甘肅省農(nóng)業(yè)干旱對(duì)多尺度氣象干旱的響應(yīng)

賴 力，粟曉玲,2，馮 凱

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽(yáng) 712100)

干旱是我國(guó)最常見(jiàn)的自然災(zāi)害之一，具有破壞范圍廣，造成損失大等特點(diǎn)[1]。通常將干旱劃分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱4種類型。氣象干旱是農(nóng)業(yè)干旱的外在驅(qū)動(dòng)力。甘肅省處于干旱半干旱氣候區(qū)[2]，蒸發(fā)量大，水資源匱乏，導(dǎo)致干旱頻發(fā)[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有18%農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積是由干旱導(dǎo)致的[4]。因此，研究甘肅省干旱的時(shí)空演變特征以及農(nóng)業(yè)干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)關(guān)系十分必要，可為農(nóng)業(yè)防旱抗旱工作提供參考。

有關(guān)甘肅省干旱特征的研究主要集中于兩類：第一類為采用單一指數(shù)評(píng)價(jià)氣象干旱或農(nóng)業(yè)干旱。如在氣象干旱研究方面，王勁松等將降水變化率與蒸發(fā)變化率的比值定義為K指數(shù)，該指數(shù)適用于評(píng)價(jià)春旱和夏伏旱[5]；李亮等采用標(biāo)準(zhǔn)化蒸散指數(shù)(SPEI)結(jié)合正交分解方法，根據(jù)敏感程度將甘肅省分為4大區(qū)域[6]；張調(diào)風(fēng)等利用綜合氣象干旱指數(shù)CI研究甘肅省黃土高原區(qū)氣象干旱，發(fā)現(xiàn)干旱高發(fā)地區(qū)為蘭州-靖遠(yuǎn)地區(qū)[7]。在農(nóng)業(yè)干旱研究方面，陳雷等利用降水量、灌溉量、蒸發(fā)量等因子模擬土壤濕度，建立了一種農(nóng)業(yè)干旱指標(biāo)；張振偉等采用帕默爾干旱指數(shù)PDSI研究甘肅省的干旱特征，結(jié)果表明，全省整體干旱有輕微下降的趨勢(shì)，空間上兩側(cè)干旱頻率高，中間低[8]。第二類研究不同干旱指標(biāo)在甘肅省的適用性。如王勁松結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉用水和徑流量?jī)蓚€(gè)因子建立了Z干旱指數(shù)，并將Z指數(shù)與PDSI進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明Z指數(shù)比PDSI對(duì)河西灌溉地區(qū)干旱狀況描述更加準(zhǔn)確[9]。姜夢(mèng)晶等采用K指數(shù)、PDSI、CI指數(shù)、Z指數(shù)等4種干旱指標(biāo)計(jì)算了月尺度干旱指數(shù)，發(fā)現(xiàn)降水變化與K指數(shù)、CI指數(shù)和Z指數(shù)關(guān)系密切,PDSI對(duì)降水的響應(yīng)最差，K指數(shù)對(duì)重旱描述最準(zhǔn)確，PDSI和CI指數(shù)對(duì)輕旱和中旱描述最準(zhǔn)確，CI指數(shù)在冬季不能準(zhǔn)確反應(yīng)干旱情況[10]。

雖然已有文獻(xiàn)探討了甘肅省的干旱特征，但主要利用站點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算干旱指數(shù)，對(duì)于柵格數(shù)據(jù)分析的較少，而柵格數(shù)據(jù)能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)干旱的空間分布規(guī)律，且對(duì)氣象干旱或農(nóng)業(yè)干旱單一類型干旱的研究較多，而對(duì)于氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱之間關(guān)系的討論較少。本文采用多尺度SPEI指數(shù)反映氣象干旱特征[11]，采用監(jiān)測(cè)范圍廣、資料易獲取、能夠相對(duì)客觀反映植被生長(zhǎng)狀況的VCI指數(shù)反映農(nóng)業(yè)干旱[12]，探討農(nóng)業(yè)干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)關(guān)系。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省位于我國(guó)西北內(nèi)陸，介于北緯32°11′～42°57′、東經(jīng)92°13′～108°46′之間。地形復(fù)雜，地貌種類多樣，包含高原、山地、河谷、沙漠、戈壁等地貌類型。氣候復(fù)雜且差異較大，從南向北包括亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性干旱氣候和高原山地氣候四大類型。根據(jù)氣溫、降水等條件將全省分為隴南山地區(qū)、隴中黃土高原區(qū)、甘南高原區(qū)、河西走廊區(qū)和隴東地區(qū)，見(jiàn)圖1。

圖1 甘肅省氣候分區(qū)Fig.1 Climate division in Gansu

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

計(jì)算VCI指數(shù)所需的NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)集(https:∥ecocast.arc.nasa.gov/data/pub/gimms)，其空間分辨率為0.083°，已經(jīng)過(guò)大氣校正和幾何校正[13]。計(jì)算SPEI所需的氣象數(shù)據(jù)(包括降水、氣溫、氣壓等)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)的甘肅省1982-2015年25個(gè)氣象站數(shù)據(jù)，氣象站點(diǎn)分布見(jiàn)圖2。

圖2 甘肅省氣象站點(diǎn)分布Fig.2 Distribution of meteorological stations in Gansu

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)SPEI廣泛用于研究氣象干旱，具有多尺度，不受空間限制等特點(diǎn)，既考慮到降水和蒸發(fā)兩種氣象要素，又具有明確的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[14]。其計(jì)算公式如下：

Di=Pi-PEi

(1)

(2)

(3)

P=1-F(x)

(4)

(5)

(6)

(7)

常數(shù)c0、c1、c2、d1、d2、d3分別取2.515 517、0.802 853、0.010 328、1.432 788、0.189 269、0.001 308。評(píng)判是否發(fā)生干旱的標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[16]，當(dāng)SPEI<-0.5則認(rèn)為發(fā)生干旱。

2.2 植被狀態(tài)指數(shù)

植被狀態(tài)指數(shù)VCI是對(duì)NDVI值進(jìn)行歸一化處理后得到的指數(shù)，物理意義比較明確，對(duì)大范圍動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)干旱情況取得了較好效果[12]，計(jì)算公式如下：

(8)

式中：NDVIi為某個(gè)象元對(duì)應(yīng)的某個(gè)月份的植被指數(shù)；NDVImin和NDVImax分別為該象元多年情況下對(duì)應(yīng)月份NDVI的最小值和最大值，分別反映了植被生長(zhǎng)的最佳和最差條件，它們之間的差反映了當(dāng)?shù)刂脖坏纳L(zhǎng)條件的差異。VCI值越小表示植被生長(zhǎng)條件越差，越容易受旱[17]。農(nóng)業(yè)干旱標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[18]，當(dāng)VCI<0.3時(shí)認(rèn)為發(fā)生干旱。

2.3 線性趨勢(shì)檢驗(yàn)

基于柵格數(shù)據(jù)(以VCI指數(shù)為例)，采用線性變化率分析干旱變化趨勢(shì)，公式如下：

一堂堂生動(dòng)的課程，一個(gè)個(gè)感人的故事，讓我們的靈魂得到洗禮，精神得到升華，黨性得到鍛煉，心靈受到強(qiáng)烈震撼。我有幸參加祁縣“一線干部”井岡山黨性教育專題培訓(xùn)班，實(shí)地學(xué)習(xí)和感悟“堅(jiān)定信念、艱苦奮斗、實(shí)事求是、敢闖新路、依靠群眾、勇于勝利”的偉大的井岡山精神。在井岡山的6天時(shí)間里，追尋著先烈們的戰(zhàn)斗足跡，仿佛又置身于艱苦卓絕的戰(zhàn)爭(zhēng)年代，觸動(dòng)之大、感悟之多、體會(huì)之深是前所未有的。

(9)

式中：θslope表示VCI指數(shù)的月線性變化斜率；n為總月份數(shù)；MVCIi為第i個(gè)月的VCI值。當(dāng)θslope>0,表示有上升趨勢(shì)，當(dāng)θslope<0時(shí)，表示有下降趨勢(shì)。

2.4 最大相關(guān)系數(shù)

采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)R分析氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱之間的關(guān)系：

Ri,j=cor(VCIiSPEIj)

(10)

Rmax=max(Ri,j)

(11)

式中：cor為皮爾遜相關(guān)系數(shù)；i為月份，本文研究生長(zhǎng)季，i=3,4,…,10；j為不同尺度，j=1,3,6,12；Rmax為VCI指數(shù)與不同尺度SPEI指數(shù)所計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)中最大相關(guān)系數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 氣象干旱時(shí)空特征

3.1.1 氣象干旱頻率

不同時(shí)間尺度下甘肅省不同季節(jié)氣象干旱頻率空間分布如圖3所示，結(jié)合圖1分區(qū)圖，分析得到甘肅省不同分區(qū)基于不同尺度SPEI的氣象干旱頻率排序：春季SPEI-1為甘南>隴東>隴南>隴中>河西，SPEI-3為隴中>甘南>隴南>隴東>河西，SPEI-6為隴東>隴中>河西>隴南>甘南，SPEI-12為隴東>隴中>河西>隴南>甘南。夏季SPEI-1為河西>甘南>隴東>隴中>隴南，SPEI-3為隴東>隴南>隴中>甘南>河西，SPEI-6為河西>隴中>隴東>隴南>甘南，SPEI-12為河西>隴中>隴東>隴南>甘南。秋季SPEI-1為河西>甘南>隴東>隴南>隴中，SPEI-3為隴中>甘南>隴南>隴中>河西，SPEI-6為河西>隴中>隴東>隴南>甘南，SPEI-12為隴東>隴南>河西>隴中>甘南。生長(zhǎng)季SPEI-1為河西>甘南>隴東>隴南>隴中，SPEI-3為隴中>隴東>隴南>甘南>河西，SPEI-6為隴東>隴中>河西>隴南>甘南，SPEI-12為隴東>隴中>河西>隴南>甘南。

圖3 甘肅省不同尺度SPEI對(duì)應(yīng)的氣象干旱頻率分布Fig.3 Drought frequencies at different scales of SPEI in Gansu

整體上，春季干旱高頻區(qū)主要集中在隴東地區(qū)，主要原因?yàn)殡]東地處溫帶大陸性氣候區(qū)，春季降水少，加之大陸副熱帶高壓的影響容易發(fā)生干旱[19]。河西地區(qū)是夏季干旱的頻發(fā)區(qū)，因?yàn)楹游鞯貐^(qū)位于西北內(nèi)陸地區(qū)，降水稀少，夏季高溫導(dǎo)致蒸發(fā)強(qiáng)烈。不同時(shí)間尺度下SPEI所反映的秋季干旱空間規(guī)律差異較大，但總體上干旱發(fā)生頻率較高的區(qū)域主要集中在河西和隴東地區(qū)，而甘南地區(qū)的干旱發(fā)生頻率較低，這與成青燕等基于MCI指數(shù)得到的干旱頻率空間分布格局為河西東部和隴中地區(qū)高、隴南地區(qū)最低的研究基本一致[20]。整個(gè)生長(zhǎng)季，不同尺度SPEI指數(shù)表現(xiàn)為隴東地區(qū)干旱頻率最高。

3.1.2 氣象干旱的趨勢(shì)

選用3個(gè)月尺度SPEI-3為代表研究氣象干旱變化趨勢(shì)。利用一元線性趨勢(shì)檢驗(yàn)法，計(jì)算出25個(gè)氣象站點(diǎn)的線性趨勢(shì)值，并進(jìn)行空間插值，并利用皮爾遜相關(guān)顯著性檢驗(yàn)方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。春季，河西地區(qū)表現(xiàn)為顯著的干旱減輕趨勢(shì)，其他地區(qū)干旱呈顯著增加趨勢(shì)，只有馬鬃山、華家?guī)X、瑪曲3個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，這與陳麗麗等發(fā)現(xiàn)河西地區(qū)干旱減輕趨勢(shì)的研究結(jié)果一致。夏季幾乎整個(gè)甘肅呈干旱增加的趨勢(shì)，河西地區(qū)只有烏鞘嶺一個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，呈現(xiàn)干旱顯著增加的趨勢(shì)。其他站點(diǎn)均通過(guò)了p=0.05顯著性檢驗(yàn)，其中有6站通過(guò)了p=0.01顯著性檢驗(yàn)，呈極顯著的增加趨勢(shì)。隴東地區(qū)只有一個(gè)站點(diǎn)通過(guò)了p=0.05的顯著性檢驗(yàn)，該地區(qū)干旱呈不顯著的增加趨勢(shì)。秋季干旱在隴東地區(qū)呈減輕趨勢(shì)，但是干旱化增加和減輕的趨勢(shì)均不顯著，只有7個(gè)站通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。裴文濤等[21]也發(fā)現(xiàn)秋季河西大部分地區(qū)呈不顯著的干旱趨勢(shì)，與本研究結(jié)果一致。李紅英發(fā)現(xiàn)[22]20世紀(jì)90年代以前秋季河西等地區(qū)呈暖干化趨勢(shì)，90年代以后呈暖濕化趨勢(shì)，本研究時(shí)段(1982-2015年)的秋季干旱變化趨勢(shì)不顯著可能受到90年代前后相反的干濕化趨勢(shì)的影響。整個(gè)生長(zhǎng)季除了隴南的部分地區(qū)呈干旱減輕的趨勢(shì)外，甘肅大部分地區(qū)呈干旱顯著增加的趨勢(shì)。河西地區(qū)除了烏鞘嶺站以外，其他站點(diǎn)均通過(guò)了p=0.01顯著性檢驗(yàn)，呈極顯著的干旱增加趨勢(shì)。

圖4 SPEI-3趨勢(shì)變化空間分布Fig.4 Spatial distribution of SPEI-3 trend

3.2 農(nóng)業(yè)干旱的時(shí)空特征

參考李欣堯[18]等對(duì)農(nóng)業(yè)干旱頻率的劃分，將干旱頻率劃分為10年一遇(頻率為0.1)，5年一遇(0.2)，3年一遇(0.33)，兩年一遇(0.5)，三年兩遇(0.66)。表1列出了不同干旱頻率下各季節(jié)對(duì)應(yīng)的柵格占比。干旱頻率主要集中在0.20～0.33和0.33～0.50兩個(gè)區(qū)間，整個(gè)生長(zhǎng)季平均在0.2～0.5區(qū)間的累計(jì)干旱頻率，達(dá)0.636。3個(gè)季節(jié)中，春季在0.2～0.5區(qū)間的累計(jì)干旱頻率最高，達(dá)到0.6。春、夏、秋累計(jì)干旱頻率在0.50～0.66的占比依次增加。

表1 不同季節(jié)發(fā)生不同農(nóng)業(yè)干旱頻率的面積占比Tab.1 Spatial distribution of meteorological drought tren

不同季節(jié)農(nóng)業(yè)干旱頻率空間分布如圖5所示?？傮w上，干旱高發(fā)地主要集中在西北以及東部地區(qū)，南部和中部地區(qū)干旱頻率較低，不同季節(jié)干旱發(fā)生頻率稍有不同。春季，干旱高發(fā)地區(qū)主要集中在隴中東部地區(qū)、河西的中部、隴東的部分地區(qū)。河西中部地區(qū)土地類型主要是戈壁和沙漠，植被稀少，所以VCI計(jì)算值偏小，得到的干旱頻率高。隴中東部地區(qū)耕地較多，該地區(qū)屬于旱作物區(qū)，降水為主要來(lái)源，春旱影響作物生長(zhǎng)的前期生長(zhǎng)[23]。夏季，河西地區(qū)干旱頻率明顯增加，干旱面積也更加廣闊，幾乎整個(gè)中部和東部地區(qū)都是高頻區(qū)域，隴東地區(qū)尤其是慶陽(yáng)市的干旱頻率明顯增加。刑崢梅[24]等人研究發(fā)現(xiàn)隴東易發(fā)生夏伏旱，這與本文的結(jié)果一致，說(shuō)明VCI指數(shù)能夠反映干旱的真實(shí)情況。秋季，干旱頻率的空間分布規(guī)律與夏季基本一致，但是隴中地區(qū)干旱頻率明顯增加，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)以耕地為主，并且到了作物生長(zhǎng)的后期，作物長(zhǎng)勢(shì)不像夏季那樣旺盛，同時(shí)部分作物已經(jīng)開始收割，導(dǎo)致VCI指數(shù)呈現(xiàn)出干旱狀態(tài)。

圖5不同季節(jié)農(nóng)業(yè)干旱頻率空間分布Fig.5 Spatial distribution of agricultural drought frequency in different seasons

3.2.2 農(nóng)業(yè)干旱的趨勢(shì)

基于柵格數(shù)據(jù)采用線性趨勢(shì)法計(jì)算VCI序列的θslope值來(lái)反映不同季節(jié)農(nóng)業(yè)干旱趨勢(shì)，其空間分布特征如圖6所示。根據(jù)柵格統(tǒng)計(jì)春、夏、秋季和整個(gè)生長(zhǎng)季的θslope值大于0面積占比分別為：87.6%、88.9%、86.4%、93.2%。不同季節(jié)和整個(gè)生長(zhǎng)季的大部分地區(qū)的θslope值大于0，表明VCI序列呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，即大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱有減輕趨勢(shì)?？臻g分布上，生長(zhǎng)季θslope值小于0的區(qū)域主要分布在河西的西北部以及中部地區(qū)，甘南的南部部分地區(qū)和隴南的南部部分地區(qū)。春季θslope值小于0的區(qū)域分散分布于河西地區(qū)，其中西北部較為集中，這些地區(qū)主要是沙漠戈壁區(qū)，由于周邊人類活動(dòng)，沙漠化加劇，旱情增加[25]。夏季θslope值小于0的區(qū)域主要分布在河西的北部、東南部以及隴南南部地區(qū)。張波等人[26]在研究隴南夏季植被變化狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)，隴南的南部區(qū)域植被覆蓋度較高的地區(qū)NDVI指數(shù)有下降的趨勢(shì)，與本文得出的結(jié)論較為一致。秋季θslope值小于0的區(qū)域主要分布在河西的西部、北部以及甘南的中西部地區(qū)，甘南中西部地區(qū)以草地類型為主，由于過(guò)度放牧導(dǎo)致草地退化，生態(tài)脆弱，更易受干旱影響，這與梁蕓[27]等人研究該地區(qū)呈干旱化趨勢(shì)的結(jié)論一致。

圖6 不同季節(jié)農(nóng)業(yè)干旱趨勢(shì)變化空間分布Fig.6 Spatial distribution of agricultural drought trends in different seasons

3.3 農(nóng)業(yè)干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)

3.3.1 不同季節(jié)農(nóng)業(yè)干旱和氣象干旱的最大相關(guān)系數(shù)空間分布特征

不同季節(jié)下SPEI與VCI指數(shù)最大相關(guān)系數(shù)的空間分布特征如圖7所示。春季相關(guān)系數(shù)較高的區(qū)域集中在甘南的西南部地區(qū)以及隴東中東部地區(qū)，該地區(qū)以林地草地為主。夏季主要集中在隴中西部、南部地區(qū)以及隴南地區(qū)，該地區(qū)主要土地類型為草地及部分耕地。秋季主要集中在隴中地區(qū)、隴東西北部地區(qū)，該地區(qū)主要土地類型為草地。生長(zhǎng)季主要集中在甘南、隴中東部、隴東、西北部、中部地區(qū)，該地區(qū)主要土地類型為草地、林地。綜上所述，VCI指數(shù)和SPEI指數(shù)在林地、草地的相關(guān)性最大。

圖7 最大相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.7 Spatial distribution of maximum correlation coefficient

由圖7可知，部分地區(qū)相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，春季負(fù)值主要集中在河西中西部地區(qū)；夏季負(fù)值主要集中在隴南的東部地區(qū)，隴南西部，河西；秋季負(fù)值主要集中在隴南東南部、隴東東部部分地區(qū)，河西中部、甘南的部分地區(qū)；而生長(zhǎng)季主要集中在河西中西部地區(qū)。負(fù)相關(guān)系分布在河西的部分地區(qū)，原因是這些地區(qū)主要為未利用土地類型，如戈壁、沙漠等，同時(shí)，這些地區(qū)植被稀少、氣候干燥對(duì)VCI指數(shù)有一定的干擾。隴南地區(qū)東南部、隴東東部出現(xiàn)負(fù)值主要是由于這些地區(qū)的土地類型為耕地，人類活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值。整個(gè)生長(zhǎng)季相關(guān)系數(shù)為負(fù)值的面積占比最少是合理的，因?yàn)楸疚那蟮檬亲畲笙嚓P(guān)系數(shù)，對(duì)負(fù)值有過(guò)濾的作用。

3.3.2 不同時(shí)間尺度SPEI與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)空間分布特征

不同季節(jié)下不同尺度SPEI與VCI指數(shù)最大相關(guān)系數(shù)空間分布特征如圖8所示。春季SPEI-1與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在甘南和隴南的部分地區(qū)。SPEI-1表示對(duì)月尺度干旱相對(duì)于其他尺度對(duì)干旱變化更敏感。此外，這兩個(gè)地區(qū)主要是林地和草地，人類活動(dòng)干擾較少，植被對(duì)氣象要素影響更敏感。SPEI-3與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在隴中的部分地區(qū)，SPEI-6與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在河西和隴南地區(qū)，而SPEI-12與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在隴東和隴中地區(qū)，這些地區(qū)受人類活動(dòng)影響較大，反映長(zhǎng)期干旱狀況的SPEI-12可以與VCI表現(xiàn)出更好的相關(guān)性。

圖8 最大相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)尺度空間分布Fig.8 Spatial distribution of maximum correlation coefficient at diffferent scales

夏季SPEI-1與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在河西地區(qū)的酒泉、嘉峪關(guān)一帶，該地區(qū)植被稀少，生態(tài)脆弱，植被對(duì)降水等氣象要素短期變化非常敏感。SPEI-1能夠靈敏地反映短期水分虧缺，所以在這些區(qū)域VCI指數(shù)與SPEI-1相關(guān)性最大。SPEI-3與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)的分布范圍有所增加，集中分布在隴中、隴東的南部。SPEI-6與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)分布在隴南、甘南西南部地區(qū)，甘南西南部地區(qū)主要是草地，夏季生長(zhǎng)旺盛，SPEI-6考慮了春夏兩季的降水和蒸發(fā)的影響，能更加全面地反映氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱的關(guān)系。SPEI-12與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)與春季的空間分布基本一致。

秋季，SPEI-1與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在隴中中部和東部地區(qū)，秋季為小麥播種和成苗期，對(duì)水熱條件敏感，易受旱。SPEI-3與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)分布范圍增加，主要集中在河西地區(qū)、甘南地區(qū)、隴東的中部和北部、隴中的部分區(qū)域。秋季許多植被都進(jìn)入生長(zhǎng)后期，降水和氣溫對(duì)植被的直接影響有所減小，存在一定滯后性。SPEI-3反映整個(gè)季節(jié)的干旱影響，所以與植被生長(zhǎng)有較好的相關(guān)性。SPEI-6與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)分布在隴南、隴東的東部地區(qū)、隴中的西部和北部地區(qū)。SPEI-12與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在甘南地區(qū)，主要反映了長(zhǎng)期干旱的影響。王偉軍[28]研究發(fā)現(xiàn)甘南地區(qū)植被生長(zhǎng)后期對(duì)降水等氣象要素的響應(yīng)有一定的滯后效應(yīng)。

在整個(gè)生長(zhǎng)季，SPEI-1與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在河西西北部和甘南地區(qū)的西南部。SPEI-3與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)河西地區(qū)、隴東的西南部 、隴中的大部分區(qū)域、甘南西部、北部。SPEI-6與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)分布在隴南、隴東的東部地區(qū)、河西地區(qū)。SPEI-12與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)主要分布在隴東和河西的部分地區(qū)。

據(jù)圖8的柵格占比統(tǒng)計(jì)，春季SPEI-6與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)的柵格數(shù)占比最大，夏季SPEI-12與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)的柵格數(shù)占比最大，但與其他尺度差別不大，主要是由于降水多數(shù)集中于夏季，不同尺度之間所計(jì)算出的SPEI值差別不大。秋季SPEI-3與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)的柵格數(shù)占比最大。生長(zhǎng)季SPEI-3與VCI指數(shù)對(duì)應(yīng)最大相關(guān)系數(shù)的柵格數(shù)占比最大。綜上所述，VCI指數(shù)與3個(gè)月尺度SPEI相關(guān)性最好，即響應(yīng)最靈敏。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)不同時(shí)間尺度的SPEI指數(shù)和VCI指數(shù)來(lái)表征氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱，采用一元線性傾向率檢驗(yàn)和皮爾遜相關(guān)顯著性檢驗(yàn)等方法研究了甘肅省干旱的時(shí)間變化特征，通過(guò)Arcgis插值分析研究了干旱頻率的空間分布特征，利用最大相關(guān)系數(shù)法探討了不同尺度的SPEI指數(shù)和VCI指數(shù)的相關(guān)關(guān)系以及響應(yīng)關(guān)系。得出以下主要結(jié)論：

甘肅省在春、夏、秋及生長(zhǎng)季發(fā)生氣象干旱頻率最高的地區(qū)分別為隴東、河西、隴東與河西、隴東。春季河西地區(qū)氣象干旱顯著減輕，夏季整個(gè)甘肅省氣象干旱呈增加趨勢(shì)；秋季隴東地區(qū)干旱呈不顯著下降趨勢(shì)，其他地區(qū)干旱呈不顯著增加趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)干旱頻率空間上總體表現(xiàn)為西北部和東部高，中部和南部較低，時(shí)間上表現(xiàn)為大部分地區(qū)呈下降的趨勢(shì)。

氣象干旱指數(shù)SPEI與農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)VCI相關(guān)性特征表現(xiàn)為，SPEI與VCI在林地和草地條件下的相關(guān)性最好，VCI指數(shù)與SPEI-3相關(guān)性最大，即農(nóng)業(yè)干旱對(duì)以SPEI-3表示的氣象干旱的響應(yīng)最靈敏。