石阡縣持續(xù)性干旱事件的變化及其響應(yīng)因子分析

鐘 華，嚴小冬 汪元霞

(1. 貴州省石阡縣氣象局，貴州 石阡 555100;2. 貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

貴州省石阡縣位于省之東北部，武陵山脈西南邊緣，銅仁市西部，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。由于受地理位置和地形影響，氣候的垂直差異十分明顯［1，2］。近年來，全球溫室效應(yīng)不斷加重，氣候變暖趨勢明顯，出現(xiàn)異常氣候的可能性增加，尤其是同一年內(nèi)相繼發(fā)生旱澇災(zāi)害的頻率也在逐步增加，“持續(xù)性干旱”、“旱澇急轉(zhuǎn)”等現(xiàn)象在南方地區(qū)表現(xiàn)得更加明顯［3－5］。到目前為止，對于“石阡縣持續(xù)性干旱”的研究尚未開展。對其進行探討，定義適合石阡縣持續(xù)性干旱事件的指標，研究持續(xù)性干旱時間演變特征，有利于石阡縣氣候預(yù)測等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一性、規(guī)范性，為開展氣候及氣候變化影響評估研究提供技術(shù)支撐，并結(jié)合診斷事實，對貴州連續(xù)性干旱提供氣候背景，供日常預(yù)測業(yè)務(wù)參考使用。

2 資料及方法

2.1 資料

該文所用資料時段為1962年1月—2013年12月，包括:①石阡氣象測站地面觀測逐月降水、氣溫、最高氣溫、日照等資料，取自貴州省氣象局氣候中心;②逐月大氣環(huán)流特征量資料取自中國氣象局氣候匯編資料。月大氣環(huán)流特征量有副熱帶高壓類、極渦類、槽類和冷空氣指數(shù)等74 項。

季節(jié)劃分:當(dāng)年12月—翌年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季;1—12月為年。

2.2 持續(xù)性干旱事件及其強度的定義

石阡月平均降水距平百分率小于－30%持續(xù)3～5個月或持續(xù)5個月及以上(其中可以允許有1個月大于－30%而小于10%)，累積降水距平百分率小于－170%，則定義為持續(xù)干旱事件。持續(xù)干旱事件的強度用累積降水距平百分率表示。另外，為便于年代際變化分析，該文采用各年代所用持續(xù)性干旱事件累積距平百分率之和，量化表征各年代的持續(xù)性干旱的強度。

3 持續(xù)干旱事件的時間演變

1962年1 月—2013年12月的52 a 中共出現(xiàn)23 次持續(xù)干旱事件，平均每27個月發(fā)生一次。表1是23 次干旱事件的出現(xiàn)時間、持續(xù)月數(shù)、累積距平百分率。據(jù)表1 可知，持續(xù)性干旱事件夏季1 次，夏秋干旱6 次、秋冬干旱4 次、冬春干旱5 次、春夏干旱1 次，夏秋冬干旱2 次，冬春夏干旱、春夏秋干旱、秋冬春干旱各有1 次，冬春夏秋干旱1 次。可見石阡持續(xù)干旱以夏秋、秋冬或冬春旱為主。雖然干旱事件有可能包含初春(3—4月)，但從干旱事件開始時間來看，初春是唯一沒有開始出現(xiàn)持續(xù)干旱事件的時段。也就是說若冬季不出現(xiàn)旱情，則在初春開始發(fā)生持續(xù)干旱事件的可能性極小，這對于持續(xù)干旱事件預(yù)測有一定指示意義。石阡干旱事件持續(xù)時間一般為3～6個月，多數(shù)跨越兩個季節(jié)(16 次)，少數(shù)跨越3個季節(jié)(5 次)，另有1 次跨越4個季節(jié)，長達9個月(2011年1月—2011年9月)。從強度來看，近52 a 來干旱事件強度最強的是2011年的冬春夏秋9個月連旱，累積降水距平百分率達－507.8%，排第2、第3 位的是1966—1967年、1978—1979年2 次干旱事件。

表1 23 次干旱事件的出現(xiàn)時間、持續(xù)月數(shù)、累積距平百分率及月平均降水距平百分率

圖1 是石阡近52 a年降水量演變曲線，分析可得，在1962—2013年52 a 中出現(xiàn)6 a 極端降水偏少年份，即1966、1981、1985、1989、2005 和2011年。

圖1 1962—2013年石阡逐年降水變化

圖2 是石阡月降水距平百分率的多年變化曲線，其中實心圓圈部分為干旱事件過程。從1962—2013年各年代干旱出現(xiàn)頻數(shù)看，1962—1970年有3 次，1970、1980、1990、2000年代分別是5、7、3、3 次?？梢姡?962—2010年5個年代中，1980年代干旱較頻繁。但2011—2013年中出現(xiàn)了2 次持續(xù)干旱事件，其中1 次還是跨越4個季節(jié)的干旱。從各年代持續(xù)干旱事件的強度來看，1960、1970、1980、1990、2000年代分 別 是－ 800.9%、－ 1 203.8%、1 581.8%、682.5%、645%，可見1980年代的持續(xù)干旱事件的強度最強，但近3 a 持續(xù)性干旱事件累積距平百分率之和已經(jīng)達到－687.1%，超過1980年代的1/3。結(jié)合圖1 得知，極端降水偏少年份一定會出現(xiàn)持續(xù)性干旱事件，但持續(xù)干旱事件不一定包含在極端降水偏少年內(nèi)?？傊?，無論是持續(xù)性干旱事件的頻率還是累積強度，都顯示出近幾年來干旱的嚴重性，由此反映了石阡極端氣候事件對全球氣候變化的響應(yīng)。

圖2 石阡月降水距平百分率的多年變化曲線(實心圓圈部分為干旱事件過程)

4 響應(yīng)因子

在分析過程中，干旱事件若包含自然季中的2個月或以上月份視為一個季節(jié)。按照上述規(guī)定，結(jié)合表1，將干旱事件中的春、夏、秋、冬四季分別提取對應(yīng)年份的時段，即春旱年份有8 a:1977、1978、1984、1985、1986、1987、1995 和2011年;夏旱年份有12 a:1964、1966、1970、1972、1974、1981、1989、1992、2001、2005、2011 和2013年;秋旱年份有11 a:1964、1966、1970、1973、1974、1981、1988、1992、1999、2005和2007年;冬旱年份有12 a:1966、1977、1978、1983、1984、1986、1987、1988、1995、1999、2007 和2010年。

結(jié)合石阡氣候特點，針對導(dǎo)致各季節(jié)干旱事件的響應(yīng)因子，通過大量統(tǒng)計，選取響應(yīng)較強的氣溫、日照、西太平洋副高西伸脊點指數(shù)、印緬槽指數(shù)和南方濤動指數(shù)等因子進行分析如下。

4.1 氣溫與日照

基于各干旱季節(jié)對應(yīng)平均氣溫數(shù)據(jù)合成，較常年春、夏、秋、冬對應(yīng)時段有較大變化，其中春旱、夏旱、秋旱和冬旱分別對應(yīng)氣溫差值為－ 0.2℃、0.3℃、－0.1℃和0.2℃，進一步對平均最高氣溫合成，得出春旱、夏旱、秋旱和冬旱對應(yīng)最高氣溫差值為－0.2℃、0.5℃、0.1℃和0.8℃，說明在夏旱和冬旱時段，無論是平均氣溫還是平均最高氣溫，均高于常年。同時，對各干旱季節(jié)的平均日照時數(shù)也進行了統(tǒng)計，較常年春、夏、秋、冬對應(yīng)時段的日照偏多，即春旱、夏旱、秋旱和冬旱對應(yīng)平均日照時數(shù)差值為6.1 h、86.1 h、19.0 h 和28.0 h，表明夏旱、冬旱時，日照時數(shù)比常年多。結(jié)合同時段的氣溫和日照分析，當(dāng)持續(xù)性夏旱、冬旱出現(xiàn)時，一般氣溫和日照高于常年。

4.2 西太平洋副高西伸脊點指數(shù)與印緬槽指數(shù)

基于各干旱季節(jié)對應(yīng)西太平洋副高西伸脊點指數(shù)合成，較常年春、夏、秋、冬對應(yīng)時段偏東，其中春旱、夏旱、秋旱和冬旱分別對應(yīng)西伸脊點差值為0.2°E、5.1°E、8.4°E 和21.3°E。同時，其中春旱、夏旱、秋旱和冬旱分別對應(yīng)印緬槽指數(shù)差值為－2.6、－4.1、－3.6 和－1.6。結(jié)合副高西伸特點與印緬槽強度，表明干旱事件對應(yīng)時段，尤其是持續(xù)性夏旱和秋旱時段，雖然印緬槽偏強，加速西南暖濕氣流向北輸送，但西太平洋副高偏東，導(dǎo)致暖濕氣流整體偏東，最終導(dǎo)致石阡區(qū)域處于少雨狀態(tài)。

4.3 南方濤動指數(shù)

計算石阡站春夏秋冬各季歷年降水量與對應(yīng)時段南方濤動指數(shù)相關(guān)，系數(shù)值為－0.04、0.02、－0.35 和－0.27。同時，其中春旱、夏旱、秋旱和冬旱分別對應(yīng)南方濤動指數(shù)差值為0.3、4.6、7.2 和4.0。表明南方濤動指數(shù)較常年相應(yīng)時段偏大時，石阡秋旱和冬旱更趨明顯。

綜上氣溫、日照以及西太平洋副高西伸脊點、印緬槽和南方濤動指數(shù)對石阡持續(xù)性干旱的響應(yīng)分析，表明各響應(yīng)因子對石阡區(qū)域持續(xù)性夏旱、秋旱和冬旱影響較大，而對持續(xù)性春旱響應(yīng)弱，進一步表明初春開始發(fā)生持續(xù)干旱事件的可能性極小。

5 結(jié)論

該文利用石阡站近52 a月降水量資料以及響應(yīng)時段大氣環(huán)流特征量，定義了石阡持續(xù)性干旱事件，分析了干旱事件演變特征以及響應(yīng)因子強度，初步得出以下結(jié)果:

①石阡月平均降水距平百分率小于－30%持續(xù)3～5個月或持續(xù)5個月及以上(其中可以允許有1個月大于－30%而小于10%)，累積降水距平百分率小于－170%，則定義為持續(xù)干旱事件。

②持續(xù)性干旱事件近52 a 來平均出現(xiàn)頻率為每27個月發(fā)生一次，持續(xù)性干旱事件以夏秋旱、秋冬旱或冬春旱為主(占15/23)。若冬季不出現(xiàn)旱情，則在初春開始發(fā)生持續(xù)干旱事件的可能性極小，這對于持續(xù)性干旱事件預(yù)測有一定指示意義。近52 a 來干旱事件強度最強的是2011年，排第2、第3 位的是1966—1967年、1978—1979年2 次干旱事件。

③石阡在1962—2010年5個年代中，1980年代干旱較頻繁，強度最強，但近3 a(2011—2013年)持續(xù)性干旱事件累積距平百分率之和已經(jīng)達到－687.1%，超過1980年代的1/3。無論是持續(xù)性干旱事件的頻率還是累積強度，都顯示出近幾年來干旱的嚴重性，由此反映了石阡極端氣候事件對全球氣候變化的響應(yīng)。

④石阡持續(xù)性干旱事件中，氣溫與日照在夏季和冬季響應(yīng)程度強，西太平洋副高偏東與印緬槽偏強相互配置在夏秋時段響應(yīng)程度強，以及南方濤動在秋冬季響應(yīng)程度強。說明各響應(yīng)因子對石阡區(qū)域持續(xù)性夏旱、秋旱和冬旱影響較大，而對持續(xù)性春旱響應(yīng)弱，初春開始發(fā)生持續(xù)干旱事件的可能性極小。

綜上所述，較為系統(tǒng)的分析了石阡持續(xù)性干旱事件的演變特征，利用多因子分析石阡持續(xù)性干旱事件的響應(yīng)程度，為干旱預(yù)測提供了較好的參考依據(jù)。另外，在合成分析中，主要對同時段進行了大量統(tǒng)計分析，今后將進一步對前期大氣環(huán)流演變特征進行分析，盡可能挖掘影響石阡持續(xù)性干旱事件的關(guān)鍵因子。

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