中国干旱研究进展综述.doc

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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流中国干旱研究进展综述【精品文档】第 12 页中国干旱研究进展综述（南京信息工程大学滨江学院，南京，210044）摘要： 随着人民生活水平的提高，经济建设的发展，由于干旱造成的危害也日益严重，其直接威肋到国家的长期粮食安全和社会稳定。我国众多气象学家对于干旱从干旱的定义、干旱指标和干旱监测以及干旱预报方面进行了深入的研究，取得了相应的进展，作者将对这些研究进展作简要综述。干旱的单一定义很难满足各行业、各部门的不同特点和对水的不同需求。目前将干旱按气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱进行分类定义已得到大多学者的普遍认可。对气象干旱指标、农业干旱指标、水

2、文干旱指标3个方面的研究成果进行了较为全面的对比分析，同时分析比较了国内常用的一些干旱指数如降水量距平、降水量分位数、标准化降水指数及PDST等的原理和计算方法。指出在研制干旱指标时，要注意要素的可收集性及其适时性，考虑主要要素和监测业务的可行性，干旱指标要简单、明了，可计算性强，以便于业务使用和推广。文章还介绍了中国气象局国家气候中心干旱监测业务的发展与现状，以及干旱监测业务的流程监测方法、产品内容等。从干旱分类及其应用指标的基础上，对目前在气象干旱预报、农业干旱预报以及干旱的集成预报方法方面所取得的进展进行了阐述，并讨论了各种预报方法的优缺点以及未来干旱预报的趋势。关键词：干旱定义；干旱指

3、标；干旱监测；干旱预报；引言 干旱是造成损失最为严重的自然灾害，受其影响的人数比其它任何自然灾害都多。干旱是我国范围的主要自然灾害，在社会经济高速发展的影响下，干旱的频繁发生己成为最为严峻的环境问题之一，己经引起我国政府的高度重视。干旱，尤其是重大干旱灾害直接威肋到国家的长期粮食安全和社会稳定。我国是一个自然灾害频发的国家，据统计，气象灾害造成的经济损失约占所有自然灾害的70 %，其中干旱造成的损失又占了气象灾害的50%以上。开展干旱的评估、监测与预测研究，已成为政府和学术界高度重视的热点问题，且具有重大现实意义。 干旱按其种类，可分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱，这种分类，也说

4、明了干旱影响的形式和对象不同。干旱指标即表征某一地区干旱程度的标准，是旱情描述的数值表达，起着量度、对比和综合分析旱情的作用，是加强干旱监测、预测、预警和进一步开展旱灾研究的基础。对于不同类型的干旱，干旱指标应该具有明确的物理意义，其所涉及的资料容易获得，参数计算简便，同时，指标应能反映干旱的成因、程度、开始、结束和持续时间等。根据判断角度的不同，使用不同的标准和计算方法，通常可以将干旱指标分为气象干旱指标、农业干旱指标和水文干旱指标三大类。1995年起，中国气象局国家气候中心开发研制了“全国旱涝气候监测、预警系统”。该系统利用降水量、气温等常规观测要素，依托气候指标计算，实现了对全国干旱范围

5、和程度的实时监测和影响评估，并利用数值模式预报资料对未来旱涝发展趋势进行预警分析。在我国，如何有效地监测旱情的动态变化并进行准确的预报，也成为众多学者共同关心的研究课题，由于干旱灾害受到诸多长期天气过程的影响，人们对其成灾机理仍不尽明确，这些模型大多具有比较明显的区域性和针对性，尚未形成能在全国各地广泛适用的预报模型。1干旱的定义和分类目前对干旱的定义还未达成一致，我国国家气象局认为干旱是指因水分的收与支或供与求不平衡而形成的持续的水分短缺现象；中华人民共和国抗旱条例中将干旱灾害定义为由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺，并对生活、生产和生态造成危害的事件1。 对干旱的这种定义虽然在一定

6、程度上反映了引起干旱的直接原因，但由于干旱涉及的范围广泛，时空分布多样，以及人们对水资源的不同需求，使干旱的单一定义很难满足各行业、各部门的需求。于是研究者开始将不同的类型干旱进行分类和重新定义，目前对于将干旱分成气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱的分类方法已基本达成共识2。气象干旱是指某时段内，由于蒸发量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象;农业干旱指在作物生长关键期由于土壤水分持续不足而造成的作物体内水分亏缺，影响作物正常生长发育，进而导致减产或失收的现象;水文干旱指因降水长期短缺而造成某段时间内地表水或地下水收支不平衡，出现水分短缺，使河流径流量、地表水

7、、水库蓄水和湖水减少的现象;社会经济干旱是指自然系统与人类社会经济系统中水资源供需不平衡造成的异常水分短缺现象。气象干旱可以迅速开始和突然结束，农业干旱的爆发一般晚于气象干旱，这取决于上层土壤的前期含水量，水文干旱则在气象干旱结束后仍将持续较长时间。 另外根据干旱发生的频次，干旱可分为因气候引起的常年性干旱以及由气象因子(降水少、气温高)引起的季节性干旱。32 干旱指标2.1气象干旱指标2.1.1 降水量距平百分率 降水距平百分率是表征某时段降水量异常的方法之一，能直观反应降水异常引起的干旱;在我国气象日常业务中经常使用，多用于评估月、季、年发生的干旱事件。其计算公式为:式中:P为某时段降水量

8、, P为计算时段同期气候平均降水量4。这类指数的优点是计算方法简单，其应用十分普遍，我国国家级、各省市和地区级气象台站都在不同程度上使用降水量距平百分率来评价其干旱状况;缺点是一方而这种指标只考虑降水量，未考虑蒸发和卜垫而状况，和实际情况常有出入，另一方而这种方法实质上暗含着将降水量当作正态分布来考虑，而实际上多年平均值一般并不是降水量长期序列的中位数，由于降水量时空分布的差异，降水量偏离正常值的不同距离的出现频率以及不同地区降水量偏离正常值的距离大小是难以相互比较的。2.1.2连续无有效降水日数 连续无有效降水日数也是监测干旱的常用指标，不同的地区对连续日数和有效降水量阀值的规定有所不同，一

9、般来说，连续无有效降水持续时间越长，干旱越严重。2.1.3降水量分位数 将长时间的降水量序列按大小顺序排列分组，以实际降水量在长时间序列中所占的分位数来判定旱涝的发生和程度。2.1.4标准化降水指数SPI 标准化降水指数是McKee等在评估关国科罗拉多州干旱状况时提出的。假定降水量符合某种概率分布函数，然后做标准化变换，计算出的指数值正值表示比正常偏多，负值表示比正常偏少。优点是计算方法相对简单，可适用于任意时间尺度，对干旱的反应较灵敏。标准化降水指数SPI的应用十分广泛。52.1.5 Z指数考虑到降水量服从P型分布，Z指数法通过对降水量R进行正态化处理，将其概率密度函数进行转换运算得到以Z为

10、变量的标准正态分布:式中：为偏态系数;为降水标准化变量，可由降水系列资料求得6。2.1.6 帕默尔干旱指数帕默尔干旱指数是表征在一段时间内，该地区实际水分供应持续少于当地气候适宜水分供应的水分亏缺。其基本原理是土壤水分平衡原理。该指数基于月值资料设计，经标准化处理，可对不同地区、不同时间的土壤水分状况进行比较，在计算水分收支平衡时，考虑了前期降水量和水分供需，物理意义明确。安顺请等将帕默尔指数针对中国的情况进行了修改，计算公式如下:式中，为第i个月的帕默尔干旱指数；K为权重因子；为某个月的长期平均可能蒸散量；R为某个月的长期平均土壤水补水量；F为长期平均月平均径流量;P为某个月长期平均降水量;

11、L某个月长期平均土壤水失水量；D为月水分偏差的绝对值平均7。2.1.7 湿润度和干燥度指标 以降水量与蒸发能力之比称湿润度(蒸发与降水之比为干燥度)，以此来表示水分收支的状况。这种指标考虑了下垫面条件，但指标中的蒸发能力是指在充分供水条件下的土壤蒸散失量，不能反映作物的实际需水情况及土壤各时期的供水情况8。9。2.1.8综合气象干旱指数综合气象干旱指数CI是利用近30 d(相当月尺度)和近90 d(相当季尺度)降水量标准化降水指数，以及近30 d相对湿润指数进行综合而得，该指标既反映短时间尺度(月)和长时间尺度(季）降水量气候异常情况，又反映短时间尺度(影响农作物)水分亏欠情况。该指标适合实时

12、气象干旱监测和历史同期气象干旱评估。综合气象干旱指数CI的计算为： (1)式中：分别为近30和90d标准化降水指数SPI值;为近30d相对湿润度指数;a为为近30d标准化降水系数，由达轻旱以上级别的平均值除以历史出现的最小值得到，平均取0.4;b为近90d标准化降水系数，由达轻旱以上级别的平均值除以历史出现最小值得到，平均取0.4;c为近30 d相对湿润系数，由达轻旱以上级别的平均值，除以历史出现最小值得到，平均取0.8.通过(1)式，利用前期平均气温、降水量可以滚动计算出每天综合干旱指数CI，进行干旱监测10。2.2农业干旱指标 从干旱的成因角度看，农业干旱灾害主要受降水量等气象因素影响，因

13、此从气象条件来研究农业干旱规律是一种较为普遍方法。但是由于在实际中，气象干旱与农业干旱并不完全一致，因此农业干旱的研究还要综合考虑不同作物生长期间供水和需水的关系、土壤的墒情特征等因素。2.2.1土壤水分指标 土壤水分的亏缺状况是农业干旱的关键，常用的土壤水分指标是土壤湿度(土壤水分重量占干土重的百分数)和土壤有效水分存储(土壤某一厚度层中存储的能被植物根系吸收的水分)。在评估作物的灌水量时，常用的土壤水分指标是土壤水分亏缺量(实际蒸散量与可能蒸散量之差)。2.2.2 Palmer干旱指标 Palmer在1965年提出了Palmer指标(PDSI)，这个指标综合考虑了水分亏缺量和持续时间对干旱

14、程度的影响，在国际上得到了广泛的应用。因为该指标是以美国的中部和西部地区资料为基础，安顺清等人将利用郑州、济南等地的资料对PSDI指数进行了修正，使之更为适应中国的实际情况。2.2.3作物水分指标Palmer(1968)基于PDSI指数设计出作物水分指数CMI(Crop Moisture Index)，用于测定作物干旱状况，该指数基于每周总降水量、平均气温及上周的CMI值，用气象方法监测和识别作物干旱。利用CMI指数表达遥感监测结果，可以获得作物干旱演进的空间分布动态图，从而为政府或农户应对干旱提供决策依据。 我国采用的农业干旱指标很多，但是能较准确的识别干旱等级的并不多，其实别的结果往往比实

15、际情况严重很多，还很难满足农业旱情评价的实际需要。2.3水文干旱指标 水文干旱指标主要体现了降水和水资源收支不平衡时造成的水分亏缺的程度，该指标大多采用月径流量占平均径流量的百分比来表示，一般用5个整数(一2，一1,0,1,2)来代表不同等级的径流量，分别是:径流量距平一30%，代表枯水年，用一2表示;一30%一10%，代表偏枯年，用一1表示;一10%10%，代表正常年，用0表示;10% 30%，代表丰水年，用2表示。王劲松等研制了适合灌溉区应用的径流量干旱指数。水文干旱指标有较强的专业性，对于水调、灌溉有很好的指导意义。但是河流流量监测站的选取有很大的局限性，流量受上游用水的影响很大，而上游

16、用水量是一个不好确定的因子，同时某地的降水量对下游的流量贡献大，对于本地的流量影响小，上述矛盾在实际工作中不好解决。3干旱监测3.1指标体系 目前国家气候中心的干旱监测业务实现了多种指标的实时监测，包括降水量距平百分率、标准化降水指数、K指数11、湿润度指数和综合旱涝指标CI等。其中综合指数CI为最主要的监测指标，CI是一个融合了标准化降水指数和湿润百分率指数以及近期降水量等要素的一种综合指数，其等级划分如表1 旱涝等级 旱涝类型 CI值0特涝CI2.41重涝2.4CI1.82中涝1.8CI1.23轻涝1.2CI0.64正常0.6CI-0.65轻旱-0.6CI-1.26中旱-1.2CI-1.8

17、7重旱-1.8CI-2.48特旱-2.4CI 表13.2数据库及管理系统 干旱监测系统由三个数据库体系组成，它们分别是基本气候资料数据库、指标数据库和干旱灾情数据库。数据管理主要功能有:各类数据库的维护、输人、修改、扩充等功能；基本气候资料数据库具有按日、旬、月方式进行数据自动接收追加;基本统计运算、浏览查询功能；各种数据填图打印、表格输出等功能。3.3产品发布 干旱业务监测以指数方法为主要依据，并参考农业气象站的旬lOcm , 20cm土壤相对湿度、卫星干旱监测等信息资料，当全国有较大范围干旱出现、持续发展或缓解时，发布中国旱涝气候公报产品，向政府有关单位提供旱涝监测实况信息几同时，每周二在

18、中央电视台向公众发布干旱监测、预警信息。4 干旱预报4.1气象干旱预报 干旱的最初体现为大气的有效降水显著偏少(即气象干旱)，是引起其它干旱的先决因素，大量的学者对气象干旱的预报研究做了大量的工作。虽然气象干旱的预报侧重于刻化降水的时空特性，对前期条件、实际需水情况以及水文响应滞时因素的影响缺乏考虑，但是由于它主要以降水量或者降水量的统计量作为预报的定量化指标，资料容易获取且简单明了，可以在大范围区域内广泛地推广和运用。目前在气象千里预报中采用的预报方法有两种:数值预报法和统计预报法12。数值预报法 数值预报法是指根据气象学的原理建立预报模型，即一系列的偏微分方程，然后根据初始场求得方程的解，

19、再得出预报结果，其本质是以天气的数值预报作为模型基础的。在气象数值预报中，应用最广的预报产品是模式输出统计量(Model output Statistics(MOS)；近年来，为了解决MOS预报模型过于依赖数值模式性能的缺点，开展了大量关于将Almanac滤波技术引入MOS预报的研究;同时对中长期气象数值预报的研究，也有了长足的进步，相继推出了海气藕合模式、简化的动力模式等。随着计算机技术的普及和天气预报技术的提高，数值预报法已经越来越多地被应用在气象干旱的预测预报中，是目前气象干旱预报中比较成熟的一种手段。数值预报法是指根据气象学的原理建立预报模型，即一系列的偏微分方程，然后根据初始场求得方

20、程的解，再得出预报结果，其本质是以天气的数值预报作为模型基础的。在气象数值预报中，应用最广的预报产品是模式输出统计量(Model output Statistics(MOS);近年来，为了解决MOS预报模型过于依赖数值模式性能的缺点，开展了大量关于将Almanac滤波技术引入MS预报的研究;同时对中长期气象数值预报的研究，也有了长足的进步，相继推出了海气藕合模式、简化的动力模式等。随着计算机技术的普及和天气预报技术的提高，数值预报法已经越来越多地被应用在气象干旱的预测预报中，是目前气象干旱预报中比较成熟的一种手段。 (3)统计预报法统计预报法是用数理概率统计方法分析天气演变的统计规律以及分析预

21、报因子和预报量之间的数量关系，通过建立数学模式来预测未来的气象干旱程度。早期的干旱统计预报法通常是建立在线性统计的基础上，比如么枕生建立的用于气候分析的线性回归模式。但后来研究表明，气象在很多尺度上都存在着气候跃变现象，某一时段的气候统计特征可能会随着时间的改变而改变，其对气候所做的统计拟合难以精确地预报未来状况，因此一些基于非线性系统理论的预报方法就应运而生。4.2农业干旱预报 相对气象干旱而言，农业干旱有着更为复杂的发生和发展机理，因为不同的作物有不同的需水量，即使同一作物，在不同发育期、不同地区，其需水量也都不一样。总的来说，农业干旱是气象条件、水文环境、土壤基质、水利设施、作物品种及生

22、长状况、农作物布局以及耕作方式等因素的综合作用结果。因此，与气象干旱预报不同，农业干旱的预报必然要涉及到与大气、作物以及土壤等相关的因子。根据在预报中采用的指标不同，可以将农业干旱预报分成基于降水量的预报方法、基于土壤含水量的预报方法以及基于综合性旱情指标的预报方法。(1)基于降水量的预报方法降水是农田水分的主要来源，是影响干旱的主要因素之一。虽然降水量指标被认为是一种气象干旱指标，但是由于它是反映某一时段内降水与其多年平均降水值相对多少的指标，可以大致地反映出干旱的发生程度和趋势，因此也被大量地应用于对农业干旱的宏观监测和预报13,14。降水量的预报建模方法通常是借鉴气象干旱预报的建模方法，

23、具有直观简便等优点，但是以它为指标建立的预报模型只能描述干旱的大致程度，而不能反映出农作物遭受的干旱程度。 （2)基于土壤含水量的预报方法土壤含水量是农业干旱中应用比较成熟的一种指标，F wide s,R.A在1988年对土壤水分的研究概况和方法进行了系统的阐述，指出土壤水分的研究还仅局限与区域内某田块或某样点上进行，建立的模型也多以参数模型为主。但是由于土壤含水量指标可以利用农田水量平衡关系，方便地建立起土壤大气植物三者之间的水分交换关系或土壤水分预报模型，因此在农业干旱预报中也被广泛地采用。目前以土壤含水量为指标建立的干旱预报模型通常可以分成两种，一是以作物不同生长状态下土壤墒情的实测数据

24、作为判定指标而建立的预报模型，二是利用土壤消退模式来拟定旱情指标，根据农田水量平衡原理，计算出各时段末的土壤含水量，以此来预报农业的干旱程度。 (3)基于综合性旱情指标的预报方法农业干旱的发生是一个综合因素影响的结果，采用单指标开展干旱预报，如降水量指标和土壤含水量指标虽然可以在一定程度上大致反映出农业干旱的发生趋势，但却忽视了对作物光合作用、干物质产量以及籽粒产量的动态变化进行描述。大量实验证明，这与作物的蒸腾量以及水分亏缺情况有密切的关系。4.3干旱的集成预报方法 随着计算机技术的迅速发展和普及，以及人们对干旱预报精确性和实用性提出了更为严格的要求，一种以计算机为硬件支持，结合多种类型、多

25、种指标以及多种数学方法的干旱集成预报方法逐渐成了学者们研究的重点。1996年，王密侠等人首先建立了“陕西省抗旱信息管理系统”，该系统包括了数据库及其管理系统，旱情分析与旱情决策系统，以及结合了土壤墒情预报、作物旱情预报、河流水量预报和旱情综合预报在内的旱情预报系统;王玉玺、田武文、杨文峰等人在1998年又建立了“陕西省旱涝季度、年度预报和集成预报模型”，该模型根据地理环境、气候背景、大型天气过程的转型、太阳活动和天文原因选取预报因子，采用人工神经元网络、车比雪夫多项式、方差分析作为其数学建模方法15；在2001年，李玉爱、郭志梅、栗永忠等人在山西大同建立了“短期农业气候干旱预测系统”，该系统以

26、586以上微机及气象卫星通讯网络为硬件支持，以天气学原理和长期天气预报理论为基础，并采用了动力学、统计学、人工智能以及综合集成等多种方法16。5总结 日益严重的干旱问题严重威胁着人类的生存环境，已成为政府与人民共同关注的热点。然而，由于干旱的出现受到气象、水文、地理环境、社会经济等众多因素的影响，再加上干旱本身的缓慢性和无征兆性，使干旱的研究历来是科学界公认的难题。本文着重从干旱的定义、干旱指标、干旱的监测与干旱预报等方面对干旱相关研究的现状进行了综述，得出以下几个方面的结论。 （1）干旱的单一定义很难满足各行业、各部门的不同特点和对水的不同需求。目前将干旱按气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会

27、经济干旱进行分类定义已得到大多学者的普遍认可。 （2）由于全球各地的气候差异大，特别是降水分布极不均匀，而且各地地形、地貌、植被和土壤结构差异也十分明显，农作物种植品种也比较复杂，因此，若站在不同的角度划分干旱，就会使干旱指标的确定十分复杂。如中国西北地区深居内陆，80%以上的地区为干早和半干旱气候。这一地区雨季相对集中，降水年变率大，且降水的空间分布很不均匀。干早是该地区最基本的气候特点，旱灾是最主要的自然灾害。因此，对干旱气候的研究在西北地区显得更为重要和迫切，加之近年来的全球气候异常，干早灾害的频繁发生，使得国内外学者又注意到了西北干旱这一具有地域特色的问题。但迄今为止，尽管存在各种干早

28、指标，在西北地区的干旱研究中，目前，没有某一种干旱指标能够较为合理的描述不同类型的干旱特征;还没有一种干旱指标能对西北干旱程度和趋势作出估计。这主要与西北地区复杂的地形地貌特征有关，西北区境内沙漠与绿洲共存、灌溉农业区与雨养农业区并存，使得不同下垫面和不同区域的农业区、林业区和畜牧业区对水分的需求不同。 在研制干旱指标时，一方面要注意定量，另外要注意要素的可收集性和适时性，考虑主要要素和监测业务的可行性，同时要注意干旱指标简单、可计算性强，便于业务使用和时，一方面要注意定量，另外要注意要素的可收集性和适时性，考虑主要要素和监测业务的可行性，同时要注意干旱指标简单、可计算性强，便于业务使用和推广

29、。 （3）国家气候中心的干旱监测业务经历了10余年的发展，并不断地进行改进和优化。目前该系统以干旱综合指标CI为核心指标，对全国范围实时发生的干旱状况进行监测和预警，为决策部门和公众及时提供信息，取得了良好的服务效果。 （4）近年来，在与实际生产生活需要相结合的过程中，许多学者开展了大量关于干旱预报的研究工作。依据各种指标所建立的干旱预报模型也已经日趋完善和实用，并在实践中发挥了重要的作用;同时，灰色系统、时间序列分析、分形理论以及均生函数等新的数学方法先后被引入到干旱预报中来，这表明先进的数学方法同干旱预报的结合应用，将是未来干旱预报研究的一个重要领域;另外，随着各种配套仪器及测试手段的不断

30、提高和发展，尤其是卫星遥感技术、红外测温技术的发展，以作物生理、冠层温度等作为新指标而进行的干旱预报研究工作也进入了示范推广阶段，将会有很广阔的应用空间;干旱的集成预报方法在目前虽然还不成熟，但因为其具有很高的精确性和实用性，代表着干旱预报研究的大面积实际应用研究方向。参考文献：1(中华人民共和国抗旱条例S/OL . 2009-0306 http /www.gov. cn ./zwgk /2009一03106/content-1252625. htn.2中华人民共和国气象行业标准，QX /T81-2007小麦I -旱灾害等级s，北京:中国气象局3张俊,陈桂亚,杨文发等.国内外干旱研究进展综述J

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35、心动，思念，是最美丽的心情，问候，是最动听的语言，在这七夕到来之际，最美的祝福送给你，七夕快乐，我的朋友。七夕，只因有你，雨点轻敲窗，风吹散了梦想，唯有你的模样依旧在脑海里徜徉，夜深人静时，你占满了心房，舍半生轻狂，半世时光，只为拥有一段和你相处的珍贵情缘，七夕快乐，我的朋友。七夕，只因有你，虽然相距很远，但两颗心却紧紧相连虽然不常见面，音容笑貌犹如眼前，悄悄的挟一缕情丝，放飞在炎炎夏日默默的拽一丝牵挂，悬挂在无垠宇宙静静的捎一声问候，盛开在七夕佳节七夕快乐，我的朋友。七夕，只因有你，祝福，是一种真实的心意，是一种甘甜的快乐，是一种浪漫的味道，是一种温馨的记忆，是一种美丽的幸福，更是我们情谊永远不变的纽带，七夕快乐，我的朋友。七夕，只因有你，爱是种体会，即使心碎也觉得甜蜜，爱是种感受，即使痛苦也觉得幸福，爱是种缘分，即使分离也觉得快乐，七夕到了，最真诚的祝福送给你，七夕快乐，我的朋友。七夕，只因有你，愿天下有情人终成眷属，愿单身人士找到爱的方向，愿情侣们找到幸福的天堂，愿夫妻找到温暖的避风巷，愿岁月抚平生活的忧伤，愿爱的花瓣轻舞飞扬，