基于Pa指数的汾河流域气象干旱评价

王 泽

（临汾市水文水资源勘测分局 山西临汾041000）

0 引言

汾河是黄河的主要支流之一，也是山西境内流域面积最大、流程最长的第一大河，地处中纬度的大陆性季风气候区。在全球气候变化的大背景下，极端天气和气候事件频繁发生[1]，汾河流域的气候已经受到了人类活动和自然现象的影响，已有研究表明汾河流域降水量呈显著的减少趋势[2]。因此，在全球气候变化引起流域降水量时空分布改变的大背景下，研究汾河流域气象干旱现状具有十分重要的意义，本文结合汾河流域年降水量及蒸发量资料，选用Pa指数分析汾河流域干旱情况，对该区域干旱监测提供参考。

1 数据来源

本文所用基础气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网，所选数据皆根据《地面基础气象资料质量检测与控制工作流程》等，由国家气象信息中心进行了质量检测与控制、数据核查与更正，数据可靠，具有代表性。包括1957-2012年汾河流域内13 个气象站逐年累计降水量（PRE）数据。汾河流域境内气象站位置如图1所示。

图1 汾河流域境内气象站点分布

2 研究方法

2.1 Pa 指数

Pa指数即降水距平百分率，是中国气象局规定的表征某时段降水量异常的方法之一[3]。它能直观反应降水异常引起的干旱，在我国气象日常业务中经常使用，多用于评估月、季、年发生的干旱事件，其计算公式为[4-6]:

式中:Pa为一段时间内的干旱指数，其值表示干旱程度的大小；PRE 与分别表示对应时段的降水量与平均降水量，即各站点每年平均降水量与1957-2012年平均降水量，mm。考虑汾河流域干旱半干旱的气候特点，划分出三种指数的干旱级别，见表1。

表1 Pa 指数干旱等级划分表

2.2 Mann-Kendall 非参数统计检验方法

现阶段常使用Mann-Kendall 非参数统计检验方法对气候变化及变化趋势进行检验。本文采用该方法对汾河流域13 个气象站进行Pa干旱指数变化分析，具体步骤如下:

1）计算顺序时间序列的秩序列:

对于具有n 个样本数的时间序列x，构造一秩序列:

2）计算统计量UFk

时间序列随机独立的假定下，定义统计量

式中UFk=0，E（sk）、var（sk）是累计数sk的均值和方差，在x1，x2，…，xn相互独立，具有连续相同的分布时，它们可由下式算出:

当显著水平α=0.05，那么临界值Uα=±1.96，UF 表示样本的变化趋势，UF 呈上升趋势则表示样本呈上升趋势，反之则呈下降趋势，若＞Uα，则表明序列的趋势变化显著。

3 汾河流域干旱分析

3.1 Pa 指数变化分析

计算了汾河流域13 个气象站点的Pa干旱指数，结果如图2所示。由图2可见，汾河流域13 个站点的Pa干旱指数都呈现减小趋势，有部分年份达到了重特旱程度，并且自1995年后各气象站轻旱年数明显增加，这与汾河流域降水量的减少趋势相符合[7-8]。

为进一步对汾河流域干旱指数进行分析，本文采用Mann-Kendall 趋势检测法对汾河流域13 个站点的Pa指数进行了检验，结果见图3。由图3可知，汾河流域境内13 个气象站的Pa干旱指数的趋势系数UF都呈现下降趋势，这表明汾河流域1957-2012年干旱程度逐渐加重，并且在2000年后襄汾、娄烦等地的干旱指数减少程度达到0.05 显著性水平，这表明汾河流域2000-2012年后部分区域的干旱加重趋势显著，需要针对这些区域的水资源进行合理配置。

3.2 干旱程度快速上升区域识别

图2 汾河流域13 个气象站点Pa 干旱指数计算结果

图3 Pa 指数M-K 检验结果

图4 汾河流域Pa 干旱指数及趋势系数UF 变化系数

由对Pa指数的变化趋势进行检验的UF 值变化可以看出，汾河流域整体呈现干旱加重的趋势，并且各气象站控制流域内干旱加重程度不一样，为此需要识别汾河流域境内气象干旱最为严重的区域，为汾河流域重点干旱及防控区域提供参考，为此，本文对汾河流域境内13 处气象站的Pa指数系数、Pa指数趋势变化UF 值的变化系数进行了分析，变化系数即对Pa值及UF 进行线性拟合的斜率。若Pa指数变化系数越大，则表示相应的干旱加剧程度越为严重；若UF 值的变化系数越大，则表示干旱加剧的速度最快。Pa指数系数、Pa指数趋势变化UF 值的变化系数分析结果见图4。由图4可以看出，对于Pa干旱指数变化系数而言，交城地区Pa干旱指数的变化系数最大，且呈现以交城地区为中心向南北减少的趋势，这就表明，汾河流域的气象干旱在交城地区加重程度最为明显。对于Pa干旱指数趋势UF变化系数而言，交城地区及洪洞地区Pa干旱指数趋势UF 变化系数最大，且呈现以交城与洪洞地区为中心向南北减少的趋势，这就表明，汾河流域的气象干旱在交城与洪洞地区加重最为迅速。因此，在汾河流域应该重点加强对交城及洪洞区域的气象干旱监控，制定相应的气象干旱应对对策，并对其气象干旱成因做进一步分析。

4 结论与建议

本文结合汾河流域1957-2012年降水量资料，选用Pa指数分析汾河流域干旱情况，并采用Mann-Kendall 非参数统计检验方法对汾河流域的Pa指数变化趋势进行了分析，对汾河流域的气象干旱现状进行了评价，结果表明汾河流域境内气象干旱程度呈加重趋势，并且自1995年后汾河流域轻旱年数明显增加，在汾河流域境内，交城区域的气象干旱加重程度最为明显，交城与洪洞区域的气象干旱加重最为迅速，未来需要对汾河流域境内交城及洪洞区域进行气象干旱重点监测。