全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 3 期摇 摇 2013 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
生态系统服务功能模拟与管理
保障自然资本与人类福祉:中国的创新与影响 Gretchen C. Daily,欧阳志云,郑摇 华,等 (669)………………
建立我国生态补偿机制的思路与措施 欧阳志云,郑摇 华,岳摇 平 (686)…………………………………………
区域生态合作机制下的可持续农户生计研究———以“稻改旱冶项目为例
梁义成,刘摇 纲,马东春,等 (693)
………………………………………
………………………………………………………………………………
生态系统服务功能管理研究进展 郑摇 华,李屹峰,欧阳志云,等 (702)…………………………………………
白洋淀流域生态系统服务评估及其调控 白摇 杨,郑摇 华,庄长伟,等 (711)……………………………………
汶川地震灾区生物多样性热点地区分析 徐摇 佩,王玉宽,杨金凤,等 (718)……………………………………
土地利用变化对生态系统服务功能的影响———以密云水库流域为例 李屹峰,罗跃初,刘摇 纲,等 (726)……
森林生态效益税对陕西省产业价格水平的影响 黎摇 洁,刘峥男,韩秀华 (737)…………………………………
海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素 饶恩明,肖摇 燚,欧阳志云,等 (746)……………………
居民对文化林生态系统服务功能的认知与态度 高摇 虹,欧阳志云,郑摇 华,等 (756)…………………………
青海省三江源自然保护区生态移民补偿标准 李屹峰,罗玉珠,郑摇 华,等 (764)………………………………
张家界武陵源风景区自然景观价值评估 成摇 程,肖摇 燚,欧阳志云,等 (771)…………………………………
国家生态保护重要区域植被长势遥感监测评估 侯摇 鹏,王摇 桥,房摇 志,等 (780)……………………………
都江堰市水源涵养功能空间格局 傅摇 斌,徐摇 佩,王玉宽,等 (789)……………………………………………
汶川地震重灾区生态系统碳储存功能空间格局与地震破坏评估 彭摇 怡,王玉宽,傅摇 斌,等 (798)…………
前沿理论与学科综述
“波特假说冶———生态创新与环境管制的关系研究述评 董摇 颖 ,石摇 磊 (809)…………………………………
生态环境保护与福祉 李惠梅,张安录 (825)………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌最新分类系统与物种多样性研究概况 王宇涛,辛国荣,李韶山 (834)……………………………
个体与基础生态
“蒸发悖论冶在秦岭南北地区的探讨 蒋摇 冲,王摇 飞,刘思洁,等 (844)…………………………………………
内蒙古荒漠草原主要草食动物食性及其营养生态位 刘贵河,王国杰,汪诗平,等 (856)………………………
基于面向对象及光谱特征的植被信息提取与分析 崔一娇,朱摇 琳,赵力娟 (867)………………………………
桉树叶片光合色素含量高光谱估算模型 张永贺,陈文惠,郭乔影,等 (876)……………………………………
枫杨幼苗对土壤水分“湿鄄干冶交替变化光合及叶绿素荧光的响应 王振夏,魏摇 虹,吕摇 茜,等 (888)…………
模拟淹水对杞柳生长和光合特性的影响 赵竑绯,赵摇 阳,张摇 驰,等 (898)……………………………………
梨枣花果期耗水规律及其与茎直径变化的相关分析 张琳琳,汪有科,韩立新,等 (907)………………………
基于上部叶片 SPAD值估算小麦氮营养指数 赵摇 犇,姚摇 霞,田永超,等 (916)………………………………
种群、群落和生态系统
我国南亚热带几种人工林生态系统碳氮储量 王卫霞,史作民,罗摇 达,等 (925)………………………………
低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 黎燕琼,龚固堂,郑绍伟,等 ( 934 )………………………
浙江紧水滩水库浮游植物群落结构季节变化特征 张摇 华,胡鸿钧,晁爱敏,等 ( 944 )…………………………
黑龙江凤凰山国家级自然保护区野猪冬季容纳量及最适种群密度 孟根同,张明海,周绍春 ( 957 )…………
云南苍山火烧迹地不同恢复期地表蜘蛛群落多样性 马艳滟,李摇 巧,冯摇 萍,等 ( 964 )………………………
景观、区域和全球生态
基于综合气象干旱指数的石羊河流域近 50 年气象干旱特征分析 张调风,张摇 勃,王有恒,等 ( 975 )………
基于 CLUE鄄S模型的湟水流域土地利用空间分布模拟 冯仕超,高小红,顾摇 娟,等 ( 985 )……………………
研究简报
三大沿海城市群滨海湿地的陆源人类活动影响模式 王毅杰,俞摇 慎 ( 998 )……………………………………
洋河水库富营养化发展趋势及其关键影响因素 王丽平,郑丙辉 (1011)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*350*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄02
封面图说: 卧龙自然保护区核桃坪震后———汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,地震的强
度、烈度都超过了 1976 年的唐山大地震。 在这次地震中,震区的野外大熊猫受到不同程度的影响,卧龙自然保护区
繁育中心的赠台大熊猫团团、圆圆居住的屋舍上方巨石垮塌,房舍全部毁坏,只因两只熊猫在屋外玩耍逃过一劫。
不过,圆圆一度因惊恐逃走,失踪 5 天后才被找回来。 由于繁育基地两面山体滑坡,竹子短缺等原因,繁育基地只能
将大熊猫全部转移下山。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 3 期
2013 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 3
Feb. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40961038);西北师范大学知识与科技创新工程(NWNU鄄KJCXGC鄄 03鄄 66);生态经济学省级重点学科(5001鄄
021)共同资助
收稿日期:2012鄄03鄄03; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄31
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhangbo@ nwnu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201203030285
张调风,张勃,王有恒,刘秀丽,安美玲,张建香. 基于综合气象干旱指数的石羊河流域近 50 年气象干旱特征分析. 生态学报,2013,33(3):
0975鄄0984.
Zhang T F, Zhang B, Wang Y H, Liu X L, An M L,Zhang J X. Drought characteristics in the shiyang river basin during the recent 50 years based on a
composite index. Acta Ecologica Sinica,2013,33(3):0975鄄0984.
基于综合气象干旱指数的石羊河流域
近 50 年气象干旱特征分析
张调风1,张摇 勃1,*,王有恒1,2,刘秀丽1,3,安美玲1,张建香1
(1. 西北师范大学地理与环境科学学院, 兰州摇 730070;2. 西北区域气候中心, 兰州摇 730020;
3. 忻州师范学院地理系, 忻州摇 034000)
摘要:借助数理统计理论和 GIS 空间分析技术,利用综合气象干旱指数( composite index, CI),根据石羊河流域 5 个气象站
1961—2010 年实测气象资料,对石羊河流域近 50a 的干旱在时空上的变化特征进行分析。 首先计算了各站历年逐日的 CI 指
数,统计近 50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度
和不同等级干旱发生的多年平均日数。 分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在
四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,
秋季极大值在武威。 (2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有 22 a、11a,冬季最少只有 4 a。 (3)石羊河
流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性。 (4)干旱发
生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响。 研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地
区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据。
关键词: 综合气象干旱指数(CI);干旱频率;干旱覆盖范围;石羊河流域
Drought characteristics in the shiyang river basin during the recent 50 years
based on a composite index
ZHANG Tiaofeng1, ZHANG Bo1,*, WANG Youheng1,2, LIU Xiuli1,3, AN Meiling1,ZHANG Jianxiang1
1 College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070,China
2 Northwest Regional Climate Center,Lanzhou ,LanZhou 730020,China
3 China Department of Geography, Xinzhou Teachers University, Shanxi Xinzhou 034000, China
Abstract: The Shiyang River Basin in Gansu Province is located in a semiarid area of northwestern China. In the context of
global warming, the intensity and frequency of the drought in the area have experienced significant changes, which brings
serious influences to agriculture in the area. The area of the drought in Shiyang River Basin was expanding in the past 50
years. So the drought has become one of the key and hot topics in climate change research, especially in a semiarid area of
northwestern China in recent year. , and it is necessary to choose a more effective method to analyze temporal and spatial
distribution of drought. Based on the observed data of 5 meteorological stations from 1962 to 2010, the method of a series of
mathematical statistic theory, GIS spatial analysis techniques and a composite index (CI) of the meteorological drought was
applied to analyze the temporal and spatial characteristics of the drought in the area. According to the national standard
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“Classification of Meteorological Drought冶 (GB / T20481—2006), CI was calculated by using the standard precipitation
index of the last 30 days (equivalent to monthly scale), the last 90 days ( equivalent to seasonal scale) and the relative
moisture index of the last 30 days. According to the day鄄to鄄day CI index, the drought process of the stations and the drought
events of different periods during the recent 50 years were calculated, and the occurrence frequency, coverage area
intensity, and annual mean days of the drought in each station were analyzed to reveal the temporal and spatial pattern of
meteorological droughts in the Shiyang River Basin. The results are as follows: (1)The seasonal occurrence frequencies of
the meteorological drought in the area generally decreased from north to south but it was also different. The highest
occurrence frequency was in summer, and the lowest was in winter; The minimum frequency in four seasons all occurred in
the Wushaoling Station. However, the maximum in spring, summer and winter was observed in the Minqin Station with
exception of the Wuwei Station in autumn. (2) The large鄄area drought in the Shiyang River Basin occurred mostly in
summer and autumn but the least one in winter during 1962—2010. Meanwhile, there are 22 years and 11years of drought
in summer and autumn, respectively,whereas there is 3 years in winter. (3) The drought days of different grades which was
negatively correlative with precipitation distribution reduced from north to south in general, and were higher in summer and
lower in winter in the Shiyang River Basin. (4) In the Shiyang River Basin, drought is mainly controlled by the Eastern
Asian Monsoon and Southwest Monsoon, while the runoff factors should also be considered. This study can reflecet the fact
and provide a reference for developing appropriate measures to reduce droughts in the Shiyang River Basin.
Key Words: composite index; the occurrence frequency of drought; the coverage area intensity of drought; Shiyang
River Basin
干旱是由于阶段性降水减少导致水资源短缺造成的现象[1鄄2]。 近年来,随着全球气候的变暖,在中国北
方干旱、半干旱地区干旱加重的同时,南方和东部多雨区干旱也在扩展和加重,频繁发生的旱灾已成为非常突
出的环境问题[3]。 石羊河属河西走廊内陆河流域之一,处于黄土、青藏、蒙新三大高原的交汇过渡带,是生态
和环境变化敏感的区域之一[4鄄5]。 特殊的地理条件和气候特征决定了石羊河流域是一个干旱频繁发生的地
区[6],下游民勤湖区北部地区已出现“罗布泊冶景象[7]。 该流域气候近几十年出现了显著变暖趋势,且其增温
速率明显大于全球增幅,并可能进一步变暖,同时,石羊河流域气温升高幅度大于降水上升幅度,而气温升高
会加快水分循环,加强下垫面和水体的蒸发,有利于干旱趋势发展[8鄄10]。 为此,及时深入探讨石羊河流域干旱
发生特征及其变异规律,可以减少干旱给人类和生态环境带来的影响,也可以为该流域水资源管理、防止植被
退化、土地荒漠化提供一定的参考意义。 干旱指数是监测、预警、评估干旱的关键参数。 《气象干旱等级》国
家标准中规定了相对湿润指数(moisture index, MI)、标准化降水指数(stantand precipitation index, SPI)和帕
默尔干旱指数( palmer drought severity index, PDSI)等单项气象干旱指数和综合气象干旱指数( composite
index, CI) [11]。 前人引用单项指标做了大量有意义的工作[12鄄13],但近几年一些学者引用 CI 指数对全国及江
苏省、河南省、辽宁省和安徽省等局部地区的干旱特征进行研究[14鄄19],结果表明综合气象干旱指数(CI)的优
势与单纯利用降水量的干旱指数比较具有较大的优越性。 本文将引入综合气象干旱指数(CI)作为评估干旱
的指标,揭示 1962—2010 年石羊河流域干旱覆盖范围、干旱频率和不同等级干旱强度持续时间等方面的时空
特征和变化趋势。 研究结果对及时调整区域农业等人工管理生态系统管理方式和实现农业的可持续发展具
有十分重要的意义。
1摇 研究区概况与研究方法
1. 1摇 研究区概况
石羊河流域(图 1)位于甘肃省河西走廊东部,祁连山北麓,东以乌鞘岭、毛毛山、老虎山与黄河流域为界,
西以大黄山鄄马营滩与黑河为界,介于 36毅29忆—39毅27忆N,101毅41忆—104毅16忆E之间,流域面积 4. 16伊104km2。 流
域行政区划包括武威市的古浪县、凉州区、民勤县全部及天祝县部分地区,金昌市以及张掖市肃南裕固族自治
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图 1摇 研究区位置
Fig. 1摇 Location of the study area
县[4,20]。 主要由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔
河、西营河、东大河、西大河等河流组成。 该流域地势南
高北低,南部为祁连山褶皱,中部为走廊凹陷,北部为阿
拉善台地及北山断块,属大陆性温带干旱气候,干旱少
雨、太阳辐射强、日照充足、温差大、蒸发强烈、降水少,
空气干燥。 流域上游年均气温低于 6益,年降水量
400—600mm,年蒸发量 700—1200mm;中游年均气温低
于 6—8益,年降水量 150—300mm,年蒸发量 1300—
2000mm;下游年均气温高于 8益, 年降水量小于
150mm,年蒸发量 2000—2600mm。 由于气候变暖、地表
能量的传输和水汽交换速率发生显著变化,造成地表能
量和水分的收支严重平衡,使干旱和土地沙漠化更加
严重[21]。
1. 2摇 资料来源
资料来源国家气象信息中心( http: / / www. nmic.
gov. cn / )石羊河流域乌鞘岭、古浪、武威和民勤 5 个气
象站点 1962—2010 年逐日常规观测数据,包括日降水(mm)、日平均气温(益)、10m 处风速(m / s)、日照时数
(h)和相对湿度(% )等资料。 文中所用空间化方法采用 ArcGIS9. 3 中空间分析模块的 Kring插值法实现了 CI
栅格数据的干旱区域面积提取和统计,空间分辨率为 3cm伊3cm,Kring 法基于对空间分布的数据线性最优、无
偏内插估计,是当前应用最为广泛、插值结果较为准确的插值方法之一[22]。
1. 3摇 研究方法
1. 3. 1摇 综合气象干旱指数计算方法
综合气象干旱指数的计算方法参考《气象干旱等级》国家标准(GB / T 20481—2006)中的规定,计算公
式为:
CI = aZ30 + bZ90 + cM30 (1)
式中, a为近 30d标准化降水系数,由达轻旱以上等级 Z30 的平均值除以历史出现最小 Z30 的值,平均取 0. 4;
b为近 90 d标准化降水系数,由达轻旱以上等级 Z90 的平均值除以历史出现最小 Z90 的值,平均取 0. 4;c为近
30d相对湿润指数,由达轻旱以上等级 M30 的平均值除以历史出现最小 M30 的值,取 0. 8;Z30、Z90 分别为近
30d和近 90d的标准化降水指数 SPI值;M30 为近 30d的相对湿润度指数 MI[13]。
标准化降水指数 SPI的计算如下:
在 McKee[23]等提出的标准化降水指数 SPI计算中,假设某一时段的降水量 x服从 酌分布,其 祝 分布的概
率密度函数为:
g(x) = 1
茁琢祝(琢)
x琢-1e -x / 茁 摇 摇 (x 逸0) (2)
祝(琢) = 乙
¥
0
x琢-1e -xdx (3)
式中, 琢为形状参数, 茁为尺度参数, 祝(琢 )是 gamma函数,将其计算得到累积概率密度函数 G(x),通过下式
对 G(x)进行转化:
H(x) = q + (1 - q)G(x) (4)
式中,q是降水序列中 0 值出现的频率。 并通过高斯函数将 H(x)标准化后得到最终的 SPI值, 琢 、 茁的估计方
法参照文献 14。
779摇 3 期 摇 摇 摇 张调风摇 等:基于综合气象干旱指数的石羊河流域近 50 年气象干旱特征分析 摇
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相对湿润指数 MI的计算如下:
MI =移P /移ETo (5)
式中,移ETo为近 30 d潜在蒸散发(mm),移P为近 30 d降水量(mm)。
根据联合国粮农组织推荐的基于 Penman鄄Monteith公式的参考蒸散发计算方法可以近似为潜在蒸散发的
估计,如下式:
ETo =
0. 408驻(Rs - G) + 酌 900
T + 273
U2(VPs - VP)
驻 + 酌(1 + 0. 34U2)
(6)
式中,ETo为参考蒸散发量(mm / d);Rs、G分别为净辐射和土壤热通量(MJ·m
-2·d-1)); 酌、驻 分别为干湿常数
与饱和水汽压曲线斜率(kPa / 益);U2 为 2 m处风速(m / s);VPs和 VP为饱和水汽压和实际水汽压(kPa)。 计
算过程用到的各项参数计算均采用前人推荐标准[24]。
利用(1)式滚动计算出逐日的综合气象干旱指数 CI,跟踪干旱发生过程[13]。 根据气象干旱等级(表 1)
对 CI值划分后进行干旱分析评估。
表 1摇 综合气象干旱指数(CI)的干旱等级划分
Table 1摇 Levels of the compound index of meteorological drought (CI)
等级 Levels 类型 Type 综合气象干旱指数composite index CI 等级 Levels 类型 Type
综合气象干旱指数
composite index CI
1 无旱 - 0. 6 < CI 2 轻旱 - 1. 2 < CI 臆- 0. 6
3 中旱 - 1. 8 < CI 臆- 1. 2 4 重旱 - 2. 4 < CI 臆- 1. 8
5 特旱 摇 摇 摇 摇 CI 臆- 2. 4
根据 CI值可以判断干旱过程及开始和结束日期,其中 CIC10 表示连续 10d CI 值,CIF1 表示第一个 CI 值,
CIP10 表示前 10d CI值,CIL1 表示最后一个 CI值。 具体见表 2。 干旱过程开始到结束期间的时间为干旱持续
时间。 当某一时段内至少出现 1 次干旱过程,并且累积干旱持续时间超过所评价时段的 1 / 4 时,则认为该时
段发生干旱事件,其干旱强度由时段内 CI值为轻旱以上的干旱等级之和确定[13]。 本文分别以年和季节作为
研究时段,季节定义为 1、2 月和上年的 12 月为冬季,3—5月为春季,6—8月为夏季,9—11 月为秋季。
表 2摇 干旱过程判断标准
Table 2摇 Standards of the drought processes
干旱过程 Drought Processes 标准 Standards
干旱发生 Drought Occurrence 0 < CIC10 臆- 1. 2 且 CIF1 臆- 0. 6 的日期为干旱开始日期
干旱发展 Drought Irresistance CIF1 - CIp10 < - 0. 6
干旱持续 Drought Persistence CIF1 - CIP10 < 0. 6
干旱缓解 Drought Remission CIF1 - CIP10 > 0. 6 且达不到干旱解除标准
干旱解除 Drought Rescission CIC10 > - 0. 6 且 CIL1 < - 0. 6 的日期为结束日期
1. 3. 2摇 干旱发生频率和覆盖百分率计算
利用公式(7)计算干旱发生频率
P = n
N
伊 100% (7)
式中,n为实际有干旱事件发生的日数,N为资料年代序列数,1961—2010 年共 50 a数据,但由于 CI指数的计
算是向后滚动的,带入资料计算所得的 CI 值是从 1962 年开始,所以 N取 49。 干旱覆盖百分率=每年有干旱
事件发生的站点数量 /总站点数[21],并将覆盖百分率超过 90%以上的干旱定义为大范围干旱。
879 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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2摇 结果与分析
2. 1摇 干旱的时间变化特征
摇 摇 春季,多年平均干旱覆盖范围为 47. 8% 。 近 50 年发生大范围干旱的年份有 9a,分别为 1965、1966、1971、
1973、1976、1999、2001、2002、2009 年。 研究区干旱以 20 世纪 70 年代最为严重,平均干旱覆盖百分率为
71% ,60 年代次之,平均干旱覆盖百分率为 55% ,80 年代、90 年代和 2000 年以来的平均干旱覆盖百分率分别
为 34% 、35%和 45% ,干旱还是较为严重(图 2)。
图 2摇 1962—2010 年四季干旱覆盖百分率
Fig. 2摇 Annual percentages of the drought covered area for the season in 1962—2010
夏季,多年平均干旱覆盖范围为 70% ,比其它季节都大(图 2)。 近 50 年中发生大范围干旱的年份有
22a,主要集中在 1976 年以前和 2000 年以后。 研究区干旱自 2000 年以后最为严重,平均干旱覆盖百分率为
84% ,20 世纪 60 年代次之,平均干旱覆盖百分率为 80% ,70 年代和 90 年代平均干旱覆盖百分率分别为 76%
和 66% ,80 年代最低,为 46% 。
秋季受前期夏季降水较多的影响(图 2),干旱范围明显减小,多年平均干旱覆盖范围不足 60% ,有 11a发
生了大范围干旱,阶段性变化不显著,各年代出现的年份在 1—3a 之间,20 世纪 80 年代多年干旱覆盖范围最
高,为 64% ,60 年代和 90 年代多年干旱覆盖范围分别为 58%和 54% ,而 70 年代和 2000 年以后多年干旱覆盖
范围不足 50% ,分别为 44%和 40% 。
冬季覆盖范围在各季节中最小(图 2),多年平均覆盖百分率为 37% ,其中发生大范围干旱的年份仅有 4
年,分别为 1965、1971、1984、1994 年。 20 世纪 80 年代的多年干旱覆盖范围达到 50% ,其余年代际的值都小
于 50% 。 对石羊河流域四季干旱覆盖百分率进行置信度水平 琢=0. 01 和 琢=0. 05 的 F显著性检验发现:四季
的线性变化趋势均不显著。
综合四季干旱出现年份可以看出,大范围干旱主要集中在 20 世纪的 60 年代和 2000 年以后。 其中 1965
年出现了春夏秋冬四季连旱;春夏连旱的年份有 1966、2001、2009 年;夏秋连旱的年份有 6 年,为 1962、1963、
1972、1991、1997、2010 年;1984 年为秋冬连旱。 20 世纪 80 年代中后期受西北地区蒙古高压反气旋环流增强
的影响,祁连山中段南风分量增强,水期增加,从而降水有所增加[25],同时,80 年代石羊河流域平均径流量增
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加最明显,90 年代减少最明显[26],对于本文研究的时段,80 年代该流域干旱覆盖范围而有所减小,90 年代以
来重大旱灾灾害事件发生频率呈现出快速增大趋势。 说明由于石羊河流域特殊的地理特征,干旱发生的规律
主要受气候系统异常变化和流域径流量双重影响。 本文得出的夏季多旱、冬季少旱的规律与前人研究的相关
结论一致[27]。 1965 年,流域发生持续干旱,干旱发生程度为 1961 年以来历史同期所罕见,属于异常干旱年
份;入秋后降水偏少,气温异常偏高,整个流域受旱面积 11. 33伊104hm2。 20 世纪 80 年代整个流域受旱面积基
本上小于 80伊104hm2,2008—2010 年整个流域受旱面积均在 100伊104hm2 以上,为近 10a中受旱面积最大的年
份。 可见,综合气象干旱指数在一定程度上能较好地反映实际干旱受灾情况,适用于该区域气象干旱监测和
评估工作。
2. 2摇 干旱的空间分布特征
干旱总体上是由水资源紧缺所造成,影响因素一般变化较快,甚至属于异常或突变。 而石羊河流域水资
源短缺是由降水稀少引起的水资源短缺,属于气候干旱型水资源短缺[28]。 降水量在时间和空间上均存在不
平衡性,加之地貌类型等因素的影响,如图 3 可见,近 50 年来石羊河流域的干旱发生的频率在空间和季节上
都有所差异。
图 3摇 1962—2010 年干旱发生频率分布
Fig. 3摇 Spatial distribution of drought occurrence frequencies in 1962—2010
石羊河流域的干旱频率,春、夏季的分布较为相似,呈现出明显的北高南低特征,低值中心在乌鞘岭地区,
而在北部低山丘陵区及荒漠区的民勤有一高值中心,但夏季出现干旱的频率(57. 15%—83. 6% )远大于春季
(28. 58%—69. 39% )。 秋季的干旱频率高于冬季、低于夏季,发生频率高值中心转移到中游地区的武威一
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带,干旱频率为 28. 57%—65. 31% 。 冬季发生频率为 26. 53%—48. 97% ,比其他任何季节都低,干旱分布特
征与春夏季相似,不同的是低值中心转移到古浪地区(图 3)。
为了更深的分析石羊河流域干旱的分布规律,统计了各季节中旱和重特旱出现的多年平均天数。 由图 4
可见,春季,民勤一带发生中旱的多年平均天数最多为 23d,乌鞘岭一带最少为 7d,夏季全流域的多年平均天
数较多,除过乌鞘岭一带为 8d,其余地区的多年平均天数大于 10d;秋季武威和民勤地区的天数最多为 18d,
乌鞘岭一带为 7d;由图 4 可见,春、秋季,上游和中游地区民勤—武威一带多年重特旱平均天数大于 10d,下游
乌鞘岭地区小于 7d,夏季,民勤一带多年平均天数高达 26d,武威次之,达到 22d,而永昌地区多年平均天数最
少为 12d。 从季节上来看,夏季出现干旱的多年平均天数最多,重特旱天数大于中旱的天数;从地域上看,从
上游到下游多年各等级干旱多年平均天数依次减少。
图 4摇 各季节中旱、重特旱年均干旱日数分布
Fig. 4摇 Yearly average distribution of moderate drought、severe and extreme drought in different season from 1962 to 2010
根据石羊河流域农业种植结构, 近年流域主要作物有春小麦、玉米、棉花等, 水热条件的季节性差异使
作物生长期表现出较强的季节性规律[29]。 春季至秋季是当地作物生长成熟期和麦田的收墒期,同时也是水
库、水窖的蓄水期,地面蒸发和作物蒸腾比较旺盛,作物对水分需求也相对较多,该阶段发生的干旱将直接影
响到作物的生长状况和产量。 根据对石羊河流域近 50 年的干旱演变形势分析,近 50 年来夏季干旱覆盖范围
和干旱频率均处于年内最严重水平。 因此, 农业生产中对夏旱必须给予最充分的重视和对待。 同时, 也要
密切注意对秋旱的实时监测,秋旱不但影响到当年的粮食产量,而且造成农田土壤水分储存量减少,地下水位
下降,可能引起来年的春旱,而将影响到春播生产等。 农业生产部门在指导干旱防控时,大力研究节水型种植
结构、调亏灌溉、免耕覆盖种植、设施农业等适应干暖气候条件下的高效节水农业调控体系[30]。 另外,根据资
料分析,流入民勤县境内水量已由 20 世纪 50 年代的 4. 6伊108m3 较少到 90 年代的 1. 5伊108m3;1988 年石羊河
流域积雪面积为 430. 5km2,2005 年面积减少为 305. 0 km2,减少了约 30%左右,上中游农业灌溉用水量、工业
用水量、生活用水量等不断增加,进而影响进入下游的径流量[31]。 鉴于上中游已有较好的灌溉条件,而下游
灌溉条件相对较差且干旱较为严重,应适当加快农业节水技术的推广和转化,以土壤水分的调控为中心,在下
游充分利用当前灌溉设施的基础上,进一步加强中、小型水库等水利配套设施建设,做好夏季和秋季水库储水
工作,同时,政府等相关部门应采取相应措施调控上中游地区对水资源的过度开采,从而实现石羊河水资源的
可持续发展,从整体上提高流域的防旱水平。
4摇 结论
通过各站历年逐日 CI值的计算,揭示了石羊河流域近 50 年来干旱发生频率、覆盖范围、以及不同等级干
189摇 3 期 摇 摇 摇 张调风摇 等:基于综合气象干旱指数的石羊河流域近 50 年气象干旱特征分析 摇
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旱多年平均天数,研究得到以下结论:
在季节变化上,主要受到东亚季风和西南季风的影响,夏季干旱发生频率最高,最高值达到 84% ,中旱和
重特旱多年平均日数最多,均大于 13d;春秋季相似,介于 29%—70%之间,中旱和重特旱多年平均日数介于
10—13d之间;冬季频率最低,为 27%—43% 。 春、夏、冬季干旱发生频率高值区主要集中在流域下游民勤一
带,秋季主要集中在武威一带,四季低值中心在上游乌鞘岭一带。
在年代际变化方面, 由于受到气候系统异常变化和流域径流量的双重作用,春季干旱以 20 世纪 70 年代
最为严重, 平均干旱覆盖百分率为 71% ,大范围干旱年份有 9a;夏旱以 2000 年以来最严重, 平均干旱覆盖百
分率 70% ,大范围干旱年份有 22a;秋季干旱以 80 年代最为严重, 平均干旱覆盖百分率不足 60% ,大范围干
旱年份有 11a;冬季干旱以 80 年代最为严重, 平均干旱覆盖百分率达到 50% ,大范围干旱年份仅有 4a。 与灾
情统计资料具有较好的一致性,能在一定程度上反映实际的受旱情况。
根据石羊河流域近 50 年干旱时空分布特征,当地农业生产部分应充分重视春季到秋季的干旱, 尤其是
夏旱的发生情况, 合理调控上游地区人类对水资源的过度开发,加强和改进下游地区农田的灌溉系统, 从而
实现流域水资源的可持续发展。 虽然综合气象干旱指数 CI 同时考虑了降水和蒸发能力因子,与单纯利用降
水量的干旱指数比较具有较大的优越性,蒸发能力的计算也比较简便,滚动计算后能较好地反映干旱的发生、
发展、缓解和结束过程,但以天为时间单位进行计算,没有考虑干旱跨季度发生的延续性,同时也未考虑当地
土壤墒情、灌溉、耕作、社会经济等因素,因此不能完全反应实际干旱对当地农业生产、人民生活的影响。 但
是, 本文得到该流域干旱长期变化趋势与前人根据降水量和其他干旱指数变化分析获得的结果基本相
近[32鄄33],说明上述结论具有比较高的可信度。 综合气象干旱指数可以用于该典型区域气象干旱监测业务和
干旱变化研究。 本文分析得出结果也可作为相关部门制定减缓和适应干旱灾害的科学依据。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 3 February,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Ecosystem Service Simulation and Management
Securing Natural Capital and Human Well鄄Being: Innovation and Impact in China
Gretchen C. Daily, Ouyang Zhiyun, Zheng Hua, et al (677)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Establishment of ecological compensation mechanisms in China: perspectives and strategies
OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, YUE Ping (686)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Regional cooperation mechanism and sustainable livelihoods: a case study on paddy land conversion program (PLCP)
LIANG Yicheng,LIU Gang, MA Dongchun, et al (693)
………………
……………………………………………………………………………
Progress and perspectives of ecosystem services management ZHENG Hua,LI Yifeng,OUYANG Zhiyun,et al (702)…………………
Ecosystem services valuation and its regulation in Baiyangdian baisn: Based on InVEST model
BAI Yang, ZHENG Hua, ZHUANG Changwei,et al (711)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Identification of hotspots for biodiversity conservation in the Wenchuan earthquake鄄hit area
XU Pei, WANG Yukuan, YANG Jinfeng, et al (718)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of land use change on ecosystem services: a case study in Miyun reservoir watershed
LI Yifeng,LUO Yuechu,LIU Gang,et al (726)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Impacts of forest eco鄄benefit tax on industry price levels in Shaanxi Province, China LI Jie, LIU Zhengnan,HAN Xiuhua (737)……
Spatial characteristics of soil conservation service and its impact factors in Hainan Island
RAO Enming, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, et al (746)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Perception and attitudes of local people concerning ecosystem services of culturally protected forests
GAO Hong, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (756)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Standard of payments for ecosystem services in Sanjiangyuan Natural Reserve LI Yifeng, LUO Yuzhu, ZHENG Hua, et al (764)…
Natural landscape valuation of Wulingyuan Scenic Area in Zhangjiajie City
CHENG Cheng, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, et al (771)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Satellite鄄based monitoring and appraising vegetation growth in national key regions of ecological protection
HOU Peng, WANG Qiao, FANG Zhi, et al (780)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial Pattern of Water Retetnion in Dujiangyan County FU Bin, XU Pei, WANG Yukuan, et al (789)……………………………
Spatial distribution of carbon storage function and seismic damage in wenchuan earthquake stricken areas
PENG Yi,WANG Yukuan,FU Bin,et al (798)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Frontiers and Comprehensive Review
The Porter Hypothesis: a literature review on the relationship between eco鄄innovation and environmental regulation
DONG Ying, SHI Lei (809)
…………………
…………………………………………………………………………………………………………
Ecological protection and well鄄being LI Huimei,ZHANG Anlu (825)……………………………………………………………………
An overview of the updated classification system and species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi
WANG Yutao, XIN Guorong, LI Shaoshan (834)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Evaporation paradox in the northern and southern regions of the Qinling Mountains
JIANG Chong, WANG Fei, LIU Sijie, et al (844)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
The diet composition and trophic niche of main herbivores in the Inner Mongolia Desert steppe
LIU Guihe, WANG Guojie,WANG Shiping, et al (856)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Abstraction and analysis of vegetation information based on object鄄oriented and spectra features
CUI Yijiao, ZHU Lin,ZHAO Lijuan (867)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hyperspectral estimation models for photosynthetic pigment contents in leaves of Eucalyptus
ZHANG Yonghe,CHEN Wenhui,GUO Qiaoying,et al (876)
…………………………………………
………………………………………………………………………
Response of photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of Pterocarya stenoptera seedlings to submergence and
drought alternation WANG Zhenxia,WEI Hong,L譈 Qian,et al (888)……………………………………………………………
Effect of flooding stress on growth and photosynthesis characteristics of Salix integra
ZHAO Hongfei, ZHAO Yang, ZHANG Chi, et al ( 898 )
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Water consumption of pear jujube trees (Ziziphus jujuba Mill. ) and its correlation with trunk diameter during flowering and fruit
development periods ZHANG Linlin, WANG Youke, HAN Lixin, et al ( 907 )…………………………………………………
Estimation of nitrogen nutrient index on SPAD value of top leaves in wheat
ZHAO Ben, YAO Xia, TIAN Yongchao, et al ( 916 )
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Carbon and nitrogen storage under different plantations in subtropical south China
WANG Weixia, SHI Zuomin, LUO Da, et al ( 925 )
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Impact on water and soil conservation of different bandwidths in low鄄efficiency cypress forest transformation
LI Yanqiong, GONG Gutang, ZHENG Shaowei, et al ( 934 )
…………………………
………………………………………………………………………
Seasonal changes of phytoplankton community structure in Jinshuitan Reservoir, Zhejiang, China
ZHANG Hua, HU Hongjun , CHAO Aimin, et al ( 944 )
……………………………………
…………………………………………………………………………
Winter carrying capacity and the optimum population density of wild boar in fenghuang Mountains National Nature Reserve
of Heilongjiang Province MENG Gentong, ZHANG Minghai,ZHOU Shaochun ( 957 )……………………………………………
Diversity of ground鄄dwelling spider community in different restoring times of post鄄fire forest, Cangshan Mountain, Yunnan Province
MA Yanyan,LI Qiao,FENG Ping,et al ( 964 )………………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Drought characteristics in the shiyang river basin during the recent 50 years based on a composite index
ZHANG Tiaofeng, ZHANG Bo, WANG Youheng, et al ( 975 )
……………………………
……………………………………………………………………
Land use spatial distribution modeling based on CLUE鄄S model in the Huangshui River Basin
FENG Shichao,GAO Xiaohong,GU Juan,et al ( 985 )
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Research Notes
Patterns of terrestrial anthropogenic impacts on coastal wetlands in three city clusters in China WANG Yijie, YU Shen ( 998 )……
Eutrophication development and its key affected factors in the Yanghe Reservoir WANG Liping, ZHENG Binghui (1011)……………
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 3 期摇 (2013 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 3 (February, 2013)
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