基于SPI和SPEI的淮河中上游流域氣象干旱時(shí)空分布特征對(duì)比研究

林 慧， 王景才， 黃金柏， 蔣陳娟

(揚(yáng)州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225009)

1 研究背景

干旱化趨勢(shì)已成為全球關(guān)注的問(wèn)題，近年來(lái)干旱發(fā)生頻次呈增加趨勢(shì)，危害也更嚴(yán)重。在全球變暖的大背景下，未來(lái)極端降水或極端氣溫事件發(fā)生頻數(shù)可能會(huì)更高或強(qiáng)度更強(qiáng)，世界及區(qū)域范圍內(nèi)的干旱具有增強(qiáng)趨勢(shì)[1]。我國(guó)是世界上受氣象災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，水熱分布不均，干旱頻發(fā)[2]。在當(dāng)前氣候變化背景下，需要加強(qiáng)流域或區(qū)域干旱特征研究。

干旱研究的前提是干旱的定量化識(shí)別。干旱指數(shù)是干旱定量化分析的重要工具。當(dāng)前已發(fā)展了諸多氣象、水文、農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱指數(shù)，對(duì)干旱事件識(shí)別及其發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束的演變規(guī)律研究起到了重要作用。比較有代表性的一些指標(biāo)，如：PDSI指數(shù)(palmer drought severity index)[3]、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI(standardized precipitation index)[4]、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)SPEI(standardized precipitation evapotranspiration index)[5]、CI(combination index)指數(shù)[6]等來(lái)都可以用來(lái)進(jìn)行區(qū)域干旱特征分析。然而不同的干旱指標(biāo)在計(jì)算因子選擇上存在差異，如氣象干旱方面的指標(biāo)PDSI以氣候適宜降水量和實(shí)際降水量計(jì)算，SPI只考慮降水，SPEI在降水的基礎(chǔ)上加入了蒸散發(fā)量等。因此不同指標(biāo)在衡量同一個(gè)區(qū)域或流域的干旱狀況時(shí)存在不同程度的差異，需要加強(qiáng)不同干旱指數(shù)的區(qū)域適用性和對(duì)比研究。

淮河流域地處中國(guó)南北氣候過(guò)渡帶，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，特殊的地理位置和氣候水熱條件使得該流域的干旱存在顯著的特點(diǎn)。目前已有諸多學(xué)者采用不同干旱指數(shù)對(duì)該流域的干旱特征展開(kāi)了研究，如：陳小鳳等[7]利用旱災(zāi)損失率和糧食損失率發(fā)現(xiàn)淮河流域易發(fā)春夏旱、夏旱、夏秋旱和春旱且發(fā)生頻次依次降低；茅海祥[8]利用Z指數(shù)、降水距平百分率、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)以及CI指數(shù)評(píng)價(jià)淮河流域干旱分析發(fā)現(xiàn)Z指數(shù)和SPI指數(shù)較適用淮河流域；王崠等[9]發(fā)現(xiàn)WAP指數(shù)能夠很好地表征淮河流域干旱發(fā)生的時(shí)間和空間特征；Zong等[10]利用EOF方法驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)新的降水指數(shù)適用淮河流域；郭冬冬等[11]基于SPI發(fā)現(xiàn)淮河流域旱澇交替發(fā)生在春夏兩季。以上研究為淮河流域干旱特征的識(shí)別提供了重要參考，但同時(shí)采用SPI和SPEI進(jìn)行該流域干旱特征對(duì)比的研究相對(duì)較少。

SPI和SPEI指數(shù)具有多時(shí)間尺度分析的特點(diǎn)，同時(shí)，SPEI指數(shù)相比SPI指數(shù)考慮了蒸散因素，更能表現(xiàn)水分輸出情況，為干旱研究提供了重要手段。本文擬采用SPI、SPEI兩種干旱指數(shù)開(kāi)展淮河中上游流域1960-2017年和四季氣象干旱時(shí)空分布特征的對(duì)比研究。研究結(jié)果對(duì)于干旱客觀性評(píng)估、區(qū)域水資源利用、糧食生產(chǎn)安全和水旱災(zāi)害防治管理等具有重要的參考意義。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究區(qū)域劃分

淮河上中游流域位置及地面氣象站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1 所示。流域面積約16×104km2，占淮河流域總面積(約27×104km2)的59.3%。地面觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)，包含19個(gè)站點(diǎn)1960-2017年的月降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中的缺測(cè)和部分異常值已根據(jù)缺測(cè)數(shù)據(jù)前5年與后5年已經(jīng)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值插補(bǔ)。鑒于我國(guó)習(xí)慣上以秦嶺-淮河一線作為南北氣候帶的劃分，為了考慮氣候分界線南北水熱條件差異，文中以淮河干流為界，將研究區(qū)劃分為淮河以南區(qū)域和淮河以北區(qū)域。其中，淮河以南區(qū)域7個(gè)站點(diǎn)，淮河以北區(qū)域12個(gè)站點(diǎn)。四季按照春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)、冬季(12-次年2月)進(jìn)行劃分。

圖1 淮河中上游流域位置及地面氣象站點(diǎn)分布

2.2 干旱指數(shù)SPI和SPEI

標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI是由美國(guó)科學(xué)家 McKee等[12]于1993年開(kāi)發(fā)的一種多時(shí)間尺度的干旱指數(shù)，采用Gamma函數(shù)來(lái)描述降水量的變化，只需降水量即可計(jì)算，通過(guò)干旱指數(shù)值可判別是否發(fā)生干旱及其對(duì)應(yīng)等級(jí)。具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)[13-15]。

標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)SPEI是由Vicente-Serrano等[16]、Begueria等[17]在SPI的基礎(chǔ)上考慮蒸散發(fā)的影響，構(gòu)建的新的適用于氣候變暖背景下的干旱指數(shù)。SPEI的計(jì)算主要基于逐月降水與逐月潛在蒸散量的差值Di=Pi-PETi(式中：Di為降水量與潛在蒸散量的差值；Pi為月降水量；PETi為月潛在蒸散量，單位均為mm)。然后采用Log-logistic分布函數(shù)對(duì)Di數(shù)據(jù)序列求其累積概率[18]，進(jìn)行正態(tài)化，最終可得到不同時(shí)間尺度(如1、3、6、9、12月等)的SPEI值，詳細(xì)計(jì)算過(guò)程可參考文獻(xiàn)[19]。本文采用Thornthwaite方法[16-17]計(jì)算潛在蒸散量PET。Thornthwaite方法基于溫度法計(jì)算潛在蒸散量，當(dāng)溫度為負(fù)值時(shí)PET為0，淮河流域19個(gè)站點(diǎn)在整個(gè)1960-2017年的時(shí)間序列里冬季溫度低于0的情況只有極個(gè)別月份出現(xiàn)，對(duì)整體計(jì)算結(jié)果的分析影響不大，故權(quán)且將其按0值計(jì)算。本研究主要分析年和季節(jié)的干旱變化，因此選擇3、12個(gè)月時(shí)間尺度的SPI、SPEI。干旱指數(shù)等級(jí)見(jiàn)表1。

2.3 線性趨勢(shì)法

利用線性趨勢(shì)方法分析淮河以南區(qū)域和淮河以北區(qū)域SPEI和SPI的趨勢(shì)變化。該方法的公式為：

y=a+bt

(1)

式中：a為常數(shù)，b為回歸系數(shù)，b×10表示每10 a的SPI、SPEI的變化傾向率。|b|的大小顯示增加或減少趨勢(shì)的程度，b值的正負(fù)顯示隨時(shí)間增加或減少的趨勢(shì)[20]。

2.4 Mann-Kendall法

Mann-Kendall法是由Mann和Kendall提出的一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，該方法優(yōu)點(diǎn)在于不受少數(shù)異常值和缺測(cè)值的影響，且無(wú)需時(shí)間序列數(shù)據(jù)服從一定的分布，具有廣泛的適用性特點(diǎn)。研究采用Mann-Kendall法檢測(cè)SPEI和SPI干旱指數(shù)時(shí)間序列變化的趨勢(shì)性和顯著性[21]。當(dāng)Z值的絕對(duì)值大于1.96時(shí)，通過(guò)了置信度水平α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。

2.5 小波分析

小波分析(wavelet analysis)是在經(jīng)典的傅里葉變換的基礎(chǔ)上構(gòu)建小波函數(shù)，反映多時(shí)間尺度變化的新方法，能夠同時(shí)從時(shí)域和頻域揭示不同時(shí)間尺度的變化特性，常用于時(shí)間序列的周期性分析和研究[21]?？紤]兩種指數(shù)干旱分析過(guò)程中包含年和四季多時(shí)間尺度，變換特征以及變換的連續(xù)性，故選擇Morlet小波來(lái)分析兩種干旱指數(shù)的多時(shí)間尺度特征。Morlet小波是常用小波函數(shù)之一，該小波函數(shù)可以判別時(shí)間序列中所包含多時(shí)間尺度周期性的大小及這些周期在時(shí)域中的分布，同時(shí)給出時(shí)間序列變化的振幅和位相信息[22]。本研究利用Matlab軟件計(jì)算干旱指數(shù)的小波系數(shù)，以及小波系數(shù)實(shí)部的提取，導(dǎo)出為EXCEL文件，再利用Suffer軟件實(shí)現(xiàn)小波實(shí)部周期圖的制作。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 年和四季干旱指數(shù)時(shí)間序列趨勢(shì)性變化的對(duì)比研究

1960-2017年淮河中上游南北區(qū)域年和四季時(shí)間尺度SPEI、SPI逐年變化過(guò)程及其線性趨勢(shì)見(jiàn)圖2所示。

表1 干旱指數(shù)及其干旱分級(jí)

年尺度SPEI12和SPI12的線性趨勢(shì)在淮河南北兩區(qū)域均分別表現(xiàn)平緩減小和平緩增大。1960-2017年淮河以南SPI12、SPEI12值相對(duì)較小，淮南干旱程度相對(duì)淮北略重。1978年淮河南、北兩區(qū)域SPEI12為-1.29、-1.1而SPI12分別為-2.39、-0.95，SPI12極小值比SPEI12極小值小，SPI12干旱程度比SPEI12強(qiáng)。

春季，淮河以南區(qū)域干旱等級(jí)較淮河以北區(qū)域高，如：1984年淮河以北區(qū)域無(wú)旱，但淮河以南區(qū)域?yàn)橹械雀珊担?013年淮河以北區(qū)域輕微干旱，但淮河以南區(qū)域?yàn)閲?yán)重干旱。SPEI3、SPI3在淮河以南變化率分別為-0.143/10a和-0.081/10a，而淮河以北分別為-0.102/10a和-0.032/10a，均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，春季趨向于干旱，但SPEI3的下降幅度略大于SPI3。

夏季，淮河以南和以北區(qū)域的干旱指數(shù)變化率均為正值且呈上升趨勢(shì)，但二者變化幅度略有不同，如：淮河以南和以北區(qū)域SPEI3分別為0.074/10a、0.019/10a而SPI3分別為0.086/10a、0.022/10a。干旱等級(jí)方面，兩者基本保持一致但在干旱程度的描述上略有不同。

秋季，淮河以北干旱指數(shù)普遍比淮河以南低，淮河以北區(qū)域干旱相對(duì)嚴(yán)重?；春幽媳眳^(qū)域SPEI3線性變化率分別為-0.043/10a、-0.053/10a，SPI3分別為-0.016/10a、-0.019/10a，均呈下降趨勢(shì)，但不同之處在于二者變化幅度存在差異。干旱等級(jí)方面，1998年淮河以北處于極端干旱，但SPI3值低于SPEI3值，SPI3反映的干旱程度要大于SPEI3。

冬季，SPEI3、SPI3變化率在淮河以南區(qū)域分別為0.075/10a、0.113/10a，淮河以北分別為0.003/10a、0.073/10a，均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，但SPEI3的下降幅度略小于SPI3。SPEI3、SPI3極值存在差異，1976年淮河以北SPI3為-2.68表現(xiàn)為極端干旱而SPEI3為-1.62表現(xiàn)為嚴(yán)重干旱，兩者反映的干旱等級(jí)不同。

3.2 年和四季干旱指數(shù)周期變化特征的對(duì)比研究

1960-2017年淮河中上游SPEI和SPI干旱指數(shù)年和四季的小波系數(shù)實(shí)部等值線見(jiàn)圖3所示。

圖2 1960-2017年淮河中上游南北區(qū)域年和四季時(shí)間尺度SPEI、SPI逐年變化過(guò)程及其線性趨勢(shì)

淮河以南的SPEI和SPI小波系數(shù)實(shí)部等值圖基本一致。年干濕交替在23～26 a尺度上呈準(zhǔn)3次振蕩，約15 a一周期，未來(lái)有濕潤(rùn)趨勢(shì)。中尺度在1960-1990年主要為12～16 a尺度呈現(xiàn)3次振蕩，在整個(gè)分析時(shí)段較為穩(wěn)定。7～11 a的小尺度在1960-2008年呈現(xiàn)準(zhǔn)9次振蕩，5 a一周期。春季干濕交替在15～24 a尺度上呈現(xiàn)4次振蕩，具有全局性的特征。1970-2017年表現(xiàn)為8～12 a的中尺度，以6 a 一周期呈現(xiàn)7次振蕩，而4～6 a的小尺度在1966-1988年表現(xiàn)突出。夏季干濕交替的大尺度為16～23a準(zhǔn)4次振蕩，12～13 a的中尺度集中于1980年以前，呈現(xiàn)2次振蕩，6～9 a的小尺度在1974-2010年內(nèi)以5 a一周期共發(fā)生8次振蕩。秋季干濕交替在1990年以后呈現(xiàn)為23～26 a的大尺度干濕交替且未來(lái)有濕潤(rùn)趨勢(shì)，17～19 a的中尺度貫穿整個(gè)分析時(shí)段，小尺度分布不穩(wěn)定不具有全局性。冬季干濕交替在中心尺度18 a處最明顯，以8 a一周期共發(fā)生4次振蕩，27～28 a的大尺度集中于1965-1985呈現(xiàn)1次振蕩。6～8 a的小尺度穩(wěn)定分布，5 a一周期貫穿整個(gè)分析時(shí)段呈現(xiàn)11次振蕩。

圖3 1960-2017年淮河中上游SPEI和SPI干旱指數(shù)小波系數(shù)實(shí)部等值線

淮河以北的SPEI和SPI小波系數(shù)實(shí)部等值圖仍然基本一致，年干濕交替中長(zhǎng)尺度在分析時(shí)段內(nèi)主要是25～28 a和14～18 a兩類(lèi)尺度周期，分別呈現(xiàn)為3次振蕩和4次振蕩。7～10 a的短尺度集中于1975年以后，呈現(xiàn)7次干濕交替。春季在小尺度6～11 a分布最穩(wěn)定，具有全局性，在1960-2017年內(nèi)以5 a一周期干濕交替呈現(xiàn)準(zhǔn)11次振蕩，16～20 a的中長(zhǎng)尺度分布穩(wěn)定，呈現(xiàn)準(zhǔn)5次振蕩；夏季干濕交替在中長(zhǎng)尺度12～22 a內(nèi)呈現(xiàn)準(zhǔn)6次振蕩。自1975年往后5～10 a的短尺度分布穩(wěn)定，約5 a一周期呈現(xiàn)9次振蕩。秋季干濕交替在18～25 a的長(zhǎng)尺度和13～15的中尺度上均呈現(xiàn)4次振蕩，6～11 a的短尺度上雖然呈現(xiàn)10次振蕩但不穩(wěn)定。冬季干濕交替在18～22 a的長(zhǎng)時(shí)間尺度上以15 a為周期呈現(xiàn)4次振蕩，未來(lái)有濕潤(rùn)趨勢(shì)。1962-1978年在12～13 a的中時(shí)間尺度上呈現(xiàn)2次振蕩；8～10 a的短時(shí)間尺度上分布均勻穩(wěn)定，呈現(xiàn)9次振蕩。

3.3 年和四季不同等級(jí)干旱頻次的對(duì)比研究

1960-2017年淮河以南和以北按SPI、SPEI指數(shù)在年尺度和春、夏、秋、冬四季尺度下的各干旱等級(jí)頻次見(jiàn)表2。

年尺度下除了淮河以南SPI顯示極端干旱，兩地基本無(wú)極端干旱，主要呈現(xiàn)為輕中旱。四季尺度下SPEI指數(shù)和SPI指數(shù)兩種不同指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果都符合南部地區(qū)春冬兩季干旱頻次較多，夏秋兩季較少，北部地區(qū)集中于春冬秋季，夏季較少。兩種指標(biāo)反映兩地區(qū)干旱等級(jí)也集中在輕度干旱，極端干旱頻次極少。其中南部地區(qū)極端干旱發(fā)生于春季，北部區(qū)域春冬秋均有發(fā)生。

兩種指數(shù)在干旱指示方面也有較明顯差異，如年尺度下淮河以北SPEI顯示中旱最多(8次)但SPI卻表示輕旱最多(9次)。

3.4 年和四季干旱指數(shù)的空間變化趨勢(shì)對(duì)比分析

1960-2017年淮河中上游年和四季時(shí)間尺度SPEI、SPI干旱指數(shù)的M-K檢驗(yàn)值Z空間分布見(jiàn)圖4。

表2 基于SPI和SPEI的淮河中上游1960-2017年淮河中上游南北區(qū)域年和四季的干旱等級(jí)頻次

圖4 1960-2017年淮河中上游年和四季時(shí)間尺度SPEI、SPI干旱指數(shù)Z值空間分布

年尺度下，兩種指數(shù)都顯示淮河西部、北部和徐州區(qū)域呈現(xiàn)干旱趨勢(shì)，淮河?xùn)|南部呈現(xiàn)濕潤(rùn)趨勢(shì)。但是兩種指數(shù)的Z值差異較大。SPEI12顯示淮河北部開(kāi)封(Z=-1.96)和徐州(Z=-2.00)通過(guò)置信度水平α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，其他區(qū)域未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，但鄭州(Z=-1.50)、亳州(Z=-1.03)和宿縣(Z=-1.05)年干旱變化趨勢(shì)相對(duì)其他區(qū)域干旱趨勢(shì)比較明顯。而SPI12顯示開(kāi)封(Z=-0.65)、徐州(Z=-0.85)和駐馬店(Z=-0.68)干旱趨勢(shì)相對(duì)其他區(qū)域明顯，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)?？傮w上，SPEI12表現(xiàn)的干旱趨勢(shì)更強(qiáng)，而SPI12表現(xiàn)出淮河流域偏濕潤(rùn)趨勢(shì)，干旱趨勢(shì)較小且不明顯。

春季，SPEI3指數(shù)顯示鄭州(Z=-2.16)和霍山(Z=-2.11)兩地在春季干旱變化最明顯，均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)?；茨蠀^(qū)域從霍山往中部干旱變化分布逐步減弱。鄭州SPI3的Z值(Z=-0.23)絕對(duì)值比SPEI3的Z值(Z=-2.16)絕對(duì)值小的多，鄭州區(qū)域SPI3干旱變化趨勢(shì)沒(méi)有SPEI3明顯?；羯絊PI3的Z值(Z=-1.31)絕對(duì)值也比SPEI3的Z值(Z=-2.11)絕對(duì)值小的多，霍山區(qū)域SPI3干旱變化趨勢(shì)沒(méi)有SPEI3明顯。其他區(qū)域干濕趨勢(shì)變化基本一致。

夏季，兩種指數(shù)均反映淮河?xùn)|北部區(qū)域(亳州、徐州、宿縣等地)和西南區(qū)域(駐馬店)存在干旱化趨勢(shì)，但沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，而淮河以南區(qū)域基本無(wú)干旱趨勢(shì)變化。SPI3和SPEI3發(fā)生干旱化趨勢(shì)的區(qū)域類(lèi)似，但同一區(qū)域趨勢(shì)變化程度略微不同，比如駐馬店SPI3(Z=-0.50)干旱變化趨勢(shì)明顯高于SPEI3(Z=-0.31)的干旱變化趨勢(shì)。

秋季，兩種指數(shù)均表明淮河西部偏北區(qū)域干旱趨勢(shì)明顯，鄭州、開(kāi)封、駐馬店、固始等區(qū)域干旱趨勢(shì)最明顯，整體從西北部往淮河?xùn)|南部遞減。但是SPI3各站點(diǎn)的Z值總體比SPEI3各站點(diǎn)的Z值的絕對(duì)值小，兩者反映的干旱趨勢(shì)程度不同，SPEI3趨勢(shì)更強(qiáng)。如：SPEI3顯示開(kāi)封區(qū)域變化最為明顯(Z=-2.09)，通過(guò)置信度水平α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，而SPI3顯示開(kāi)封區(qū)域M-K檢驗(yàn)值Z的絕對(duì)值低于1.96，未通過(guò)置信度水平α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。

冬季，兩種指數(shù)反映出檢驗(yàn)值的空間趨勢(shì)分布類(lèi)型接近一致，但干旱指數(shù)反映出來(lái)的干濕化趨勢(shì)存在很大差異。比如SPI3僅在信陽(yáng)區(qū)域Z值呈現(xiàn)負(fù)值(Z=-0.24)其他區(qū)域均為正值，說(shuō)明冬季淮河流域有濕潤(rùn)化趨勢(shì)。而SPEI3除了信陽(yáng)以外，流域北部大部分區(qū)域Z值低于0，說(shuō)明冬季淮河流域北部有干旱化趨勢(shì)。

3.5 季節(jié)性干旱頻次空間分布的對(duì)比研究

1960-2017年淮河中上游SPEI和SPI的季節(jié)性干旱頻次空間分布見(jiàn)圖5。

兩種干旱指數(shù)在干旱頻次的統(tǒng)計(jì)結(jié)果及空間分布上存在一定程度的差異性，四季SPEI指數(shù)顯示的干旱頻次普遍比SPI指數(shù)統(tǒng)計(jì)的干旱頻次高。

春季，SPEI指數(shù)干旱頻次最高區(qū)域多出現(xiàn)在蚌埠附近，其次為六安、碭山、寶豐、阜陽(yáng)地區(qū)。從整體看來(lái)淮河?xùn)|南部干旱頻次較高。而SPI指數(shù)反映春季干旱頻次最多發(fā)生于阜陽(yáng)區(qū)域，并由此向亳州和碭山方向遞減，從整體看來(lái)，發(fā)生干旱頻次最高的區(qū)域集中于淮河中部。

夏季，SPEI指數(shù)干旱頻次分布顯示流域中部偏西區(qū)域及盱眙區(qū)域干旱頻次高，其中阜陽(yáng)與信陽(yáng)、西華、許昌、開(kāi)封方向形成范圍較廣的高頻次區(qū)域。而SPI指數(shù)顯示許昌、西華、亳州、宿縣、信陽(yáng)、固始各成一片形成干旱高頻次區(qū)域。

秋季，SPEI和SPI指數(shù)所形成的干旱高頻次區(qū)域均集中于流域東北部。其中，SPEI顯示干旱多發(fā)區(qū)域位于商丘、碭山、宿縣等東北部區(qū)域，向南則干旱頻次逐漸遞減；而SPI顯示干旱多發(fā)區(qū)域主要位于流域東部及北部的部分區(qū)域。

冬季，SPEI指數(shù)反映的干旱頻次均比SPI反映的干旱頻次高。SPEI反映的干旱多發(fā)區(qū)域位于流域中北部，但西北部干旱頻次較低。SPI指數(shù)反映出流域中部的壽縣及北部的亳州、商丘等地的干旱頻次較高，流域西南部的干旱頻次比SPEI反映的干旱頻次要低的多。

4 結(jié) 論

(1)SPEI和SPI均顯示春秋兩季干旱趨勢(shì)加重，在同區(qū)域和同時(shí)間尺度下結(jié)果一致但總體上SPEI比SPI趨勢(shì)下降的快。在年、夏季、冬季干旱趨勢(shì)減弱，兩種指數(shù)在同區(qū)域、同時(shí)間尺度下總體上SPEI比SPI上升幅度略多一點(diǎn)。

(2)SPEI和SPI均顯示出同區(qū)域和同時(shí)間尺度的一致性干濕周期，流域干旱主要發(fā)生在春、冬兩季，該兩個(gè)季節(jié)的干旱等級(jí)較高且較為頻繁。

(3)年尺度下SPI在淮河流域中干旱趨勢(shì)區(qū)域較少，而SPEI總體呈干旱趨勢(shì)。春、秋季尺度兩種指數(shù)反映的干濕化趨勢(shì)方向相同但程度不同，夏季兩種指數(shù)干濕化趨勢(shì)方向和程度均接近，冬季SPEI顯示淮河北部大部分區(qū)域存在干旱化趨勢(shì)但SPI僅顯示流域西南信陽(yáng)一帶呈干旱化趨勢(shì)。

(4)SPEI顯示的干旱頻次普遍較SPI高。春季SPEI顯示高頻區(qū)域在東南部而SPI顯示在中部，夏季SPEI顯示高頻區(qū)域在中部偏西，而SPI顯示在中部，秋季SPEI和SPI均顯示高頻區(qū)域在流域東北部，冬季SPEI顯示高頻區(qū)域在中北部，而SPI顯示在北部。

干旱是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，SPI和SPEI兩種指數(shù)對(duì)淮河中上游流域氣象干旱趨勢(shì)變化、周期性及干旱頻次統(tǒng)計(jì)上存在不同程度的差異，可能是由于SPI僅考慮降水輸入的影響而忽略了蒸散發(fā)輸出對(duì)流域水分狀況的影響，而SPEI考慮了氣溫變化導(dǎo)致的蒸散發(fā)輸出影響，但總體上兩種干旱指數(shù)均能夠大致刻畫(huà)流域氣象干旱的時(shí)空分布特征。由此可見(jiàn)，基于不同原理和不同的水熱計(jì)算因子的干旱指數(shù)之間存在一定程度的差異性，需要加強(qiáng)不同干旱指數(shù)的區(qū)域適用性和對(duì)比研究。在未來(lái)流域或區(qū)域干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)估中，應(yīng)綜合考慮多個(gè)干旱指數(shù)進(jìn)行干旱狀況的衡量，避免單一指數(shù)對(duì)流域干旱刻畫(huà)的局限性。未來(lái)干旱研究，應(yīng)更進(jìn)一步從干旱發(fā)生機(jī)理出發(fā)，探尋干旱孕育條件，不斷優(yōu)化和調(diào)整現(xiàn)有算法，并加強(qiáng)不同干旱指數(shù)的橫向比較研究。