有效降水干旱指数WAP研究综述

摘 要：总结了近年来从WAP的提出，到运用WAP指数具体研究分析长江流域及以南地区的干旱气候特征，以及将WAP非等权重思想应用到综合气象干旱指数Ic中，修正Ic得到的改进指数Icw，和近期发展了改进的WAP指数：IWAP的内容。

关键词：有效降水；干旱指数；WAP；研究综述

1 概述

干旱是全球普遍发生的自然灾害，是影响最为严重、受灾面积和影响范围最为广泛的自然灾害之一。我国地域广博，地形复杂，一直以来都是受气象灾害最严重的国家之一，干旱灾害的发生对国家经济的发展和人民生活水平的提高产生了严重的影响。重大干旱灾害所引起的水资源匮乏、粮食危机、生态恶化（如荒漠化等），直接威胁到国家的长期粮食安全和社会稳定[1]。

2 WAP的提出、应用及改进

2.1 WAP的提出

2009年Lu[2]提出了加权平均降水量（WAP）的概念，它只基于降水量这一单一要素，同时考虑前期降水量、蒸散量、土壤水分供给、径流和表层水分损失的过程。能表征其过程的简单物理模型可表达为式子：

①

其中，t为0时表示现在的时间状态，f（t）表示当前的旱涝强度，P（t）表示降水量，-bf（t）表示由于前期土壤蒸散、径流、下渗等过程对旱涝强度的影响。

由①积分后化简，运用加权平均的思想，得到WAP指数可化为：

②

N表示前期降水的时效。由②式可以看出，SPI和当前降水量P0可以看成是参数 取两个极端值的WAP指数，即：当 趋于0时，当前的旱涝强度WAP值就变成当前的降水量P0；当 趋向于1时，WAP值就相当于当前降水和前期降水进行简单平均的SPI值，不同长度的前期降水时效天数N就对应于不同的SPI时间尺度。

③式中WAP的表达可进一步化为：

③

其中，权重系数 由于an+1=ac《1，能被简单表示成：wn=（1-a）an。

WAP指数是用来监测某个地区的相对旱涝程度，研究其旱涝程度的时间变化。对于某个地区的旱涝季节性变化，它的旱涝开始、持续和结束时间都能被观测出来。

最后，在计算WAP时，Lu建议取a=0.9，N=44，此时截断误差为0.01。最终④式可确定为：

④

该计算公式累加了前期44d的降水量情况对于当天WAP值得贡献，可以很好地表征某段时期内累计降水量甚至土壤含水量的情况。

2.2 WAP的应用

2.2.1 利用WAP指数对长江流域及其以南地区的干旱研究

2010年梁成、申双和，根据长江流域及其以南地区194站的1958-2007年共50a的逐日降水资料，利用WAP指数对该区域干旱的主要特征进行综合分析。对个季节WAP指数的多年平均分布特征、WAP指数的长期变化趋势、区域平均的WAP指数变化特征等空间分布特征进行分析，并对基于WAP指数的干旱时间变化特征进行分析。

2.2.2 将WAP非等权重思想应用到综合干旱指数Ic中并对其进行修正

2011年赵海燕，高歌等在加权平均降水量WAP改进标准化降水指数的基础上，对综合气象干旱指数Ic进行了修正，定义为ICW，并运用于西南地区，分析了修正后的改进效果。

单站逐日滚动干旱监测指标综合气象干旱指数Ic是由近30天标准化降水指数Z30、近30天相对湿润指数M30、近90天标准化降水指数Z90综合而得的，即：

⑤

修正得到的ICW指数则用Z65代替Z30和Z90，即：

⑥

式中，Z65为标准化后的WAP。假设逐日WAP是随机变量，由于WAP的分布一般不是正态分布，而是一种偏态分布，所以标准化后的WAP（Z65）参考标准化降水指数的做法，在计算出WAP的？祝分布概率后，再进行正态标准化处理。所以ICW吸取了Ic和WAP各自的有点。

通过对比修正指数前后的结果，分析得出修正前后的综合气象干旱指数在多年干旱频率和年干旱强度两方面没有显著的差异，但运用WAP改进而成的ICW指数减少了干旱发展过程中的不连续加重现象，且与同期土壤湿度有更好的相关性，即ICW比Ic更接近实践干旱的演变规律，ICW比Ic更适合在西南地区实时干旱监测业务中使用，但其他地区的使用性还有待进一步考究。

2.3 WAP的改进

2013年赵一磊，任福民等基于WAP，从两个方面对其进行改进：确定WAP指数中的两个参数以及去除区域性和季节性差异，从而发展了改进的IWAP。相比于多因素气象干旱指数Ci和单因素气象干旱指数Pa，新发展IWAP指数总体上表现出良好的特性：IWAP计算方法更简洁， 物理意义更明确。考虑到它基于单一降水因子特性， 使该指数不仅便于业务应用， 而且在研究中特别是在现有气候模式输出要素有限的情况下对干旱的模拟和预估方面有明显的优势。

3 结束语

本文总结了WAP干旱指数从提出至利用该指数研究分析某个特定区域的干旱气候特征。目前，对于WAP研究的论文较少，对于WAP指数在未来的研究应用还需不断的发展和改进。

利用WAP指数，已对长江流域及其以南地区的气候干旱特征进行了分析，初步揭示了该区域50年来的降水特征及干旱发生的规律。但是对于华北江淮流域、西北和东北地区的气候干旱特征还未进行研究，可以作为下一步的研究工作。

参考文献

[1]王劲松，郭江勇，周跃武，等.干旱指标研究的进展与展望[J].干旱区地理，2007，30（1）：60-65.

[2]Lu E.Determining the start，duration，and strength of flood and drought with daily precipitation：Rationale，Geophysical Research Letters，36，L12707，doi：1.1029/2009GL03881.