然降水短缺现象，都是从气象过程考虑干旱问题。但是，随着研究的深入，越来越多的研究认为气象过程只是完整水循环过程中的一个部分，仅仅从气象过程研究干旱问题割裂了水循环的整体性。所谓完整的水循环，包括大气过程、土壤过程、地表过程、地下水过程，其中大气过程是传统气象气候学的关注焦点，土壤过程是传统农学的关注焦点，地表过程是传统水文学的关注焦点，地下过程是传统水文地质学的关注焦点。考虑到干旱是自然水循环过程的极值事件，水循环中任一过程的水分亏缺都可能造成干旱，因此需要从水循环全过程来研究干旱。屈艳萍等将干旱定义为：某地理范围内因降水在一定时期持续少于正常状态，导致河流、湖泊水量和土壤或者下水含水层中水分亏缺的自然现象［11］。

作为从变率意义上考虑的临时性现象，干旱是大气环流和主要天气系统持续异常的直接反映，季风的强弱、来临和撤退的迟早以及季风期内季风中断时间的长短与干旱也有直接关系。大气环流异常或季风环流异常导致某地区降水较正常状态偏少，当偏少程度和持续时间达到一定程度时，意味着气象干旱发生。由于降水是下垫面水分最主要的来源，气象干旱可能诱发水文干旱。在气象干旱初期，由于土壤的调蓄作用，土壤含水量不会立刻降低，但由于少雨常伴随着温度的升高，导致蒸散发的增强，包气带水分消耗加快。当气象干旱进一步蔓延加剧，在其它条件不变的情况下，一方面降雨产流可能随之减少，另一方面包气带水分继续消耗且得不到补充，土壤水分条件进一步恶化，汇流条件也可能随着削弱。产汇流的减少，直接影响河川径流的补给，导致江河湖泊等地表水体水量减少，进而影响地下水。屈艳萍等认为干旱的本质是水循环任意一个或几个环节出现水分亏缺［11］，可表现为气象干旱（降水偏少）、农业干旱（土壤水分偏少）、水文干旱（径流偏少）等，其形成机制见图2。

图2 干旱形成机制

3.2 干旱表征及度量方法由干旱形成机制的分析可知，造成干旱的直接驱动因子是大气环流异常或季风环流异常，而其可能表现为包括大气过程、土壤过程、地表过程、地下过程在内的水循环任意一个或多个过程的水分亏缺。因此，干旱的度量函数有以下几种可能的表达形式：

式中：SDrought为干旱的严重程度；P为某时段降水量；Msoil为某时段土壤含水量；Rsurface为某时段地表径流量；Rground为某时段地下径流量。

干旱度量之所以有多种函数表达形式，正是由于不同地区干旱形成及影响因素不尽相同，度量干旱的指标也不一样，可能是单一的气象要素，也可能是单一的水文要素，还可能是两个或者多个要素的综合。国外关于干旱指标的研究较早、较深入，不同学者从不同角度提出了许多干旱指标［20-26］，如Munger指标、Kincer指标、Marcovitch指标、Blumenstock指标、相对湿度指数、Palmer干旱指数（Palmer Drought Severity Index，PDSI）、降水异常指数（Rainfall Anomaly Index，RAI）、降水十分位数、Keetch-Byrum指标、Bhalme和Mooly干旱指数（BMDI）、地表水供水指数（Surface Water Sup⁃ply Index，SWSI）、标准化降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）、土壤湿度干旱指标（Soil Moisture Drought Index，SMDI）、标准化径流指数（Standardized Runoff Index，SRI）、径流干旱指数（Streamflow Drought Index，SDI）等干旱指标。我国对干旱指标的研究相对较晚，提出的指标也相对较少，代表性的有根据我国降水特征分布所提出的Z指数及综合气象干旱指数（CI）［27］。

3.3 干旱基本特征基于对干旱概念及形成机制的分析，认为干旱具有以下3个基本特征：（1）从发生概率上来说，干旱具有随机性。在前文中，将干旱定义为“某地理范围内因降水在一定时期持续少于正常状态，导致河流、湖泊水量和土壤或者下水含水层中水分亏缺的自然现象”。可见，干旱是自然水循环过程的极值事件之一，是从变率意义上考虑的临时性水分短缺现象，一场干旱的持续时间、干旱的严重程度、干旱的影响范围都是随机变量，即干旱具有随机性。干旱可以发生在任何区域的任何时段，既可以出现在干旱或半干旱区的任何季节，也可发生在半湿润甚至湿润地区的任何季节。（2）从时间维度上来说，干旱具有蠕变性。任何事物都有其发生、发展和消亡的过程，只是不同事物形成的过程有长有短，有缓有急。譬如，洪水往往形成较快，几天甚至几个小时之内就能形成。再如，飓风、地震的发生更快，可能几个小时甚至几分、几秒钟内。而相比之下，干旱的发生、发展过程要缓慢的多，通常需要几个月、数个季节甚至数年。干旱这种悄无声息的发生、缓慢发展的特性，我们称之为蠕变性。（3）从空间维度上来说，干旱具有广泛性。洪涝一般集中发生在一条狭长的地带，而一旦发生干旱，则往往影响范围较广。因为造成洪涝的暴雨主要发生在冷暖气团交汇的狭长的锋面地带，而造成干旱的降水偏少则是在范围广阔的单一气团内形成的，譬如中国北方大范围的春旱就是在大陆干暖空气的长期控制下形成的，南方的“伏旱”则是在太平洋的副热带高压控制下发展起来的。

4 旱灾

4.1 旱灾概念及形成机制在一些期刊或报纸上，常常可以看到“……发生了50年一遇的旱灾……”的说法，而事实上，这种说法是不严谨的，因为这里所谓的“50年一遇”仅仅是从天然降水偏少的程度来说的，将干旱与旱灾概念混为一谈，夸大了事实真相。作者将干旱定义为：某地理范围内因降水在一定时期持续少于正常状态，导致河流、湖泊水量和土壤或者下水含水层中水分亏缺的自然现象。旱灾是指由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺，并对生活、生产和生态造成危害的事件［28］。根据受灾对象的不同，可将旱灾划分为农业旱灾、城市旱灾和生态旱灾。农业旱灾是指作物生育期内由于受旱造成作物较大面积减产或绝收的灾害。城市旱灾指城市因遇枯水年造成城市供水水源不足，或者由于突发性事件使城市供水水源遭到破坏，导致城市实际供水能力低于正常需求，致使城市正常的生活、生产和生态环境受到影响的灾害。生态旱灾是指湖泊、湿地、河网等主要以水为支撑的生态系统，由于天然降雨偏少、江河来水减少或地下水位下降等原因，造成湖泊水面缩小甚至干涸、河道断流、湿地萎缩、咸潮上溯以及污染加剧等，使原有的生态功能退化或丧失，生物种群减少甚至灭绝的灾害。

区域灾害系统论指出，灾害是由致灾因子、承灾体及孕灾环境所组成的灾害系统综合作用的产物［29-30］，致灾因子是灾害产生的必要条件，承灾体是放大或缩小灾害的必要条件，孕灾环境是影响致灾因子和承灾体的背景条件。从区域灾害系统论的视角而言，旱灾系统亦是由致灾因子、承灾体和孕灾环境三部分组成，三者缺一不可［3］。其中，致灾因子是指直接引起人类经济社会、生态环境遭受损害的气象、水文等自然水循环要素异常偏少的不利事件，其强度可以用降水距平百分率、降水十分位数、帕尔默干旱指数、标准化降水指数等上述干旱强度指标或相应的概率分布函数来反映。承灾体是在一定孕灾环境下干旱事件作用的客体，即可能遭受损害的人类经济社会和生态环境。孕灾环境指旱灾孕育与产生的外部环境条件，有狭义和广义之分。狭义的孕灾环境主要指大气、水文、下垫面等自然环境。本研究中是指广义的孕灾环境，既包括自然环境，又包括社会环境，其中社会环境主要反映人类预防、调控、应对、减轻或加剧旱灾的活动。在整个灾害发生发展过程中，孕灾环境处于关键地位，一方面充当着孕育灾害的角色，一方面又充当着致灾媒介的角色，它决定了灾害事件的类型与规模以及应对风险可能受到的制约。

4.2 旱灾表征及度量方法根据定义，旱灾是指由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺，并对生活、生产和生态造成危害的事件。因此，总的来说，可以从因旱缺水量或因旱损失两个角度来度量：

图3 旱灾系统构成要素

式中，SDroughtdisaster为旱灾的严重程度；W为因旱缺水量；L为因旱损失。

目前，还没有统一的、公认的旱灾度量指标，这是由于它涉及自然和社会两个方面因素，无法像干燥和干旱那样用纯自然参数构成的指标来描述，又因其影响的范围广、行业多，其损失定量评估往往还难以做到，很多时候还主要停留在定性评估上。在我国，旱灾度量研究相对走在前面，已出台水利行业标准《干旱灾害等级标准》（SL663-2014），提出了农业旱灾评估、牧业旱灾评估、城市旱灾评估指标及等级标准［31］。

4.3 旱灾基本特征基于对旱灾概念及形成机制的分析，认为旱灾具有以下3个基本特征：（1）旱灾具有渐进性和累积性。虽然旱灾并不等同与干旱，但干旱是旱灾的致灾因子，由于干旱具有悄无声息的发生、缓慢发展的特性，旱灾亦具有渐进性。旱灾是一种非突发性的渐进性灾害，其形成是一个逐步累积的缓慢过程。旱灾的形成，是由干旱所引起的，首先表现为资源问题，随着其发生发展，逐渐演变为灾害问题，且灾害影响具有时间累积效应。（2）旱灾具有自然和社会双重属性。旱灾是干旱这种自然现象和人类经济社会活动共同作用的结果，是自然系统和社会经济系统在特定的时间和空间条件下耦合的特定产物［32］，具有自然和社会双重属性。旱灾的自然属性主要体现在两方面：首先，旱灾形成机制的自然性。自然水循环要素变异是旱灾的致灾因子，旱灾的强度也常常受制于自然水循环要素变异的程度。其次，旱灾分布特征的自然性。自然水循环要素变异是旱灾分布的重要背景因素之一，旱灾的时空分布规律常常与自然水循环要素变异的时间和空间分布密切相关。旱灾的社会属性主要体现在以下三个方面：首先，旱灾形成机制的社会性。除了降水自然变异，人类大规模改造自然的行动，如乱伐森林、围湖造田、河湖排污、城市化等也是诱发或加剧旱灾的重要因素。近几十年来，越来越多的国家和地区遭受着愈加频繁的旱灾袭击，旱灾影响范围越来越广，程度也越来越重，灾害损失成几倍、几十倍地增长。很显然，单单从降水等自然变异来解释这一现象是片面的，因为尽管天然降水存在着较大的年际变化，但从一个时期来看，降水自然变异是相对稳定的，因此，更应该从人类社会本身来分析原因。总之，旱灾是多种因素共同作用的结果，是干旱和人类活动所形成的叠加效应，是自然环境系统和社会经济系统在特定的时间和空间条件下耦合的特定产物。其次，旱灾影响机制的社会性。旱灾的存在是以人类社会的存在为前提的。人类的产生源于自然演化的巨大变异。在人类产生以前，即使几百年甚至几千年不降雨，却无所谓旱灾的存在。即便是现在，如果干旱发生在那些荒无人烟、人迹罕至的大沙漠里，对人类没有丝毫影响，那也无所谓旱灾了。总之，干旱就其本身而言并不是灾害，只有当其对人类社会或生态环境造成不良影响时才演变成旱灾。（3）旱灾具有相对可控性。旱灾相对可控性，是指旱灾在一定程度上能够得到有效预防或者减轻的特性。值得注意的是，这里所说的是旱灾具有相对可控性，而并非干旱，因为人类是无法控制干旱这一自然现象的发生和发展的，但通过采取有效的措施可以预防旱灾的发生或者在一定程度上减轻其影响和损失。基于对旱灾双重属性之一的社会属性的认识，可以从以下两个方面理解旱灾相对可控性。首先，旱灾的形成具有相对可控性。我们已经知道旱灾是自然和人类活动所形成的叠加效应，人类无法改变天然降水异常，但却可以通过修正人类自身的活动而降低旱灾发生的风险。譬如，乱伐森林、河湖排污等人类大规模改造自然的行动可能诱发或加剧干旱灾害，但是如果人类不再随意砍伐植被、不再肆意向河湖倾倒垃圾，那么因水土流失、水资源污染而诱发或加剧旱灾的现象就可能得到控制。其次，旱灾的影响具有相对可控性。旱灾应对机制不同，旱灾影响也常常相差甚远，可能“放大”、也可能“缩小”其影响，这主要取决于社会经济基础、科学技术水平、社会制度、社会成员的素质、灾害设防能力、减灾工程和非工程措施等。实践表明，只要尊重自然规律，通过行政、法律、科技、经济等手段，合理配置和利用水资源，规范人类自身活动，就能够降低旱灾对城乡居民生产生活、经济发展和生态环境的影响。需要指出的是，受技术、经济水平以及对干旱灾害认识的限制，人类目前还不能完全战胜旱灾。

5 结论

综上所述，干燥、干旱与干旱灾害是既相互联系又彼此具有显著区别的几个概念。主要结论如下：（1）干燥是由气候、海陆分布、地形等相对稳定的因素在某一相对固定地区形成的常年水分短缺现象。作为某一地区长期的气候特征，其形成主要受大气环流以及地形和海陆分布的影响，具有发生概率确定性、长期性和空间分布固定性等基本特征。干燥常用年尺度降水（蒸发）指标来度量。（2）干旱是某地理范围内因降水在一定时期持续少于正常状态，导致河流、湖泊水量和土壤或者下水含水层中水分亏缺的自然现象。造成干旱的直接驱动因子是大气环流异常或季风环流异常，而其可能表现为包括大气过程、土壤过程、地表过程、地下过程在内的水循环任意一个或多个过程的水分亏缺，具有随机性、蠕变性和广泛性等基本特征。干旱度量指标较多，可能是单一气象要素构成的指标，也可能是单一水文要素构成的指标，还可能是两个或者多个要素的综合指标。（3）旱灾是由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺，并对生活、生产和生态造成危害的事件。旱灾是由致灾因子、承灾体及孕灾环境所组成的灾害系统综合作用的产物，是自然环境系统和社会经济系统在特定的时间和空间条件下耦合的特定产物，具有渐进性和累积性、自然和社会双重属性、相对可控性等基本特征。旱灾可以从因旱缺水量或因旱损失两个角度来度量，由于涉及自然和社会两个方面因素，无法像干燥和干旱那样用纯自然参数构成的指标来描述，目前还没有统一的、公认的旱灾度量指标。

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Discussion on drought-related concepts

QU Yanping1，2，LÜ Juan1，2，CHENG Xiaotao1，2，SU Zhicheng1，2
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100038，China；
2.Research Center on Flood and Drought Disaster Reduction，Beijing100038，China）

Drought-related problem is quite complicated，which involves different concepts，namely aridity，drought，and drought disaster.These concepts are tied up with each other closely，while different from each other noticeably.On the basis of scientific literature review，with the combination of authors’recent researches，these concepts have been discussed and compared systematically from different points of view，including definition，formation mechanism，measure function and fundamental characteristics.

aridity；drought；drought disaster；concept；formation mechanism

P426.616

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.04.001

1672-3031（2016）04-0241-07

（责任编辑：祁伟）

2016-03-02

中国水科院科研专研（JZ0145B032015，JZ0145B472016，JZ0145B592016）；水利行业标准项目（JZ0148A522016）

屈艳萍（1981-），女，湖南株洲人，高级工程师，博士生，主要从事干旱灾害及抗旱减灾方面的研究。

E-mail：quyp@iwhr.com