多时间尺度气象干旱指数在内蒙古典型草原的适应性研究

第３９卷　第２期２０２１年４月

干　旱　气　象

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ

Ｖｏｌ．３９　Ｎｏ．２

Ａｐｒｉｌ

，２０２１武荣盛，侯　琼，杨玉辉，等．多时间尺度气象干旱指数在内蒙古典型草原的适应性研究［Ｊ］．干旱气象，２０２１，３９（２）：１７７－１８４，［ＷＵＲｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＨＯＵＱｉｏｎｇ，ＹＡＮＧＹｕｈｕｉ，ｅｔａｌ．ＡｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＭｕｌｔｉ－ｔｉｍｅ－ｓｃａｌｅｓＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＤｒｏｕｇｈｔＩｎｄｅｘｅｓｉｎＴｙｐｉｃａｌＳｔｅｐｐｅｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，２０２１，３９（２）：１７７－１８４］，ＤＯＩ：１０．１１７５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７６３９（２０２１）－０２－０１７７

多时间尺度气象干旱指数在内蒙古

典型草原的适应性研究

武荣盛１，侯　琼１，杨玉辉２，冯旭宇１，李　彬１，郑凤杰３

（１．内蒙古自治区生态与农业气象中心，内蒙古　呼和浩特　０１００５１；

２．内蒙古自治区兴安盟气象局，内蒙古　乌兰浩特　１３７４００；

３．内蒙古自治区气象灾害监测预警与人工影响天气中心，内蒙古　呼和浩特　０１００５１）

摘　要：利用１９８１—２０１５年内蒙古典型草原牧草观测站土壤水分和气象观测资料，对比分析不同时间尺度气象干旱指数与各季节０～２０、０～５０、０～１００ｃｍ深度土壤相对湿度的相关性，探究多时间尺度气象干旱指数在典型草原干旱监测中的适用性，并基于多元回归分析构建各站点不同季节土壤相对湿度的预测模型。结果表明：春、夏、秋三季，内蒙古典型草原０～２０ｃｍ土壤相对湿度均主要受前２个月水分盈亏的影响，而０～５０ｃｍ和０～１００ｃｍ的土壤相对湿度不同季节受影响的时间尺度不同。其中，春季０～５０ｃｍ和０～１００ｃｍ的土壤墒情受年尺度降水影响最显著；夏季，０～５０ｃｍ土壤墒情与前２个月内大气水分平衡状况相关性最高，而０～１００ｃｍ土壤干旱则主要受前２～６个月尺度降水亏缺影响最明显；秋季，０～５０ｃｍ土壤相对湿度受前３～６个月尺度降水异常影响最显著，而０～１００ｃｍ土壤相对湿度则与前３个月尺度的降水和蒸散间的平衡状况关系最密切，且前６个月以上尺度的气象干旱也存在明显影响。Ｃ

Ｉ、ＭＣＩ和ＰＤＳＩ因考虑大气水分长期亏缺和近期亏缺的综合效应，与各季节不同深度土壤相对湿度的相关性总体高于其他气象干旱指数。基于前期气象干旱指数构建的土壤相对湿度预报模型能够较好地拟合典型草原土壤水分的变化，为当地牧草干旱监测和预警提供一定参考。

关键词：多时间尺度；气象干旱指数；典型草原；土壤相对湿度

文章编号：１００６－７６３９（２０２１）０２－０１７７－０８　ＤＯＩ：１０．１１７５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７６３９（２０２１）－０２－０１７７中图分类号：Ｐ４２６．６１６　文献标志码：Ａ

收稿日期：２０２０－０５－０８；改回日期：２０２０－０６－２５基金项目：内蒙古科技计划项目（２０２０ＧＧ０１１７）、内蒙古科技计划项目（２０１９ＧＧ０１６）、内蒙古科技重大专项（２０２０ＺＤ０００５－０１０３）、国

家重点研发计划项目（２０１８ＹＦＣ１５０６６０６）、内蒙古科技创新引导项目（ＫＣＢＪ２０１８０６５）、公益性行业（气象）科研重大专项（ＧＹＨＹ２０１５０６００１－１９）以及内蒙古气象局科技创新项目（ｎｍｑｘｋｊｃｘ２０２００７）共同资助

作者简介：武荣盛（１９８４—），男，硕士，高级工程师，研究方向为生态与农业气象．Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｏｃｋｙ＿ｗｒｓ＠１６３．ｃｏｍ。

引　言如何起诉离婚

干旱是我国最主要且分布最广泛的气象灾害之一，具有季节性、区域性、持续性等特征，不仅对农牧业生产造成巨大损失，还导致荒漠化加剧、水资源短缺等诸多负面影响

［１－４］

。内蒙古典型草原地处我国

北方干旱半干旱区域，是欧亚大陆温带草原中最具

代表性且对全球气候变化响应较为敏感的地带［５］

，

水分是限制当地牧草生长的主要因子，降水少且时空差异大引发的草原干旱是该区域影响最严重、最广泛的气象灾害，已成为制约内蒙古畜牧业可持续

发展的主要因素。因此，在全球气候变化背景下，在内蒙古典型草原区开展多种气象干旱指标的适用性研究对畜牧业可持续发展和防灾减灾具有重要意义。

牧业干旱是牧草生长季内因大气水分亏缺而造成的土壤不同程度失墒、牧草生长受限，最终导致减产甚至绝收的自然现象。作为最主要的牧业干旱监测指标，土壤湿度数据目前在我国主要来源于土壤水分自动监测和人工观测相结合，虽然时效性和空间代表性较之前有大幅提高，但随着牧业气象服务对时空分辨率需求的不断提高，土壤水分观测站在

偏远地区仍较稀少，很难满足牧业干旱监测的需要。因此，基于陆面过程模式、卫星遥感反演、土壤水分平衡模型及经验统计模型等模拟土壤湿度信息成为

获取土壤水分的重要途径［６－１５］。土壤水分主要受

气温、降水等气象要素的影响，气象干旱是引起土壤

水分亏缺，造成牧业干旱的关键因素［１６－１８］

，故而可

通过气象干旱指数来表征土壤水分。气象干旱指数的计算是基于常规气象站观测资料，气象站的分布数量远多于土壤水分监测站，且数据质量和传输稳定性也远高于土壤水分观测站，因此，探究气象干旱指数与土壤相对湿度的关系统计模型也是获取土壤湿度信息的重要手段。研究表明，不同季节不同区域前期气象干旱对后期土壤相对湿度的影响不尽相同，同一气象干旱指数在不同地区的适用性以及

不同气象干旱指数在同一地区的适用性也存在差异

［１９－２１］

。目前，大多数研究仅关注气象干旱对浅层

土壤（

０～２０ｃｍ）的影响，而内蒙古干旱半干旱区典型草原的根系发达，深层土壤水分对牧草生长也有重要影响。鉴于此，本文利用内蒙古典型草原牧草观测站土壤水分和气象观测资料，通过土壤相对湿度与前期气象干旱指数的相关分析，探讨不同时间尺度气象干旱指数对各季节不同深度土壤水分的影响，在此基础上构建基于气象干旱指数的土壤相对湿度预测模型，有助于进一步理解牧草干旱致灾过程和机理，以及气象干旱与牧业干旱的阶段阈值和相互关系，以期提升内蒙古典型草原干旱监测预测水平。

１　资料和方法

１．１　研究区域概况

内蒙古典型草原主要分布在锡林郭勒和呼伦贝尔的波状平原、乌兰察布高原及燕山丘陵的部分地区［

图１，内蒙古行政边界是基于内蒙古自治区标准地图服务网站下载的审图号为蒙Ｓ（２０１７）０２８的标准地图制作，底图无修改］，优势植物以羊草（

Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）、贝加尔针茅（Ｓｔｉｐａｂａｉｃａｌｅｎｓｉｓ）、大针茅（

Ｓｔｉｐａｇｒａｎｄｉｓ）、冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎｃｒｉｓｔａｔｕｍ）、冷蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｆｒｉｇｉｄａ）为主。该区域属干旱半干旱气候，平均年降水量在２５０～４５０ｍｍ之间，呈现由西北向东南递增的分布特征，降水主要集中在夏季（占年降水量的６６．１％），春、秋两季降水较少，为较明显的干季；年平均气温为－０．９～４．３℃，呈现由西南向东北递减的分布特征，夏季炎热而短

促，冬季寒冷而漫长［２２］

。

１．２　资　料

选择察右后旗、镶黄旗、锡林浩特和鄂温克４个牧业气象观测站作为内蒙古典型草原的代表站点（图１）。所用资料：上述４个站点１９８１—２０１５年气温、降水、风速、日照时数、相对湿度等逐

日气象观测资料和同期４

—１０月逢８（８日、１８日和２８日）观测的土壤重量含水率及土壤物理参数。利用土壤重量含水率观测资料，结合不同深度土壤容重、田间持水量等物理参数，计算土壤相对湿度。其中，察右后旗和镶黄旗站的土壤测量深度为０～５０ｃｍ，锡林浩特和鄂温克站的测量深度为０～１００ｃｍ

。

图１　内蒙古典型草原和牧业气象观测站点分布

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｙｐｉｃａｌｓｔｅｐｐｅａｎｄａｎｉｍａｌｈｕｓｂａｎｄｒｙ

ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ

８

７１干旱气象

３９卷　

１．３　气象干旱指数

选取业务中常用的气象干旱指数来表征气象干旱，包括降水距平百分率（Ｐａ）、相对湿润度指数（ＭＩ）、标准化降水指数（ＳＰＩ）、标准化权重降水指数（

ＳＰＩＷ）、帕默尔干旱指数（ＰＤＳＩ）、气象干旱综合指数（ＣＩ）、修订后的气象干旱综合指数（ＭＣＩ）［２３］

。

（

１）降水距平百分率降水距平百分率（Ｐａ

）是表征某时段降水量与常年值相比偏多或偏少的指标之一，能够反映牧草生育期内降水异常引起的干旱，其计算公式如下：

Ｐａ＝Ｐ－珔Ｐ

珔Ｐ

×１００％（１）式中：Ｐ（ｍｍ）为某时段降水量；珔Ｐ（ｍｍ）为同期常年（１９８１—２０１０年）平均降水量。

（２）相对湿润度指数

相对湿润度指数（ＭＩ）是表征某时段降水量与蒸散量之间平衡状况的指标之一，其计算公式如下：

ＭＩ＝

Ｐ－ＰＥＰＥ

×１００％（２）

式中：Ｐ（ｍｍ）为某时段降水量；ＰＥ（ｍｍ）为某时段潜在蒸散量，可采用ＦＡＯ的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式

［２３］

计算获得。

（３）标准化降水指数

标准化降水指数（ＳＰＩ）是用于表征某时段降水量出现概率的指标，在计算降水量的Г分布概率后

进行正态标准化处理，然后用标准化降水累积频率分布进行干旱等级划分，可由下式求得

［２１］

：

ＳＰＩ＝Ｓｔ－（ｃ１＋ｃ２ｔ）ｔ＋ｃ０

１＋ｄ１ｔ＋ｄ２ｔ２＋ｄ３ｔ３×１００％（３）

其中：

ｔ＝ｌｎ１

Ｇ（ｘ）

槡

２

式中：Ｇ（ｘ）为Г函数的降水分布概率；ｘ为降水量；Ｓ为概率密度正负系数；ｃ０、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２、ｄ３为Г分布函数转换为累积频率时，其求解公式中的计算参数，ｃ０＝２．５１５５１７、ｃ１＝０．８０２８５３、ｃ２＝０．０１０３２８；ｄ１＝１．４３２７８８、ｄ２＝０．１８９２６９、ｄ３＝

０．００１３０８。（４）标准化权重降水指数

权重累积降水指数（ＷＡＰ）是根据前期降水对后期旱涝的影响呈指数衰减的理念提出的，而标准化权重降水指数（ＳＰＩＷ）是对ＷＡＰ进行标准化处理后的气象干旱指数。

ＷＡＰ的计算公式［２３］如下：

ＷＡＰ＝∑Ｎ

ｎ＝０

ａｎＰｎ

（４）

式中：ｎ（ｄ）为前期降水距离当前日的天数；Ｐｎ

（ｍｍ）为距离当天前第ｎ天的日降水量；ａ为贡献参数，当Ｎ为６０ｄ时，ａ取０．８５，则（４）式可表示如下：

ＷＡＰ＝∑６０

ｎ＝０

０．８５ｎ

Ｐｎ

（５）

（５）帕默尔干旱指数

帕默尔干旱指数（ＰＤＳＩ）是基于土壤水分平衡原理建立的，可以表征某时段内某地实际水分供应持续少于当地气候适宜水分供应的水分亏缺。该指数经标准化处理，其值一般在－６～６之间，用于比较不同时间、不同地区的土壤湿度情况。其计算公式详见国家标准《气象干旱等级》（ＧＢ／Ｔ２０４８１—

２０１７）［２３］

潘阳的丈夫石磊。

（６）气象干旱综合指数

气象干旱综合指数（ＣＩ）是利用月尺度（３０ｄ）和季尺度（９０ｄ）标准化降水指数，以及月尺度相对湿润度指数加权求得，该指标适合实时气象干旱监测和历史同期气象干旱评估。计算公式如下：

ＣＩ＝ａＳＰＩ３０＋ｂＳＰＩ９０＋ｃＭＩ３０

（６）

式中：ＳＰＩ３０、ＳＰＩ９０分别为近３０、９０ｄ的标准化降水指数；ＭＩ３０为近３０ｄ相对湿润度指数；ａ、ｂ、ｃ为权重系数，分别取０．４、０．４、０．８。

（７）修订后的气象干旱综合指数

修订后的气象干旱综合指数（ＭＣＩ），适用于作物生长季逐日气象干旱监测和评估。计算公式如下：

ＭＣＩ＝ａＳＰＩＷ６０＋ｂＭＩ３０＋ｃＳＰＩ９０＋ｄＳＰＩ１５０

（７）

式中：ＳＰＩＷ６０为近６０ｄ标准化权重降水指数；ＭＩ３０为近３０ｄ相对湿润度指数；ＳＰＩ９０、ＳＰＩ１５０分别为近９０、１５０ｄ标准化降水指数；ａ、ｂ、ｃ、ｄ为各项指数的权重系数，北方冬、春季一般取０．２、０．２、０．３、０．４，夏、秋季一般取０．３、０．４、０．３、０．２。１．４　分析方法

采用Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数（双侧检验）分析内蒙古典型草原区１９８１—２０１５年不同深度土壤相对湿度与多时间尺度气象干旱指数的相关性。其中，气象干旱指数包括前３０ｄ、前６０ｄ、前９０ｄ、前１２０ｄ、前１５０ｄ、前１８０ｄ、前３６０ｄ的降水距平百分率Ｐａ３０、Ｐａ６０、Ｐａ９０、Ｐａ１２０、Ｐａ１５０、Ｐａ１８０、Ｐａ３６０，前３０ｄ、前６０ｄ、前９０ｄ、前１２０ｄ、前１５０ｄ的相对湿润度指数ＭＩ３０、ＭＩ６０、ＭＩ９０、ＭＩ１２０、ＭＩ１５０，前６０ｄ的标准化权重降水指数ＳＰＩＷ６０，以及帕默尔干旱指数ＰＤＳＩ、气象干旱综合指数ＣＩ、修订后的气象干旱综合指数ＭＣＩ；土壤深度为０～２０、０～５０、０～１００ｃｍ。

利用平均绝对估计偏差（ＡＤ）评定土壤相对湿度预报模型的拟合效果，计算公式如下：

９

７１　第２期武荣盛等：多时间尺度气象干旱指数在内蒙古典型草原的适应性研究

ＡＤ＝１

ｎ∑ｎ

ｉ＝１

｜Ｐｉ－Ｍｉ｜（８）

式中：Ｐｉ和Ｍｉ（％）分别表示土壤相对湿度预测值和观测值；

ｎ为样本容量。偏差反映预测值距观测值的偏离程度，ＡＤ越接近０，两组数据的吻合度越高，模型预测效果越好。

２　结果与分析

２．１　不同季节气象干旱指数与土壤相对湿度的相关性

根据内蒙古典型草原的季节变化和气候特点，春、夏、秋季分别为４—５月、６—８月、９—１０月。分别

计算各站１９８１—２０１５年上述三季节不同深度土壤相对湿度与前期不同时间尺度气象干旱指数

的相关系数（显著性检验为α＝０．０５和α＝０．０１水平的双侧检验），并将４个站点的相关系数求平均，结果见表１。２．１．１　春季

从表１看出，

内蒙古典型草原春季０～２０ｃｍ土壤相对湿度与ＳＰＩＷ６０、Ｐａ３０、ＳＰＩ３０的相关性较高，相关系数分别为０．４４９、０．４３８和０．４３５（Ｐ＜０．０１），表明典型草原春季土壤墒情主要受前２个月的降水影响。入冬至次年３月，典型草原累计降水量平均仅１８．９ｍｍ，占全年降水总量的６．４％；４月开始降水逐渐增加，４、５月降水量分别为１１．０和２４．９ｍｍ，

表１　内蒙古典型草原各季节不同深度土壤相对湿度与气象干旱指数的相关系数Ｔａｂ．１　ＴｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓａｎｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｄｒｏｕｇｈｔｉｎｄｅｘｅｓｉｎｔｈｒｅｅｓｅａｓｏｎｓｉｎｔｙｐｉｃａｌｓｔｅｐｐｅｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ

气象干旱指数春季

０～２０ｃｍ０～５０ｃｍ０～１００ｃｍ

夏季

０～２０ｃｍ０～５０ｃｍ０～１００ｃｍ

猥秋季

０～２０ｃｍ０～５０ｃｍ０～１００ｃｍ

ＣＩ０．４３２

０．２８５

０．２９５

０．７２９

０．７５６

０．７３９

０．６８７

０．６９０

０．６８５

ＭＣＩ０．４２７０．２５６０．２８３０．７１１０．７３５０．７４８０．７５３０．７７９０．７３４ＭＩ３００．３７４０．３２４０．４３４０．７０５０．７１９０．６３２０．５１００．４９３０．５５７ＭＩ６００．３４２０．２５１０．４０１０．６０４０．６２７０．５５２０．５４５０．６６３０．７３３ＭＩ９００．３５００．２５００．４２００．５６８０．５６９０．５２７０．５７４０．７０２０．７７４ＭＩ１２００．３５５０．２３４０．４０６０．５６２０．５６１０．５４００．５９２０．６８２０．７２２ＭＩ１５００．３５７０．２４２０．４６４０．５６３０．５５９０．５４９０．５９５０．６９１０．７１８ＳＰＩ３００．４３５０．３０２０．２６４０．６９００．７１００．６５４０．５７２０．４７１０．４９９ＳＰＩ６００．４０９０．２３６０．２１００．５９１０．６４５０．６６９０．６４９０．７１７０．７０５ＳＰＩ９００．４０６０．２３２０．２４９０．５４３０．５７９０．６７３０．６２５０．７３１０．７３８ＳＰＩ１２００．３７９０．２０７０．２４４０．５２５０．５５７０．６７９０．６０５０．６９８０．６９９ＳＰＩ１５００．３９１０．２３１０．２８６０．５０００．５３４０．６９３０．６１９０．７１３０．７１９ＳＰＩ１８００．４１４０．２

７７０．４０７０．４９３０．５２４０．６８４０．６２９０．７３６０．７５７ＳＰＩ３６００．３３１０．４８１０．５２６０．５１１０．５９８０．６４４０．６０８０．７２００．７５８Ｐａ３００．４３８０．３０８０．３８７０．６２８０．６６３０．６２９０．５５４０．４６３０．４６３Ｐａ６００．４１３０．２５４０．３５００．５３８０．６０００．６５７０．６６８０．７２２０．６９３Ｐａ９００．４１６０．２５２０．３７００．４９８０．５３７０．６５１０．６０５０．７１４０．７２８Ｐａ１２００．４０１０．２３５０．３７８０．４８００．５１３０．６５５０．６０５０．６９６０．６９０Ｐａ１５００．３９６０．２３８０．４１６０．４６３０．４９７０．６５４０．６１８０．７１６０．７１０Ｐａ１８００．４２８０．２８２０．４９８０．４５７０．４８９０．６５８０．６２１０．７３００．７２７Ｐａ３６００．３４８０．５０４０．５３３０．５２２０．６１６０．６４００．５９９０．７１６０．７１７ＳＰＩＷ６００．４４９０．２９００．２５００．７６２０．７５３０．６８６０．７２８０．６２４０．５９６ＰＤＳＩ

０．５１７

０．４１３

０．５２３

０．５８２

０．６２９

０．６７９

０．６７３

０．７２４

０．７１４

注：、分别通过α＝

０．０５、０．０１的显著性检验，样本量在９６～２４７之间。０

８１干旱气象

３９卷　

而４月是典型草原天然牧草的主要返青期，相比长时间尺度的降水而言，近期（１～２个月）降水往

往对０～２０ｃｍ土壤墒情造成的影响更显著，但内蒙古典型草原地处北方干旱半干旱区域，春季一般气温较高、降水偏少、土壤水分蒸散较强，出现春旱的频率

较高。这与王素萍等［２１］

研究成果“西北地区东部和

华北地区春季土壤墒情受前２个月有效降水和温度的影响最显著”一致。此外，ＣＩ、ＰＤＳＩ气象干旱指数在典型草原也有较好的适用性，与０～２０ｃｍ土壤墒情的相关系数分别为０．５１７、０．４３２（Ｐ＜０．０１）。ＣＩ反映月尺度和季尺度降水量对草原干旱的综合影响，而ＰＤＳＩ不仅考虑当前的水分供需状况，还兼顾了前期干湿状况及其持续时间对当前干旱状况的影响，这２个指数在表征春季０～２０ｃｍ土壤相对湿度方面有较好的表现。

典型草原春季０～５０ｃｍ土壤相对湿度与长时间尺度的Ｐａ３６０和ＳＰＩ３６０相关性最高，相关系数分别为０．５０４和０．５３３（Ｐ＜０．０１），说明典型草原春季０～５０ｃｍ土壤墒情受年尺度降水的影响最显著，主要由于上一年的降水主要集中在５

奇迹圣导师怎么加点—９月，平均累计雨量为２５１．８ｍｍ，占全年总降水量的８５．３％，此时段降水下渗至２０ｃｍ以下作为土壤底墒蓄积，次年春季土壤化冻后可有效补充土壤墒情，因此，典型草原春季０～

温州女秘书

韩国男明星５０ｃｍ土壤墒情可反映上一年特别是夏季降水充沛与否。此外，ＰＤＳＩ与０～５０ｃｍ土壤墒情也具有较高相关性，相关系数为０．４１３（Ｐ＜０．０１）。对于０～１００ｃｍ的土壤相对湿度，不同时间尺度气象干旱指数的表征能力与０～５０ｃｍ的相同，即Ｐａ３６０、ＳＰＩ３６０、ＰＤＳＩ与０～１００ｃｍ土壤墒情的相关系数最高，依次为０．５３３、０．５２６和０．５２３（Ｐ＜０．０１）。２．１．２　夏季

夏季是典型草原全年降水最为集中的季节，平均累计降水量１

９５．３ｍｍ，占全年降水量的６６．１％，此季节气温也最高，较强蒸散导致的土壤水分亏缺是造成夏季干旱的重要原因。从表１看出，近期（１～２个月）气象干旱指数ＳＰＩＷ６０、ＭＩ３０、ＳＰＩ３０与０～２０ｃｍ土壤相对湿度的相关性较高，相关系数分别为０．７６２、０．７０５和０．６９０（Ｐ＜０．０１），即前２个月内大气水分平衡状况对夏季０～２０ｃｍ土壤墒情影响最明显，若前２个月降水偏少，则土壤水分供应不足，气温偏高进一步加剧水分蒸散，对土壤湿度的负效应加强，进而造成后期土壤出现不同程度干旱，这

与王素萍等［２１］

在西北地区东部和华北地区的研究

结果具有一致性。ＣＩ、ＭＣＩ由于考虑降水长期亏缺和近期亏缺的综合累加效应，与夏季０～２０ｃｍ土壤

相对湿度的相关性也较高，相关系数分别为０．７２９、０．７１１（Ｐ＜０．０１）。

气象干旱指数与０～５０ｃｍ土壤墒情的相关性与０～２０ｃｍ相同，即近１～２个月的ＳＰＩＷ６０、ＭＩ３０、ＳＰＩ３０、ＣＩ、ＭＣＩ与０～５０ｃｍ土壤相对湿度的相关性最高，相关系数依次为０．７５３、０．７１９、０．７１０、０．７５６和０．７３５（Ｐ＜０．０１），说明近２个月内大气降水亏缺与０～５０ｃｍ土壤干旱的关系最为密切，且考虑不同时间尺度水分盈亏的气象干旱综合指数也能较好地表征夏季０～５０ｃｍ土壤墒情。对于０～１００ｃｍ土壤，ＳＰＩ１５０、ＳＰＩＷ６０、ＳＰＩ１８０对土壤相对湿度的表征最显著，相关系数分别为０．６９３、０．６８６、０．６８４（Ｐ＜０．０１），说明夏季０～１００ｃｍ土壤墒情与前２～６个月尺度的大气水分平衡状况关系最紧密，即大气降水对０～１００ｃｍ土壤水分的影响存在一定的滞后性，降水在土壤中的下渗及土壤水分由表层到深层需要一定的时间。同样地，ＣＩ、ＭＣＩ对０～１００ｃｍ土壤相对湿度也有非常显著的表现，相关系数分别为０．７３９和０．７４８（Ｐ＜０．０１）。２．１．３　秋季

典型草原秋季０～２０ｃｍ土壤墒情与ＳＰＩＷ６０

、Ｐａ６０的相关性较高，相关系数分别为０．７２８、０．６６８（Ｐ＜０．０１），可见前２个月内降水异常对秋季０～２０ｃｍ土壤干旱的影响最显著，即近２个月的高温少雨易造成土壤失墒，进而导致秋季土壤干旱的发生发展。典型草原秋季降水较夏季明显减少，平均降水量４５．２ｍｍ，占全年降水量的１５．３％，秋季０～２０ｃｍ土壤水分主要受前期夏季及秋季季内降水的

影响。这与西北地区［２４－２５］和华北地区［２１］

的研究成

果具有一致性。另外，ＣＩ、ＭＣＩ、ＰＤＳＩ也能较好地表征秋季０～２０ｃｍ土壤墒情，相关系数依次为０．６８７、０．７５３、０．６７３（Ｐ＜０．０１）。

秋季，０～５０ｃｍ土壤墒情与较长时间尺度气象干旱指数ＳＰＩ９０、ＳＰＩ１８０、Ｐａ１８０具有较高的相关性，相关系数依次为０．７３１、０．７３６、０．７３０（Ｐ＜０．０１），说明前３～６个月内的降水出现概率及较常年偏多或偏少的指标对秋季０～５０ｃｍ土壤相对湿度影响最大，因大气降水对深层土壤影响的滞后性，秋季０～５０ｃｍ土壤干旱与春季以来大气水分亏缺的关系最为密切，即春、夏季若出现较长时间的气象干旱，则秋季０～５０ｃｍ土壤易出现干旱。０～１００ｃｍ土壤相对湿度与ＭＩ９０的相关性最高，相关系数为０．７７４（Ｐ＜０．０１），可见，前３个月尺度的降水量与蒸散量之间的平衡状况对典型草原０～１００ｃｍ土壤的影响最为显著，即

夏季和秋初的大气水分盈亏对秋季

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８１　第２期武荣盛等：多时间尺度气象干旱指数在内蒙古典型草原的适应性研究

多时间尺度气象干旱指数在内蒙古典型草原的适应性研究

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