引言

在气候变暖背景下，干旱是我国主要的自然灾害之一，特点是发生频率高、影响范围大、持续时间长^[1]，如2008年11月至2009年1月，30年未遇的秋冬连旱袭击我国北方冬麦区，造成严重的经济损失。近年来，国内外不少专家和学者致力于干旱指标、干旱监测诊断及预警技术的研究^[2-7]，并取得了突破性进展，为干旱监测与评估业务奠定了基础。安徽省为农业大省，地处中纬度地带，属暖温带向亚热带的过渡型气候，天气复杂多变，灾害频繁，干旱是最常见的主要气象灾害之一，每年都会造成较大经济损失，2009年全省因干旱造成的经济损失超过25亿元，因此对干旱指标在安徽省的应用情况做研究显得尤为重要。国家气候中心于2006年制定发布了《气象干旱等级》国家标准^[8]，给出了综合气象干旱指数(CI指数)的计算公式及各干旱等级的阈值，2010年8月，就CI指数在气象干旱实时监测中存在的问题，国家气候中心提出了降水量按线性递减权重方法计算CI指数的气象干旱监测指标改进方案，给出了改进的CI指数。本文主要研究OldCI及NCC2CI两种干旱监测指标在安徽省的应用情况。

1 资料与方法

《气象干旱等级》国家标准(GB/T 20481-2006)^[8]中给定的综合气象干旱指数CI，它是利用近30天(相当月尺度)和近90天(相当季尺度)降水量标准化降水指数，以及近30天相对湿润指数进行综合而得，该指数既反映短时间尺度(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，CI的计算见下式：

$ CI = {\rm{a}}{Z_{30}} + b{Z_{90}} + c{M_{30}} $

式中：Z₃₀、Z₉₀分别为近30和近90天标准化降水指数SPI值；M₃₀为近30天相对湿润度指数，标准化降水指数(SPI)及相对湿润度指数(MI)详细计算公式见《气象干旱等级》国家标准^[8]。为了克服CI指数在气象干旱实时监测中存在的问题，国家气候中心提出了降水量按线性递减权重方法计算CI指数，即在计算过去30和90天SPI及30天MI时，总降水量的计算不是过去30天或90天逐日降水量等权重的累加，而是采用线性递减的方法给逐日降水量赋予不同的权重，越靠近目前的降水量对当前干旱缓和作用越大，赋予的权重也越大，而随着时间的往前推移，过去的降水对当前的干旱缓和作用逐渐减小，即改进的CI指数NCC2CI。本研究是针对国家标准中给定的综合气象干旱指数(OldCI)及改进的CI指数(NCC2CI)在安徽省干旱监测业务中作对比分析(表 1)，比较两种指标的优劣及异同点。气象资料为安徽省77个气象台站1961—2009年共49年的逐日气温和降水资料，土壤墒情资料为安徽省所有测墒站建站至2009年的墒情资料。

各站历年干旱日数及各月干旱日数是通过计算其干旱过程而得到的，干旱过程是指：当干旱指标连续10天为轻旱以上等级，则确定为发生一次干旱过程，干旱过程的开始日为第1天干旱指标达轻旱以上等级的日期，在干旱发生期，当干旱指标连续10天为无旱等级时干旱解除，同时干旱过程结束，结束日期为最后1次干旱指标达无旱等级的日期。

2 对比分析 2.1 统计特征比较

在安徽省四片中(淮北、江淮之间、沿江、江南)各选一个代表站，统计OldCI与NCC2CI频率分布(图 1)，由图可见，四个代表站的OldCI与NCC2CI频率分布非常一致，即改进后的CI指标的频率分布与OldCI保持了很好的一致性，总体上没有改变干旱的频率分布特征。

图 2为安徽省77个气象台站1961—2009年共49年的OldCI与NCC2CI历年总干旱日数演变图，由图可见，OldCI与NCC2CI的历年总干旱日数也保持了很好的一致性，干旱日数较多的年份分别是1966、1968、1976、1978、1988、1994、1997、2001和2004年等，查阅中国气象灾害大典(安徽卷)^[9]可知，这与安徽省历史典型大旱年记录非常吻合，表明OldCI与NCC2CI均能很好地诊断出安徽省历史典型大旱年。此外，由NCC2CI与OldCI的差值可知，基本上所有的值均为正，表明NCC2CI计算出的干旱日数总体上比OldCI计算出的干旱日数要多。

图 3为安徽省77个气象台站1961—2009年共49年的OldCI与NCC2CI历年各月平均干旱日数演变图，由图可见，OldCI与NCC2CI的历年各月平均干旱日数也保持了很好的一致性，均表明安徽省秋旱最多，夏旱次之，冬春旱相对较少，这与中国气象灾害大典(安徽卷)^[9]关于安徽省各个季节的干旱描述是一致的，表明OldCI与NCC2CI对各个季节的干旱诊断与实际是非常吻合的。此外由图 3也可以看出，NCC2CI计算出的干旱日数总体上比OldCI计算出的干旱日数要多。

2.2 典型干旱过程典型站对比分析

根据中国气象灾害大典(安徽卷)^[9]选取安徽省1961年以来的典型干旱年的典型干旱过程，共挑出8个典型干旱过程并选取典型代表站(表 2)，典型代表站的选取考虑了地域分布，沿淮淮北、江淮之间及沿江江南均有代表站。

由安徽省的8个典型干旱过程(图 4)不难看出：(1) 对于干旱指标对降水的反应敏感性来说，NCC2CI反应更为敏感，当出现明显降水后，NCC2CI曲线陡峭，反应敏感，而OldCI曲线相对平缓，反应相对迟钝。(2) 在无明显降水的情况下，OldCI常常会出现一些波动，甚至会出现干旱减轻的不合理现象(如蒙城县1988年11月20日至12月10日、寿县1994年10月25日至11月10日、萧县1997年10月20日至11月5日等均无降水出现，但干旱有所缓和)，而NCC2CI基本都表现出干旱逐渐发展的特点。(3) 在干旱演变过程中，OldCI由于大的降水过程移出30天或90天的监测时段时，常出现干旱突然发生或发展的剧烈变化，这与干旱的发生机制是不相吻合的，而改进后的NCC2CI演变相对平缓，基本反映出干旱逐渐发生发展的过程。总体来说，对于典型干旱过程的监测，NCC2CI比OldCI更能反映干旱发生发展的机制。

2.3 不合理跳跃次数比较

根据气象干旱的发生发展机制，认为气象干旱的解除是可以跳跃性的，但发展应当是渐进性的，即气象干旱可以快速解除，但发生发展是一个缓慢渐进的过程。当出现轻度以上干旱(即当天CI指数 < -0.6)，且相邻两天干旱等级增加1级以上(即当天与前一天的CI指数之差≤-0.6)，则认为是一次不合理的跳跃。在安徽省沿淮淮北、江淮之间、沿江及江南各选2个代表站(共8个站)，计算1961—2009年逐日的OldCI及NCC2CI值，并统计各站历年总的不合理跳跃次数(表 3)。

由表 3可知，OldCI不合理跳跃次数为27~48次之间，而NCC2CI不合理跳跃次数很少，最多为安庆市，仅出现2次，其他地区几乎没有出现，因此，OldCI与NCC2CI比较来说，NCC2CI的不合理跳跃次数有了明显改善。究其原因，不难看出主要是因为降水的等权重与不等权重考虑的原因，由于OldCI指数中降水量是等权重考虑的，当大的降水过程移出30天的监测时段，导致SPI30和MI30的不合理跃变，而对于降水量的线性递减不等权重方案，越靠近目前的降水量对当前干旱缓和作用越大，赋予的权重也越大，随着时间的往前推移，过去的降水对当前的干旱缓和作用逐渐减小，即降水对当前干旱的缓和效应逐渐衰减，因而计算得到的SPI30不合理跳跃次数大大减少，同时采用降水量和蒸散量不等权重计算方案得到的MI30不合理跳跃次数也大为减少，因此NCC2CI的不合理跳跃次数明显减少。对于实际干旱监测业务来说，NCC2CI明显要优于OldCI。

2.4 与土壤墒情比较

为比较OldCI、NCC2CI与土壤墒情的对应关系，在安徽省北部(亳州)、中部(寿县)、南部(休宁)各选一个代表站的典型干旱过程与土壤墒情作相关分析(图 5)，总体来说，OldCI、NCC2CI与土壤墒情的相关性都较好，均通过了0.01的显著性水平检验, NCC2CI与OldCI相比，NCC2CI与土壤墒情的相关性略好于OldCI与土壤墒情的相关性。

2.5 空间分布比较

图 6和图 7为安徽省两个典型干旱过程的干旱最严重时刻的空间分布图，由图可见，无论是干旱的范围，还是干旱的程度，OldCI与NCC2CI在空间分布上高度一致，且都与降水量对应得较好，表明改进的CI指数NCC2CI保持了OldCI在干旱的空间分布上的诊断能力。

3 结论与讨论

(1) 改进的CI指数NCC2CI基本上保持了原来的CI指数OldCI所反映的干旱的频率分布、历年干旱日数分布、不同月份(季节)干旱分布、与土壤墒情的相关性以及干旱的空间分布等特征。

(2) 对于指标对降水的反应敏感性来说，NCC2CI反应更为敏感，当出现明显降水后，NCC2CI曲线陡峭，反应敏感，而OldCI曲线相对平缓，反应相对迟钝。在无明显降水的情况下，OldCI常常会出现一些波动，甚至会出现干旱减轻的不合理现象，而NCC2CI基本都表现出干旱逐渐发展的特点。

(3) 在干旱演变过程中，OldCI由于大的降水过程移出30天或90天的监测时段时，常出现干旱突然发生或发展的剧烈变化，这与干旱的发生机制是不相吻合的，而改进后的NCC2CI演变相对平缓，基本反映出干旱逐渐发生发展的过程。

(4) 对于不合理跳跃点来说，NCC2CI认为越靠近目前的降水量对当前干旱缓和作用越大，赋予的权重也越大，随着时间的往前推移，过去的降水对当前的干旱缓和作用逐渐减小，即降水对当前干旱的缓和效应逐渐衰减，因此NCC2CI较OldCI的不合理跳跃次数明显减少。

(5) 较OldCI指数来说，NCC2CI指数有了诸多改进，究其原因，是由于NCC2CI指数采用线性递减的方法给逐日降水量赋予不同的权重，越靠近目前的降水量对当前干旱缓和作用越大，赋予的权重也越大，而随着时间的往前推移，过去的降水对当前的干旱缓和作用逐渐减小，即降水对当前干旱的缓和效应逐渐衰减，这显然更加符合干旱的形成机制。然而NCC2CI指数与农业干旱(土壤墒情)有时存在监测结果不一致的情况，特别是在冬季，因此气象干旱指数与土壤墒情内在关系还有待进一步研究，不断优化气象干旱监测指标因子构成及权重系数，使气象干旱监测结果与土壤墒情保持一致。