基于標準化降水指數(shù)監(jiān)測內(nèi)蒙古干旱特征

包丹丹，屈 帥，邱 炎天津師范大學，天津 300387

基于標準化降水指數(shù)監(jiān)測內(nèi)蒙古干旱特征

包丹丹，屈 帥，邱 炎
天津師范大學，天津 300387

本文應(yīng)用標準化指數(shù)（SPI）來表達內(nèi)蒙古地區(qū)的干旱情況。通過收集內(nèi)蒙古及周圍地區(qū)76站1952—2012年的月降水數(shù)據(jù)，采用SPI計算程序逐年計算出近33年的降雨干旱指數(shù)（SPI）值。通過ArcGis軟件的克里金插值、裁剪和重分類等空間分析方法，用標準化降水指數(shù)（SPI）劃分干旱等級。干旱等級分5類，并分別計算1980—2012年的各年各干旱等級在整個內(nèi)蒙古地區(qū)所占的面積。分別討論了主要城市的干旱、主要年份的干旱和內(nèi)蒙古各年干旱動態(tài)變化趨勢等等。結(jié)果表明：內(nèi)蒙古地區(qū)干旱普遍存在，干旱出現(xiàn)頻率高，干旱持續(xù)時間長，干旱的區(qū)域分布是西部高于東部，干旱影響范圍廣、災(zāi)情重，干旱區(qū)明顯向東擴展。標準化降水指數(shù)（SPI）能準確地反映內(nèi)蒙古近33年間的干旱趨勢。標準化降水指數(shù)（SPI）對干旱分析具有較大意義，能夠充分表現(xiàn)干旱情況。

標準化降水指數(shù)（SPI）；干旱；內(nèi)蒙古地區(qū)；降水監(jiān)測

干旱是我國主要的自然災(zāi)害之一，內(nèi)蒙古位于中國北部邊疆，氣候復(fù)雜多樣，四季分明。干旱很大程度上影響著農(nóng)業(yè)的氣象災(zāi)害之一。因此研究干旱對農(nóng)業(yè)來說意義很深。我在本文中選取標準化降水指數(shù)作為氣象干旱分析的指標，以年為時間尺度，從降水量的角度分析內(nèi)蒙古地區(qū)干旱年動態(tài)。明確該地區(qū)的干旱趨勢后，為內(nèi)蒙古降水變化背景下決定農(nóng)牧林提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)疆域遼闊，地跨“三北”（中國東北、西北、華北）地區(qū)，東起東經(jīng)126°29′，西北東經(jīng)97°10′，東西直線距離為400多千米。本文針對全內(nèi)蒙古地區(qū)進行干旱動態(tài)分析。

2 研究方法

標準化降水指數(shù)，該指標是將某一時間尺度的降水量時間序列看作服從Γ分布，通過降水量的Γ分布概率密度函數(shù)求累積概率，然后轉(zhuǎn)化成標準正態(tài)分布而得。這樣做能夠消除降水量在時空分布上的差異，使SPI能夠適用于反映不同地區(qū)、不同時間尺度的干旱情況。

3 數(shù)據(jù)及其處理

3.1 資料

較為完整的76個氣象站臺1952—2012年的內(nèi)蒙古及周圍地區(qū)降水量的數(shù)據(jù)和76個氣象站的經(jīng)緯度。計算出近30年的SPI值。用這個SPI值和ArcGis軟件來描述內(nèi)蒙古地區(qū)的干旱情況。分析30年中的年動態(tài)，我們很清晰的知道每個地方的降水變化的情況。

3.2 數(shù)據(jù)處理

1）插值。計算年動態(tài)時首先在Arcgis軟件上計算插值的。步驟是打開ArcToolbox，然后雙擊【Spatial Analyst工具】→【插值】→【克里金法】。

克里金（Kriging）插值法又稱空間自協(xié)方差最佳插值法，它是以南非礦業(yè)工程師D.G.Krige的名字命名的一種最優(yōu)內(nèi)插法。它首先考慮的是空間屬性在空間位置上的變異分布.確定對一個待插點值有影響的距離范圍，然后用此范圍內(nèi)的采樣點來估計待插點的屬性值。

2）圖像裁剪。插值計算完后按內(nèi)蒙古旗縣界限圖裁剪，裁剪的步驟是ArcToolbox中雙擊【Spatial Analyst工具】→【提取】→【裁剪】。

3）重分類。裁剪完后把年平均SPI數(shù)據(jù)（見附錄一）重分類。步驟是在ArcToolbox中雙擊【Spatial Analyst工具】→【重分類】→【重分類】。類別是5，分別無旱（-0.5＜SPI），輕旱（-1.0＜SPI≤-0.5），中旱（-1.5＜SPI≤-1.0），重旱（-2.0＜SPI≤-1.5），特旱（SPI≤-2.0）。重分類之后計算面積。計算面積的步驟是屬性表中完成的。這樣一來分別知道每年無旱，輕旱，中旱，重旱，特旱發(fā)生的面積。

4 結(jié)果分析

4.1 主要年份干旱特征

通過標準化降水指數(shù)來監(jiān)測內(nèi)蒙古主要年份的干旱情況。分別討論通遼，東勝地區(qū)。2000年，通遼1月的時候SPI值達到2以上，根據(jù)標準化降水指數(shù)的干旱等級屬于無旱。但是到了2月，3月時SPI值一直下降，從無旱變成輕旱。5月、6月時農(nóng)民種地的季節(jié)，這時候的從輕旱變成無旱。對農(nóng)民來說無需灌溉田地，有很大的幫助。不過7月時SPI達到-2以下，屬于重旱，隨之而來的是農(nóng)作物的長勢緩慢，甚至枯死。2000年的折線圖告訴我們，冬天雪多，春季雨少，對農(nóng)民，牧民有著特別大的災(zāi)害而且干旱普遍存在。同樣東勝地區(qū)這4年當中，每年的4月，7月左右都有著輕旱的現(xiàn)象。內(nèi)蒙古主要年份的通過應(yīng)用SPI程序按年為時間尺度后計算出的動態(tài)結(jié)果，顯現(xiàn)出了內(nèi)蒙古出現(xiàn)干旱的具體位置，也可以知道出現(xiàn)的干旱屬于哪個等級。以烏蘭浩特為例，2000年有干旱，根據(jù)SPI值，屬于輕旱。

4.2 主要城市干旱特征

介紹內(nèi)蒙古近33年主要城市的干旱特征。其中呼和浩特地區(qū)SPI折線最高值達到1.5左右，最低值-1.8左右。干旱特征在無旱和重旱之間，呼和浩特出現(xiàn)輕旱的年份有1986、1987、1999、2000、2001、2005、2008、2009、2011年等。中旱的年份有1986—1988、1999—2000、2005—2008、2011—2012年等。重旱的年份有2011—2012年里。表明干旱出現(xiàn)的頻率高。包頭地區(qū)SPI折線最高值達到1.5左右，最低值-1.5左右。其中輕旱、中旱都普遍存在，重旱在2000年時出現(xiàn)過。

4.3 內(nèi)蒙古各年干旱動態(tài)分析

根據(jù)1952—2012年的月降水資料所得的按年為時間尺度的SPI，分別得到無旱、輕旱、中旱、重旱、特旱的面積。并且得到各種干旱等級的變化趨勢。在內(nèi)蒙近33年里輕旱是幾乎每年都普遍存在。在內(nèi)蒙古中旱占據(jù)的面積2010年的時候達到最高值，1986年和2007年的時候內(nèi)蒙古出現(xiàn)重旱和特旱的現(xiàn)象。干旱發(fā)生的時候也隨之帶來各種程度的災(zāi)害。干旱的發(fā)生是一個持續(xù)發(fā)展和恢復(fù)的過程。

根據(jù)內(nèi)蒙古近33年所得的SPI數(shù)據(jù)，通過ArcGis軟件得到下面的每年的內(nèi)蒙古各干旱等級分布圖。其中內(nèi)蒙古1997年無旱763 417km2，中旱390 368km2。在2000年無旱面積309 343km2，輕旱面積608 722km2，中旱面積235 720km2。

4.4 內(nèi)蒙古地區(qū)的干旱特征

1）內(nèi)蒙古主要年份的干旱特征是特旱少，在1980年朱日和，哪仁寶力格等地區(qū)出現(xiàn)特旱，1990年無特旱現(xiàn)象，2000年扎魯特旗，滿洲里等地區(qū)有特旱，2010年烏蘭浩特特旱。輕旱、中旱、重旱普遍存在；2）內(nèi)蒙古的主要城市，也就是呼和浩特、包頭、通遼、東勝等地區(qū)的近33年里出現(xiàn)的干旱特征有輕旱、中旱、重旱等等，其中通遼地區(qū)海有特旱的現(xiàn)象；3）內(nèi)蒙古各年干旱動態(tài)分析結(jié)果，干旱普遍存在，由西向東發(fā)展，西部地區(qū)的干旱高于東部干旱影響范圍廣，對農(nóng)牧林的災(zāi)害嚴重。

［1］車少靜，李春強，申雙和.基于SPI的近41年（1965—2005）河北省旱澇時空特征分析［D］.南京：南京信息工程大學應(yīng)用氣象學院，2010，31（1）：137-143.

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S163

A

1674-6708（2016）168-0137-02

包丹丹，天津師范大學，研究方向為地理學。

屈帥，天津師范大學。

邱炎，天津師范大學。