使用东地中海地区累积标准化降水指数（SPI30）调查水文干旱（大马士革，叙利亚）外文翻译资料

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使用东地中海地区累积标准化降水指数（SPI30）调查水文干旱（大马士革，叙利亚）

BOULOS ABOU ZAKHEM and BASSAM KATAA

叙利亚大马士革叙利亚原子能委员会（AECS）地质系

*通讯作者 电子邮件：scientific@aec.org.sy

摘要：东地中海地区经历过的干旱事件,在过去几十年中发生的频率相对更高。本文的目的是通过使用标准化降水指数（SPI）分析干旱特征，来研究大马士革（Mazzeh）大气站的降水情况，并与塞浦路斯的干旱状况进行比较。提出累积干旱概念来表征长期性水文干旱，累计干旱在数量和质量上影响着浅层地下水的生产率。伽马概率分布适用于大马士革从1918 - 1919年到2007 - 2008年（n = 90年）的长期年降水量。一般来说，1970年至2000年期间，大马士革的年平均降雨量下降赤字约为17％，塞浦路斯的年平均降雨量下降赤字为13％。SPI确定了三个主要的干旱延长期：（1）9年的严重干旱期（1954 - 1963年），对比每一年的平均降水量，此期存在20％的降水赤字。（2）8年的严重干旱期（1983 - 1991年），平均每年有27％的赤字。（3）9年的极端干旱期（1993 - 2002年），平均每年有31％的赤字。累积标准化降水指数（SPI 30）显示第一期为正值，表示该期对全球水平衡没有影响。SPI 30在第二周期表现出接近零值（plusmn;1.5），平衡略受影响。然而，在第三时期，SPI 30降至-10以下，表明极端水文干旱对近期的地下水补给具有负面影响。需要制定和实施可持续地下水管理战略，以降低长期干旱风险。塞浦路斯的SPI 30与大马士革的情况相似，但后者延迟3-5年才发生。东地中海区域的中心区域正面临巨大挑战，它遭受了三十年来中等至严重程度的水文干旱（SPI 30 = -5至-10），还引发该区域的泉水排放严重减少问题。因此，为了减少气候变化对水资源的影响，必须在严重且频繁的干旱期间采取可持续的积极管理计划。

关键词：水文干旱；降水；累积标准化降水指数；东部地中海；叙利亚

1介绍

在地中海地区，需要用合适的办法调查由于干旱造成的水资源短缺的问题。这些方法包括确定相关干旱影响的优先级，调查这些干旱影响的潜在环境、水文、经济和社会原因，采取减少长期干旱风险的做法，这个过程是决定具体减缓行动的基础。该措施会因地制宜，适应当前的条件，并且需要使用到改进的简单实用工具来实行干旱管理。为了实现干旱的成功管理，需要更好地理解这些现象的特征和后果，这些现象造成的水稀缺问题，和由干旱引起的水短缺有着很大的不同。干旱是自然变异中的暂时性异常，可以被认为是自然灾害的风险。应对干旱需要制定和实施备灾和应急措施（MED WS和D WG 2007）。

为了管理地中海干旱情况，需要从危机管理方法转变为风险管理方法，旨在没有事先规划的情况下，在事件发生期间做出反应及采取行动。风险管理与危机管理相反，它在预期干旱情况之前采取积极主动的方法，以便减少干旱影响，从而在干旱期间可及时、协调和有效地满足呼吸空间和恢复决策。然而，从危机管理到风险管理，过渡到管理干旱的做法，对于该区域的大多数国家仍然很困难，因此，需要做更多的工作来了解和解决与干旱相关的风险（Hamdy 2004）。

21世纪气候模型项目增加了非洲、南欧和中东大部分干旱地区（Dai 2011）。地中海地区变得越来越干燥。 2050年的气候变化情景预测降雨量将降低15％至25％，温度升高1.5°至2.75℃。预期的负面影响将是在可用量和取水量方面使得水资源减少（Ragab和Hamdy 2004; IPCC 2007）。基于人工神经网络（ANN）方法的Figeh泉水排放已经对水文径流模型进行评估。调查表明，在气候条件变化的情况下，春季排放可能面临严重的问题。主要的水文模拟结果表明，平均排放量在2050年底下降了20％，到本世纪末减少了50％（Kayyal 2011; Smiatek等人2013）。

使用SPI调查地中海塞浦路斯的区域干旱评估（Hajispyrou等人2007; Michaelides和Pashiardis 2008; Pashiardis和Michaelides 2008）。使用月降水系列和标准化降水指数（SPI）研究瓦伦西亚地区（西班牙东部）的干旱模式（Vicente-Serrano et al 2004）(Cancelliere et al 2005,2006)有助于基于随机技术的干旱预报方法的发展，特别是对于意大利的SPI。气象干旱的时间和空间特征已经为希腊萨萨利地区的可持续水资源管理提供一个框架（Loukas和Vasiliades 2004）。使用SPI对土耳其的干旱脆弱性进行了调查。这项研究针对干旱发生的频率及其空间分布等多个自然方面开始实施，旨在用来识别干旱多发地区和多时间尺度上的干旱脆弱性（Turgu 2008）。

水文干旱的延长期是研究区域在过去三十年中异常的表现，其导致了严重缺水和泉水流量显着减少。因此，本文使用SPI的干旱特征研究大马士革气象站的降水情况，并将其与代表东地中海地区中心区的塞浦路斯的干旱情况进行比较。此外，为了表征长期水文干旱而提出累计干旱的概念，它在数量和质量层面上影响着浅层地下水生产力。

1.1干旱定义

相对于正常情况，一般来说，干旱可以定义为与季节或更长时期相关的时段降雨量不足，从而导致水量不足以满足人类和环境需求（活动和生态系统功能）。干旱是一种正常的、复发的气候特征。干旱是气候的永久特征，临时性发生在几乎所有气候带范围。它是一个相对量，而不是每个区域和位置定义上的绝对条件。干旱与时间（即发生的主要季节）有关，它在强度、持续时间和空间范围上发生变化。按以下类型对干旱进行分组（Wilhite和Glantz 1987; Hamdy 2004; MED WS和D WG 2007）

1.1.1气象干旱

仅根据干燥程度来表示（通常与某些“正常”或平均量相比），常用于长期记录。

1.1.2农业干旱

关注缺水对作物、杂草和其他牧草的影响。农业干旱与土壤水分缺失密切相关，会导致农产品产量损失，农业通常是检验干旱破坏性影响的第一部门。

1.1.3水文干旱

侧重的是在降水季节降水对地表或地下水供应（即河流流量，水库和湖泊水位，地下水等）的影响，而不是降水的不足。水文干旱通常异常或滞后于气象和农业干旱。水文存储系统（例如水库，河流）中的水通常用于多种目的，这使得水文干旱的排序和数量影响进一步复杂化。

1.1.4地下水干旱

这是Mishra和Singh（2010）介绍的新概念，其强调了对复杂水文地质过程的理解，涉及到随着土地覆盖变化而改变的水文气象变量。

1.2形态和气候

叙利亚的形态特征（图1a）包括一个狭窄的沿海地区。西部的黎巴嫩山区链，在黎巴嫩的Kerneh Soudah地区达到3000米的海拔，高度为600-700米的Levantine Rift山谷是以Al Ghab和Bikaa平原为代表的区域，在东部黎巴嫩山脉背面，Harmon 山海拔最高，有2814米，而叙利亚草原平原（Badieh）海拔则为300-500米。Palmyride山区链从Levantine Rift山谷延伸到叙利亚中部，海拔为1000-2000米。山脉对来自地中海的海洋空气团的有阻碍作用。该地还存在海拔高度从600米到700米不等的三个地形间隙。Homs峡谷沿着Tartous-Homs-Palmyra一带轴线延伸，其中气候区域向东移动。 Bab al Hawa缺口位于西北部，Banias缺口位于西南部（图1a）。

叙利亚的气候受如下几个空气质量的影响（Eaid 2000）：

bull;来源于西伯利亚的大陆极地寒冷和干燥的空气，尤其是当这些气流来自东北部时。

bull;海洋热带大气团来自大西洋和西欧，从地中海穿过，在冬季造成大量降水。

bull;来自北非的大陆热带空气质量在地中海地区变得更加潮湿，然后在叙利亚产生中等雨量。

bull;来自红海和Sinai沙漠的空气团，其特征为热风和干风。它在春天期间引起少量降雨和沙尘暴，被戏称为“Khamsin萧条”（El-Asrag 2005）。

bull;来自印度的大陆热带气团在夏季生成炎热干燥的风。

叙利亚分为几个气候区：

bull;山区和海岸附近的潮湿带，降水量高于800 毫米 /年。

bull;东部和东南方向的亚湿润带，降水量在400至600毫米/年之间。

bull;半干旱地区，降雨量在200至400毫米/年之间。

bull;最后在东南部的一个干旱区，降雨量约100毫米/年（图1b）。

叙利亚的降水期从11月到3月，干燥和炎热的夏季从6月持续到9月。春季时间（3月末至6月）的特点是气候温暖且降雨量少。

2材料和方法

2.1大马士革的降水特征（Mazzeh）

该研究基于大马士革（Mazzeh）气象站从1918 - 1919年到2007 - 2008年（90年）的年降水量数据，水文循环从9月开始到8月底，即n = 12个月的时间尺度，是统计分布拟合和SPI估计的累积窗口。第一部分介绍了大马士革（Mazzeh）的降水特征，频率和概率分布（如伽玛分布拟合）。第二节介绍了SPI的应用和干旱期的识别。干旱年份的赤字由降水和平均值之间的差值除以平均值，公式如下：Def％= [(m-Pi) / m]times;100。其中，m是平均值，Pi是干旱年降水量。第三部分提出SPI 30，用来描述和分析未介绍的“综合标准化水文干旱”。然后将降水模式与代表东地中海地区中心区的塞浦路斯进行对比。

Boulos Abou Zakhem和Bassam Kattaa

图1 （a）叙利亚的地势图和（b）气候带（1982年联合国改）

2.2标准化降水指数（SPI）（McKee 等人1993）

SPI是基于任意时间段降水概率的指数。它可以计算不同时间尺度，故可用于短期农业和长期水文应用。这些时间尺度反映了干旱对不同水资源供应的影响。土壤水分条件对相对较小规模的降水异常有反馈，而地下水和地下水流的储层储存则反映了长期降水异常（Hamdy 2004; MED WS and D WG 2007）。SPI可以提供对干旱的早期预警，并帮助评估干旱的严重性。由于其标准化，特别适合于比较不同时间段内的干旱条件，以及具有不同气候条件的区域（Bonaccorso等人2003; Hamdy 2004）。由于其固有的概率特性，SPI是进行干旱风险分析的理想选择（Guttman 1999），具有很广泛的应用（McKee等人1995; Heim 2000; Rossi和Cancelliere 2002; Hayes等人2005）。

任何位置的SPI计算都基于期望时段的长期降水记录。这个长期记录可以拟合到一个概率分布，如伽马分布，然后转换为正态分布，使得位置和期望周期的平均SPI为0（Edwards和McKee 1997）。正值SPI表示大于平均降水，负值表示小于平均降水。由于SPI是正常的，湿润和干燥的气候可以用相同的方式表示，因此，湿润期也可以使用SPI监测。

SPI的计算涉及到将伽马概率密度函数拟合到给定的降水的频率分布。从降水时间序列（3,6,12,24和48个月）估计伽马概率密度函数的参数alpha;和beta;。

伽马分布由其概率密度函数定义：

当Pgt;0 （1）

其中alpha;是形状参数（alpha;gt; 0），beta;是尺度参数（beta;gt; 0），P是累积量（Pgt; 0），Gamma;（alpha;）是alpha;的伽马函数。最大似然解用于alpha;和beta;的最佳估计（Thom 1966; Edwards和McKee 1997; Guttman 1999）。可以根据形状和尺度参数来计算降水时间序列的平均值（m）和标准偏差（sigma;），其中分别为m=alpha;beta;，sigma;=beta;radic;alpha;。

在给定月份和时间尺度下发生的观测降水的累积概率G（P）由下式显示：

（2）

由于该方程对于零降水（P = 0）是无效的，所以完整的累积概率分布也应包括零，表示如下：

（3）

其中q和1-q分别是零（P = 0）和非零（P ne;0）的概率。一般来说，月降水的时间序列可以包括零降水。包括大时间尺度（例如12个月）的该研究中，零降水的概率为零。 用STATITICA V6和XLSTAT V7.5软件进行统计分析。SPI由以下等式定义（McKee等人1993; Vicente-Serrano等人2004; Saigh 2005）：

（4）

其中Pi是第i年的降水，m是长期年平均降水量，sigma;是标准差，SPI是无量纲指数，负值表示干旱，正值表示湿润。干旱强度和持续时间以及气候分类与发生概率和Delta;P％，都可以使用SPI来确定（Cancelliere等人2006）（表1）。

2.3累积标准化降水指数（SPI 30）

水干旱是指地表和地下水供应短缺。这种干旱可以直接当作小溪，河流和湖泊，水库和地下水位来测量。因为雨水下落时间与其在小溪、河流、湖泊和水库中的出现之间存在时间延迟，所以水文测量并不是干旱的最早指标。浅层地下水和岩溶泉水系统通常非常敏感，易受长期严重干旱的影响，过

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