綜合干旱指數(shù)的構(gòu)建及其在涇惠渠灌區(qū)的應(yīng)用

王璽圳，粟曉玲，張更喜

(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

干旱是由氣候異常引起的自然災(zāi)害，具有發(fā)生頻率高、影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、危害性大的特點(diǎn)，在全球氣候變化條件下，干旱的覆蓋范圍最廣、造成經(jīng)濟(jì)損失最大，對(duì)人類的影響最為嚴(yán)重，已成為學(xué)者們研究的一個(gè)熱點(diǎn)科學(xué)問題[1-3]。干旱產(chǎn)生的原因很多，影響因素包括溫度、蒸散發(fā)、土壤水分虧缺、地下水供給不足等[4]。由于考慮的影響因素和側(cè)重點(diǎn)不同，各地區(qū)和機(jī)構(gòu)對(duì)干旱的定義也不同，計(jì)算的干旱指數(shù)也有差異[5]。選取合適的干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)是研究區(qū)域干旱的基礎(chǔ)和前提，美國(guó)氣象學(xué)會(huì)在綜合了各類干旱定義后，總結(jié)出了目前被公認(rèn)的4種類型干旱[6]，即：氣象干旱(由降水和蒸發(fā)失衡所引發(fā))、水文干旱(河流徑流量低于多年平均正常值)、農(nóng)業(yè)干旱(土壤含水量低于植物需水量)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱(由于缺水影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng))。

降水量是氣象干旱評(píng)價(jià)的要素，可通過(guò)降水量來(lái)確定研究區(qū)的旱澇情況[7]。McKee等[8]在研究美國(guó)科羅拉多州干旱情況時(shí)提出了標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)，適用于月尺度對(duì)當(dāng)?shù)馗珊档臋z測(cè)與評(píng)估，能較好反映干旱強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，可靈活應(yīng)用并消除空間分布差異性，且對(duì)干旱的變化反映敏感。Vicente-Serrano等[9]在SPI指數(shù)的基礎(chǔ)上考慮了降水與潛在蒸散發(fā)的相互關(guān)系，將氣溫、降水與潛在蒸散發(fā)的差值作為輸入變量創(chuàng)建了標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI)。Palmer[10]提出的帕默爾指數(shù)(PDSI)同時(shí)考慮了降水和溫度的影響，在干旱指數(shù)發(fā)展史上具有里程碑意義，但是也具有一定局限性，其主要適用于干旱半干旱區(qū)域，缺乏普適性[11]。Wells[12]提出的自校準(zhǔn)帕默爾干旱指數(shù)(sc-PDSI)對(duì)傳統(tǒng)PDSI進(jìn)行了改進(jìn)，利用研究站點(diǎn)的緯度及歷史資料對(duì)PDSI中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行自校正，使其具有更好的空間適用性，目前已被廣泛應(yīng)用于干旱研究[13-16]。

氣候是植被變化的重要驅(qū)動(dòng)因子，而植被變化可以直觀反映區(qū)域內(nèi)干濕情況，利用歸一化植被指數(shù)(NDVI)能夠反映植被演變特性，可以用NDVI指數(shù)從側(cè)面對(duì)農(nóng)業(yè)干旱程度進(jìn)行評(píng)估[17]。由于干旱與多種氣象水文因素有關(guān)，如降水、徑流以及土壤水分、地下水等，僅由降雨或降雨和蒸發(fā)定義的干旱不一定導(dǎo)致農(nóng)業(yè)干旱，而土壤水分虧缺、地下水位下降也可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)干旱[18]。針對(duì)各種類型的干旱，研究者們構(gòu)建了各類綜合干旱指數(shù)，閆桂霞[19]等將SPI和PDSI兩指標(biāo)結(jié)合構(gòu)建了綜合干旱指數(shù)，任怡等[20]將SPI、SPEI和PDSI 3個(gè)指標(biāo)結(jié)合進(jìn)行綜合指標(biāo)計(jì)算，Qin等[21]利用SPI和土壤濕度數(shù)據(jù)構(gòu)建的指數(shù)分析了海河盆地干旱情況，Zhang等[22]利用降水量、蒸發(fā)量和土壤含水量構(gòu)建的多變量干旱指數(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)氣象干旱進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。然而目前利用單指標(biāo)或構(gòu)建的綜合指標(biāo)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱評(píng)價(jià)研究中，少有考慮地下水干旱指標(biāo)，而地下水又和人類活動(dòng)對(duì)干旱的影響密切相關(guān)[23]。已有研究表明涇惠渠灌區(qū)內(nèi)地下水超采嚴(yán)重[24-25]，且農(nóng)業(yè)干旱程度對(duì)地下水指標(biāo)的敏感性很強(qiáng)，因此在綜合指標(biāo)中加入地下水?dāng)?shù)據(jù)很有必要。

本論文將標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI)、歸一化植被覆蓋指數(shù)(NDVI)、標(biāo)準(zhǔn)化土壤含水量指數(shù)(SSI)和標(biāo)準(zhǔn)化地下水指數(shù)(SGI)作為輸入變量，利用CRITIC客觀賦權(quán)法構(gòu)建可以綜合反映降水、蒸發(fā)、植被、土壤水分以及地下水等多變量的綜合干旱指數(shù)(CDI)，并以涇惠渠灌區(qū)為例，結(jié)合研究區(qū)域的歷史干旱資料和自適應(yīng)帕默爾干旱指數(shù)(sc-PDSI)與綜合農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，評(píng)價(jià)綜合干旱指數(shù)在研究區(qū)的適用性，利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法分析涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)展演變趨勢(shì)。

1 研究區(qū)概況

選取陜西省關(guān)中平原中部的涇惠渠灌區(qū)作為研究對(duì)象。地理范圍：N34°25′20″～N34°41′40″、E108°34′34″～E109°21′35″(圖1)，灌區(qū)東、西、南三面被石川河、涇河及渭河圍繞，北靠仲山和黃土臺(tái)塬，東西長(zhǎng)約70 km，南北寬約20 km，范圍涉及涇陽(yáng)、三原、富平三縣和西安市閻良區(qū)、高陵區(qū)、臨潼區(qū)三個(gè)區(qū)。地勢(shì)西北高、東南低，年平均降水量為535 mm，年平均蒸發(fā)量為1 212 mm，灌區(qū)糧食作物以小麥和玉米為主。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 計(jì)算單一干旱指標(biāo)

2.1.1 SPEI計(jì)算步驟[26]應(yīng)用彭曼公式計(jì)算逐月潛在蒸散量：

(1)

圖1 涇惠渠灌區(qū)概況Fig.1 Map of Jinghui irrigation area

Di=Pi-PETi

(2)

式中，Pi為月降水量，PETi為月潛在蒸散量。采用三參數(shù)的Log-logistic分布對(duì)Di進(jìn)行擬合，并求出概率分布函數(shù)：

(3)

(4)

式中，參數(shù)α、β、γ分別采用線性距法擬合得到，f(x)為概率密度函數(shù)，F(xiàn)(x)為概率分布函數(shù)。然后對(duì)概率分布函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(5)

(6)

式中，參數(shù)分別為C0=2.515517，C1=0.802853，C2=0.010328，d1=1.432788，d2=0.189269，d3=0.001308。SPEI干旱等級(jí)劃分見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)干旱等級(jí)劃分

注：來(lái)源于文獻(xiàn)[27]。

Note: From literature [27].

本次研究所采用的降水、氣溫等氣象資料來(lái)源于涇惠渠灌區(qū)內(nèi)的各個(gè)氣象站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，時(shí)間范圍為2002年1月至2013年12月。

2.1.2 SSI和SGI的計(jì)算 計(jì)算SSI和SGI時(shí)，假設(shè)土壤相對(duì)濕度和地下水埋深是偏態(tài)分布，利用Gamma、Weibull、Beta、Logistic、Log-Logistic、Pearson-Ⅲ、Erlang、Gumbel、Generalized extreme value、Normal、Burr等常見分布對(duì)數(shù)據(jù)擬合，得出土壤相對(duì)濕度服從廣義極值(Generalized extreme value)分布，地下水埋深服從韋布爾(Weibull)分布，且兩者均通過(guò)了顯著性水平α= 0.05(置信度為95%)的KS檢驗(yàn)。在計(jì)算出分布概率后利用極大似然估計(jì)法求出分布函數(shù)的參數(shù)，再對(duì)分布概率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)化處理，即可得到標(biāo)準(zhǔn)化土壤濕度指數(shù)(SSI)和標(biāo)準(zhǔn)化地下水指數(shù)(SGI)。本次研究所用的土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http://data.cma.cn)，地下水埋深數(shù)據(jù)來(lái)源于《陜西省地下水監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[28]。兩類數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為2002年1月至2013年12月。鑒于SPEI、NDVI和SSI三個(gè)指數(shù)都是隨著干旱強(qiáng)度增加而減小，而地下水埋深是隨著干旱強(qiáng)度增加而變大，為使4個(gè)指數(shù)物理意義一致，因此對(duì)計(jì)算的SGI統(tǒng)一取其相反數(shù)，即為最終的SGI指數(shù)。

2.1.3 NDVI的來(lái)源 NDVI是一個(gè)綜合植被指數(shù)，能反映植被的葉綠素、葉片水分含量等信息，目前已被廣泛用于作物分類和長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、作物估產(chǎn)、生物量估算、地表蒸散、土壤濕度監(jiān)測(cè)、氣候變化等方面的研究。本研究所采用的NDVI來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)的中國(guó)區(qū)域500 m分辨率NDVI月合成產(chǎn)品。利用ENVI 5.1中的“統(tǒng)計(jì)分析”功能計(jì)算研究區(qū)逐月NDVI面均值，作為綜合干旱指數(shù)的NDVI輸入部分，時(shí)間為2002年1月至2013年12月。

2.2 構(gòu)建綜合干旱指數(shù)(CDI)

研究區(qū)共有24眼資料完備的監(jiān)測(cè)井(圖 1)，利用Arcgis10.3軟件的“構(gòu)建泰森多邊形”方法將研究區(qū)域劃分為若干小區(qū)域，代表每個(gè)站點(diǎn)所控制的面積，將站點(diǎn)控制面積與研究區(qū)域總面積的比例作為權(quán)重系數(shù)，與監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的SGI相乘加權(quán)得到研究區(qū)域SGI面均值，同理，可計(jì)算出研究區(qū)域SPEI面均值及SSI面均值。

將涇惠渠灌區(qū)內(nèi)的NDVI、SGI、SSI、SPEI四指標(biāo)的面均值分別作為輸入指標(biāo)，利用CRITIC賦權(quán)法構(gòu)建綜合干旱指數(shù)CDI。CRITIC法(Criteria importance through intercriteria correlation,CRITIC)是一種客觀賦權(quán)法，由Diakoulaki[29]最先提出。該方法利用指標(biāo)的沖突性和信息量大小給指標(biāo)賦權(quán)重，其中沖突性是以指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)來(lái)表示，若指標(biāo)間相關(guān)性較高，則說(shuō)明指標(biāo)間沖突性較低；信息量由每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)離差來(lái)判斷，若某指標(biāo)的所有評(píng)價(jià)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差越大，則認(rèn)為此指標(biāo)的信息量越大。CRITIC法是相關(guān)性權(quán)重和信息量權(quán)重的結(jié)合，在賦權(quán)重方面具有顯著的優(yōu)越性。第j個(gè)指標(biāo)與其他指標(biāo)的沖突性表示為：

(7)

式中，rij為指標(biāo)i和j之間的相關(guān)系數(shù)。各個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重值利用沖突性和對(duì)比強(qiáng)度來(lái)計(jì)算，若Cj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)所包含的信息量，則

(8)

式中，δj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，n為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)數(shù)量。Cj越大，則該指標(biāo)的重要性越大。設(shè)Wj為第j個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重，則

(9)

式中，m為所有指標(biāo)的數(shù)量。

因此，綜合考慮農(nóng)業(yè)干旱的影響因素，構(gòu)建的綜合干旱指數(shù)(CDI)計(jì)算公式為：

(10)

式中：Dj分別為指標(biāo)SPEI、NDVI、SSI和SGI；Wj為利用CRITIC法計(jì)算的權(quán)重系數(shù)。

2.3 計(jì)算自適應(yīng)的帕默爾干旱指數(shù)(sc-PDSI)

本次研究將構(gòu)建的綜合干旱指數(shù)(CDI)與自適應(yīng)帕默爾干旱指數(shù)(sc-PDSI)進(jìn)行相關(guān)性分析來(lái)評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)的適用性。帕默爾在1965年提出帕默爾干旱指數(shù)[10]，目的是測(cè)量陸地表面水分供需的累積距平。由于同時(shí)考慮了降水量和氣溫的影響，因此被廣泛用于干旱評(píng)估、干旱時(shí)空分布、氣候評(píng)價(jià)等方面，但由于帕默爾干旱指數(shù)對(duì)于不同地區(qū)的干旱分析有較大差異，被認(rèn)為不適用于不同地區(qū)的干旱評(píng)估。由此Wells[12]對(duì)帕默爾干旱指數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，得到了自適應(yīng)的帕默爾干旱指數(shù)sc-PDSI，它是通過(guò)動(dòng)態(tài)計(jì)算值替代原經(jīng)驗(yàn)常數(shù)來(lái)校準(zhǔn)月尺度PDSI值。本次研究利用美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)的sc-PDSI計(jì)算程序(http://greenleaf.unl.edu)進(jìn)行計(jì)算，需要輸入的參數(shù)包括：研究站點(diǎn)的月平均溫度、月平均降水量、多年月平均溫度、有效持水量(AWC)和站點(diǎn)緯度。有效持水量(AWC)數(shù)據(jù)來(lái)源于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)和維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)研究所(IIASA)構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(HWSD)，該數(shù)據(jù)庫(kù)下載自寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn)。帕默爾干旱指數(shù)原理是氣候適應(yīng)下的水量平衡方程：

(11)

(12)

求出水分距平d后，將其與研究地點(diǎn)相應(yīng)的氣候特征系數(shù)K相乘，得到水分異常值Z，表示研究地點(diǎn)相應(yīng)月份實(shí)際氣候狀況與其多年平均干濕情況的偏離程度。

Z=dK

(13)

最終確定修正的帕默爾干旱指數(shù)公式為：

Xi=Zi/3+0.897Xi-1

(14)

式中，Xi為當(dāng)月的PDSI干旱指數(shù)；Zi為當(dāng)月的水分異常指數(shù)；Xi-1為上個(gè)月的PDSI干旱指數(shù)；1/3和0.897稱為持續(xù)因子。sc-PDSI干旱等級(jí)劃分見表2。

表2 自適應(yīng)帕默爾干旱指數(shù)等級(jí)劃分

注：來(lái)源于文獻(xiàn)[12]。

Note: From literature [12].

2.4 Mann-Kendall檢驗(yàn)法

Mann-Kendall(MK)檢驗(yàn)法[30]是一種非參數(shù)檢驗(yàn)法，與參數(shù)檢驗(yàn)相比具有適用范圍更廣、對(duì)變量分布無(wú)要求且無(wú)需擬合參數(shù)等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)已經(jīng)在水文氣象要素趨勢(shì)分析中得到了廣泛應(yīng)用[31-32]。Mann-Kendall檢驗(yàn)法步驟詳見文獻(xiàn)[32]。

3 結(jié)果與分析

3.1 綜合干旱指數(shù)(CDI)的適用性評(píng)價(jià)

參考SPI指數(shù)的閾值劃分原理，利用計(jì)算出的逐月CDI值繪出累積經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)曲線(圖2)，結(jié)合sc-PDSI閾值的累積概率對(duì)CDI閾值進(jìn)行劃分，結(jié)果見表3。

將計(jì)算出的CDI與sc-PDSI以及4個(gè)單一指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比來(lái)進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)，見圖3～6。CDI與sc-PDSI的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.73，兩者屬于強(qiáng)相關(guān)。由圖3可以看出，CDI與sc-PDSI的變化趨勢(shì)整體較為一致，而sc-PDSI的變化波動(dòng)較大，在2002年1月至2002年10月間兩指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，整體為中度至嚴(yán)重干旱；2002年11月至2004年2月兩指數(shù)均為波動(dòng)增加趨勢(shì)，整體由干旱逐漸轉(zhuǎn)為無(wú)旱；2004年2月至2007年1月CDI呈逐漸下降趨勢(shì)，整體由無(wú)旱轉(zhuǎn)為中旱、重旱；CDI從2007年5月至2010年12月經(jīng)歷了上升-下降-上升-下降的兩個(gè)增減周期，sc-PDSI從2007年5月至2011年7月也經(jīng)歷了兩個(gè)同樣的增減周期，整體變化為嚴(yán)重干旱-無(wú)旱-中度干旱-無(wú)旱-嚴(yán)重干旱；CDI從2011年1月至2012年7月逐漸增加，由嚴(yán)重干旱轉(zhuǎn)為無(wú)旱，之后至2013年12月呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，由無(wú)旱逐漸轉(zhuǎn)為輕度干旱，sc-PDSI的趨勢(shì)與CDI大體相同，但轉(zhuǎn)折時(shí)間點(diǎn)略有差異且最終轉(zhuǎn)為無(wú)旱。

由圖5可以看出，CDI與sc-PDSI的年內(nèi)變化趨勢(shì)整體較一致，兩者在5月和9月略有不同。由圖6可以看出，CDI與sc-PDSI的年際變化趨勢(shì)除2007年外基本一致，且sc-PDSI的變化范圍較大。

干旱等級(jí)Droughtlevel類型Type累積概率P/%Cumulativeprobability P綜合干旱指數(shù)CDI1無(wú)旱Normal level61

圖3 CDI與sc-PDSI時(shí)間序列Fig.3 CDI and sc-PDSI time sequence graph

分析兩者存在差異的主要原因是CDI比sc-PDSI包含更多干旱相關(guān)變量，更能反映此地區(qū)的實(shí)際干旱狀態(tài)。

圖4 CDI與單一指數(shù)時(shí)間序列Fig.4 CDI and single index time series graph

圖5 CDI與sc-PDSI月際間變化Fig.5 Change of CDI and sc-PDSI within a year

圖6 CDI與sc-PDSI年際間變化Fig.6 Interannual variationof CDI and sc-PDSI

圖7 CDI的M-K統(tǒng)計(jì)Fig.7 M-K statistical graph of CDI

結(jié)合以上信息，CDI與sc-PDSI在旱情監(jiān)測(cè)上相關(guān)性顯著，且時(shí)間演進(jìn)上CDI與sc-PDSI演進(jìn)趨勢(shì)整體相同，因此，本次研究中采用基于反映降水與蒸散發(fā)相互作用的干旱指標(biāo)SPEI，反映植被覆蓋情況的干旱指標(biāo)NDVI，反映土壤相對(duì)濕度情況的干旱指標(biāo)SSI和反映地下水位升降情況的干旱指標(biāo)SGI建立的綜合干旱指標(biāo)CDI用于涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱變化特性研究。

3.2 涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱的變化特性

3.2.1 涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱月際和年際變化特性 由圖5的CDI月際間變化可以看出，4、6月和11月的CDI值相對(duì)較小，涇惠渠灌區(qū)在這些月份較容易發(fā)生干旱，而2月和8月的CDI值較大，灌區(qū)在這些月份較為濕潤(rùn)。月際CDI值呈波動(dòng)變化，整體較平穩(wěn)。由圖6的CDI年際間變化趨勢(shì)可以看出，涇惠渠灌區(qū)在2002—2013年間的CDI值整體呈波動(dòng)變化，且略有上升，因此灌區(qū)在此期間干旱旱情有略微緩解。

3.2.2 涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱逐月變化特性 對(duì)研究區(qū)域2002年1月至2013年12月逐月的CDI序列進(jìn)行MK檢驗(yàn)。Mann-Kendall檢驗(yàn)法結(jié)果見圖7，包括UF統(tǒng)計(jì)量和UB統(tǒng)計(jì)量，UF>0表明序列呈上升趨勢(shì)，UF<0則表明序列呈下降趨勢(shì)，UF統(tǒng)計(jì)量與UB統(tǒng)計(jì)量的交點(diǎn)為突變開始時(shí)刻。涇惠渠灌區(qū)綜合干旱指數(shù)CDI的MK檢驗(yàn)結(jié)果顯示該區(qū)域CDI值在2002年1月至2013年12月呈下降-上升-下降-上升趨勢(shì)，其中2002年2月至2003年10月呈顯著下降趨勢(shì)；2004年2月至2005年5月、2012年8月至2013年12月呈顯著上升趨勢(shì)。UF線與UB線在0.05顯著水平下相交于2011年7月，交點(diǎn)存在于95%置信區(qū)間內(nèi)，即涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱情況在2011年7月發(fā)生顯著突變，CDI趨勢(shì)由降低轉(zhuǎn)為增加，表明研究區(qū)在此時(shí)間點(diǎn)后呈濕潤(rùn)化趨勢(shì)。

3.2.3 涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱季節(jié)間變化特性 將研究區(qū)域2002—2013年各月CDI值按月排序，12個(gè)月的CDI最小值對(duì)應(yīng)的年份見表4?？梢酝茢啵?003、2009年發(fā)生了連續(xù)兩個(gè)月以上的嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱，2002年發(fā)生了9—10月連續(xù)兩個(gè)月的極端農(nóng)業(yè)干旱，2006年7月、2008年12月也發(fā)生了極端農(nóng)業(yè)干旱。

表4 1—12月CDI最小值及其對(duì)應(yīng)年份

將研究區(qū)域2002—2013年逐年的各月綜合干旱指數(shù)CDI按3個(gè)月為一組，結(jié)果見圖6，分季進(jìn)行分析。將每3個(gè)月的CDI均值作為季節(jié)CDI值，將季節(jié)CDI最小值視為發(fā)生嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱的季節(jié)，列出其對(duì)應(yīng)年份，見表5。

可以看出，最嚴(yán)重的春旱發(fā)生在2003年，最嚴(yán)重的夏旱和秋旱都發(fā)生在2002年，最嚴(yán)重的冬旱發(fā)生在2009年。由圖6可以看出：2002年和2006年春季、2006年夏季、2006年和2008年秋季、2007年和2010年冬季也發(fā)生了較嚴(yán)重的干旱。從季節(jié)的CDI值趨勢(shì)看，2002—2013年春季和夏季的CDI值都呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，說(shuō)明研究區(qū)的春旱和夏旱有逐漸緩解趨勢(shì)；2002年秋季CDI值很小，從2003—2008年CDI值呈下降趨勢(shì)，2008年之后呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，說(shuō)明研究區(qū)在2003—2008年間的秋季由無(wú)旱逐漸變?yōu)楦珊?，?008年后有所緩解；2002—2013年冬季CDI值呈上升-下降-上升趨勢(shì)，其中2005—2010年的冬季發(fā)生了連續(xù)農(nóng)業(yè)干旱。

由涇惠渠灌區(qū)在2002—2013年各月(季)綜合干旱指數(shù)(CDI)整體趨勢(shì)可以看出，CDI呈波動(dòng)上升狀態(tài)，說(shuō)明在此期間研究區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)干旱有所緩解。

4 結(jié) 論

本文基于標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI)、歸一化植被覆蓋指數(shù)(NDVI)、標(biāo)準(zhǔn)化土壤含水量指數(shù)(SSI)和標(biāo)準(zhǔn)化地下水指數(shù)(SGI)利用CRITIC客觀賦權(quán)法構(gòu)建了綜合干旱指數(shù)(CDI)，并且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)曲線劃分了5個(gè)干旱等級(jí)。以涇惠渠灌區(qū)為例，獲得以下主要結(jié)論。

表5 最嚴(yán)重季節(jié)性干旱與對(duì)應(yīng)年份

圖8 涇惠渠灌區(qū)四季CDI值變化趨勢(shì)Fig.8 Trend of four seasons CDI value in the Jinghui irrigation area

1)綜合干旱指數(shù)(CDI)與廣泛應(yīng)用的自適應(yīng)帕默爾干旱指數(shù)(sc-PDSI)相關(guān)系數(shù)為0.73，兩者具有強(qiáng)相關(guān)性，故CDI可較為準(zhǔn)確地反映研究區(qū)農(nóng)業(yè)干旱情況，適用性較好。

2)利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法分析了涇惠渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)干旱近年來(lái)的發(fā)展演變趨勢(shì)，地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱情況在2011年7月發(fā)生顯著性突變，由之前的干旱化趨勢(shì)演變?yōu)闈駶?rùn)化趨勢(shì)。

3)涇惠渠灌區(qū)的逐月CDI值在2002—2013年間大約以0.032·a-1的速度波動(dòng)上升，各季節(jié)CDI也呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，表明農(nóng)業(yè)干旱有所緩解。

而由于本次研究受限于資料序列長(zhǎng)度不足，無(wú)法獲得2001年及之前的涇惠渠灌區(qū)內(nèi)地下水和土壤濕度資料，故本次研究結(jié)果無(wú)法分析較長(zhǎng)序列年際間干旱變化趨勢(shì)，在下一步研究工作中將對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。