1　緒　論

1．1　問題提出

近年來，隨著全球氣候變暖以及用水需求的不斷增加，地處全國內(nèi)陸干旱區(qū)的塔里木河域水資源匱乏的問題越來越嚴(yán)重，已成為制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。頻繁發(fā)生的干旱是一個(gè)世界范圍重大災(zāi)害性氣候問題，直接和間接地阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展并威脅著人類的生存?！稓夂蜃兓瘒以u(píng)估報(bào)告》（2006年12月）指出，目前氣候變化對(duì)干旱和洪澇等水文極端事件的研究尚處于起步階段，無論是研究方法還是研究內(nèi)容都比較薄弱。我國農(nóng)業(yè)、水資源、森林與其他自然生態(tài)系統(tǒng)、海岸帶與近海生態(tài)系統(tǒng)等極易受全球氣候變化的不利影響，自然災(zāi)害將有進(jìn)一步加劇的可能。尤其是近年來，在氣候變化和人類活動(dòng)加劇等外界干擾作用下，干旱發(fā)生趨于頻繁，在水資源緊缺地區(qū)，干旱災(zāi)害給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)層面造成一系列復(fù)雜的影響，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的危害并非局限于受災(zāi)的區(qū)域。與暴雨、洪水、地震等毀滅性效應(yīng)的災(zāi)害相比，干旱發(fā)展緩慢且不易被察覺，當(dāng)干旱特征顯露之后，其影響范圍之廣、程度之嚴(yán)重致使應(yīng)對(duì)措施無從開展，干旱已威脅到人類的生存和發(fā)展。深入研究分析變化條件下干旱演變態(tài)勢，進(jìn)行合理的干旱預(yù)警與流域干旱致災(zāi)效應(yīng)分析，對(duì)科學(xué)用水、水資源合理調(diào)配以及流域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

我國是一個(gè)干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國每年干旱造成的損失占各種自然災(zāi)害的15%以上，為各項(xiàng)災(zāi)害之首。自上世紀(jì)90年代以來，我國旱災(zāi)頻次明顯加快，幾乎每3年就發(fā)生一次重旱甚至特大旱，旱情持續(xù)時(shí)間更長，跨季、跨年的旱災(zāi)越來越頻繁，旱災(zāi)造成的損失也呈加重趨勢。2010年西南5?。ㄊ校ㄔ颇稀①F州、廣西、四川、重慶）發(fā)生百年一遇特大干旱，耕地受旱面積1．01億畝，有2 088萬人、1　368萬頭大牲畜因旱飲水困難，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。頻繁發(fā)生的干旱災(zāi)害，對(duì)我國城鄉(xiāng)供水安全、糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成極大威脅，抗旱減災(zāi)工作面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國GDP平均每年因旱災(zāi)損失1．1%，約為3　000億元，重旱年份則高達(dá)2．5%～3．5%。

作為我國最大的內(nèi)陸干旱區(qū)的新疆塔里木河流域（以下簡稱塔河流域），水資源匱乏的問題越來越嚴(yán)重，已成為制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。隨著塔里木河來水量持續(xù)減少以及區(qū)域內(nèi)用水需求的增加，造成下游河道斷流、干枯和地下水位下降，胡楊林及灌木大量死亡，綠色走廊不斷衰退，生態(tài)環(huán)境惡化。2009年，塔河遭遇了60年一遇的特大干旱，主干河流入水量大幅減少，斷流河段長達(dá)1　100km。頻繁發(fā)生嚴(yán)重旱情，旱災(zāi)波及的范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出農(nóng)業(yè)，不僅威脅塔河流域的糧棉生產(chǎn)，也給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來直接影響。

世界氣象組織（WMO）和政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）2007年8月7日聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告指出，全球持續(xù)變暖已經(jīng)是毫無疑問的趨勢，持續(xù)干旱、高溫等事件變得更加頻繁。報(bào)告預(yù)測未來某些內(nèi)陸干旱區(qū)的持續(xù)干旱和高溫等極端事件很可能將更加頻繁地發(fā)生。

旱災(zāi)不僅造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還加劇了水土流失、荒漠化土地?cái)U(kuò)展等生態(tài)環(huán)境災(zāi)害，更嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展。2006年，喀什、和田、阿克蘇的部分縣（市）河道來水量銳減，致使4月下旬～5月中旬農(nóng)作物受旱面積一度達(dá)到近475萬畝，其中重旱面積近100萬畝，有近50萬人、108萬頭（只）大牲畜發(fā)生臨時(shí)飲水困難。2009年，塔河流域源流區(qū)遭遇大旱，葉爾羌河、蓋孜河、提孜那甫河、庫山河四條河流5～7月來水量比歷年同期減少44．1%，是有水文記載以來同期來水量最少的年份，給流域社會(huì)生產(chǎn)、生活以及生態(tài)帶來了極大的損失。塔河三源流（阿克蘇河、葉爾羌河、和田河）5月份徑流量僅為8．91億m3，比歷年同期減少2．15億m3，為特枯月份。受源流來水減少及上游源流區(qū)抗旱灌溉引水的影響，塔河干流控制斷面阿拉爾6月上旬來水量只有0．06億m3，比歷年同期少89%，6月中旬比同期少92%。受此影響，塔河近年來發(fā)生的斷流點(diǎn)向上游發(fā)展，斷流河長較往年有所延長，對(duì)下游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)用水造成嚴(yán)重影響，旱災(zāi)已成為制約塔河流域可持續(xù)發(fā)展的重要災(zāi)害。

開展塔河流域干旱災(zāi)害方面的研究，對(duì)提高塔河流域抗旱應(yīng)急管理水平，增強(qiáng)抗旱減災(zāi)預(yù)案的針對(duì)性和可操作性，提升災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)水平和預(yù)警能力，完善應(yīng)急反應(yīng)處置，發(fā)揮科技在抗旱減災(zāi)中的重要支撐、引領(lǐng)作用，預(yù)防和減輕自然災(zāi)害損失具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1．2　干旱與干旱災(zāi)害

1．2．1　干旱定義

干旱一詞在氣象學(xué)上有兩種含義：一是干旱氣候，一是干旱災(zāi)害。干旱氣候是指蒸發(fā)量比降水量大得多的一種氣候現(xiàn)象，是最大可能蒸散量（用H．L．彭曼公式計(jì)算的）與年降水量的比值大于或等于3．5的地區(qū)。干旱災(zāi)害是指某一地理范圍在某一具體時(shí)段內(nèi)的降水量比年平均降水量顯著偏少，導(dǎo)致該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)（尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)）和人類生活受到較大危害的現(xiàn)象。作為自然災(zāi)害，干旱是表征氣候?qū)W和水文參數(shù)最好的指標(biāo)之一。在不同地區(qū)以及不同的學(xué)科領(lǐng)域里，國內(nèi)外關(guān)于干旱的定義多達(dá)一百多種。對(duì)于干旱問題，用不同角度定義和用不同標(biāo)準(zhǔn)衡量，都體現(xiàn)了人們對(duì)干旱的認(rèn)識(shí)和理解存在明顯的差異。目前國際上對(duì)干旱的常規(guī)定義有以下幾種：①世界氣象組織定義為（WMO，1986）：“干旱是指長期的、持續(xù)的缺少降水?！雹诼?lián)合國防治干旱和荒漠化公約（UN　Secretraiat　General，1994）定義：“干旱是指降水已經(jīng)大大低于正常記錄水平，造成土地資源生產(chǎn)系統(tǒng)水文嚴(yán)重失衡的自然現(xiàn)象?！雹勖绹Z食和農(nóng)業(yè)組織（FAO，1983）定義旱災(zāi)為：“作物生長所需水分低于多年平均值?！雹軞夂蚺c天氣百科全書（Schneider，1996）定義干旱為：“一個(gè)地區(qū)在統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上一個(gè)季度、一年或是多年的長期缺少降水。”⑤Gumbel（1963）定義干旱為日徑流量的年均最小值。⑥Palmer（1965）解釋干旱為：“一個(gè)干旱地區(qū)有著顯著偏差的水文條件?！雹週inseley，等人（1959）定義干旱為：“持續(xù)一段時(shí)間的無顯著降雨?！雹鄧H氣候界定義干旱為：“長時(shí)期缺乏降水或降水明顯短缺”或“降水短缺導(dǎo)致某方面的活動(dòng)缺水?！雹崦绹鞖饩侄x干旱為：“嚴(yán)重和長時(shí)間的缺雨?！庇捎谑褂貌煌淖兞縼砻枋龈珊?，因此，干旱的定義各不相同。張景書按照普通邏輯對(duì)概念的要求，依據(jù)干旱的實(shí)際將干旱定義為：“干旱是指在一定時(shí)期內(nèi)無降水或者降水量偏少引起土壤水分缺乏，從而不能滿足作物正常生長所需要水分的一種氣候現(xiàn)象?！痹摱x為發(fā)生定義，即通過種差指出干旱和其他氣候現(xiàn)象（如水澇）在形式方面的不同。張景書指出：“一定時(shí)期內(nèi)無效降水或者降水量偏少引起土壤水分缺乏，從而不能滿足作物正常生長所需的水分”為種差，“氣候現(xiàn)象”為屬，“種差＋屬”的定義方式體現(xiàn)了干旱概念的特有內(nèi)涵和外延。任尚義綜合各種定義反映干旱的特性，認(rèn)為干旱是指在相對(duì)廣闊的地區(qū)，在長期無降水和少降水或降水異常偏少的氣候背景下，水分供應(yīng)嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。商務(wù)印書館出版的《現(xiàn)代漢語詞典》（第五版）中將“干旱”解釋為“因降水不足而土壤、氣候干燥”。我國國家氣候局認(rèn)為干旱是指因水分的收與支或供與求不平衡而形成的持續(xù)的水分短缺現(xiàn)象?！吨腥A人民共和國抗旱條例》中將干旱災(zāi)害定義為由于降水減少、水工程供水不足引起的用水短缺，并對(duì)生活、生產(chǎn)和生態(tài)造成危害的事件。

而百度百科網(wǎng)絡(luò)上從三個(gè)學(xué)科對(duì)“干旱”進(jìn)行了定義：一是從大氣科學(xué)（一級(jí)學(xué)科）中的應(yīng)用氣象學(xué)（二級(jí)學(xué)科）方面將干旱定義為“長期無雨或少雨導(dǎo)致空氣干燥的現(xiàn)象”；二是從地理學(xué)（一級(jí)學(xué)科）中的氣候?qū)W（二級(jí)學(xué)科）方面將干旱定義為“長期無雨或少雨導(dǎo)致空氣干燥的現(xiàn)象”；三是從資源科技（一級(jí)學(xué)科）中的氣候資源學(xué)（二級(jí)學(xué)科）方面將干旱定義為“長期無雨或少雨導(dǎo)致土壤和河流缺水及空氣干燥的現(xiàn)象”。目前對(duì)干旱的定義很多，各自從本學(xué)科乃至本學(xué)科的不同方面來描述這一現(xiàn)象。

鑒此，國內(nèi)外統(tǒng)一使用以下四種干旱定義類型（Wilhite　and　Glantz，1985；American　Meteorological　Society，2004），分別為：氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。

（1）氣象干旱

氣象干旱指某一地區(qū)長時(shí)期缺乏降水（Pinkeye，1966；Santos，1983；Chang，1991；Eltahir，1992），水分支出大于水分收入而造成的水分短缺現(xiàn)象（張強(qiáng)，2006）。降水普遍用于氣象干旱的分析，考慮到使用降水距平值作為干旱指標(biāo)（Gibbs，1975），多項(xiàng)研究使用月降水量數(shù)據(jù)分析干旱，用累計(jì)降水量和缺失量等其他方法分析干旱持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度（Chang　and　Kleopa，1991；Estrela，等，2000）。氣象干旱最直觀的表現(xiàn)在于降水量的減少，降水量的減少不僅是氣象干旱發(fā)生的根本原因，而且它是引發(fā)其他類型干旱發(fā)生的重要的自然因子。農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生與前期降水量息息相關(guān)，這是因?yàn)榍捌诮邓亢屯寥辣勑阅軟Q定自然供給作物水分的能力；降水量的多少直接影響河流的徑流量和河流、湖泊、水庫、水塘的水位高度，從而影響到水文干旱的發(fā)生；因降水量減少不僅會(huì)影響到人們的生活用水，而且還使工業(yè)、航運(yùn)、旅游、發(fā)電等行業(yè)遭受不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。氣象干旱是干旱類型的最初形式，依據(jù)氣象干旱持續(xù)的時(shí)間和范圍相繼會(huì)引發(fā)農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。

（2）水文干旱

水文干旱是指一段時(shí)期地表水和地下水資源不足，它是為水的使用而建立起來的水資源管理體制系統(tǒng)，水文徑流數(shù)據(jù)已被廣泛應(yīng)用于干旱分析（Dracup，等，1980；Sen，1980；Zelenhasic和Salvai，1987；Chang和Stenson，1990；Frick，等，1990；Mohan和Rangacharya，1991；Clausen和Pearson，1995）。利用回歸分析有關(guān)干旱徑流的集水屬性，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件是影響水文干旱的主要因素之一（Zecharias和Brutsaert，1998；Vogel和Kroll，1992）。張俊等人認(rèn)為水文干旱是指因降水長期短缺而造成某段時(shí)間內(nèi)地表水或地下水收支不平衡，出現(xiàn)水分短缺，使河流徑流量、地表水、水庫蓄水和湖水減少的現(xiàn)象。水文干旱是與大量供水（包括河流、湖泊、水庫和水塘的水位高度短缺）相聯(lián)系的。與氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱相比，水文干旱出現(xiàn)較慢，如降水的減少有可能在半年內(nèi)并不會(huì)反映在徑流的減少上。這種惰性也意味著水文干旱比其他形式的干旱持續(xù)時(shí)間更長。水文干旱發(fā)生將導(dǎo)致城市、農(nóng)村供水緊張，人畜飲水困難，也會(huì)加重農(nóng)業(yè)干旱，導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。水文干旱的評(píng)估一般采用總水量短缺、累計(jì)流量距平、地表水供給指數(shù)等指標(biāo)。為了定量描述和分析水文干旱，把游程理論引入到定義之中，即一個(gè)徑流的時(shí)間序列Q（t），為一個(gè)截?cái)嗨絈0（t）所截，負(fù)的游程長度D（Q（t）≤Q0（t））為干旱歷時(shí)，游程S（距Q（t）的累計(jì)偏差）為干燥烈度（或干旱程度），游程強(qiáng)度M（距Q0 （t）的平均偏差）為干旱強(qiáng)度。其中，截?cái)嗨揭步懈珊迪拗?，是干旱特性描述的一個(gè)決定性因子。

（3）農(nóng)業(yè)干旱

農(nóng)業(yè)干旱通?？煞譃閮煞N情況：土壤干旱和作物干旱。土壤干旱是指土壤有效水分減少到凋萎水量以下，使植物生長發(fā)育得不到正常供水的情形；作物干旱是指作物內(nèi)水分虧損的生理現(xiàn)象。它可能是因根區(qū)土壤水分不足又伴隨一定的蒸發(fā)勢，也可能是土壤水分充足，因大氣過高的蒸發(fā)勢而引起的作物體內(nèi)暫時(shí)性缺水。土壤干旱和作物干旱構(gòu)成了農(nóng)業(yè)干旱，表現(xiàn)為植物枯萎、減產(chǎn)等。孫榮強(qiáng)等認(rèn)為農(nóng)業(yè)干旱以土壤含水量和植物生長狀態(tài)為特征，在農(nóng)業(yè)生長季節(jié)內(nèi)因長期無雨，造成大氣干旱、土壤缺水，農(nóng)作物生長發(fā)育受抑，導(dǎo)致明顯減產(chǎn)，甚至無收的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。農(nóng)業(yè)干旱通常來說就是土壤和植物生長長期受到地表水資源的限制，土壤含水量的下降主要是受到氣象干旱和水文干旱等幾個(gè)因素的影響，如實(shí)際蒸散量和潛在蒸發(fā)。植物需水則取決于當(dāng)時(shí)的天氣條件下，具體植物的生物學(xué)特性和增長階段以及土壤的物理和生物特性。一些干旱指數(shù)主要是基于降水、溫度和土壤水分，并且已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)干旱的研究。

（4）社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱

社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱是指水資源系統(tǒng)不能滿足社會(huì)需水要求，從而關(guān)聯(lián)到干旱與社會(huì)經(jīng)濟(jì)供應(yīng)與需求關(guān)系（AMS，2004）。因天氣原因而導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)需要大于社會(huì)經(jīng)濟(jì)總供給水時(shí)往往會(huì)發(fā)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱。社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱同時(shí)也是自然系統(tǒng)與人類經(jīng)濟(jì)關(guān)系中水資源供需不平衡造成的異常水分短缺現(xiàn)象。其指標(biāo)經(jīng)常與一些經(jīng)濟(jì)商品的供需聯(lián)系在一起，如糧食生產(chǎn)、發(fā)電量、航運(yùn)、旅游效益以及生命財(cái)產(chǎn)損失系數(shù)法，即認(rèn)為航運(yùn)、旅游、發(fā)電等損失系數(shù)與受旱時(shí)間、受旱天數(shù)、受旱強(qiáng)度等諸因素存在一種函數(shù)關(guān)系。

一些研究已經(jīng)討論了上述四種基本干旱類型，這將有益于更好地介紹一種新的干旱類型，即地下水干旱。地下水干旱尚未列入到以上四種干旱類型之中，迄今為止，人們已經(jīng)做了有關(guān)地下水干旱方面的研究，但尚不成熟，有待進(jìn)一步的探討。

1．2．2　干旱災(zāi)害

干旱問題是一個(gè)世界性的問題。當(dāng)今世界對(duì)于干旱及干旱災(zāi)害的研究已有多年歷史，國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為干旱呈增加趨勢。首先是非洲的薩赫勒—蘇丹地區(qū)持續(xù)不斷地發(fā)生嚴(yán)重的干旱，大范圍的嚴(yán)重干旱又在世界許多地區(qū)接連不斷地出現(xiàn)，加上與干旱災(zāi)害有關(guān)的荒漠化災(zāi)害等影響極大，嚴(yán)重制約了許多國家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，并且威脅到人類的生存環(huán)境。為了減輕干早災(zāi)害的影響，1988年，WMO和UNEP聯(lián)合建立了政府間氣候變化專門委員會(huì)（PICC），1990年和1995年發(fā)表了兩次評(píng)估報(bào)告，主要對(duì)干旱與沙漠化，特別是未來氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)、土地利用、林業(yè)、草地、水文和水資源的可能影響進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和研究，同時(shí)利用大氣環(huán)流模式（GCMS）模擬研究了氣候極端事件、薩赫勒干旱等。馮麗文（1988年）從氣候?qū)ι鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境沖擊的角度出發(fā)，對(duì)我國近35年（1951—1985年）來干害發(fā)生的時(shí)空分布特征及變化規(guī)律進(jìn)行了分析，并且以大量事實(shí)為依據(jù)，闡述了干旱災(zāi)害對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)，如糧食產(chǎn)量、水資源和能源、林收漁業(yè)等造成的影響。方修琦等根據(jù)農(nóng)業(yè)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，分析了新中國成立以來的旱災(zāi)時(shí)空分異特征和演變規(guī)律；得到的結(jié)論是我國旱災(zāi)災(zāi)情分布特點(diǎn)主要受自然環(huán)境控制。陳菊英、馬宗晉等分別利用降水量距平百分率、干旱頻率等指標(biāo)建立了我國干旱災(zāi)害的時(shí)空分布格局。水利部長江水利委員會(huì)依據(jù)水旱災(zāi)害史料和氣象水文觀測記錄分析了長江流域的歷史農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時(shí)空分布規(guī)律。姜逢清等基于新疆1950—1997年歷史災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用一般統(tǒng)計(jì)學(xué)方法與分形理論分析了新疆的干旱災(zāi)害特征，對(duì)新疆農(nóng)業(yè)旱情進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。肖軍，趙景波等（2006年）利用陜西省54年來的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)災(zāi)情資料對(duì)旱災(zāi)特征進(jìn)行了詳細(xì)地分析和預(yù)測，得出陜西省旱災(zāi)有發(fā)生頻率加快、災(zāi)情加重的趨勢，干旱災(zāi)害具有較強(qiáng)的持續(xù)性。張?jiān)?，趙景波（2009年）通過對(duì)歷史文獻(xiàn)資料的收集、統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)1644—1911年西海固地區(qū)干旱災(zāi)害的時(shí)間變化、空間變化、等級(jí)序列以及驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行了研究。總結(jié)出了在氣候條件和人類活動(dòng)的影響下，干旱災(zāi)害在時(shí)間和區(qū)域上呈逐年加重的趨勢。黃會(huì)平（2010年）根據(jù)近60年來干旱災(zāi)情統(tǒng)計(jì)資料，分析了我國干旱災(zāi)害的時(shí)空分布特征及其變化趨勢。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：近60年來，我國干旱災(zāi)害的受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、經(jīng)濟(jì)損失有逐步增加的趨勢，災(zāi)害發(fā)生的頻率也在不斷加快。在空間分布上，陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、山西、青海、黑龍江、吉林、遼寧、重慶、山東、河北、北京、天津等是成災(zāi)嚴(yán)重的?。ㄊ校﹨^(qū)；北方的黃河流域、松遼河流域、海灤河流域、淮河流域受災(zāi)嚴(yán)重，南方的長江流域、珠江流域、太湖流域等受災(zāi)相對(duì)較低，但總體上都有不斷加重的趨勢。李晶，王耀強(qiáng)等（2010年）調(diào)查分析了內(nèi)蒙古自治區(qū)101個(gè)旗縣1990～2007年間因旱造成的農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、城鎮(zhèn)居民生活及工業(yè)方面的損害程度及相應(yīng)降水資料。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)計(jì)算、頻率分析等方法，初步確定了內(nèi)蒙古自治區(qū)的旱情時(shí)空分布特征，確定了內(nèi)蒙古自治區(qū)3個(gè)易旱季節(jié)旱災(zāi)易發(fā)區(qū)的分布區(qū)劃及3個(gè)級(jí)別的旱災(zāi)等級(jí)（嚴(yán)重旱災(zāi)、中度旱災(zāi)、輕度旱災(zāi)）發(fā)生頻率和分布區(qū)劃。江濤，楊奇（2011年）等利用1956—2005年126個(gè)雨量站逐月降水資料，采用標(biāo)準(zhǔn)化降雨指數(shù)和經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解法，探討了廣東省干旱災(zāi)害空間分布規(guī)律，結(jié)果表明：局部地區(qū)干旱災(zāi)害有逐漸加重的趨勢。

在深入調(diào)查研究本國旱災(zāi)規(guī)律、旱災(zāi)影響和國民抗旱減災(zāi)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，美國國會(huì)于1998年通過美國國家干旱政策法案（The　Natinoal　Druoght　Poliyc），明確提出本國抗旱減災(zāi)的方針，同時(shí)成立了國家干旱政策委員會(huì)（The　National　Drouhgt　Policy　Commission），授權(quán)對(duì)本國抗旱方略進(jìn)行研究，并向國會(huì)提出有關(guān)建議。國家干旱政策委員會(huì)隨后提交了題為“為21世紀(jì)的干旱做準(zhǔn)備（Preparing　for Drouhgt　in　the　21st　Centuyr－Report　of　the　National　Drought　Pocliy　Commssion）”的報(bào)告，全面分析了本國旱情形勢，提出了具體的抗旱減災(zāi)對(duì)策。劉引鴿（2003年）利用西北地區(qū)降水和農(nóng)作物旱災(zāi)面積統(tǒng)計(jì)資料，將干旱災(zāi)害事件與影響因子進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：厄爾尼諾事件當(dāng)年或次年，南方濤動(dòng)指數(shù)負(fù)距平，太陽黑子低值，青藏高原為多雪年，地表徑流枯期，西北干旱災(zāi)害發(fā)生率較高，降水稀少，氣候變化，人類活動(dòng)是干旱災(zāi)害發(fā)生的原因。杜金龍，邢茂娟等（2004年）研究出了地處黑龍江省西部松嫩平原腹地的安達(dá)市干旱災(zāi)害形成的原因是自然因素和人類因素。黃桂珍，韋慶華等（2010年）從氣候、地形等方面分析了廣西凌云縣2009年秋至2010年干旱災(zāi)害的成因，并提出了相應(yīng)的抗旱措施，盡可能減少干旱災(zāi)害造成的損失。梁建茵等根據(jù)廣東省86個(gè)氣象站的降水量資料，用正態(tài)化Z指標(biāo)討論了廣東省汛期旱澇的成因及前期影響因子，并對(duì)前后汛期的旱澇等級(jí)進(jìn)行了劃分。呂娟，高輝等（2011年）根據(jù)2000年以后的氣象及旱災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，總結(jié)出了21世紀(jì)我國干旱災(zāi)害發(fā)生頻率大、受旱面積廣、區(qū)域變化明顯的特點(diǎn)，并從自然、社會(huì)兩方面分析了旱災(zāi)頻發(fā)的原因。李治國，朱玲玲等（2012年）利用河南省1950～2009年干旱災(zāi)情資料，分析了干旱災(zāi)害的變化特征及成因，得到的結(jié)論是資源環(huán)境、氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件是干旱災(zāi)害形成的原因。

1．3　干旱研究的進(jìn)展

1．3．1　干旱指標(biāo)的研究

干旱指標(biāo)是干旱監(jiān)測的基礎(chǔ)，也是衡量干旱程度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于干旱成因及其影響的復(fù)雜性，很難找到一種普遍適用各種用途的干旱指標(biāo)，因此應(yīng)用于不同需求的各種干旱指標(biāo)得到了發(fā)展。歸納各種干旱指標(biāo)大致可分為四類，即氣象指標(biāo)、水文指標(biāo)、農(nóng)業(yè)指標(biāo)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由于各個(gè)部門對(duì)干旱的定義不同，水文部門以徑流量的豐枯等級(jí)來劃分干旱程度，農(nóng)業(yè)部門以土壤的干濕狀況來確定干旱程度，氣象部門則以降雨量的多少來確定干旱程度。因此，為了監(jiān)測研究干旱及其變化，科學(xué)家們利用氣溫、降水量、徑流量等水文氣象要素，逐漸發(fā)展了大量的干旱指標(biāo)。這些干旱指標(biāo)包含了降水量、氣溫、蒸發(fā)量、徑流、土壤含水量、湖泊水位、地下水位等眾多的基礎(chǔ)資料，最終形成一系列簡單的指標(biāo)數(shù)字。對(duì)于決策者和相關(guān)領(lǐng)域來說，干旱指標(biāo)比原始觀測資料更加直觀，可利用性強(qiáng)。

在國外，Gibbs和Maher在1967年提出了RD指標(biāo)（Rainfall　Deciles），將降水量按從大到小的順序排列分組，采用百分位法將降雨量劃分為5個(gè)等級(jí)，落入第1等級(jí)范圍內(nèi)被定義為一場干旱事件，該指標(biāo)已廣泛應(yīng)用于澳大利亞的干旱監(jiān)測。Bahlme和Mooley在1980年提出了BMDI指標(biāo)，根據(jù)干旱程度將干旱劃分為正常、輕旱、中旱、大旱、極旱5個(gè)等級(jí)；Bogard等根據(jù)該指標(biāo)研究了不同環(huán)境對(duì)干旱的影響；McKee等在1993年提出了標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（Standardized　Precipitation Index，SPI），其優(yōu)點(diǎn)是僅需要降雨資料，就能夠反映出干旱對(duì)不同類型的水資源可利用量的影響，既可用來評(píng)價(jià)對(duì)降雨響應(yīng)較快的土壤水分，亦可用來評(píng)價(jià)對(duì)降雨響應(yīng)相對(duì)較慢的地下水補(bǔ)給，時(shí)空適用性強(qiáng)。Hayes使用SPI監(jiān)測美國的干旱得到了很好的效果，該指數(shù)還被美國國家干旱減災(zāi)中心（the　National　Drought　MitigationCenter，NDMC）和西部區(qū)域氣候中心（the　Western　Regional　Climate　Center，WRCC）用于監(jiān)測緊鄰的美國各州的氣候分異水平。Tsakiris等提出了一個(gè)類似于SPI的指標(biāo)——徑流干旱指標(biāo)（Runoff　drought　index，RDI），考慮了蒸散發(fā)能力對(duì)干旱的影響。Richard通過對(duì)水庫蓄水、徑流、積雪和降水進(jìn)行加權(quán)平均提出了地表水供給指標(biāo)（Surface　Water　Supply　Index，SWSI），能夠較為全面地反映干旱對(duì)城市用水和農(nóng)業(yè)灌溉的影響。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，Kogan在1995年就嘗試將衛(wèi)星遙感資料計(jì)算的植被條件指數(shù)（VCI）用于干旱監(jiān)測。隨后，Ghulam先后提出了植被條件返照率干旱指數(shù)（VCDA）和正交干旱指數(shù)（PDI）。Brown等又將遙感信息與氣象信息組合建立了植被干旱響應(yīng)指數(shù)（VegDRI）。

在國外學(xué)者對(duì)干旱指標(biāo)的研究成果中，值得重點(diǎn)指出的是1965年由Palmer提出的目前國際上應(yīng)用仍然非常廣泛的帕爾默干旱指數(shù)（Palmer　Drought　Severity　Index，PDSI）。該指標(biāo)利用降水與氣溫資料，運(yùn)用Thornthwaite方法估算的蒸散發(fā)能力且基于雙層土壤模型的假設(shè)進(jìn)行簡單的水量平衡計(jì)算，提出“對(duì)當(dāng)前情況氣候上適宜的降水”概念（Climatically　Appropriate　For　Existing　Condition，CAFEC）：當(dāng)某地區(qū)實(shí)際的水分供給持續(xù)少于當(dāng)?shù)貧夂蜻m宜的水分供給時(shí)，由水分虧缺導(dǎo)致的干旱將會(huì)出現(xiàn)。Palmer干旱程度指標(biāo)（Palmer　Drought　Severity　Index，PDSI）是經(jīng)過權(quán)重修正的無量綱指標(biāo)，在時(shí)間和空間上都具有可比性。PDSI自提出至今，被廣泛應(yīng)用于旱情比較、旱情時(shí)空分布特征分析、干旱面積評(píng)價(jià)等旱澇氣候評(píng)價(jià)及其災(zāi)害評(píng)價(jià)，并被確定為美國各州政府機(jī)構(gòu)啟動(dòng)干旱救助計(jì)劃的依據(jù)。

中國學(xué)者在干旱指標(biāo)研究方面也取得了一定的進(jìn)展。鞠笑生等從降雨量的分布函數(shù)入手，對(duì)降雨量進(jìn)行正態(tài)變換，提出了Z指標(biāo)。中國國家氣象中心使用Z指標(biāo)監(jiān)測各地的旱澇狀況。楊青等利用降雨距平百分率建立了適用于干旱半干旱地區(qū)大范圍、長時(shí)期干旱監(jiān)測的干旱指數(shù)。王勁松等根據(jù)干旱地區(qū)降水量和蒸發(fā)量的實(shí)際特點(diǎn)，運(yùn)用兩者的相對(duì)變率來消除兩者量級(jí)的區(qū)別，建立了一種改進(jìn)的西北地區(qū)干旱指標(biāo)——K指標(biāo)。龐萬才等從有效降水的理論入手，針對(duì)降水過程次數(shù)、降水過程總量，降水過程的時(shí)間分布結(jié)構(gòu)和效能，提出了相對(duì)蒸散效能指數(shù)、降水過程總效能指數(shù)等四個(gè)干旱指數(shù)。朱自璽等對(duì)氣象產(chǎn)量和降水距平進(jìn)行相關(guān)分析，并與農(nóng)業(yè)干旱劃分標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，確定了兩套與輕旱、中旱、重旱和極端干旱相對(duì)應(yīng)的干旱指標(biāo)。張強(qiáng)等提出了一個(gè)以標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、濕潤度指數(shù)及近期降水量為基礎(chǔ)的綜合干旱指數(shù)CI。該指數(shù)已經(jīng)作為中國國家氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，干旱指標(biāo)種類繁多，常用的干旱指標(biāo)大都建立在特定的地域和時(shí)間范圍內(nèi)，隨著3S（GIS、GPS、RS）在大范圍干旱監(jiān)測及評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，達(dá)到了實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測旱情，能對(duì)旱災(zāi)造成的損失進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并可以通過情景分析手段，直觀地表達(dá)出旱災(zāi)災(zāi)情和損失的空間分布情況，對(duì)干旱特征、干旱評(píng)價(jià)的研究以及干旱防治措施的開展具有良好的參考價(jià)值。

1．3．2　干旱特征與演變

由于干旱具有隨機(jī)性，概率論和隨機(jī)理論方法是研究干旱特性的一種合適的途徑。1967年，Yevjevich最初把應(yīng)用游程理論用于干旱特性研究，定義了干旱歷時(shí)、干旱烈度和干旱強(qiáng)度，即干旱特征三要素，初步分析了這些要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。此后，有不少學(xué)者基于這一理論基礎(chǔ)，進(jìn)行了深入研究。干旱三要素之間一般具有很高的相依性，多變量分析就成為早期研究中較為容易、客觀的方法，主要用來分析揭示干旱發(fā)生的規(guī)律。2001年Shen研究了一定干旱歷時(shí)對(duì)應(yīng)的干旱烈度的條件概率分布和已知干旱歷時(shí)和干旱烈度的邊際分布的聯(lián)合分布。2006年，Shiau通過指數(shù)分布和Gamma分布擬合了干旱歷時(shí)和干旱烈度的邊緣分布，通過Copula函數(shù)將干旱歷時(shí)和干旱烈度兩者連接起來，建立干旱歷時(shí)和干旱烈度的概率模型，為干旱分析提供了一種新途徑。隨后Shiau等利用此方法對(duì)黃河流域的干旱特征進(jìn)行了分析。2007年，Zhang等利用Copula函數(shù)分析了氣象干旱三要素兩兩間的變化規(guī)律。

對(duì)于干旱空間分布特征，Andreadis等利用VIC（Variable　Infiltration　Capacity）模型模擬出1920～2003年美國的土壤水分與徑流量，當(dāng)它們低于一定閾值水平時(shí)認(rèn)為干旱事件發(fā)生，隨后采用聚類算法識(shí)別出干旱事件的歷時(shí)、范圍以及相應(yīng)的干旱程度，建立了SAD（Drought　Severity－Area－Duration）曲線，基于此曲線分析美國干旱的歷史變化趨勢。Tallaksen等利用SWAP（Soil－Water－Atmosphere）模型模擬的地下水補(bǔ)給量和MODFLOW模擬的地下水頭，根據(jù)截距法確定英國Pang流域干旱事件的歷時(shí)、覆蓋范圍及其干旱程度。Santos等采用主成分分析法（Principal　Component　Analysis，PCA）和K－均值聚類算法（K－means　clustering，KMC）兩種方法對(duì)葡萄牙干旱的空間分布進(jìn)行識(shí)別分析。

在國內(nèi)，閆寶偉等利用Copula函數(shù)分析了漢江上游的干旱特征。王文勝等根據(jù)河川徑流記錄，應(yīng)用Kriging優(yōu)化內(nèi)插法，按照游程理論及截距法分析了干旱歷時(shí)、干旱烈度及其條件概率等特征值。史建國等運(yùn)用Penman－Monteith法計(jì)算干燥度，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Kriging插值法生成黃河流域干燥度的分布圖。蔡明科、和宛琳等人分別利用游程分析、馬爾可夫平穩(wěn)概率和隨機(jī)理論的方法分析了渭河流域和黃土高原的干旱特征。彭高輝等運(yùn)用游程理論進(jìn)行數(shù)字特征計(jì)算，繪制了黃河流域干旱重現(xiàn)期等值線圖，并根據(jù)K－均值聚類算法對(duì)數(shù)字特征進(jìn)行分類。

1．3．3　干旱預(yù)警研究

很多學(xué)者對(duì)干旱預(yù)報(bào)的研究開展了大量工作，其中不少預(yù)報(bào)方法是建立在干旱指數(shù)和大氣環(huán)流指數(shù)的基礎(chǔ)之上。1998年，Dai將經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（Empirical　Orthogonal　Function，EOF）引到全球的干旱時(shí)空分析中，發(fā)現(xiàn)干旱事件的發(fā)生與厄爾尼諾現(xiàn)象密切相關(guān)。Tabrizi等運(yùn)用Wilcoxon－Mann－Whitney非參數(shù)檢驗(yàn)方法探索氣象干旱與水文干旱的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果顯示兩者具有較好的一致性，這也說明了通過一類干旱的出現(xiàn)來預(yù)測另一類干旱發(fā)生的可能性。Nalbantis和Tsakiris探討了相同設(shè)計(jì)模式的氣象與水文干旱指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，通過氣象干旱指標(biāo)在希臘Evinos流域取得較好的預(yù)測效果。由于干旱與諸如降雨、徑流等隨機(jī)現(xiàn)象關(guān)系密切，因此干旱也具有隨機(jī)性，隨機(jī)理論方法是研究干旱特性的一種合適的途徑。Lohani等采用非齊次馬爾柯夫鏈研究PDSI序列的隨機(jī)特征，根據(jù)隨機(jī)特性建立了早期的干旱預(yù)警系統(tǒng)。Chung等運(yùn)用低階離散自回歸滑動(dòng)平均模型（DARMA）估計(jì)干旱事件的發(fā)生概率。Kim等根據(jù)PDSI干旱指標(biāo)，應(yīng)用配對(duì)小波變換和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對(duì)墨西哥Conchos流域進(jìn)行干旱預(yù)警。

在國內(nèi)，張存杰等以EOF為基礎(chǔ)，利用均生函數(shù)法、多元回歸法等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)降雨量進(jìn)行預(yù)測檢驗(yàn)，得出一種適用于西北地區(qū)干旱預(yù)測的概念模型。陳濤等通過方差分析篩選出環(huán)流特征量中對(duì)干旱敏感的預(yù)報(bào)因子，基于這些因子建立了干旱預(yù)報(bào)模型，在衡陽地區(qū)取得了較好的模擬效果。張遇春等根據(jù)灰色系統(tǒng)突變預(yù)測方法，建立GM（1，1）災(zāi)變預(yù)測模型，預(yù)測了黑河地區(qū)未來的干旱發(fā)生情況。林盛吉利用主成分（PCA）與支持向量機(jī)（SVM）相結(jié)合的統(tǒng)計(jì)降尺度方法，構(gòu)建大尺度氣候預(yù)報(bào)因子與月降雨量的模型，應(yīng)用HadCM3等三種氣候模式對(duì)未來30年錢塘江流域的干旱情況進(jìn)行預(yù)測。

1．3．4　干旱災(zāi)害監(jiān)測

美國國家級(jí)干旱監(jiān)測系統(tǒng)始于20世紀(jì)80年代。20世紀(jì)末，由美國國家干旱減災(zāi)中心（NDMC）、海洋大氣局（NOAA）、農(nóng)業(yè)部（USDA）一起合作建立了新的干旱監(jiān)測系統(tǒng)（The　Drought　Monitor），由監(jiān)測干旱狀況及影響的圖形和文字組成?！癟he　Drought　Monitor”中將干旱程度分為4個(gè)級(jí)別：D1，D2，D3，D4。另外一個(gè)級(jí)別是D0，表示雖然沒有發(fā)生干旱災(zāi)害，但較正常偏少。

美國干旱監(jiān)測等級(jí)劃分采用百分位數(shù)方法，用于確定干旱級(jí)別的所有數(shù)據(jù)都考慮了它們在該地點(diǎn)、該時(shí)間出現(xiàn)的歷史頻次。唯一的例外是在與各種干旱等級(jí)相關(guān)的時(shí)段內(nèi)，用地方標(biāo)準(zhǔn)化的百分位數(shù)描述干旱特征時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)降水百分率采用了一些全國性的標(biāo)準(zhǔn)。盡管干旱分類閾值在全美所有區(qū)域內(nèi)并非都能很準(zhǔn)確地與百分位數(shù)相對(duì)應(yīng)，但它們?nèi)匀粸槭褂媒y(tǒng)一參數(shù)的干旱分類提供了一個(gè)可參考的標(biāo)準(zhǔn)。

2002—2003年澳大利亞經(jīng)歷了一次強(qiáng)度大，范圍廣的干旱，一些地區(qū)還伴隨高溫事件。在干旱的高峰期，澳大利亞57%的大陸遭受了10個(gè)月甚至更長時(shí)間的非常嚴(yán)重的水分虧損，90%地區(qū)的累計(jì)降水量低于中位數(shù)。為了更客觀、公平和透明地處理極端事件，2005年，澳大利亞工業(yè)理事會(huì)委托成立國家農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)。NAMS（National　Agricultural　Monitoring　System）系統(tǒng)由氣象和國家科學(xué)、工業(yè)研究機(jī)構(gòu)（CSIRO）合作完成。NAMS信息顯示主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)品系統(tǒng)的目前狀況和近期生長季產(chǎn)品預(yù)測。NAMS最初的目的是進(jìn)行氣候監(jiān)測并為旱地提供數(shù)據(jù)，之后NAMS延伸到覆蓋澳大利亞灌溉區(qū)和集約化工業(yè)。

張強(qiáng)等就目前干旱監(jiān)測技術(shù)在現(xiàn)實(shí)需求的牽引下，隨著氣象及其相關(guān)學(xué)科技術(shù)進(jìn)步，大致將干旱監(jiān)測技術(shù)發(fā)展分為以下七個(gè)階段：

（1）僅依賴降水的單要素階段。20世紀(jì)前20年，主要以降水來監(jiān)測干旱。最早是用累積降水短缺程度或降水距平來度量干旱，1916年，Munger假設(shè)干旱的強(qiáng)度與干旱持續(xù)的時(shí)間的平方呈正比，提出一個(gè)年際和地區(qū)間可比較的森林火險(xiǎn)客觀度指數(shù)。隨后Kincer通過分析將季節(jié)分布和不同強(qiáng)度降水天數(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)更實(shí)用的干旱指數(shù)。Blumenstock還提出利用概率理論來計(jì)算干旱指數(shù)。

（2）降水和溫度要素相結(jié)合的階段。20世紀(jì)30年代初Marcovitch首次將氣溫引入干旱指數(shù)的計(jì)算。隨后，Thornthwaite提出了降水效率指數(shù)，用月降水和月蒸發(fā)之比來表示月降水效率。之后，Thornthwaite又進(jìn)一步提出用降水量減去蒸散量作為干旱指數(shù)。Thornthwaite的工作為現(xiàn)代氣候?qū)W分類奠定了理論基礎(chǔ)。

（3）針對(duì)農(nóng)業(yè)的干旱監(jiān)測技術(shù)發(fā)展階段。由于干旱對(duì)農(nóng)業(yè)的影響顯著，van Bavel等首次提出了農(nóng)業(yè)干旱概念。隨后，Dickson假定蒸散與土壤總水分含量成正比來計(jì)算農(nóng)業(yè)干旱日。1960年，WMO正式給出了一個(gè)針對(duì)玉米的干旱指數(shù)。與此同時(shí)，Thornthwaite等提出了水分收支計(jì)算法，用于跟蹤土壤水分變化。之后，McGuire等通過延伸潛在蒸散概念提出了充足水分指數(shù)，并用該指數(shù)繪制了1957年美國東部干旱空間分布圖。

（4）Palmer指數(shù)時(shí)代。1965年，Palmer提出了干旱指數(shù)模型，這是干旱指數(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，該模型將前期降水、水分供給和水分需求結(jié)合在水文計(jì)算系統(tǒng)中，并采用了氣候適宜條件標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，使該指數(shù)在空間和時(shí)間上具有可比性，即是著名的Palmer氣象干旱指數(shù)（PDSI）。相對(duì)于20世紀(jì)初的干旱監(jiān)測方法，Palmer指數(shù)以完善的水分平衡模式為物理基礎(chǔ)，是干旱指數(shù)發(fā)展史上的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

（5）針對(duì)專門用途的發(fā)展階段。Keetch等提出了一個(gè)可用火災(zāi)管控的干旱指數(shù)，其干旱因子由降水和土壤水分綜合確定。隨后，Shear等給出了由水分收支確定的水分異常干旱指數(shù)。1980年，Dracup等利用長期平均年流量提出了水文干旱事件監(jiān)測模型。而最近，Zierl建立了專門針對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的WAWAHAMO干旱指數(shù)。另外，國外一些科學(xué)家也開始提出社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱指數(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱脆弱性指數(shù)的概念。

（6）標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)發(fā)展階段。為了使干旱指數(shù)能用于國家決策之中，1993年，Houorou等以80%保證率的降水量作為可靠降水指數(shù)（DI），并以其監(jiān)測整個(gè)非洲大陸。Leathers于20世紀(jì)末發(fā)展了國家標(biāo)準(zhǔn)干旱指數(shù)（CI）。王勁松等利用降水和蒸發(fā)相對(duì)值平衡原理提出了一個(gè)K干旱監(jiān)測指數(shù)，在西北地區(qū)干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)試驗(yàn)中表現(xiàn)出了比較好的效果。

（7）新技術(shù)和技術(shù)集成階段。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展和監(jiān)測手段的多樣性，早在1995年Kogan就嘗試將衛(wèi)星遙感資料計(jì)算的植被條件指數(shù)（VCI）用于干旱監(jiān)測。隨后，Ghulam先后提出了植被條件返照率干旱指數(shù)（VCDA）和正交干旱指數(shù)（PDI）。之后，Brown等又將遙感信息與氣象信息組合建立了植被干旱響應(yīng)指數(shù)（VegDRI）。

由于干旱是一個(gè)涉及很多相關(guān)學(xué)科的復(fù)雜自然現(xiàn)象，目前還沒有任何干旱監(jiān)測方法能夠?qū)Ω珊颠M(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的監(jiān)測，因此，干旱監(jiān)測技術(shù)發(fā)展面臨諸多的科學(xué)挑戰(zhàn)。

1．3．5　干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

干早災(zāi)害評(píng)估是對(duì)干旱現(xiàn)象的頻度和強(qiáng)度、危險(xiǎn)性、易損性及潛在性、經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行估計(jì)。美國（1965年）帕默爾提出了干旱指數(shù)（帕默爾干旱指數(shù)），用來評(píng)估研究區(qū)域干旱的范圍、干旱程度、干旱頻度和受災(zāi)面積等問題。Cuhasch（1995年）提出了下次降水平均等待時(shí)間（AWTP）來表述某區(qū)域某時(shí)段里干旱持續(xù)時(shí)間，該指數(shù)可以用來衡量干旱時(shí)間的長短或干旱的程度等。Diaz和Quayle用美國各地溫度、降水資料為美國48個(gè)地區(qū)建立了干旱指數(shù)。Bhalm等在分析印度夏季季風(fēng)期的水分條件時(shí)提出了干旱面積指數(shù)（DAI）。一些先進(jìn)國家，特別是美國和日本，近幾年開始注重干旱缺水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急預(yù)案的研究。AdamMunro等提出了基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理理論的城市干旱缺水管理模式。美國政府一直重視干旱研究、預(yù)防與管理，在處理干旱和其他自然災(zāi)害或緊急事件時(shí)，社會(huì)各界，特別是聯(lián)邦政府越來越強(qiáng)調(diào)預(yù)防、減災(zāi)和風(fēng)險(xiǎn)管理。其中，基于風(fēng)險(xiǎn)的干旱管理和抗旱預(yù)案已成為美國干旱政策的重要組成部分。以美國減災(zāi)中心Wilhite博士為核心的研究團(tuán)體，開展了旱災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理基礎(chǔ)理論方面的系統(tǒng)研究，提出了基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的10個(gè)步驟的干旱規(guī)劃與預(yù)案方法。目前，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的干旱管理和抗旱預(yù)案已成為美國聯(lián)邦政府應(yīng)付干旱的基石。日本從80年代起制定“綜合治水對(duì)策”，要求開展洪澇、干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理的研究，并在區(qū)域旱災(zāi)損失評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和綜合減災(zāi)對(duì)策等方面取得了一定的研究成果。另為，俄羅斯、澳大利亞等國家也相繼建立了氣候監(jiān)測及診斷分析業(yè)務(wù)，以加強(qiáng)對(duì)灌溉用水和干旱災(zāi)害的研究。

在基于綜合性旱情指標(biāo)的預(yù)測方法中，1981年安順清等人開展了利用蒸發(fā)力和相對(duì)蒸散量計(jì)算作物水分虧缺狀況的研究工作。1982年，鹿?jié)嵵议_展了關(guān)于“農(nóng)田水分平衡和干旱的計(jì)算預(yù)測”的研究，孫榮強(qiáng)采用土壤水平衡的方法建立了“農(nóng)業(yè)干旱預(yù)測模型”。在世界氣候計(jì)劃的推動(dòng)下，中國于1987年成立了國家氣候委員會(huì)，制定了中國國家氣候計(jì)劃，推動(dòng)了氣候?yàn)?zāi)害，包括干旱規(guī)律、干旱評(píng)估的研究進(jìn)展。1989年4月，我國成立的中國國際減災(zāi)干旱委員會(huì)，提出了應(yīng)加強(qiáng)干旱及其影響評(píng)估模式和系統(tǒng)的研究，包括研究干旱對(duì)土地退化、地表植被退化、地表水、地下水的影響；建立各類干旱影響的評(píng)估模式，及中國近代和歷史時(shí)期干旱發(fā)生發(fā)展的規(guī)律、形成機(jī)制和過程；干旱預(yù)測方法及自然與人為因素對(duì)干旱的影響研究；氣候變化、干旱與荒漠化的相互作用研究；對(duì)干旱及其影響進(jìn)行區(qū)劃，在不同區(qū)域建立減輕干旱影響的示范工程，制定減輕干旱影響的對(duì)策等。安順清等人利用灰色系統(tǒng)理論預(yù)測方法，王革麗等采用時(shí)間序列分析方法，朱曉華采用分形理論，張學(xué)成等人采用均生函數(shù)預(yù)測方法對(duì)干旱進(jìn)行了預(yù)測研究。1996年，王密俠等人建立了“陜西省作物旱情預(yù)測系統(tǒng)”。1998年，田武文等人建立了“陜西省旱澇季度、年度預(yù)測和集成預(yù)測模型”。章大全等根據(jù)中國氣象局（1958—2007年）提供的溫度、降水和Palmer旱澇指數(shù)均一化數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型，量化了溫度和降水變化在干旱形成中所占的比重，并對(duì)未來5年中國8個(gè)氣候區(qū)的干旱化趨勢進(jìn)行了預(yù)測。楊建偉利用沁河流域氣象站42年的實(shí)測降水量資料建立灰色預(yù)測GM （1，1）災(zāi)變模型，對(duì)干旱災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，經(jīng)檢驗(yàn)，效果較為理想。國家水利部（2008年）發(fā)布的《旱情等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了農(nóng)業(yè)、牧業(yè)和城市旱情的評(píng)估指標(biāo)及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。申廣榮等利用GIS技術(shù)對(duì)黃淮海平原的旱情進(jìn)行了監(jiān)測研究。

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、人口增長及由此引起的以氣候變暖為標(biāo)志的全球氣候變化，干旱有進(jìn)一步加重的趨勢。國內(nèi)外干旱災(zāi)害研究很多，且在干旱定義、干旱災(zāi)害成因、干旱指標(biāo)、影響因素、干旱等級(jí)、研究干旱的各種方法、預(yù)測預(yù)報(bào)干旱災(zāi)害等各方面取得了很好的成果，但對(duì)新疆干旱，尤其是針對(duì)塔河流域干旱災(zāi)害方面的研究較少，仍有待進(jìn)一步深入。

1．4　主要研究內(nèi)容

本書重點(diǎn)分析了塔河流域歷史干旱發(fā)生的頻率及災(zāi)害損失，揭示了近50年流域內(nèi)的干旱災(zāi)害時(shí)空演變特征。通過搜集《新疆通志（水利志）》、《中國氣象災(zāi)害大典（新疆卷）》、《新疆50年（1955—2005）》、《新疆維吾爾自治區(qū)抗旱規(guī)劃報(bào)告》、《中國歷史干旱（1949—2000）》等文獻(xiàn)，新疆防汛抗旱辦公室對(duì)歷史文件等資料進(jìn)行系統(tǒng)整理，并采用典型區(qū)域調(diào)研核準(zhǔn)的方法，構(gòu)建了新疆歷史干旱災(zāi)害損失數(shù)據(jù)庫。

基于塔河流域水資源時(shí)空分布特征、現(xiàn)狀用水水平及氣候變化等因素，從不同層次、不同角度對(duì)塔河流域內(nèi)的干旱災(zāi)害成因進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，確定了流域內(nèi)形成干旱的主要因素。通過分析得出，塔河流域干旱災(zāi)害成因是由自然和社會(huì)兩個(gè)主要因素共同造成的，流域內(nèi)干旱頻發(fā)與流域內(nèi)干旱缺水、水資源時(shí)空分布不均勻是造成干旱頻發(fā)的根本原因，而人類的不合理活動(dòng)及其氣候變化是造成干旱災(zāi)害增加的誘因。從時(shí)間尺度上、空間尺度上分析了干旱災(zāi)害的演變規(guī)律與分布特征，系統(tǒng)地分析研究流域干旱特征及其演變趨勢，結(jié)果顯示塔河流域近年來干旱災(zāi)害發(fā)生頻率明顯呈增加的趨勢，同時(shí)干旱災(zāi)害的受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、各種經(jīng)濟(jì)損失有逐步增加的趨勢。流域內(nèi)大多數(shù)區(qū)域均有春旱發(fā)生，春夏季是新疆最普遍的干旱季節(jié)。

在總結(jié)前人干旱研究的基礎(chǔ)，根據(jù)研究流域內(nèi)陸水循環(huán)和水平衡的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)其干旱特征進(jìn)行了定量描述，系統(tǒng)分析了流域的干旱演變趨勢，選取氣象、水文干旱指標(biāo)，參照流域的實(shí)際旱情檢驗(yàn)了各指標(biāo)的適用性，并運(yùn)用模糊物元理論建立了流域綜合干旱評(píng)價(jià)模型。依據(jù)選定的氣象干旱指標(biāo)，應(yīng)用主成分分析法對(duì)塔河流域的氣象干旱空間分布進(jìn)行劃分，對(duì)各分區(qū)的春季旱澇情況進(jìn)行了趨勢預(yù)測。同時(shí)采用三閾值游程理論對(duì)流域水文干旱事件進(jìn)行識(shí)別分析，借助Copula函數(shù)建立了干旱兩要素之間的聯(lián)合分布，計(jì)算出各干旱事件的聯(lián)合重現(xiàn)期。

選取標(biāo)準(zhǔn)降水與干旱災(zāi)害損失等關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)塔河流域內(nèi)干旱災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，制定了不同干旱等級(jí)下干旱發(fā)生概率的空間分布圖。研究建立了干旱預(yù)警理論方法，運(yùn)用加權(quán)馬爾柯夫鏈對(duì)干旱轉(zhuǎn)移狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，引入雙原則對(duì)嚴(yán)重干旱事件的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化。運(yùn)用自回歸滑動(dòng)平均模型（ARIMA）及乘積季節(jié)模型（SARIMA）對(duì)中尺度干旱指標(biāo)值進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果令人滿意，研究成果可為區(qū)域水資源管理及抗旱方案的制定提供技術(shù)支撐。