PDSI及sc_PDSI干旱指数在中国西南地区适用性分析

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00025

摘要/Abstract

摘要：

西南地区是中国干旱灾害频发地区，且在全球变暖背景下，干旱发生的频率和程度都有所增加，对农业生产和水资源安全造成威胁。帕默尔干旱强度指数（PDSI，Palmer Drought Severity Index）及在其基础上发展而来的自适应帕默尔干旱强度指数（sc_PDSI，self-calibrating Palmer Drought Severity Index）作为较成熟的干旱监测指标已得到广泛应用。本文利用土壤可含水量（AWC，Available Water Holding Capacity）地理空间模型中土种与AWC的对应关系，反演出西南地区更高分辨率的AWC分布，并采用中国西南70站温度月均值、月累积降水数据，分别计算了PDSI指数及sc_PDSI指数，进而比较分析两种指数的时间变化特征及统计分布性质，探讨二者在西南地区对干旱监测的适用性。结果表明：（1）PDSI与sc_PDSI均反映了西南地区在1965—2010年变干的趋势，但PDSI时间序列振动幅度更大；（2）PDSI的频率分布出现“翘尾”现象，监测到的极端干旱/湿润事件的发生频率高于严重干旱/湿润事件，而sc_PDSI的频率分布则更接近于正态分布；（3）两种指数对2009/2010年西南地区干旱事件的监测结果表明，sc_PDSI对干旱落区和干旱级别的监测均一定程度上优于PDSI，与土壤湿度结果更为接近，而PDSI更易对旱情估计过重；（4）虽然整体上sc_PDSI对PDSI具有一定的调整作用及一定的优越性，但在个别区域（如热带季风气候）并没有体现出调整效果，应用时应当考虑区域因素。

关键词: 西南地区, PDSI, sc_PDSI, 干旱指数

Abstract:

The southwestern region is one of the areas where drought disasters frequently occur in China. Under the background of global warming， the frequency and degree of droughts have increased， posing threats to agricultural production and water security. The Palmer drought Severity Index （PDSI） and the self-calibrating Palmer Drought Severity Index （sc_PDSI）， which was developed based on PDSI have been widely used as mature ones. In this paper， the correspondence between soil species and available water holding capacity （AWC） included in the soil AWC geospatial model was used to inverse the high resolution AWC distribution in the southwest region. And the monthly mean temperature， as well as the monthly cumulative precipitation data of 70 stations in Southwest China were also used to calculate the PDSI index and sc_PDSI Index. Further comparative analysis of time-varying characteristics of the two indexes themselves and the statistical distribution properties， as well as the discussion of the applicability of both drought indexes in the Southwest area drought monitoring， were also included. The results show that：（1） Both PDSI and sc_PDSI reflect the “drought trend” of Southwest area during 1965-2010， but PDSI is of greater fluctuation amplitude；（2） There’s ‘tail’ phenomenon in PDSI frequency distribution， showing that the frequency of extreme drought / moist event it monitored is higher than that of severe drought / wet event， while the frequency distribution of sc_PDSI is closer to normal distribution；（3） The monitoring results of the two indexes during the 2009/2010 drought event in southwest area show that， to a certain extent， sc_PDSI is superior to PDSI in the monitoring of drought area and drought level， and is more consistent with soil moisture results， while PDSI is more likely to over-estimate the drought；（4） Although in general sc_PDSI adjusts PDSI to some extent， which makes sc_PDSI as superior， there’s no adjustment in the specific area（tropical monsoon climate）. So area factor should be taken into account in any application of these indexes.

Key words: southwest China, PDSI, sc_PDSI, drought index

中图分类号:

P429

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图/表 6

图1 研究区域海拔(单位：m)与代表站点（道孚、遵义、勐腊）位置

Fig.1 Study area terrain height (unit: m) and the locations of typical metrological stations (Daofu, Zunyi, Mengla)

表1 PDSI指数等级划分

Table 1 Grade of PDSI index

PDSI指数值	等级	PDSI指数值	等级	PDSI指数值	等级
$≥$ 4.00	极端湿润	1.00—1.99	轻微湿润	-2.99—-2.00	中等干旱
3.00—3.99	严重湿润	-0.99—0.99	正常	-3.99—-3.00	严重干旱
2.00—2.99	中等湿润	-1.99—-1.00	轻微干旱	≤-4.00	极端干旱

表1 PDSI指数等级划分

Table 1 Grade of PDSI index

PDSI指数值	等级	PDSI指数值	等级	PDSI指数值	等级
$≥$ 4.00	极端湿润	1.00—1.99	轻微湿润	-2.99—-2.00	中等干旱
3.00—3.99	严重湿润	-0.99—0.99	正常	-3.99—-3.00	严重干旱
2.00—2.99	中等湿润	-1.99—-1.00	轻微干旱	≤-4.00	极端干旱

图2 70站PDSI、sc_PDSI区域平均值（A）及其差值（B）的时间序列

Fig.2 Time series of 70-station averaged PDSI and averaged sc_PDSI (A), as well as their bias (B)

图3 西南干旱事件的3个代表站PDSI及sc_PDSI月值时间序列（列1），以及二者差值（列2）

Fig.3 Time serious of PDSI and sc_PDSI (left column) of three stations involved in the 2009/2010 drought event in southwest area, and their biases (right column)

图4 道孚（A）、遵义（B）、勐腊（C）站及70站平均（D）的PDSI及sc_PDSI频率分布

Fig.4 PDSI and sc_PDSI frequency of Daofu (A), Zunyi (B), Mengla (C) stations and 70-station average (D)

图5 2009—2010干旱事件中土壤湿度、PDSI、sc_PDSI及两种指数的频率分布

Fig.5 Soil moisture, PDSI, sc_PDSI and frequency distributions of the two indexes in 2009-2010 drought event

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