王舒 肖高翔

摘要：在研究干旱問題時(shí)，由于研究的區(qū)域不同，其氣候條件、致旱原因也不同，因此，并不能簡(jiǎn)單地采取某一種干旱指數(shù)來評(píng)定區(qū)域的旱情，必須總結(jié)該區(qū)域各指數(shù)的適用性，才能得到最適合該區(qū)域干旱研究的干旱指數(shù)。將新疆62個(gè)氣象站點(diǎn)劃分為12個(gè)分區(qū)，先將K干旱指數(shù)、干旱偵測(cè)指數(shù)（RDI）、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）等4種干旱指數(shù)的閾值進(jìn)行本地化修正，再利用春、夏、秋3季最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)評(píng)價(jià)的干旱等級(jí)分別與各干旱指數(shù)的評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行吻合度分析，最后利用年尺度的土壤濕度分別與各年尺度的干旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明：① 在春、夏、秋3季，K指數(shù)適用于東疆和南疆平原盆地地區(qū)的春旱與秋旱的監(jiān)測(cè)，以及吐鄯托盆地的夏旱監(jiān)測(cè);RDI指數(shù)適用于北疆東部和北部3季的旱情監(jiān)測(cè)、北疆沿天山一帶和天山山區(qū)的春旱監(jiān)測(cè);SPI指數(shù)適用于天山和南疆西部山區(qū)的夏旱監(jiān)測(cè);SPEI指數(shù)適用于北疆西部和南疆西部山區(qū)的春旱監(jiān)測(cè)，以及東疆、南疆、北疆西部和北疆沿天山一帶的夏旱監(jiān)測(cè)，北疆西部及北疆沿天山一帶的秋旱監(jiān)測(cè)。② 在年尺度適用性上，K指數(shù)適用于北疆地區(qū)、南疆西部以及阿克蘇地區(qū);RDI指數(shù)適用于整個(gè)北疆地區(qū);SPI指數(shù)適用于北疆沿天山一帶、北疆西部、阿克蘇地區(qū)以及南疆西部;SPEI指數(shù)適用于北疆沿天山一帶、北疆西部和南疆西部山區(qū)。

關(guān) 鍵 詞：干旱指數(shù);干旱閾值;土壤濕度;新疆

中圖法分類號(hào)：P426.616

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-4179（2021）09-0086-07

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.014

0 引 言

干旱是對(duì)人類生產(chǎn)活動(dòng)影響較大的自然災(zāi)害之一，它具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和影響范圍廣的特點(diǎn)[1]，可分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[2]。其中，氣象干旱是4種干旱里最先發(fā)生的，因此，做好氣象干旱的監(jiān)測(cè)、研究和預(yù)測(cè)工作，對(duì)預(yù)防和應(yīng)對(duì)其他3種干旱的發(fā)生和蔓延、降低干旱所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，具有重大指導(dǎo)意義[3]。

新疆，作為世界上距離海洋最遠(yuǎn)的地區(qū)，由于周圍高原和山脈的阻隔，使得到達(dá)這里的海洋水汽極為有限，從而造成了新疆旱災(zāi)頻發(fā)的現(xiàn)狀[4-5]。目前，人們?yōu)榱藴?zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、量化以及評(píng)估干旱的各項(xiàng)指標(biāo)，已發(fā)展出數(shù)百種干旱指數(shù)[6]。新疆因其特殊的地理位置，受到了眾多氣象學(xué)者的重視，他們利用不同的干旱指數(shù)對(duì)新疆干旱進(jìn)行了深入而細(xì)致的研究。如，李劍鋒等[7]利用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI） [8]分析了新疆的干旱特征演變情況，結(jié)果表明，北疆干旱強(qiáng)度和干旱歷時(shí)均有下降趨勢(shì)，南疆南部干旱強(qiáng)度和干旱歷時(shí)有輕微上升趨勢(shì)，而東疆中部的干旱情況則有較明顯的上升;軒俊偉等[9]利用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI） [10]計(jì)算出年尺度的干旱指數(shù)序列，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1963～1987年，新疆由普遍干旱向相對(duì)濕潤(rùn)發(fā)展，而20世紀(jì)90年代以后，因全球變暖的影響造成潛在蒸散量升高，新疆又呈現(xiàn)出變干的趨勢(shì);王乃哲等[11]利用干旱偵測(cè)指數(shù)（RDI） [12]分析了新疆5個(gè)地區(qū)季尺度和年尺度的干旱特征，結(jié)果表明，無論是季尺度還是年尺度，除了干旱強(qiáng)度和頻率略有差異外，干旱程度均有所下降，向著濕潤(rùn)化方向發(fā)展;王勁松等[13]提出了一種K干旱指數(shù)，用以分析西北地區(qū)春季的干旱狀況，結(jié)果表明，新疆南部是重旱高發(fā)區(qū)，新疆北部偏南地區(qū)是中旱高發(fā)區(qū)，新疆西部是輕旱高發(fā)區(qū)。對(duì)于干旱指數(shù)在新疆各地的適用性研究方面，慈暉等[14]對(duì)比分析了SPI、SPEI、有效干旱指數(shù)（EDI） [15]和自適應(yīng)帕默爾干旱指數(shù)（scPDSI） [16]在新疆干旱監(jiān)測(cè)中的適用性，結(jié)果表明，由于SPEI綜合考慮了降水和氣溫對(duì)干旱的共同作用，因此在判定干旱程度問題上要比單純考慮降水的SPI和EDI更具優(yōu)勢(shì)，而scPDSI的判定結(jié)果和其他指數(shù)相關(guān)性太差，最不適用于新疆的旱情監(jiān)測(cè);王芝蘭等[17]用SPI指數(shù)和廣義極值分布干旱指數(shù)（GEVI） [18]做對(duì)比，詳細(xì)討論了兩種干旱指數(shù)在西北地區(qū)干旱監(jiān)測(cè)中的適用性，結(jié)果表明，就新疆而言，在干旱監(jiān)測(cè)方面GEVI指數(shù)要比SPI指數(shù)適用性更好。

當(dāng)下，全球變暖已經(jīng)成為氣候變化的主旋律[19]，在以往人們研究干旱問題時(shí)，大都僅考慮降水對(duì)干旱的影響，如上文所提到的SPI、EDI、GEVI等。而如今，氣溫上升對(duì)干旱的影響已經(jīng)成為干旱研究中不可忽視的關(guān)鍵因素。而溫度對(duì)降水最直觀的影響，多體現(xiàn)在蒸發(fā)上，如上文所提到的SPEI、K、RDI、scPDSI等，這些指數(shù)都是以蒸發(fā)來表征氣溫對(duì)干旱的影響。但由于GEVI指數(shù)對(duì)站點(diǎn)的疏密度具有依賴性，在站點(diǎn)稀疏區(qū)域會(huì)有一定的誤差[18]，考慮到在新疆這種大范圍區(qū)域的干旱監(jiān)測(cè)中，站點(diǎn)分布不均，故不選擇其作為對(duì)比的指數(shù)。而根據(jù)慈暉等人的研究，scPDSI在新疆干旱監(jiān)測(cè)中的效果并不理想，并且對(duì)數(shù)據(jù)的要求也比較高[14]，故也不納入本研究中。綜上，本文著重研究SPI、RDI、SPEI和K指數(shù)這4種干旱指數(shù)在新疆的適用性，比較各種干旱指數(shù)在新疆各地區(qū)的適用性，為更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)新疆地區(qū)的干旱狀況提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)地處中國(guó)西北部，亞歐大陸腹地，總面積1 664 900 km2，位于73°40′～96°18′E，34°25′～48°10′ N，由境內(nèi)的天山將新疆分成南疆地區(qū)和北疆地區(qū)。氣候主要以溫帶大陸性氣候?yàn)橹?，氣溫溫差較大，降水較少，年平均降水量在150 mm左右，且蒸發(fā)量巨大，往往是年均降水量的數(shù)倍，因此，新疆也是中國(guó)旱災(zāi)最頻發(fā)的省區(qū)之一[20]。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)與資料

本文所使用的逐日氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：∥data.cma.cn/）提供的中國(guó)地面氣候資料日志數(shù)據(jù)集（V3.0）。為了保證數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)度統(tǒng)一，以盡可能多地保留站點(diǎn)，并保證更長(zhǎng)的時(shí)間跨度，最終在全疆選定了62個(gè)站點(diǎn)。本文采用的土壤濕度數(shù)據(jù)來自美國(guó)哥達(dá)德空間飛行中心（GSFC）和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）聯(lián)合開發(fā)的全球高分辨率的陸面模擬系統(tǒng)（GLDAS）的《NASA GES DISC GLDAS_NOAH025_M_2.1》數(shù)據(jù)集，空間分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為逐月，選取時(shí)間長(zhǎng)度為2000～2017年，深度為0～10 cm、10～40 cm和40～100 cm。

此外，由于新疆區(qū)域面積較大，氣候條件差異較大，因此整體分析得到的適用性結(jié)果并不能說明在局部區(qū)域也適用，因此，需對(duì)整個(gè)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)。本文分區(qū)依據(jù)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)氣象地理區(qū)劃》中對(duì)新疆的劃分方法，把新疆劃分為12個(gè)區(qū)域，并按照年均降水量稍作調(diào)整。具體為：A.北疆東部5站、B.北疆北部6站、C.北疆沿天山一帶9站、D.北疆西部4站、E.東疆北部3站、F.東疆南部3站、G.天山山區(qū)3站、H.吐鄯托盆地4站、I.阿克蘇地區(qū)6站、J.南疆東部10站、K.南疆西部5站、L.南疆西部山區(qū)4站。具體站點(diǎn)分布與分區(qū)情況如圖1所示，后文以A～L來表示各分區(qū)。

對(duì)于缺測(cè)時(shí)間較短的數(shù)據(jù)，由相鄰5 d數(shù)據(jù)的均值對(duì)其進(jìn)行插補(bǔ);對(duì)于缺測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)利用當(dāng)日的多年均值代替。文中，對(duì)于季節(jié)的劃分，春季為3～5月，夏季為6～8月，秋季為9～11月，冬季為12月至次年2月，年的劃分按照當(dāng)年3月至次年2月計(jì)。

2.2 研究方法

2.2.1 蒸發(fā)量的確定

氣象站點(diǎn)的蒸發(fā)數(shù)據(jù)一般都由蒸發(fā)皿測(cè)得，但由于蒸發(fā)皿口徑較小，其水體溫度與自然水體有差異，因此測(cè)得的值與真實(shí)蒸發(fā)會(huì)有一定誤差[21]。劉波等[22]利用新疆的蒸發(fā)皿蒸發(fā)數(shù)據(jù)與模擬的各種陸面狀況的實(shí)際蒸發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)比，最終卻得到了完全相反的趨勢(shì)。此外，由于全疆蒸發(fā)皿蒸發(fā)數(shù)據(jù)的缺測(cè)情況較多，鑒于前人的經(jīng)驗(yàn)成果[23]，綜合考慮，本文利用與溫度密切相關(guān)的潛在蒸散發(fā)（PET）來代替蒸發(fā)皿蒸發(fā)。目前，國(guó)內(nèi)外較流行的PET的計(jì)算方法有Thornthwaite法[24]、Hargreaves法[25]和Penman-Monteith法[26]?？紤]到Thornthwaite法計(jì)算簡(jiǎn)單，僅需氣溫就能計(jì)算PET[27]，本文以Thornthwaite法來計(jì)算春、夏、秋和年尺度的PET，計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[28]。

2.2.2 干旱指數(shù)的計(jì)算

本文以K、SPI、SPEI和RDI這4種干旱指數(shù)在新疆的適用性做對(duì)比分析。SPI指數(shù)和SPEI指數(shù)是國(guó)內(nèi)外較為常用的氣象干旱指數(shù)，其具體計(jì)算方法和物理意義參見文獻(xiàn)[28]。

K干旱指數(shù)的定義為同一時(shí)段的降水相對(duì)變率與蒸發(fā)相對(duì)變率之比，具體計(jì)算方法和物理意義參見文獻(xiàn)[13]。特此說明，本文是以潛在蒸散發(fā)（PET）代替蒸發(fā)量來計(jì)算K干旱指數(shù)，下文計(jì)算RDI指數(shù)所需的蒸發(fā)指標(biāo)同樣采用潛在蒸散發(fā)（PET）來代替。

RDI與SPI指數(shù)計(jì)算過程類似，都是假設(shè)時(shí)間序列服從Γ分布，對(duì)時(shí)間序列的Γ分布概率密度函數(shù)求得累積概率，再將累積概率正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化即可得到指數(shù)結(jié)果，區(qū)別在于SPI指數(shù)采用的時(shí)間序列是降水量，而RDI指數(shù)采用的時(shí)間序列為時(shí)段總降水與總蒸發(fā)之比。具體計(jì)算方法和物理意義參見文獻(xiàn)[11，29]。

2.2.3 干旱指數(shù)的閾值修正

一般各種干旱指數(shù)需要進(jìn)行本地化修正，才能更準(zhǔn)確地反映當(dāng)?shù)氐母珊禒顩r。本文采用國(guó)內(nèi)外研究較多的累積頻率法來對(duì)除K指數(shù)以外的3種干旱指數(shù)進(jìn)行閾值修正[30]。各干旱等級(jí)的累積頻率如表1所列。將計(jì)算出的所有站點(diǎn)的指數(shù)結(jié)果按照大小順序進(jìn)行排序，按照表1中的累積頻率，對(duì)指數(shù)的閾值進(jìn)行修正。由于K干旱指數(shù)是以時(shí)段降水變率與時(shí)段蒸發(fā)之比來定義的，因此相當(dāng)于已經(jīng)對(duì)指數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，并消除了不同區(qū)域降水與蒸發(fā)因量級(jí)不同而造成的影響[31]，因此，本文對(duì)K干旱指數(shù)的閾值整體不做調(diào)整，但為了與其他3種指數(shù)的評(píng)定程度統(tǒng)一，將重旱等級(jí)劃分為重旱和極旱兩個(gè)等級(jí)，把重旱中的2/7劃為極旱，即以0.14作為區(qū)分重旱與極旱的閾值。

2.2.4 各季節(jié)的干旱指數(shù)適用性對(duì)比方法

利用降水?dāng)?shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)不同季節(jié)各站點(diǎn)歷年的連續(xù)無雨日數(shù)，以中華人民共和國(guó)水利部發(fā)布的《旱情等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[32]中的連續(xù)無雨日數(shù)旱情等級(jí)劃分表為依據(jù)，對(duì)不同季節(jié)的干旱程度進(jìn)行劃分，有效降水取氣象干旱中的≥0.1 mm。將4種干旱指數(shù)的干旱評(píng)價(jià)結(jié)果與統(tǒng)計(jì)連續(xù)無雨日數(shù)得到的最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)干旱評(píng)定結(jié)果進(jìn)行吻合度分析，并對(duì)各干旱指數(shù)進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所列，“+”代表干旱指數(shù)評(píng)定的干旱等級(jí)高于最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)評(píng)定的干旱等級(jí)，“-”代表干旱指數(shù)評(píng)定的干旱等級(jí)低于最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)評(píng)定的干旱等級(jí)，匯總評(píng)分時(shí)，取絕對(duì)值參與計(jì)算，最終以各指數(shù)在不同地區(qū)的數(shù)學(xué)期望來評(píng)價(jià)干旱指數(shù)在該地區(qū)的適用性，其結(jié)果越接近5，說明適用性越好。

2.2.5 年尺度的干旱指數(shù)適用性對(duì)比方法

隨土壤深度的增加，土壤濕度對(duì)實(shí)時(shí)干旱的響應(yīng)會(huì)越來越滯后[27]，因此，本文利用0～10 cm、10～40 cm和40～100 cm的土壤濕度數(shù)據(jù)計(jì)算平均土壤濕度，利用平均土壤濕度時(shí)間序列與各干旱指數(shù)的年尺度序列進(jìn)行相關(guān)性分析，以探求在年尺度上，各干旱指數(shù)在不同分區(qū)的適用性情況。由于原始數(shù)據(jù)為nc4格式，因此需要利用ArcGIS構(gòu)建模型將nc4數(shù)據(jù)批量處理為柵格，再以氣象站點(diǎn)批量提取柵格值，最終得到土壤濕度的月值數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱指數(shù)的閾值修正

干旱指數(shù)閾值修正的結(jié)果如表3所列。從表3可以看出，各干旱指數(shù)的修正閾值結(jié)果與原值基本一致，說明《氣象干旱等級(jí)》的標(biāo)準(zhǔn)在中國(guó)各地都具有普適性。但從新疆實(shí)際的干旱狀況來說，還是有差異的，因此，本文利用本地化修正后的干旱等級(jí)閾值來評(píng)價(jià)各干旱指數(shù)的干旱等級(jí)。

3.2 不同季節(jié)干旱指數(shù)的適用性分析

將各干旱指數(shù)評(píng)定的干旱等級(jí)結(jié)果，與最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)評(píng)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完全吻合的比例越大說明適用性越好，結(jié)果如圖2所示。

圖中，“高（低）一級(jí)”表示干旱指數(shù)評(píng)定的干旱等級(jí)比最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)評(píng)定換干旱等級(jí)高（低）一級(jí)，依次類推。

由圖2大致可以看出：① 對(duì)于春季，K指數(shù)在E、F、H、I、J和K區(qū)對(duì)干旱評(píng)定的吻合比例較高，適用性較好;RDI、SPI和SPEI 3個(gè)指數(shù)干旱評(píng)定吻合度的情況較相似，都是在B和D區(qū)的表現(xiàn)最好。② 對(duì)于夏季，K指數(shù)在H區(qū)的表現(xiàn)最優(yōu)，其次是F區(qū);RDI、SPI和SPEI 3個(gè)指數(shù)在A、B、C、D、E、G和L區(qū)的表現(xiàn)較好。③ 對(duì)于秋季，K指數(shù)在F、H、I 、J和K區(qū)的表現(xiàn)較好;RDI、SPI和SPEI 3個(gè)指數(shù)在D區(qū)的表現(xiàn)最優(yōu)，其次是A和B區(qū)，具有一定比例的低一級(jí)評(píng)定。

為進(jìn)一步評(píng)定不同季節(jié)各指數(shù)在不同分區(qū)內(nèi)的適用性情況，計(jì)算不同季節(jié)各指數(shù)在各地區(qū)吻合度的數(shù)學(xué)期望，其值越接近5，說明干旱指數(shù)評(píng)定干旱等級(jí)的吻合率越高，適用性越好，如表4所列。由表4可以看出：① 對(duì)于春季，K指數(shù)在E、F、H、I、J和K區(qū)的吻合率最高，RDI指數(shù)是在A、B、C和G區(qū)，SPEI指數(shù)則是在D區(qū)和L區(qū)，而SPI在各區(qū)均不是最優(yōu)指數(shù)。② 對(duì)于夏季，K指數(shù)僅在H區(qū)吻合度的期望值較高，RDI是在A、B區(qū)，SPI是在G和L區(qū)，SPEI是在C、D、E、F、I、J和K區(qū)。③ 對(duì)于秋季，RDI依然是在A和B區(qū)的期望值最高，SPEI是在C和D區(qū)，其余地區(qū)均是K指數(shù)的期望值最高。

綜上分析結(jié)果，可得到不同季節(jié)不同地區(qū)適用性最優(yōu)的干旱指數(shù)，如表5所列。為便于分析，將各個(gè)分區(qū)對(duì)應(yīng)季節(jié)多年平均降水和平均潛在蒸散放在一起比較，可以看出：

（1）對(duì)于春季，K指數(shù)適合降水極少而蒸發(fā)極大的低海拔地區(qū)的干旱評(píng)價(jià);RDL適用于相對(duì)高緯度的干旱區(qū)以及中高緯度的高海拔山區(qū)，這些區(qū)域的共同特點(diǎn)是降水較少，平均氣溫低;SPEI更適用于降水相對(duì)較多的低海拔地區(qū)以及低緯度的高海拔地區(qū)，可以看出，相較于RDI，SPEI在相對(duì)水熱條件良好的地區(qū)表現(xiàn)更好;而由于春季各區(qū)的降水相對(duì)較少，因此，對(duì)于降水最敏感的SPI在各區(qū)的適用性并不好。

（2）對(duì)于夏季，K指數(shù)僅在降水最少，蒸發(fā)最大的吐魯番盆地較適用，說明K指數(shù)很適用于降水與蒸散之比很小的地區(qū)的夏旱監(jiān)測(cè);RDI依然比較適合高緯度地區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)，由于緯度相對(duì)較高，這里的蒸散量相對(duì)較低，與春季的適用特點(diǎn)類似;SPI則比較適用于降水較多、蒸發(fā)相對(duì)較低的高海拔山區(qū);而其他區(qū)域則是SPEI比較適合，這些區(qū)域的PET都達(dá)到300 mm以上，而降水方面，既有降水較豐富的北疆西部地區(qū)，也有降水較少的南疆地區(qū)，說明SPEI對(duì)氣溫的敏感度要比降水更高。

（3）對(duì)于秋季，由于氣溫轉(zhuǎn)涼，氣壓漸漸升高，降水則逐漸變少，而南疆和東疆，相對(duì)于北疆的降溫速率慢，因而蒸發(fā)依然較明顯，所以，K指數(shù)在南疆以及東疆的適用性很好。而在北疆，RDI依然是更適用于緯度較高的北疆北部和東部地區(qū)，而北疆沿天山一帶和北疆西部，則是SPEI更適用，因?yàn)榍锛練鉁卦谥饾u降低的同時(shí)，降水也是在減少的。

3.3 年尺度干旱指數(shù)與土壤濕度相關(guān)性分析

為了評(píng)價(jià)各干旱指數(shù)對(duì)年尺度干旱的監(jiān)測(cè)能力，利用2000～2017年各站點(diǎn)的平均土壤濕度與各分區(qū)年尺度干旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖3所示。相關(guān)性等級(jí)規(guī)定為：大于0.60為強(qiáng)正相關(guān)，0.40～0.60為中等正相關(guān)，0.25～0.40為較弱正相關(guān)，0.10～0.25為弱正相關(guān)，-0.10～0.10為極弱相關(guān)或無相關(guān)，-0.25～-0.10為較弱負(fù)相關(guān)，-0.25以下為弱負(fù)相關(guān)。由土壤濕度與4種干旱指數(shù)相關(guān)系數(shù)的空間分布結(jié)果來看，正相關(guān)較高的站點(diǎn)多分布在A、B、C、D、I、K和L區(qū)，極弱或無相關(guān)的站點(diǎn)多分布在F、G和J區(qū)，少數(shù)的負(fù)相關(guān)站點(diǎn)分布在F和J區(qū)。由于G區(qū)處于降水相對(duì)豐富的高海拔山區(qū)，氣溫相對(duì)較低，因此蒸發(fā)較低，從而使得土壤濕度的變化緩慢，對(duì)干旱的響應(yīng)更加滯后，最終導(dǎo)致土壤濕度與干旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)偏低。并且，由于以Thornthwaite法計(jì)算的PET會(huì)在氣溫低于0 ℃時(shí)定義蒸發(fā)為0，也會(huì)造成對(duì)高海拔地區(qū)干旱程度的低估。而同屬高海拔山區(qū)的L區(qū)，由于地處東帕米爾高原，來自印度洋的水汽很難抵達(dá)，因此降水相對(duì)較少，加上其緯度更低，同等海拔上相較于天山山區(qū)氣溫更高，蒸發(fā)相對(duì)更強(qiáng)烈，因此，土壤濕度和干旱具有較好的一致性。F和J區(qū)是新疆最為干旱的區(qū)域，然而由于全球氣候變暖的影響和青藏高原的阻隔，導(dǎo)致副熱帶高壓帶逐漸北移，致使這一區(qū)域的降水有增多趨勢(shì)，氣溫又有上升趨勢(shì)，而采用僅以氣溫為輸入因子的Thornthwaite法計(jì)算的PET，會(huì)使得最終得到的干旱評(píng)價(jià)較實(shí)際偏干，因此會(huì)出現(xiàn)極弱相關(guān)或負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象。而H區(qū)由于海拔低，地形封閉，常年被低壓控制，因此暖濕化的趨勢(shì)對(duì)該區(qū)的影響并不明顯，因此沒有出現(xiàn)負(fù)相關(guān)的情況。

為了便于得出年尺度下不同分區(qū)土壤濕度與各干旱指數(shù)相關(guān)性，從而評(píng)價(jià)各干旱指數(shù)的適用性，基于各站點(diǎn)的逐年平均土壤濕度，計(jì)算出各分區(qū)的平均土壤濕度時(shí)間序列與干旱指數(shù)時(shí)間序列的相關(guān)性，如表6所列。為了便于分析，特加入土壤濕度與年降水和年P(guān)ET的相關(guān)性結(jié)果。可以看出，4種指數(shù)對(duì)降水的相關(guān)性很好，而對(duì)PET的相關(guān)性要差一些，這說明以單純考慮溫度的Thornthwaite法計(jì)算的PET與土壤濕度的相關(guān)性會(huì)有一定的偏差，而這種偏差在東疆和南疆干旱區(qū)尤為明顯。對(duì)于A和B區(qū)，土壤濕度與RDI和K指數(shù)都具有強(qiáng)相關(guān)性，說明這兩種指數(shù)都適用于當(dāng)?shù)啬瓿叨鹊母珊翟u(píng)價(jià)和研究;對(duì)于C和D區(qū)，4種干旱指數(shù)的表現(xiàn)相當(dāng)，說明這4種指數(shù)均適用于對(duì)應(yīng)地區(qū)的干旱評(píng)價(jià)和研究。對(duì)于E、F、H和J區(qū)，土壤濕度與4種干旱指數(shù)的相關(guān)性均較低，說明在這些地區(qū)，大格局下暖濕化的趨勢(shì)并不足以對(duì)土壤濕度產(chǎn)生較大的影響，加上這些區(qū)域的蒸發(fā)量極大，干旱區(qū)短暫而少量的降水對(duì)月尺度的土壤濕度的貢獻(xiàn)并不顯著，因此，本研究認(rèn)為，在極端干旱區(qū)，利用與土壤濕度的相關(guān)性來衡量干旱指數(shù)的適用性是不夠準(zhǔn)確的。G區(qū)的相關(guān)性同樣很低，這主要是因?yàn)樘焐缴絽^(qū)降水豐富、平均氣溫偏低，因此，土壤的蒸發(fā)效率并不顯著，從而土壤濕度的變化就會(huì)相對(duì)滯后，最終表現(xiàn)為與干旱指數(shù)的相關(guān)性差。對(duì)于I和K區(qū)，K、RDI和SPI指數(shù)均表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)，其中，以K指數(shù)為最優(yōu)，說明K指數(shù)在這兩個(gè)區(qū)域年尺度干旱的適用性最好。對(duì)于L區(qū)，雖然和G一樣同屬山區(qū)，但由于降水相對(duì)較少，因此SPI在該區(qū)的表現(xiàn)不及其他3種指數(shù)，而相關(guān)性最優(yōu)的是SPEI指數(shù)，可以看出在中低緯度降水量一般的山區(qū)，SPEI的適用性比RDI更優(yōu)，而在高緯山區(qū)，則是RDI更優(yōu)，這一點(diǎn)在天山山區(qū)同樣可以印證，雖然從與土壤濕度的相關(guān)性來看SPEI和RDI并不是該地表現(xiàn)最好的指數(shù)，但SPEI的相關(guān)系數(shù)仍然比RDI要高。

4 結(jié) 論

對(duì)于K、RDI、SPI和SPEI 4種指數(shù)在新疆各地的適用性問題，本文首先對(duì)各干旱指數(shù)進(jìn)行本地化的閾值修正，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)各干旱指數(shù)進(jìn)行年與春、夏和秋季的適用性分析。3季的適用性采用各干旱指數(shù)的評(píng)定結(jié)果與最大連續(xù)無雨日數(shù)判定的干旱結(jié)果進(jìn)行吻合度分析。年尺度的適用性優(yōu)劣則采用土壤濕度與各干旱指數(shù)的相關(guān)性來判定。最終得到以下結(jié)論。

（1）對(duì)各干旱指數(shù)的閾值進(jìn)行本地化修正，結(jié)果表明：在新疆春季、夏季和秋季，K指數(shù)在東疆和南疆干旱區(qū)與最大連續(xù)無雨日數(shù)干旱評(píng)定的吻合度較好;同理春季、夏季和秋季，RDI、SPI和SPEI 3種指數(shù)有著類似的吻合度，這3個(gè)指數(shù)在北疆平原谷地區(qū)的吻合度較好，在高原山地次之，在干旱區(qū)最差。

（2）從4種指數(shù)與土壤濕度的相關(guān)性來看，相關(guān)性較好的站點(diǎn)多分布在北疆和南疆西部山區(qū)一帶，也就是干旱指數(shù)與土壤濕度相關(guān)性較好的站點(diǎn)幾乎全分布在新疆降水較多的區(qū)域，相關(guān)性較差的站點(diǎn)則明顯分布在新疆最典型的干旱區(qū)。理論上，土壤濕度應(yīng)該是與干旱呈顯著正相關(guān)的，但在新疆干旱區(qū)二者相關(guān)性很差，說明在全球變暖的影響下，南疆和東疆的干旱區(qū)有暖濕化的趨勢(shì)，而僅以氣溫為輸入的Thornthwaite法計(jì)算的PET，最終得到的結(jié)果反而會(huì)偏干。

（3）從年尺度來看，不同的干旱指數(shù)與土壤含水量的關(guān)系，在不同的地區(qū)表現(xiàn)的關(guān)系是存在差異的。K指數(shù)在北疆地區(qū)、南疆西部以及阿克蘇地區(qū)與土壤濕度的相關(guān)性較好，適合這些區(qū)域的年尺度干旱監(jiān)測(cè)。RDI指數(shù)適合整個(gè)北疆地區(qū)的年尺度干旱監(jiān)測(cè)。SPEI指數(shù)適合北疆沿天山一帶、北疆西部和南疆西部山區(qū)的年尺度干旱監(jiān)測(cè)。SPI指數(shù)適合北疆沿天山一帶、北疆西部、阿克蘇地區(qū)以及南疆西部的年尺度干旱監(jiān)測(cè)。而對(duì)于東疆和南疆的干旱區(qū)，由于與土壤濕度的相關(guān)性較差，并不能用土壤濕度來衡量干旱指數(shù)的適用性。天山山區(qū)由于降水豐富，而蒸發(fā)較弱，會(huì)出現(xiàn)土壤濕度對(duì)旱情反映的相對(duì)滯后，因此，也不能以土壤濕度來衡量干旱指數(shù)的適用性。引起這種差異的原因是地勢(shì)、降水、氣溫等等環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。因此就新疆而言，針對(duì)不同的地區(qū)選擇不同的指標(biāo)來衡量干旱指數(shù)的適應(yīng)性是今后需要考慮的問題。

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（編輯：謝玲嫻）