“类内-类间”综合干旱指数在辽宁省干旱评价中的应用

胡 娜

(大连市水务事务服务中心，辽宁 大连 116021)

辽宁省干旱频发，发生较大及以上干旱的频率从1961—1980年的20%递增到2001—2018年的53%。受灾作物面积累计已达0.18亿hm2，经济损失累计达420亿，抗旱任务十分艰巨。农业作为干旱影响最为严重的领域，与农业生产、农业生活以及农村生态环境等紧密相关。据统计，从1999—2018年，干旱起因是降水偏少，但发展成灾，则有一个缓慢渐进过程，它不仅取决于降水、气温等气象条件，还与地形、土壤、作物等因素密切相关[1]。考虑到旱灾的成因是多条件的，旱灾的影响和体现也是多方面的，单一指标很难对旱灾进行全面评估，因此需要建立综合评估指标，对旱情实时特征进行综合评估。当前，国内有许多学者开展综合干旱指数的研究[2- 6]，但是大都是基于同一类指标进行综合，比如水文部门采用水文指标进行综合，得到水文类综合指标[7- 9]，农业部门采用农业指标进行综合，得到农业类综合指标，而未有基于气象、水文、农业、遥感四类干旱指标进行综合干旱指数构建的研究，为此本文提出基于“类内-类间”综合干旱指数法，对辽宁地区的干旱进行综合评价。

1 研究方法

“类内-类间”综合指数法与加权平均法类似，是基于各干旱指标对应等级量化值进行的综合干旱分析，但不同的是先对上一节所述的同一类干旱分析指标进行“类内”综合，得到各大类的旱情指数，然后对各大类指数再进行“类间”综合，考虑干旱指数在对应等级区间的偏向性，进行更细微的综合干旱分析。

1.1 “类内”综合指数

类内综合干旱指数的计算分为两步：

(1)计算复合权重系数ai

(1)

(2)

(2)计算类内综合指数Id

(3)

式中，Id—类内综合干旱指数；Ci—第i个干旱指标对应的等级量化值，见。ai—复合权重系数，计算方法按式(1)—(2)。

例如，采用与加权平均法中的示例相同的数据，见表1，降雨距平指数为-35%，对应干旱等级为轻度干旱，等级量化值为1，对应干旱等级的上限是-20，下限是-40，按照式1计算归一化干旱指数权重(q)为0.25，按照式2计算复合权重(a)为0.24。连续无有效降雨日数为28d，对应干旱等级为中度干旱，等级量化值为2，类似地，计算q和a分别为0.8和0.76。分别赋予相同的权重为0.5，按式3计算类内综合干旱指数为1.76，则按照表1、2的综合干旱指数等级划分标准，综合旱情等级是轻度干旱，但由于1.76趋近于2，因此属于轻度偏重。可见，采用这种方法能够更精细地刻画干旱的严重程度。

对于不同的权重，比如降雨距平指数权重为0.7，连续无有效降雨日数权重为0.3，见表1，计算综合干旱指数为1.57，相比于相同权重时(1.76)的偏重程度减小了，这是因为降雨距平指数的权重较大，而其对应的等级为轻度干旱，所以综合干旱的严重程度得到了削弱。

表1 “类内-类间”综合干旱指数法示例

1.2 “类间”综合指数

采用上述“类内”综合指数计算方法分别得到气象、水文、农业及遥感干旱分析指数后，再进行“类间”综合。由于经过“类内”综合后的各类干旱指数已经是归一化的，因此，“类间”综合采用简单的加权平均进行计算。

(4)

2 旱情实时分析应用示范

根据实时干旱分析指标和计算方法，对示范区进行旱情分析。由于受到数据支撑的限制，应用示范中暂不包括水库蓄水距平指数和作物水分亏缺指数。受旱面积比率来自干旱事件发生后的统计上报，时效性较差，难以满足旱情实时分析，因此，应用示范中也暂不包括受旱面积比率分析。另一方面，遥感干旱指数作为单独的方法进行辅助分析。所以，应用示范中，以降雨距平指数、连续无有效降雨日数、河道径流距平指数为例，对2006年进行示范反演研究。分析结果主要以等级分布图的形式展示，分别用红色、橙色、黄色和蓝色表示特大、严重、中度和轻度干旱。

2.1 月尺度降雨距平分析

选择2006年7月11日和24日、8月9日和24日的4个时间对月尺度降雨距平比分析。如图1所示。

由图1可见，随着时间的推移，旱情在逐渐加剧，且变化迅速明显。尤其是辽西北地区在进入8月份后，大部分地区转变为中度和严重干旱等级。

表2 加权平均法与“类内-类间”综合干旱指数法比较示例

图1 月尺度降雨距平分析

2.2 季尺度降雨距平分析

选择2006年7月11日和24日、8月9日和24日的4个时间进行对季尺度降雨距平比分析，如图2所示。

图2 季尺度降雨距平分析

与月尺度降雨距平分析结果相比，空间和时间的变化趋势一直，但是相应的旱情等级较轻，进入8月份后的旱情等级为轻度和中度干旱，并且，空间分布相对均匀。这是因为月尺度的时间短，没有充分考虑一个月前的土壤底墒情况，受本月内的降雨影响较大。

2.3 连续无有效降雨日数

选择2006年7月11日和24日、8月9日和24日的4个时间进行对连续无有效降雨日数进行分析，如图3所示。

图3 连续无有效降雨日数

旱情发展呈突变式，8月9日前辽宁全省都处于无旱状态，8月24日大部分地区转变为轻度干旱。这与连续无有效降雨日数的定义和计算方法有关，在连续干旱过程中一场降雨即打断了连续无雨日数。所以，连续无有效降雨日数分析方法具有很大的随机性，并不能很好的反映旱情。

2.4 月尺度河道径流距平分析

选择2006年7月11日和24日、8月9日和24日的4个时间进行对月尺度河道径流距平进行分析，如图4所示。

图4 月尺度河道径流距平分析

随着时间推移，旱情逐渐加剧。其中，辽西北地区尤为严重。但是，旱情等级的空间分布不均匀，从图4看的效果是旱情等级分布呈现斑块状，相邻区县之间的旱情等级跳跃较大。这是因为河道径流距平是以局部的河道水文测站为数据基础的，受水系分布的影响较大。与降水距平指数分析相比，河道径流距平分析的旱情分析结果相对严重。这是因为前期降雨偏少，河道来水偏枯，已经导致水资源短缺现象。

2.5 季尺度河道径流距平分析

选择2006年7月11日和24日、8月9日和24日的4个时间进行对月尺度河道径流距平进行分析，如图5所示。

图5 季尺度河道径流距平分析

从图5看出变化规律与月尺度的结果相似。但是由于考虑的时间尺度较长，相应地区的旱情等级较月尺度的情况轻微。

2.6 综合干旱指数分析

将以上的指标按照“类内-类间”方法进行综合，得到综合干旱指数，结果如图6所示。

图6 综合干旱指数对比

以月尺度进行分析，从图6可以看出，依旱情分析等级看，气象指标的旱情较轻，水文指标的旱情较重，因为气象指标反映的是当月的降雨情况，而水文指标和土壤墒情能够反映前期的水资源和土壤墒情情况。从空间分布上看，气象指标的旱情等级空间分布均匀，而水文指标和农业指标的空间变异性较大。对于综合旱情分析指标，辽宁省整体处于轻度和中度干旱，辽西北地区旱情较重。

3 结语

“类内-类间”综合干旱指数可解决当前不同部门采用不同干旱指标进行分析的问题，相比于单一干旱指标，可实现区域干旱的全面评价，干旱评价吻合度好于传统单一指标，在地区干旱评价中可以推广和应用。

本文主要以辽宁省为例，探讨“类内-类间”综合干旱指数的适用性，在其他地区干旱标准的适用性还需要进行研究，对于不同干旱类型地区的评价标准需要结合区域实际情况进行相应的调整。