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干旱指数在“西风模态”核心区的适用性评估

已有 1446 次阅读 2023-7-11 17:22 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

干旱指数在不同区域的适用性存在差异。为了更准确地研究干旱区干旱事件特征，兰州大学黄伟教授课题组从气候、水文和植被等多维度辨析了不同干旱指数在“西风模态”核心区的适用性，发现scPDSI最适用于表征该地区的长期变化趋势和干旱事件。

随着全球变暖的不断加剧，不同区域均面临着日益变化的水文气候条件，这给全球变暖背景下的干湿评估和干旱事件研究带来了很大的不确定性。“西风模态”核心区主要包括中亚五国和我国新疆，地处欧亚大陆腹地，受西风环流主导，其气候水文变化有别于季风区，近些年受到广泛关注。而干旱指数作为衡量干湿演变和干旱事件变化的关键指标之一，在不同地区的适用性亦存在差异。因此，遴选出最适用于反映该地区干湿变化和干旱事件特征变化的指数是厘清并揭示其水文气候变化事实及机制的基础。

为了解决上述问题，兰州大学黄伟教授课题组从气候、水文和植被等多维度对标准降水蒸散发指数（SPEI）、标准水分异常指数（SZI）和自校正Palmer干旱严重性指数（scPDSI）表征“西风模态”核心区干湿演变特征和干旱事件的能力进行评估。研究结果表明，在干湿变化趋势方面，三种干旱指数均显示过去近60年哈萨克斯坦一致变干、中亚南部四国西干东湿，这与哈萨克斯坦和中亚南部四国降水增加微弱，同时潜在蒸散发显著增加从而导致变干的事实一致；而在新疆地区，SZI、scPDSI和水文气候变量均揭示其为变湿的趋势，尤其以夏季变化最为明显，但SPEI则呈现出相反的变化（图1、2）。

图1 “西风模态”核心区1961~2014年的降水、潜在蒸散发的年及季节变化趋势（单位: mm yr⁻¹）和1980~2014年的整层土壤湿度年及季节变化趋势（单位: m³m⁻³ yr⁻¹）空间分布特征

图2 “西风模态”核心区1961~2014年scPDSI、SZI和SPEI在年及季节变化趋势的空间分布特征

由于SPEI对潜在蒸散发变化的响应可能更为敏感，在全球变暖的背景下，干旱半干旱地区的增暖更加明显，而温度升高导致潜在蒸散发显著增加，使得SPEI表征的区域干旱严重程度加剧。以上结论证明，SPEI在“西风模态”核心区干旱研究中并不适用。

对于指数识别研究区不同程度干旱事件的能力而言，由于SZI在计算时采用非线性的三参数概率累积分布函数进行标准化处理，使得指数表现的干旱情况更趋于平稳和正态化的状态，但实际气候变化是偏离正态化分布的，这导致SZI低估严重、极端干旱事件的发生情况；而scPDSI指数本身着重于表现区域干旱发生的严重程度，以便更好地反映区域干旱情况，因此能够重现我国新疆大部分地区相应时期的干旱事件（图3）。综上所述，scPDSI更适用于监测和识别“西风模态”核心区的干旱特征和极端干旱事件。