1.3 干旱的定义、分类与干旱指标研究进展
1.3.1 干旱的定义与分类
世界气象组织（WMO，1986）对干旱的定义：“干旱是一种持续的、异常的降水短缺”。干旱的发生通常来说比较缓慢，而且不易察觉，发生的时间很难预料。干旱是指因水分的收与支或供与求不平衡而形成的持续的水分短缺的现象（任尚义，1991）。这种水分的短缺可以表现为：由于自然蒸发大于自然降水量引起的水分不足现象为气象干旱，由于土壤水分的缺乏影响农作物正常的生长的现象为农业干旱，由于江河湖泊水位偏低，静流异常偏小造成的水文干旱。随着研究的深入和发展，人们对干旱的认识愈加完善，理解更加深化。不同的学科和领域对干旱的定义和理解有所不同。干旱灾害，是指某一具体的年、季和月的降水量比平常年平均降水量显著偏少，导致经济活动（尤其是农业生产）和人类活动受到较大的危害的现象。
干旱的分类有很强的科学性，根据不同的学科对干旱的理解，干旱可分为四类：气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱。
气象干旱：是指某时段由于蒸发量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象（张强等，2006）。气象干旱最直观的表现在降水量的减少。降水量的减少不仅是气象干旱发生的根本原因，而且也是引发其他类型干旱发生的重要的自然因子。
农业干旱：是指农业生长季节内因长期无雨，造成大气干旱、土壤缺水，农作物生长发育受抑，导致明显减产，甚至无收的一种农业气象灾害（孙荣强，1994）。它以土壤含水量和植物生长状态为特征，它的发生有着极其复杂的机理，在受到各种自然因素如降水、温度、地形等影响的同时也受到人为因素的影响，如农作物布局、作物品种及生长状况等。
水文干旱：是指河川径流低于其正常值或含水层水位偏低的现象，通常是用河道径流量、水库蓄水量和地下水位值等来定义，其主要特征是在特定面积、特定时段内可利用的水量的短缺。水文干旱主要讨论水资源的丰枯状况，但水文干旱不同于枯季径流。
社会经济干旱：是指有自然降水系统、地表和地下水量分配系统及人类社会需水排水系统这三大系统不平衡造成的异常的水分短缺现象。其指标常与一些经济商品的供需关系联系在一起，如粮食生产、发电量、航运、旅游效益以及生命财产等。社会经济干旱指标主要评估由于干旱所造成的经济损失。
1.3.2 干旱指标研究进展
1.3.2.1 气象旱涝指标
气象旱涝主要考虑从降水量、降水百分数、降水距平百分率、气温、蒸发、无降水连续日数等要素来建立旱涝指标。降水是形成旱涝的重要因子之一，而且降水资料也是最易获得的旱涝分析资料。气象旱涝指标通常都是以降水量为基础，进行分析计算以确定一个地区的旱涝程度。研究气象旱涝的指标有很多，归纳起来可分为单因素气象旱涝指标和多因素气象旱涝指标。
（1）单因素气象旱涝指标。
比较简便的单因素气象旱涝指标是仅考虑降水量因素的指标。1950年，徐尔灏在假定年降水量服从正态分布的基础上，提出用降水量的标准差来划分旱涝等级。李克让等将该方法应用在华北平原旱涝气候的分析上。1981年，中央气象局曾用类似的指标绘制了我国500年旱涝图集。
1972年中央气象局用降水距平百分率规定旱涝等级，1993年又采用此指标作为华北地区的旱涝指标。陈菊英根据我国各地的不同情况，在降水距平百分率的基础上附加了一次因子作为旱涝指标，应用在华北平原夏季旱涝等级的评定。2003年，黄志英将降水距平百分率应用到河北省气候分析中。《中国旱涝气候公报》将此指标作为分析和确定某一时刻旱涝的标准。
McKee等发展的标准降水指标SPI（Standardized Precipitation Index）也是单纯依赖于降水量的旱涝指标。它是基于一定的时空尺度上，降水的短缺会影响到地表水、库存水、土壤湿度、积雪和流量变化而制定的。McKee等还对SPI指标制定了分类系统，以确定干湿强度，对任意时间尺度制定了旱涝事件标准。SPI指标可以认为是标准偏差，即降水值偏离平均值，与我国采用的标准差指标类似。Agnew等指出，该指标的一个优点是，相对于所选时段的不同，它可反映不用时间尺度的旱涝。1994年SPI指标已应用于Colorado州的旱涝监测。该指标还被美国国家旱涝减灾中心和西部区域气候中心用于监测紧邻的美国各州的气候分异水平。
单因素气象旱涝指标由于只考虑了单个因素（当时的降水量），其方法多简单易行，但由于忽略了前期旱涝持续时间对后期旱涝程度的影响，因此在实际应用中还存在着一定的局限性。
（2）多因素气象旱涝指标。
多因素气象旱涝指标通常以降水量为主，兼顾其他诸如气温、蒸发量和前期降水量等气象要素作为旱涝指标。朱炳瑷等用干燥度确定旱涝的等级，是一种气候意义上的划分，其定义为多年平均水面蒸发量与多年平均降水量之比。2006年，闵骞应用干燥度指标确定鄱阳湖区1953—2003年历年旱涝等级，并在此基础上提出了一种能包含关键旱涝期降水多少、强度及时间分布的旱涝指标——有效旱涝天数。
张存杰等用Z指标描述旱涝，这是对降水量进行了必要的转化，然后用Z指标划分旱涝等级。Z指标是目前使用最广泛的指标之一。很多学者认为，Person-Ⅲ型概率密度函数能较好地拟合某一时段（年以下）降水量的概率分布情况。宋连春、鞠笑生等人分别先将降水量正态化，然后用其标准正态偏差值作为旱涝指标，对Z指标进行了修正。2003年，黄道友等应用Z指标法来判断“土壤-作物”系统法所确定的旱涝事件，得出两种方法的指标既相互联系又存在差异。2006年周祥林等通过太湖流域旱涝记录与三种基于降水量的常用指标的对比分析，得出Z指标法的精度最高，标准化降水指标（SPI）次之，降水距平百分率（PAI）最低。
另一个在我国使用较多的旱涝指标是美国的帕尔默（Palmer）旱涝指标。帕尔默指标（PDSI）是1965年由Palmer提出来的，尽管被看成是气象旱涝指标，但是除了考虑降水外，还综合考虑了前期降水、水分供给、水分需求、实际蒸发量、潜在蒸散量等要素是以水分平衡为基础而建立起来的。至今美国官方网站上仍在发布该指标的分析结果。国内许多学者如范嘉泉等对该指标的计算方法进行了介绍和分析比较，一些学者如安顺清等认为帕尔默的计算过于繁琐，应该进一步简化，并针对中国的情况进行了修正。
1.3.2.2 水文旱涝指标
水文旱涝指标主要体现了降水和水资源收支不平衡时造成的水分亏缺程度。目前水文旱涝的指标较少，应用较多的是游程理论。1966年Herbat等人最初把游程理论应用于水文旱涝的识别，1991年Mohan和Rangacharya在此基础上，考虑了月径流量的变差值，对以游程理论为基础的水文旱涝识别方法进行了改进。Shen和Guillermo采用游程理论，对由树木年轮重建的径流资料进行水文旱涝识别。1999年，王文胜按照游程理论，应用Kriging优化内插法分析旱涝历时、旱涝烈度及其条件概率等特征值。冯平等根据海河流域1951—2001年的逐月降水资料和历史的灾情文献记载，采用游程理论识别拟定了适合海河流域旱涝状况的旱涝指标。
1997年丁晶等用符合Person-Ⅲ型分布的负轮长统计特性对中国主要河流上177个站旱涝特性作了统计分析。负轮长是年径流量与多年平均径流量相比较而得到的，具有相对的含义，与表征年径流序列相依特性的自相关系数关系密切。王玲玲等认为径流量序列的负轮长（以多年平均值为切割水平）作为水文旱涝现象的定量指标，概念清楚，便于应用和综合归纳。
Palmer水文旱涝指标PHDI与Palmer气象旱涝指标PDSI相类似，应用也很广泛。王劲松等研制了适合灌溉区应用的径流量旱涝指标。Richard对美国旱涝指标的评价中总结了两个水文旱涝指标：一是地表供水指标（SWSI），是1981年为美国科罗拉多州开发的经验水文指标；二是利用长期平均的年径流量资料，提出了发生水文旱涝时间的随机模式，用它进行区域旱涝频率分析。
1.3.2.3 农业干旱指标
2008年，水利部发布了《旱情等级标准》（SL 424—2008），该标准将农业干旱划分为轻度干旱、中度干旱、严重干旱和特大干旱四个等级。农业干旱指标是农业干旱监测、预报的基础，现在广大学者认为，只用降水量一个指标不能反映所有作物的受旱情况，农业干旱是受到气象条件、地形、水文条件、农业生物布局和人类活动等众多因素综合作用的产物。
（1）土壤水分指标。
农业干旱的关键在于土壤水分的亏缺状况。土壤水分指标主要考虑大气降水与土壤水分的平衡。常用的土壤水分指标为土壤相对湿度（土壤重量含水量与土壤田间持水量之比）、土壤水分亏缺量（实际蒸散量与可能蒸散量之差）。
（2）作物水分指标。
Palmer（1965）提出作物水分指标（CMI），用于监测影响作物水分状况的短期变化，CMI是蒸散不足和土壤需水的总和。这些项用PDSI参数以周为单位计算，考虑了前一周的平均温度、总降水量和土壤水分情况。CMI可评估当时的作物生长情况，但它不适用于监测长期干旱（Hayes，2000）。
（3）Palmer水分距平指数（Z指标）。
Palmer水分距平指数（Z指标）是当月的水分距平。它是计算PDSI指数时的一个中间量，不考虑前期条件对PDSI的影响。它对土壤水分量值变化响应很快，可用来检测农业干旱，且效果比常用的CMI更好（Karl，1986）。
（4）利用卫星监测反演要素场资料而制定的旱涝指标。
利用气象卫星遥感动态监测旱涝在许多国家都有应用，中国国家卫星气象中心和许多省、市、县也开展了此项业务。这种方法主要应用卫星反演的温度资料、植被资料等来表征实际旱涝范围和程度。
1.3.2.4 社会经济干旱指标
社会经济干旱是指由自然降水系统、地表和地下水量分配系统及人类社会需水排水系统这三大系统不平衡造成的水分短缺现象。社会经济干旱指标主要评估由于干旱造成的损失即社会经济损失指数。计算工业受旱损失价值量通常采用缺水损失法。这种方法根据受旱年份由当地工业供水的缺水量WS和万元产值取水量计算求得，计算公式为
式中：QS为受旱年份的工业损失，万元；WO为万元产值取水量，m3/万元；m为由于缺水减产而未消耗的原材料等的价值量（袁文平等，2004），万元。