云南極端氣候干旱的特征分析*

張萬誠，鄭建萌，任菊章

(1.云南省氣象科學研究所，云南昆明650034;2.云南省氣候中心，云南昆明650034)

0 引言

極端天氣氣候事件是氣候異常變化的一種集中表現(xiàn)，是指出現(xiàn)概率非常小的罕見強烈天氣氣候事件。它具有破壞性大、突發(fā)性強和難以準確預測等特點。IPCC第四次評估報告指出過去50年中，強降水、高溫熱浪、干旱等極端天氣氣候事件呈現(xiàn)不斷增多增強的趨勢，預計今后隨著氣溫的升高，這種極端事件的出現(xiàn)將更加頻繁［1］。根據(jù)歷年旱災(zāi)受災(zāi)面積統(tǒng)計，1951－2006年中國平均受災(zāi)面積(農(nóng)業(yè)減產(chǎn)10%以上)、成災(zāi)面積(農(nóng)業(yè)減產(chǎn)30%以上)，分別為4 247.1萬hm2、1 883.1萬hm2，分別占自然災(zāi)害的57.0%和54.0%，與洪澇受災(zāi)面積、成災(zāi)面積所占比例24.8%和29.5%相比，遠遠高出洪澇對農(nóng)業(yè)的危害［2］。在全球變暖背景下，極端天氣氣候災(zāi)害事件的強度不斷增大，百年或幾十年一遇的極端干旱或異常強降水事件頻繁出現(xiàn)，如2006年夏季，重慶和四川東部地區(qū)遭受罕見的高溫熱浪襲擊，四川經(jīng)歷了1951年以來最嚴重的干旱，重慶則遭受了百年一遇的特大伏旱，給當?shù)亟?jīng)濟、社會和人民生活帶了巨大影響［3］。而2010年西南地區(qū)的云南、貴州等地出現(xiàn)了特大干旱，其中云南出現(xiàn)了冬、春季及初夏連旱，是有氣象記錄以來持續(xù)時間最長的特大旱災(zāi)。因此，開展區(qū)域干旱事件特征分析，有助于提高對干旱災(zāi)害的預測和風險管理［4－6］。

云南地處低緯高原，受季風影響，5－10月為雨季，11月至次年4月為干季，干季降水僅占全年的16%，年干旱頻率達50%～60%，是西南地區(qū)干旱最嚴重的，也是我國干旱發(fā)生頻繁的地區(qū)之一［2，7］，當?shù)赜小笆昃藕怠敝f。對于云南旱澇的氣候成因，文獻［8－13］等開展了相關(guān)的分析研究，而對于歷史上出現(xiàn)的極端干旱則很少作氣象干旱強度的評估及特征分析。因此，本文主要應(yīng)用綜合氣象干旱指數(shù)和降水量，分析1961年以來云南出現(xiàn)的主要極端氣象干旱及其特征。

1 資料和方法

取云南124個站，1961年1月1日至2011年12月31日的旬、日、月降水和氣溫資料。根據(jù)國家標準中的綜合氣象干旱指數(shù)［14］，其計算公式為:

式中:Z30、Z90分別為近30 d和近90 d標準化降水指數(shù)SPI值;M30為近30 d相對濕潤度指數(shù)，a、b、c分別取0.4、0.4、0.8。P是30 d的降水量，PE是30 d的可能蒸散量，PE可用FAO Pennman-Monteith或Thornthwaite方法計算，由于前者需要的氣象要素資料較多，大部縣氣象站并不開展相關(guān)監(jiān)測，本文采用Thornthwaite［12］計算。根據(jù)國標的規(guī)定干旱等級，當CI＞－0.6時為無旱，－1.2≤CI＜－0.6為輕旱，－1.8＜CI≤－1.2為中旱，－2.4＜CI≤－1.8為重旱，CI≤－2.4為特旱。按(1)式計算各站每天的CI指數(shù)，無旱時強度為0。干旱過程內(nèi)CI達輕旱以上程度的所有天的CI之和表示干旱過程強度，干旱強度負值越大表示干旱越嚴重。

目前的干旱指數(shù)如國標中的綜合氣象干旱指數(shù)［14］、Thornthwaite干燥度指數(shù)、濕潤度指數(shù)等針對云南干旱的監(jiān)測在干旱過程發(fā)生、結(jié)束的具體日期存在差異。根據(jù)各地應(yīng)用的情況，近幾年國家氣候中心也在不斷地改進綜合干旱指數(shù)計算方法，雖然這些方法對干旱過程監(jiān)測的具體日期有差異，但在特大干旱的確認上基本一致［12］。由于干旱形成的最直接原因主要是大氣降水量偏少、氣溫偏高引起，本文用逐日降水量和綜合氣象干旱指數(shù)方法來確定極端氣候干旱。

2 極端干旱事件的選取

圖1a是云南逐日平均干旱強度和降水量變化，從圖中可以看出云南干旱出現(xiàn)頻繁。1980年代之前干旱的強度較重，20年中有5次干旱過程強度指數(shù)小于－80以下，其中1962/1963、1968/1969、1978/1979年干旱強度小于－100以下，其余2次的干旱過程強度在－81以上，分別是1966年5月為－85.7以及1974年3月為－82.1。從1980年以來的31年中有7次小于－61以下，其中2009/2010干旱過程強度達到－198.3，有2次干旱過程的強度小于－71以下，分別是1980年5月為－73.9，1984年4月達－80.4，其余4次在－61～－67間?？梢?，從1961年以來干旱過程強度指數(shù)達－61.5～－86有8次，強度在－100以上的有1962/1963、1968/1969、1978/1979、2009/2010年，分別為107.9、118.6、112.6、198.3，其它干旱過程的強度都在－50以下。2011年云南雖然也出現(xiàn)干旱，但強度指數(shù)在－30以下。從逐日降水變化上也可看出，干旱強度和降水呈反相變化，干旱過程強度在－50以上時，逐日降水不足3 mm，特別是干旱強度小于－100以下的1962/1963、1968/1969、1978/1979、2009/2010年，干旱時段內(nèi)降水為特少。從圖1中還可看出，從1970年代末期以來，中等以上強度干旱(綜合指數(shù)在－20以上)出現(xiàn)的頻率呈增加趨勢，特別是CI在－40以上達14次(1980年代以前才有6次)，這與文獻［12］得出的2000年以后干旱比前10年重是一致的。

圖11961 年1月1日－2011年12月31日云南干旱強度變化

選取易發(fā)生干旱的滇中昆明、滇東曲靖、滇西大理、滇東南文山作干旱強度評估。從圖1b可以看出昆明干旱出現(xiàn)頻繁，并且干旱強度重，從1961年以來有12次干旱過程強度指數(shù)在－100以上，其中1962/1963、1968/1969、1978/1979年、2009/2010年干旱過程強度指數(shù)為－220以上，2009/2010年的干旱強度指數(shù)最強達－411.6，其余的8次干旱過程強度在－110～－176;另外，強度指數(shù)在－50～－100間的中等干旱過程出現(xiàn)的頻率也高;從昆明逐日降水變化上可看出，干旱強度越強，降水越少，在干旱過程強度達－70以上時段，降水距百分率均為特少。從1970年代末期以來，綜合指數(shù)在－70以上的中等以上干旱出現(xiàn)的頻率呈增加趨勢。

在曲靖干旱強度和降水逐日變化上可以看出(圖略)，1961年以來曲靖有8次干旱過程強度指數(shù)達－100以上，其中1962/1963、1978/1979年、1992年10月、2009/2010年干旱過程強度指數(shù)為－210以上，1962/1963、1978/1979年、1992年10月干旱過程強度指數(shù)分別為－237.7、－226.7、213.4，2009/2010年的干旱過程最強達－388.6，其余的4次干旱過程強度大于－140以上。而大理從1961年以來有10次干旱過程強度指數(shù)在－100以上(圖略)，小于－200以下的只有1968/1969和1981/1982年，其余的8次(包括1962/1963、1978/1979年、2009/2010年)干旱過程強度在－110～－145;另外，強度指數(shù)在－50～－100的中等干旱過程出現(xiàn)的頻率非常高。1961年以來，滇東南文山有10次干旱過程強度指數(shù)達－118以上(圖略)，其中1962/1963、2009/2010年干旱過程強度指數(shù)分別為－226.8、－407.4，其余的8次(包括1968/1969、1979/1980年)干旱過程強度在－118.1～－174間。造成滇中昆明、滇東曲靖、滇西大理、滇東南文山干旱強度指數(shù)大小差異的主要原因主要是由于云南地處低緯高原地區(qū)，受季風影響，雨季平均降水占全年的84%［7］，但降水分布極不均勻，造成了干旱強度分布的不一致。

綜上所述，用全省平均與用區(qū)域站選取的嚴重干旱時段基本一致，并且特大干旱出現(xiàn)的時段與降水特少對應(yīng)非常一致?？傮w來講，干旱強度最強主要集中在1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年，其降水均是云南歷史上最少的。另外，從1970年代末期以來中等強度以上干旱呈增加趨勢。

3 極端干旱年的氣候特征

選取干旱過程強度最強的1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年，分析其干旱年的氣候概況。

3.11962 /1963的冬春初夏連旱

從圖2a可看出，1962年9月至1963年5月云南降水持續(xù)偏少，除10月和3月偏少1%和10%以外，其它7個月偏少40%以上，其中有5個月偏少60%以上。1962年9月上旬至1963年5月下旬，全省有101個縣市偏少20%以上，其中滇中、滇東南、滇東北大部等地有58縣市偏少了50%～80%(圖2b)。全省平均降水276.4 mm(1.012 mm/站天)，較常年同期偏少45.1%，為1961年來歷史同期最少值。大春栽插時期的5月除滇西南、滇西北北部和滇東南邊緣偏少2～6成外，其余地區(qū)偏少7成至1倍，有51縣市偏少8成以上。全省平均5月降水只有38.9 mm，偏少62.6%，為1961年來云南5月降水的最少值。

從干旱強度指數(shù)變化的情況看(圖3)，1962年11月中旬開始出現(xiàn)旱情，干旱一直持續(xù)到1963年6月上旬，5月26日重、特旱站數(shù)分別達21站和54站，中旱程度以上的站數(shù)達到98站。全省大部雨季在6月上旬末后才開始，而昆明雨季在6月12日開始，各地進入雨季后干旱才得以逐步緩解。昆明的最大干旱強度是1963年6月24日為－229.1，持續(xù)天數(shù)最長達120 d;滇東曲靖是1963年6月17日強度最大為－237.7，持續(xù)112 d;滇東南文山干旱最大強度是1963年3月6日為－226.8，持續(xù)119 d;滇西大理是1963年3月11日強度最大為－116.5，持續(xù)58 d;而全省平均干旱強度在1963年6月7日達到最重為－107.9?？梢姡?962/1963年的冬春初夏連旱是由于1962年的秋季、冬季及1963年的春、初夏季降水特少造成的。

圖2 云南平均降水距平百分率

圖34 次極端干旱過程頭年9月至當年7月的強度演變

3.21968 /1969的冬春初夏連旱

從圖4a可看出，云南1968年11月至1969年5月各月降水除1月偏少20%，其余6個月偏少40%以上，有4個月偏少65%～92%。1968年11月上旬至1969年6月上旬麗江、賓川、南澗等14個縣(市)降水在40 mm以下，與常年同期相比全省有108個縣市偏少20%以上，其中滇中、滇西北、滇西南大部和滇東南部分地區(qū)有71縣市偏少了50%～90%(圖4b)，1968年11月上旬至1969年6月上旬，全省平均降水170.1 mm(0.80 mm/站天)，較常年同期偏少50.9%，為1961年來歷史同期最少值。從圖3還可看出，1968年12月中旬開始出現(xiàn)旱情，干旱一直持續(xù)到1969年6月中旬，5月21日重、特旱站數(shù)分別達17站和57站，達到中旱程度以上的站數(shù)為95站。當全省大部地區(qū)的雨季在6月中旬開始(昆明是6月20日開始)時，干旱才得以解除。昆明最大干旱強度是1969年6月20日為－240，持續(xù)天數(shù)最長達127 d;滇西大理是1969年6月10日強度最大為－205.6，持續(xù)115 d;滇東南文山干旱最大強度是1969年5月7日為－134.1，持續(xù)85 d;滇東曲靖的干旱強度相對較小，在1969年5月25日達最大為－75.9，持續(xù)41 d;而全省平均干旱強度在1969年6月1日達到最大為－118.6?？梢?，1968/1969年的冬春初夏連旱是由于1968年的冬季及1969年的春、初夏季降水特少造成的。

圖4 云南平均降水距平百分率

4.31978 /1979的冬春初夏連旱

1978年10 月至1979年5月云南各月降水偏少20%以上，其中有6個月偏少40%以上(圖5a)。1978年10月上旬至1979年5月下旬，全省平均降水185.4 mm(0.76 mm/站天)，較常年同期偏少49.5%，為1961年來歷史同期最少值。華坪、昆明、東川等18個縣市降水在60 mm以下，與常年同期相比，除文山州和鹽津、勐臘屬于正常外，全省有113個縣市偏少20%以上，其中有77縣市偏少了50%～90%，主要集中在滇中、滇西北東部、滇西南地區(qū)(圖5b)。從1978年11月中旬開始出現(xiàn)旱情(圖3)，6月1日重、特旱站數(shù)分別達45站和35站，達到中旱程度以上的站數(shù)為91站，干旱一直持續(xù)到1979年的6月上旬雨季開始時(昆明6月19日開始)。昆明最大干旱強度是1979年6月18日為－397.3，持續(xù)天數(shù)最長達238d;曲靖是1979年4月18日干旱強度最大為－226.7，持續(xù)114 d;滇西大理干旱最大強度是1979年2月8日為－113.1，持續(xù)50 d;滇東南文山的最大干旱強度發(fā)生在1979年的秋季;而全省平均的干旱強度在1979年3月16日達到最重為－112.6?？梢?，1978/1979年的冬春初夏連旱是由于1978年的秋季降水偏少、冬季降水特少，以及1979年春季、初夏季降水偏少造成的。

圖5 云南平均降水距平百分率

4.42009 /2010的秋冬春初夏連旱

2009年雨季以來，云南出現(xiàn)持續(xù)降水偏少、氣溫偏高的異常氣候。進入9月后，云南降水銳減，偏少幅度加大，大部地區(qū)雨季提前結(jié)束。2009年1月－2010年6月，除2009年4月和2010年4月降水偏多15.8%和46.3%外，其余各月都偏少，有12個月偏少20%以上，6個月偏少60%以上(圖6a)。特別是秋、冬季的降水偏少、氣溫偏高突出。2009年秋季降水135.2 mm，較常年偏少135.7 mm，偏少50.1%，偏少幅度比歷史上最少的1998年還大10.7%，是1961年來的最少年份;秋季氣溫為17.7℃，較常年偏高1.1℃，為1961年來的最高記錄。2009/2010年冬季降水14.9 mm，較常年偏少34.9 mm，偏少70.0%，與大旱年1962/1963、1968/1969年的冬季降水并列為1961年來的第二少;2009/2010年冬季云南氣溫較常年偏高1.6℃，為1961年以來最高。由于雨季提前結(jié)束，秋季降水過程偏少，大雨、暴雨分別只有124和26站次，比常年偏少131、28站次。在降水偏少最嚴重的9月上旬至2010年4月中旬時段內(nèi)全省有63個站降水在150 mm以下，其中23個站降水在100 mm以下。與常年同期相比，除德欽和盈江偏多18%和1%外，其余地區(qū)都偏少。大理、保山東部、臨滄東部、普洱北部及以東的地區(qū)共有83縣市偏少4成以上，其中滇中、滇東南、曲靖大部和大理南部有45縣市偏少6成以上(圖6b)。最少的巍山、東川、開遠分別為52、56、58 mm，較常年同期偏少84%、79%、80%，昆明的降水僅88 mm，較常年同期偏少72%。全省平均降水201 mm，較常年同期偏少46.4%，為有氣象記錄以來歷史同期最少值。

圖6 云南平均降水距平百分率

從圖3可以看出，2009年9月下旬開始出現(xiàn)旱情，比前3次特大干旱中旱情出現(xiàn)較早的1978/1979年還早50 d。與前3次極端干旱過程最嚴重的時段出現(xiàn)在5月底、6月初不同，最嚴重的時段出現(xiàn)在2010年3月下旬，到3月23日時，全省出現(xiàn)重、特旱的站數(shù)分別為43站、65站，達到中旱程度以上的站數(shù)為116站。2010年云南各地雨季開始參差不齊，大部地區(qū)偏晚，楚雄州、大理州一帶在7月中旬末開始，其余地區(qū)在5月下旬到6月中旬開始，昆明6月14日開始，各地進入雨季后嚴重干旱才得以逐步緩解。昆明最大干旱強度是2010年3月27日為－411.6，持續(xù)天數(shù)最長達199 d;滇東曲靖是2010年4月22日為－388.6，持續(xù)163 d;滇東南文山是2010年4月22日為－407.4，持續(xù)184 d;滇西大理的干旱強度相對較小，在2010年1月25日達最大為－137.3，持續(xù)83 d;而全省平均干旱強度在2010年3月26日最重為－198.3?？梢?，2009/2010年的秋冬春初夏連旱是由于2009年的夏季降水偏少、秋季和冬季降水特少，以及2010年春季、初夏季降水偏少造成的。

此次干旱造成云南省16個州市2497.7萬人受災(zāi)，有1 167.4萬人、619萬頭大牲畜飲水困難;有564座小型水庫干涸，1 119眼機井出水不足;農(nóng)作物受災(zāi)面積2 957.2khm2，絕收面積1015.5 khm2;林地受災(zāi)面積3847.3 khm2、報廢1 078.7 khm2。直接經(jīng)濟損失2 732 983.6萬元，其中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失1 986 286.7萬元［15］。

綜上所述，在4次極端干旱過程中，強度最強的是2009/2010的秋冬春初夏連旱，其造成的危害及經(jīng)濟損失也最大，其次是1978/1979年、1968/1969年和1962/1963年的冬春初夏連旱。在云南極端干旱過程的分布中，滇西、滇西南局部邊沿地區(qū)由于降水偏多、出現(xiàn)極端干旱相對較少，其余地區(qū)最容易發(fā)生特大干旱，并且干旱最容易出現(xiàn)在冬季、春季及初夏季，有時會發(fā)生在秋季，形成秋冬春初夏連旱連旱，其造成的經(jīng)濟損失也最大。

5 結(jié)論

(1)用綜合氣象干旱指數(shù)和降水選取的極端氣象干旱年均是云南歷史上降水最少、干旱最嚴重的年份。云南的極端干旱過程以強度指數(shù)為－50以上進行選取，而單站的干旱過程用強度指數(shù)為－100以上較為合適。

(2)云南干旱災(zāi)害出現(xiàn)頻繁、持續(xù)時間長，其分布具有一致性的特點，干旱出現(xiàn)的時段主要出現(xiàn)在冬、春及初夏季，嚴重時則會出現(xiàn)冬春初夏連旱，而近年來秋季干旱呈頻發(fā)之勢。除滇西、滇西南局部邊沿地區(qū)出現(xiàn)極端干旱相對較少外，云南中部及東部地區(qū)最容易發(fā)生極端干旱。

(3)近50年來，云南極端干旱的強度及持續(xù)時間呈加重趨勢，2009/2010年出現(xiàn)了秋、冬、春季及初夏連旱，其干旱過程強度是有氣象記錄以來最強的。其原因是從2009年的夏季至2010年初夏季出現(xiàn)長時間降水偏少。

(4)云南各地干旱過程強度指數(shù)存在差異的主要原因是由于云南受季風影響，降水分布極不均勻，造成了干旱強度分布的不均勻。

［1］IPCC．Climate change 2007:The physical science basis，summary for policymaker［R］．Geneva;IPCC，2007

［2］張強，潘學標，馬柱國．干旱［M］．北京:氣象出版社，2009:1－72．

［3］陳洪濱，范學花．2006年極端天氣和氣侯事件及其他相關(guān)事件的概要回顧［J］．氣候與環(huán)境研究，2007，12(1):100－112．

［4］景毅剛，杜繼穩(wěn)，張樹譽．陜西省干旱綜合評價預警研究［J］．災(zāi)害學，2006，21(4):48－51．

［5］楊新，李士高．1995年陜西特大干旱［J］．災(zāi)害學，1997，12(1):77－79．

［6］王燕，王潤元，張凱，等．干旱氣候災(zāi)害及甘肅省干旱氣候災(zāi)害研究綜述［J］．災(zāi)害學，2009，24(1):119－123．

［7］鄭建萌，朱紅梅，任菊章，等．云南縱向嶺谷區(qū)北部“春汛”的氣候特征及成因［J］．資源科學，2010，32(8):1478－1485．

［8］張萬誠，萬云霞，任菊章，等．水汽輸送異常對2009年秋、冬季云南降水的影響研究［J］．高原氣象，2011，30(6):1534－1542．

［9］鄭建萌，張萬誠，蘭蘭．大氣環(huán)流對2003年云南7月高溫天氣的影響及預測［J］．氣象，2005，31(S0):109－112．

［10］陶云，鄭建萌，黃瑋，等．云南春末夏初干旱的氣候特征［J］．自然災(zāi)害學報，2009，18(1):124－132．

［11］鄭建萌，段旭．云南春季強低溫的診斷分析［J］．氣象，2001，27(5):35－37．

［12］彭貴芬，劉瑜，張一平．云南干旱的氣候特征及變化趨勢研究［J］．災(zāi)害學，2009，24(4):40－44．

［13］張萬誠，湯陽，鄭建萌，等．夏季風水汽輸送對云南夏季旱澇的影響［J］．自然資源學報，2012，27(2):293－301．

［14］中華人民共和國國家標準．GB/T20481－2006氣象干旱等級［S］．北京:中國標準出版社，2006:1－16．

［15］云南省氣象局．云南2010年氣候公報［R］．昆明:云南省氣象局．2010．