近33年衡陽盆地的氣候變化與干旱發(fā)展趨勢

劉蘭芳，肖志成，陳濤，周松秀

(1.衡陽師范學院資源環(huán)境與旅游管理系，湖南 衡陽 421008；2.衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001)

近33年衡陽盆地的氣候變化與干旱發(fā)展趨勢

劉蘭芳1，肖志成1，陳濤2，周松秀1

(1.衡陽師范學院資源環(huán)境與旅游管理系，湖南 衡陽 421008；2.衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001)

全球變暖背景下區(qū)域氣候變化響應(yīng)已引起學術(shù)界的高度關(guān)注，將氣候變化與干旱趨勢相結(jié)合進行研究具有理論意義。利用衡陽盆地1981—2013年的逐日氣溫和降水量，綜合分析衡陽盆地的氣候變化特征與干旱發(fā)展趨勢。結(jié)果表明：衡陽盆地的氣候呈暖干趨勢發(fā)展，年平均氣溫增加0.034 1 ℃，其中春季升溫貢獻最大，春季氣溫年增加0.054 4 ℃；年降水量約減少0.808 0 mm，呈緩慢減少趨勢，以秋季降水的減幅最大，年減少3.335 1 mm；利用綜合氣象干旱指數(shù)(CDI)法計算出干旱頻率年增加0.379 9%，其中秋季干旱頻率增加最大，年增加0.910 4%，不同等級干旱類型中，以特旱頻率增加率最大，年增加0.231 6%。

氣候；干旱；氣溫；降水量；衡陽盆地

衡陽盆地位于湘江中游，地處26°07′～27°28′N，111°32′～113°17 E，總面積15 310 km2，屬于大陸性中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，其水熱資源可滿足農(nóng)作物一年二熟或三熟的要求。該區(qū)主要的糧食作物是水稻。本區(qū)年降水量豐富，但降水年際變化與季節(jié)變化十分顯著，降水集中在 4—6月，故早稻生長期一般不缺水。每年的7—10月降水較少，而這個時期正是晚稻生長需水量較大的時候，所以晚稻生產(chǎn)經(jīng)常遭遇氣象干旱威脅。利用長時間序列的氣象數(shù)據(jù)研究衡陽盆地的氣候變化特征與氣象干旱趨勢，對本區(qū)晚稻的防旱抗旱和減輕旱災(zāi)損失、保障水稻生產(chǎn)及糧食安全具有重要的參考價值，也可為區(qū)域制定中長期農(nóng)業(yè)發(fā)展政策提供參考依據(jù)。

1 試驗數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 氣象數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)為衡陽盆地行政轄區(qū)內(nèi)祁東縣、衡東縣、衡南縣、衡山縣、衡陽縣、常寧市、耒陽市以及衡陽市城區(qū)等地的 8個地面氣象觀測站1981—2013年的日平均氣溫、年最高氣溫、年最低氣溫和日降水量。利用日平均氣溫，借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法得出月平均氣溫、年平均氣溫；將日降水量進行累計求和，獲得各站點的月降水量、年降水量之后，再求出各站點的平均值，從而得出衡陽盆地月平均降水量、年平均降水量。利用公式(1)計算年平均氣溫距平；利用公式(2)計算年平均降水距平。利用計算得出的月平均氣溫、月平均降水量和年平均氣溫距平、年平均降水距平，采取回歸分析法等研究手段，對春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12月、1—2月)及年際的氣溫、降水量進行分析，揭示衡陽盆地的氣候變化特征。

公式(1)中TA表示某一年年平均氣溫距平；T表示某一年年平均氣溫；T代表氣候平均值。按照世界氣象組織的和中國的規(guī)定，氣候平均值取近 30年的平均值即可，本文中取 1981—2010年的氣溫平均氣溫。

公式(2)中 PA為年平均降水量；P為某一年的年降水量；為多年平均降水量。本文中取1981—2010年的平均降水量。

1.2 干旱趨勢分析方法

干旱是指某一時段內(nèi)的缺水現(xiàn)象。干旱趨勢研究離不開干旱指數(shù)計算及干旱等級劃分?，F(xiàn)有的關(guān)于干旱指數(shù)研究的成果頗多，可分為氣象干旱指數(shù)、水文干旱指數(shù)、農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)以及社會經(jīng)濟干旱指數(shù)等。氣象干旱常常誘發(fā)水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱以及社會經(jīng)濟干旱事件，故氣象干旱指數(shù)研究更有意義。中國 2006年頒布的《氣象干旱等級》國家標準(GB/T 20481—2006)[9]中提出了多種干旱等級劃分標準，其中，綜合氣象干旱指數(shù)(以下用 CDI表示)同時考慮了降水和蒸發(fā)能力因子，與單純利用降水量的干旱指數(shù)比較具有較大優(yōu)越性[10]，成為目前國內(nèi)干旱監(jiān)測和評估業(yè)務(wù)工作中普遍使用的方法。本文中采用CDI指數(shù)法確定干旱等級，用干旱頻率表示干旱指數(shù)，故干旱趨勢分析由2步完成。

步驟1：計算近33年的逐日CDI。

式(3)中P30、P90分別是近30 d和近90 d的標準化降水指數(shù)；H30為近 30 d相對濕潤度指數(shù)；a為近30 d標準化降水系數(shù)，平均取0.4；b為近90 d標準化降水系數(shù)，平均取0.4；c為近30 d相對濕潤系數(shù)，平均取0.8。

通過公式(3)，利用前期平均氣溫、降水量可以滾動計算出每天的CDI。再根據(jù)CDI確定氣象干旱等級，見表1。

表1 根據(jù)CDI劃分的干旱等級Table 1 Drought grades classified by CDI

步驟2：計算近33年逐年干旱發(fā)生頻率。本文中的干旱發(fā)生頻率即為干旱指數(shù)。DI=n/N，式中，DI為干旱指數(shù)；n為近33年中每年干旱發(fā)生的時間(d)，即出現(xiàn)輕旱及其以上等級干旱的發(fā)生時間(d)；N為資料樣本總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化特征

2.1.1 年變化

利用衡陽盆地氣溫數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得出近 33年年平均氣溫為18.1 ℃，年平均氣溫最高值為19.2 ℃，出現(xiàn)在2007年，該年氣溫距平為1.1 ℃；1984年年平均氣溫最低，為17.1 ℃，其氣溫距平為–1.1 ℃。由圖1可見，近33年年平均氣溫呈上升趨勢，年上升0.034 1 ℃，其變暖程度高于全國平均水平。由圖2可見，1981—1997年中只有1983年的氣溫距平為正數(shù)，其余年份氣溫距平均為負值，氣溫距平為負的年份所占比例為94.1%，說明近33年前段時間是氣候偏冷期；1998—2013年，氣溫距平為正的年份所占比例為87.5%，由此可見，自1998年以來，衡陽盆地的氣候明顯變暖。

圖1 1981—2013年衡陽盆地的年平均氣溫Table1 Annual average temperature from 1981 to 2013 in Hengyang basin

圖2 1981—2013年衡陽盆地的年平均氣溫距平Table 2 Anomaly average temperature from 1981 to 2013 in Hengyang basin

2.1.2 季節(jié)變化

從四季氣溫變化曲線(圖3)可以看出，四季氣溫均呈緩慢上升，以春季氣溫上升最快，其氣溫年上升0.054 4 ℃，春季最高氣溫為19.5 ℃，出現(xiàn)在2008年，最低氣溫出現(xiàn)在1996年，為16.2 ℃，最高氣溫與最低氣溫的差為3.3 ℃；冬季變暖的幅度僅次于春季，其氣溫年上升0.040 7 ℃，冬季最高氣溫達9.4 ℃，出現(xiàn)在1999年，最低氣溫出現(xiàn)在1984年，為4.3 ℃，冬季氣溫變化幅度達5.1 ℃；秋季氣溫年上升0.035 1℃，說明秋季增溫不顯著；夏季平均氣溫年上升0.006 3 ℃，是四季增溫幅度最小的季節(jié)。由此可見，近 33年衡陽盆地春季、冬季升溫對氣溫年平均升高起了主要作用，也體現(xiàn)了“暖冬”氣候的發(fā)展趨勢。

圖3 1981—2013年衡陽盆地的四季氣溫Table 3 Seasonal temperature from 1981 to 2013 in Hengyang basin

2.2 降水變化特征

2.2.1 年際變化

經(jīng)統(tǒng)計分析后得出，衡陽盆地近 33年的年降水量平均為 135 1.0 mm，年降水量最大值出現(xiàn)在1998年，為182 2.2 mm，年降水量最小值為104 3.4 mm，出現(xiàn)在2003年，最大值與最小值的差為778.8 mm。從年降水量變化曲線(圖4)看，近 33年降水量呈緩慢減少趨勢，年降水量減少0.808 0 mm。20世紀80年代降水的年際變化較為平緩，90年代變化較為劇烈。圖5顯示，1982—1989年連續(xù)7年的降水距平為負數(shù)，反映出20世紀80年代是小雨期，而90年代有7年的降水距平為正數(shù)，表明90年代的降水較為豐富。21世紀的13年中，有8年的降水距平為負數(shù)，說明降水又呈現(xiàn)減少趨勢。

圖4 1981—2013年衡陽盆地的年降水量Table 4 Annual precipitation from 1981 to 2013 in Hengyang basin

圖5 1981—2013年衡陽盆地的年降水距平Table 5 Precipitation anomaly from 1981 to 2013 in Hengyang basin

2.2.2 季節(jié)變化

圖6 1981—2013年衡陽盆地的四季降水量Table 6 Seasonal precipitation changing trend from 1981 to 2013 in Hengyang basin

由四季降水趨勢(圖6)可知，春、夏季降水量多，秋、冬季降水量偏少，而且近33年衡陽盆地降水季節(jié)變化差異明顯。春、夏季降水呈明顯增加趨勢，尤其是春季降水量增加幅度最大，年增幅為2.664 2 mm，2004年春季降水量高達695.8 mm，占當年總降水量的 49.6%；夏季降水年增幅為0.447 1 mm，其中1994年的夏季降水量最大，為745.4 mm，占當年總降水量的41.9%。近33年冬季降水呈減少趨勢，年減幅為0.584 2 mm；秋季降水量遞減趨勢最大，年減幅為3.335 1 mm，1992年秋季的降水量極少，僅63.6 mm，占當年總降水量的4.6%。秋季降水量最大的是1982年，為381.1 mm，占當年總降水量的23.9%?？梢?，衡陽盆地降水季節(jié)差異大，秋季降水嚴重不足。

2.3 干旱趨勢分析

2.3.1 年際變化

由圖7可見，近33年衡陽盆地的干旱頻率呈增加趨勢，年增幅為0.379 9%。將33年劃分成3個時段進行統(tǒng)計分析，得出 2001—2013年平均干旱頻率最大，為33.9%；1981—1990年干旱頻率次之，為28.2%；1991—2000年平均干旱頻率最小，為25.2% 。這一特征與近33年年降水量變化趨勢相對應(yīng)，即降水量減少的時期正是干旱頻率增大的時期。由圖 8～10可見，衡陽盆地的特旱頻率增加趨勢最明顯，其年增幅為0.231 6%，表明近33年衡陽盆地特旱越來越嚴重；重旱頻率增加趨勢僅次于特旱頻率，年增幅為0.096 4%。

圖7 1981—2013年衡陽盆地的干旱頻率Table 7 Drought frequency change trend from 1981 to 2013 in Hengyang basin

圖8 1981—2013年衡陽盆地的輕旱與中旱頻率Table 8 Mild drought frequency from 1981 to 2013 in Hengyang basin

圖9 1981—2013年衡陽盆地的重旱頻率Table 9 Worse drought frequency from 1981 to 2013 in Hengyang basin

圖10 1981—2013年衡陽盆地的特旱頻率Table 10 Extreme drought frequency from 1981 to 2013 in Hengyang basin

2.3.2 季節(jié)變化

由圖 11看出：衡陽盆地夏季、秋季干旱頻率較大，春季、冬季干旱頻率較小。33年秋季平均干旱頻率為42.5%，即秋旱為 2.5年1遇；夏季平均干旱頻率為36%；冬季平均干旱頻率為12.1%；春季干旱頻率最小，為9.66%，約10年1遇。秋季干旱頻率增加趨勢明顯，年增幅為0.910 4%；春季干旱年增幅為0.399 1%；夏季與冬季的干旱頻率呈減少趨勢。這說明隨著氣候變暖，秋季蒸發(fā)加強，降水量減少，干旱趨勢加重。

圖11 1981—2013年衡陽盆地的四季干旱頻率Table 11 Seasonal drought frequency from 1981 to 2013 in Hengyang basin

3 結(jié)論與討論

1) 衡陽盆地近33年年平均氣溫為18.1 ℃，年均氣溫最高為19.2 ℃，年均氣溫最低為17.0 ℃。根據(jù)年平均氣溫距平值將氣溫變化大致劃分成2個時間段，即1981—1997年為氣候偏冷期，1998—2013年為氣候偏暖期。春、夏、秋、冬季氣溫均呈變暖趨勢，以春季升溫率最大，年增幅0.054 4 ℃，冬季增溫趨勢也較明顯，年升溫0.040 7 ℃，秋季年升溫0.035 1 ℃，夏季升溫最緩慢。

2) 衡陽盆地年平均降水量為1 351.0 mm，年降水量最大值為1 822.2 mm，出現(xiàn)在1998年；年降水量最小值為1 043.4 mm，出現(xiàn)在2003年。由年降水量距平分析可知，20世紀80年代是小雨期，90年代是多雨期；21世紀以來，降水又呈現(xiàn)減少趨勢。衡陽盆地降水季節(jié)差異明顯，春、夏季降水豐富，且呈增加趨勢；秋、冬季降水較少，并呈下降趨勢，其中秋季降水下降趨勢最顯著，降水量年均減少3.335 1 mm。

3) 由逐日氣候干旱指數(shù)分析結(jié)果可知，衡陽盆地近33年干旱趨勢呈波動變化，即2001—2013年平均干旱頻率最大，為 33.89%；1981—1990年平均干旱頻率次之，為 28.17%；1991—2000年平均干旱頻率最小，為25.16%。這一特征與近33年年降水量變化趨勢相對應(yīng)，即降水量減少時期正是干旱頻率增大時期，說明影響干旱變化的主要因素是降水量。干旱季節(jié)變化特征是夏季、秋季干旱頻率較大，春季、冬季干旱頻率較小，夏季與冬季干旱呈減弱趨勢，秋季與春季干旱呈加強趨勢，尤其是秋季干旱頻率明顯增大。

4) 衡陽盆地近33年氣候向“暖干”趨勢發(fā)展。氣溫呈緩慢上升趨勢，年上升0.034 1 ℃；年降水量呈緩慢減少趨勢，年降水量減幅為0.808 0 mm；干旱頻率年增加0.379 9%，不同等級干旱類別中，以特旱頻率增加率最大，年增加0.231 6%。一旦出現(xiàn)特旱，農(nóng)業(yè)受損嚴重。衡陽盆地干旱災(zāi)情歷史數(shù)據(jù)顯示農(nóng)業(yè)旱情呈加重變化趨勢[11]，可見，本文關(guān)于干旱趨勢的研究方法具有較高的可信度，但本研究中僅對衡陽盆地的氣候進行了時間變化分析，關(guān)于空間變化趨勢有待研究。

[1] 王紹武，羅勇，趙宗慈，等．關(guān)于氣候變暖的爭議[J]．自然科學進展，2005，15(8)：917–922．

[2] 王海燕，殷淑燕，?？〗埽?0年來晉西北地區(qū)氣候變化分析[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23(12)：71–75．

[3] 竇睿音，延軍．1960—2010年關(guān)中地區(qū)旱澇災(zāi)害對氣候變化的響應(yīng)[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2012，38(5)：542–547．

[4] 馬柱國，符淙斌．中國干旱和半干旱帶的10年際演變特征[J]．地球物理學報，2005，48(3)：519–525．

[5] 于淑秋，林學椿，徐祥德．中國西北地區(qū)近50年降水和溫度的變化[J]．氣候與環(huán)境研究，2003，8(1)：9–18．

[6] 蔡新玲，王繁強，吳素良．陜北黃土高原近42年氣候變化分析[J]．氣象科技，2007，35(1)：45–48．

[7] 張麗花，延軍平，劉櫟杉．山西氣候變化特征與旱澇災(zāi)害趨勢判斷[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27(5)： 120–125．

[8] 黃建平，季明霞，劉玉芝，等．干旱半干旱區(qū)氣候變化研究綜述[J]．氣候變化研究進展，2013，9(1)：9–14．

[9] GB/T20481—2006，氣象干旱等級[S]．

[10] 鄒旭愷，任國玉，張強．基于綜合氣象干旱指數(shù)的中國干旱變化趨勢研究[J]．氣候與環(huán)境研究，2010，15(4)：371–378．

[11] 劉蘭芳，肖志成，周松秀，等．亞熱帶稻區(qū)旱災(zāi)巨災(zāi)風險形成機理及生態(tài)減災(zāi)研究：以衡陽盆地為例[J]．衡陽師范學院學報，2012，33(3)：91–94．

責任編輯：王賽群

英文編輯：王 庫

Climatic change and drought trend in Hengyang basin over recent 33 years

LIU Lan-fang1, XIAO Zhi-cheng1, CHEN Tao2, ZHOU Song-xiu1
(1.Department of Resource Environment and Tourism Management, Hengyang Normal University, Hengyang, Hunan 421008, China; 2.Hengyang Meteorological Bureau, Hengyang, Hunan 421001, China)

It is of great theoretic and practical implications to study regional climatic change and drought trend at the background of global warming, which was extensively concerned by academic circles. Climatic change and drought trend were analysed by mathematical statistical method using daily temperature and precipitation data collected from 1981 to 2013 in Hengyang basin. The results showed that the climate in Hengyang basin had a warm dry trend with 0.034 1 ℃annual average temperature increase per year, moreover, the increase trend was mostly dedicated by spring among four seasons with 0.054 4 ℃temperature increase per year. The annual precipitation was reduced about 0.808 0 mm per year and the maximum reduction occurred in autumn with 3.335 1 mm decrease per year. The drought frequency increased 0.379 9 percent per year calculated by compound index (CDI) of meteorological drought and mainly increased in autumn with 0.910 4% increase per year. Among all grades of drought, extreme drought frequency increased with annual rate of 0.231 6%, ranked first.

climatic; drought; temperature; precipitation; Hengyang basin

10.13331/j.cnki.jhau.2014.06.015

投稿網(wǎng)址：http://www.hunau.net/qks

S164

A

1007?1032(2014)06?0637?06

氣候變化導(dǎo)致其他環(huán)境要素發(fā)生改變，進而影響人類的生產(chǎn)與生活。氣候變化已成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的問題。眾多研究表明，全球變暖有增無減[1]。不同區(qū)域?qū)θ蜃兣捻憫?yīng)存在明顯差異，故全球變暖所引起的區(qū)域氣候變化響應(yīng)已經(jīng)成為當前研究的熱點問題[2]。近年來，中國學者在區(qū)域氣候變化研究方面取得了大量研究成果[3–5]，蔡新玲等[6]利用陜北黃土高原1961—2002年的氣溫、降水量、相對濕度和風速等資料，全面分析了陜北黃土高原近 42年的氣候變化特征；張麗花等[7]利用山西省1951—2010年的氣溫和降水資料，運用趨勢分析法、Mann–Kendall突變檢驗、馬爾可夫模型等分析了山西近 60年來的氣候變化及旱澇趨勢。全球變暖背景下，關(guān)于區(qū)域氣候響應(yīng)的研究雖然很多，但學者們傾向于研究干旱、半干旱區(qū)氣候變化對全球變暖的響應(yīng)，關(guān)于濕潤地區(qū)氣候變化對全球變暖的響應(yīng)研究較少[8]，將氣候變化與干旱趨勢相結(jié)合的研究更少。

2014–06–05

國家自然科學基金資助項目(41171075，71273081)；湖南省科學技術(shù)廳計劃資助項目(2012FJ3019)；湖南省重點學科人文地理支持項目(湘教通[2011]76號)

劉蘭芳(1965—)，女，湖南祁東人，博士，教授，主要從事氣候變化與區(qū)域自然災(zāi)害研究工作，741291694@qq.com