空间标准化降水-温度指数（SSPTI）：一种无分布假设的干旱空间监测新框架

《Scientific Reports》：Development of a nonparametric spatial standardized precipitation–temperature index for regional drought characterization

　　

摘要

干旱是最具破坏性的自然灾害之一，由长期降水短缺和气温变化导致的水资源可用性降低引起。对干旱条件在空间上的可靠评估对于可持续水资源管理和有效的气候适应至关重要。然而，大多数现有的干旱指数是为时间序列分析设计的，并且往往依赖于概率分布假设，这些假设可能无法充分捕捉干旱相关变量的空间变异性。本研究提出了一种新的干旱监测框架——空间标准化降水-温度指数（SSPTI），用于评估干旱条件在空间上的表现。该指数基于降水-温度干旱变量，并采用非参数标准化程序在每一个时间步独立应用。为检验基于分布的标准化方法的适用性，本研究评估了多种概率分布和三个分量的高斯混合模型（GMM）。结果表明，分布行为随时间变化显著，表明概率框架可能无法一致地表征空间干旱变量。所提出的方法应用于巴基斯坦42个空间地点1981年至2021年的月降水和温度记录。变异函数分析揭示了空间相关性存在明显的季节差异，同时采用地统计插值技术生成了连续的干旱分布图。所得到的SSPTI提供了一种简单、灵活且无分布假设的相对空间干湿度度量指标。通过避免限制性分布假设，所提出的框架为大面积地理区域的干旱监测和空间干旱评估提供了一个实用工具。