玉屏縣近50 a旱澇特征和旱澇急轉(zhuǎn)及其響應(yīng)因子淺析

楊 明，嚴(yán)小冬，吳麗華，張東海

(1.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

玉屏縣近50 a旱澇特征和旱澇急轉(zhuǎn)及其響應(yīng)因子淺析

楊 明1，嚴(yán)小冬2，吳麗華1，張東海2

(1.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

利用玉屏站1965—2014年地面氣象觀測(cè)資料及大氣環(huán)流指數(shù)資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)及Morlet小波方法，分析玉屏縣旱澇特征得出：玉屏縣年降水量存在明顯的年際變化，有2～3 a的震蕩周期；玉屏縣持續(xù)性干旱過(guò)程平均32個(gè)月發(fā)生1次，大多數(shù)持續(xù)時(shí)間為4～6個(gè)月，屬季度尺度的干旱，以夏秋干旱、秋冬干旱和冬春干旱發(fā)生頻率高；玉屏縣洪澇過(guò)程約35個(gè)月發(fā)生1次，持續(xù)時(shí)間1～3個(gè)月，開(kāi)始時(shí)間集中發(fā)生在下半年，大多數(shù)過(guò)程并未發(fā)生在降水偏多年，階段性特征明顯；玉屏縣典型旱澇急轉(zhuǎn)事件有3次，均未發(fā)生在降水異常年；在旱澇急轉(zhuǎn)事件中，氣溫、最高氣溫和日照的階段性波動(dòng)對(duì)本區(qū)域前旱后澇的響應(yīng)程度強(qiáng)，而西太平洋副高脊線、西伸脊點(diǎn)和印緬槽指數(shù)的演變，單要素對(duì)玉屏縣前旱后澇的響應(yīng)不明顯，但若綜合考慮各指標(biāo)的配置情況，對(duì)玉屏縣旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后響應(yīng)程度增強(qiáng)。

旱澇特征；持續(xù)性干旱過(guò)程；洪澇過(guò)程；旱澇急轉(zhuǎn)；響應(yīng)因子

1 引言

玉屏縣地處云貴高原向湘西丘陵傾斜的過(guò)渡地帶，以低山丘陵為主，海撥多在400～600 m之間，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候[1]。近年來(lái)，隨著全球氣候的變暖，出現(xiàn)異常氣候的可能性增加，“持續(xù)性干旱過(guò)程”、“洪澇過(guò)程”、“旱澇急轉(zhuǎn)事件”等現(xiàn)象在南方地區(qū)表現(xiàn)得更加明顯[2-6]。有關(guān)玉屏氣候研究的工作較少[7-9]，針對(duì)玉屏“持續(xù)性干旱過(guò)程”、“洪澇過(guò)程”和“旱澇急轉(zhuǎn)”的研究尚未開(kāi)展，本文擬對(duì)其進(jìn)行探討，定義適合玉屏縣持續(xù)性干旱過(guò)程、旱澇過(guò)程以及旱澇急轉(zhuǎn)等指標(biāo)，研究旱澇特征、旱澇急轉(zhuǎn)事件及其響應(yīng)因子，有利于玉屏縣氣候業(yè)務(wù)的統(tǒng)一性、規(guī)范性，為開(kāi)展氣候預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)以及服務(wù)提供技術(shù)支撐。

2 資料與方法

2.1 資料

本文所用資料為1965年1月1日—2014年12月31日玉屏氣象觀測(cè)站的逐日降水、逐月降水、月平均氣溫、月平均最高氣溫、月日照時(shí)數(shù)等資料，取自貴州省氣候中心；74項(xiàng)大氣環(huán)流特征量指數(shù)(即大氣環(huán)流指數(shù))逐月值資料，取自國(guó)家氣候中心。

2.2 持續(xù)性干旱、洪澇過(guò)程的定義

[10]，定義月降水距平百分率<-10%且持續(xù)3個(gè)月或以上(若持續(xù)5個(gè)月或以上，允許有1個(gè)月<30%)，其累積降水距平百分率<-170%(主汛期，則<-150%)，且月平均降水距平百分率<-30%，為持續(xù)性干旱過(guò)程；定義主汛期月降水距平百分率>100%，非主汛期月降水距平百分率>200%或連續(xù)2—3個(gè)月累積降水距平百分率>200%，為洪澇過(guò)程。主汛期劃分：取玉屏測(cè)站常年月降水量>100 mm的月份作為主汛期，即4—8月。

3 旱澇特征

3.1 年降水量時(shí)間演變特征

定義降水量大于(小于)多年平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的和(差)為降水偏多(偏少)年份。由圖1可見(jiàn)，玉屏縣50 a中降水偏多或偏少各出現(xiàn)了8 a，分別為1965、1967、1968、1969、1982、1997、2002、2004年和1966、1979、1981、1983、1985、1989、2005、2011年。

為進(jìn)一步討論玉屏年降水量可能存在的周期變化，利用小波方法[11]進(jìn)行分析。圖2表明，玉屏年降水量存在明顯的年際變化，主要有2～3 a的周期。從小波能量譜圖給出年降水量在時(shí)域、頻域上的具體分布：2～3 a震蕩主要發(fā)生在20世紀(jì)60年代中后期、80年代初期和本世紀(jì)初，上述三個(gè)時(shí)段的周期變化均超過(guò)90%的信度檢驗(yàn)。

圖1 1965—2014年玉屏逐年降水變化

圖2 玉屏1965—2014年年降水量Morlet小波圖(陰影部分表示在90%置信度統(tǒng)計(jì)顯著)

3.2 持續(xù)干旱過(guò)程的演變特征

表1 19次持續(xù)性干旱過(guò)程的出現(xiàn)時(shí)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

統(tǒng)計(jì)得出，50 a中玉屏縣出現(xiàn)19次持續(xù)干旱過(guò)程(表1)，平均32個(gè)月發(fā)生1次；干旱過(guò)程持續(xù)時(shí)間為3～8個(gè)月，持續(xù)5個(gè)月最多6次，持續(xù)4個(gè)月5次，持續(xù)3個(gè)月、6個(gè)月各為3次，由此得出，大多數(shù)持續(xù)性干旱過(guò)程屬季度尺度的干旱；夏秋干旱、秋冬干旱出現(xiàn)頻率最大為4次，冬春干旱出現(xiàn)頻率次之為3次，夏季、夏秋冬、秋冬春各有2次，春夏、夏秋干旱各有1次，可見(jiàn)玉屏持續(xù)干旱以夏秋、秋冬或冬春旱為主；4月是唯一沒(méi)有開(kāi)始出現(xiàn)持續(xù)干旱過(guò)程的月份，也就是說(shuō)若冬季或者3月不出現(xiàn)干旱，則在4月開(kāi)始發(fā)生持續(xù)干旱過(guò)程的可能性極小，這對(duì)于持續(xù)干旱過(guò)程預(yù)測(cè)有一定指示意義。

結(jié)合表1和圖1分析得出，19次持續(xù)干旱過(guò)程中，有5次持續(xù)干旱過(guò)程發(fā)生在年降水量偏少年內(nèi)，即1979、1981、1983、2005和2011年，而其它14次并沒(méi)包括在年降水量偏少年，也應(yīng)正了玉屏縣大多數(shù)持續(xù)性干旱過(guò)程屬季度尺度干旱的結(jié)論。

3.3 洪澇過(guò)程的演變特征

表2 17次洪澇過(guò)程的出現(xiàn)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、月或累積降水距平百分率

50 a中出現(xiàn)17次洪澇過(guò)程(表2)，平均約35個(gè)月發(fā)生1次，持續(xù)時(shí)間為1—3個(gè)月，其開(kāi)始時(shí)間集中在下半年，上半年僅出現(xiàn)了1次；9月以前發(fā)生的洪澇過(guò)程持續(xù)1個(gè)月，多是以一場(chǎng)暴雨以上的強(qiáng)降水所致，9月之后發(fā)生的洪澇過(guò)程，大多持續(xù)為2個(gè)月或3個(gè)月的較大連陰雨過(guò)程所致，也有例外，如2008年11月為暴雨過(guò)程所致。與玉屏縣逐年最大連續(xù)降水量對(duì)比分析(表略)，17次洪澇過(guò)程除1969年8月、1997年9—10月和2002年12月—2003年2月不在最大連續(xù)降水量過(guò)程中外，其它洪澇過(guò)程均在最大連續(xù)降水量過(guò)程中。

結(jié)合表2和圖1分析得出，17次洪澇過(guò)程中，有6次洪澇過(guò)程在年降水偏多年，即1965、1969、1982、1997、2002和2004年，而其它11次并沒(méi)包括在年降水偏多年，這表明玉屏洪澇過(guò)程大多數(shù)存在階段性特征。

4 旱澇急轉(zhuǎn)事件及其成因淺析

4.1 旱澇急轉(zhuǎn)事件

“旱澇急轉(zhuǎn)”是指前期持續(xù)偏旱，接著因一場(chǎng)暴雨以上的強(qiáng)降水或雨量較大的連陰雨致使迅速由旱轉(zhuǎn)澇的天氣氣候過(guò)程。滿(mǎn)足本文定義的持續(xù)性干旱過(guò)程，隨之又發(fā)生洪澇過(guò)程，則定義為旱澇急轉(zhuǎn)事件。綜合表1和表2的干旱過(guò)程以及洪澇過(guò)程的前旱后澇的連續(xù)演變，統(tǒng)計(jì)得出玉屏近50 a發(fā)生的典型旱澇急轉(zhuǎn)事件主要有3次(見(jiàn)圖3)：1972年6—11月，發(fā)生轉(zhuǎn)折的是9月；1988年3—9月，發(fā)生轉(zhuǎn)折的是8月；2013年6—9月，發(fā)生轉(zhuǎn)折的是9月。同時(shí)，結(jié)合圖3和圖1，分析可知，玉屏近50 a出現(xiàn)典型旱澇急轉(zhuǎn)事件，均不在年降水偏少或偏多的年份。

圖3 各月降水距平百分率(a)1972年；(b)1988年；(c)2013年

4.2 旱澇急轉(zhuǎn)響應(yīng)因子分析

結(jié)合玉屏氣候特點(diǎn)，針對(duì)導(dǎo)致旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后過(guò)程的響應(yīng)因子，選取響應(yīng)較強(qiáng)的平均氣溫、平均最高氣溫、日照和西太平洋副高脊點(diǎn)、西伸脊點(diǎn)、印緬槽等因子進(jìn)行分析。

4.2.1 平均氣溫、平均最高氣溫與日照 據(jù)表3分析得出，典型旱澇急轉(zhuǎn)事件前期(持續(xù)干旱過(guò)程)月平均氣溫距平、月平均最高氣溫距平和月日照差值均為正值，而旱澇急轉(zhuǎn)事件后期(洪澇過(guò)程)對(duì)應(yīng)要素均為負(fù)值。雖然旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后各要素月尺度就平均值而言，位相相反，但是，針對(duì)每一次旱澇急轉(zhuǎn)事件，不一定前、后時(shí)段各要素各月變化均呈一致性，比如1988年平均氣溫前期3—7月，即-2.4℃、1.6℃、-0.3℃、1.9℃和1.4℃，其中3月和5月為負(fù)值?？傊?，偶爾出現(xiàn)階段性不一致的情況，但基本不影響持續(xù)性干旱過(guò)程或洪澇過(guò)程對(duì)應(yīng)的響應(yīng)因子的變化趨勢(shì)。

表3 典型旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后各要素月尺度變化值(平均值：1981—2010年)

4.2.2 西太平洋副高脊線、西伸脊點(diǎn)和印緬槽指數(shù) 據(jù)表4統(tǒng)計(jì)可知，典型年旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后西太平洋副高脊線、西伸脊點(diǎn)和印緬槽指數(shù)對(duì)應(yīng)各自月尺度距平值沒(méi)有明顯的差異性。但是，結(jié)合各時(shí)段對(duì)應(yīng)氣候態(tài)，初步得出：玉屏發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)事件的前期持續(xù)性干旱過(guò)程，月尺度西太平洋副高脊線平均緯度不超過(guò)27°N，當(dāng)西太平洋副高西伸脊點(diǎn)偏西時(shí)，印緬槽往往偏弱，反之，偏東時(shí)印緬槽偏強(qiáng)，結(jié)合玉屏所處地理位置，發(fā)現(xiàn)西太平洋副高西伸脊點(diǎn)和印緬槽的配置，易出現(xiàn)少雨；旱澇急轉(zhuǎn)事件的后期洪澇過(guò)程，月尺度西太平洋副高脊線平均緯度有可能超過(guò)27°N，如2013年9月，月尺度西太平洋副高西伸脊點(diǎn)接近110°E，結(jié)合同時(shí)段印緬槽強(qiáng)度的變化，易出現(xiàn)多雨。

5 小結(jié)

①玉屏縣年降水量存在明顯的年際變化，有2～3 a的周期震蕩，主要發(fā)生在20世紀(jì)60年代中后期、80年代初期和本世紀(jì)初；50年中降水量偏多和偏少各出現(xiàn)了8 a。

②玉屏縣50 a中出現(xiàn)19次持續(xù)干旱過(guò)程，平均32個(gè)月發(fā)生一次，大多數(shù)持續(xù)時(shí)間為4～6個(gè)月，屬季度尺度的干旱，以夏秋干旱、秋冬干旱和冬春干旱發(fā)生頻率高；4月是唯一沒(méi)有開(kāi)始出現(xiàn)持續(xù)干旱過(guò)程的月份，即冬季或者3月不出現(xiàn)干旱，則在4月開(kāi)始發(fā)生持續(xù)干旱過(guò)程的可能性極小，這對(duì)于持續(xù)干旱過(guò)程預(yù)測(cè)有一定指示意義。

表4 典型旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后西太平洋副高月尺度變化值(括號(hào)內(nèi)為平均值：1981—2010年)

③玉屏縣近50 a中出現(xiàn)17次洪澇過(guò)程，平均約35個(gè)月發(fā)生一次，持續(xù)時(shí)間為1～3個(gè)月，開(kāi)始時(shí)間集中在下半年，上半年只出現(xiàn)了1次；9月以前發(fā)生的洪澇過(guò)程大多持續(xù)1個(gè)月，是以一場(chǎng)暴雨以上的強(qiáng)降水所致，9月之后發(fā)生的洪澇過(guò)程，大多持續(xù)為2個(gè)月或3個(gè)月的較大連陰雨過(guò)程所致；17次洪澇過(guò)程中，有6次洪澇過(guò)程在年降水偏多年，11次并沒(méi)包括在年降水偏多年，階段性特征明顯。

④玉屏縣近50 a發(fā)生的典型旱澇急轉(zhuǎn)事件有3次，即1972年6—11月、 1988年3—9月和2013年6—9月，主要發(fā)生轉(zhuǎn)折的是8、9月，典型旱澇急轉(zhuǎn)事件一般不會(huì)發(fā)生在降水異常年。

⑤玉屏縣旱澇急轉(zhuǎn)事件中，平均氣溫、平均最高氣溫和日照的階段性波動(dòng)對(duì)本區(qū)域前旱后澇的響應(yīng)度高，而西太平洋副高脊線、西伸脊點(diǎn)和印緬槽指數(shù)的演變，單要素對(duì)玉屏前旱后澇的響應(yīng)不明顯，但若綜合考慮各指標(biāo)的配置情況，對(duì)玉屏旱澇急轉(zhuǎn)事件前、后響應(yīng)程度將大大增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐應(yīng)華，秦燕.玉屏縣油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與對(duì)策探討[J].四川林勘設(shè)計(jì)，2010(1)，91-93.

[2] 李躍清.青藏高原地面加熱及上空環(huán)流場(chǎng)與東側(cè)旱澇預(yù)測(cè)的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，2003，27(1)：107-114.

[3] 龐晶，覃軍.西南干旱特征及成因研究進(jìn)展[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，5(2)：127-134.

[4] 尹晗，李耀輝.我國(guó)西南干旱研究最新進(jìn)展綜述[J].干旱氣象，2013，31(1)：182-193.

[5] 封國(guó)林，楊涵洧，張世軒，等.2011年春末夏初長(zhǎng)江中下游地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)成因初探[J].大氣科學(xué)，2012，36(5)：1 009-1 026.

[6] 李迅，袁東敏，尹志聰，等.2011年長(zhǎng)江中下游旱澇急轉(zhuǎn)成因初步分析[J].氣候與環(huán)境研究，2014，19(1)：41-50.

[7] 吳麗華，楊明.玉屏縣近50 a氣溫變化特征分析[J].高原山地氣象研究，2009(增刊)：108-110.

[8] 吳麗華，楊明，楊文雄.玉屏縣51 a降水事件變化趨勢(shì)及其突變分析[J].貴州氣象，2010，34(增刊)，141-142.

[9] 楊文雄，陳軍，易丁.玉屏縣50 a雷暴氣候特征分析[J].貴州氣象，2013，37(1)：26-28.

[10] 鐘華，嚴(yán)小冬，汪元霞.石阡縣持續(xù)性干旱事件的變化及其響應(yīng)因子分析[J].貴州氣象，2014，38(5)：23-26.

[11] Torrence C，Compo G P.A practical guide to wavelet analysis.Bull Amer Meteor Soc.1998，79(1)：61-78.

2015-06-03

楊明(1974—)，男(苗族)，工程師，主要從事氣象服務(wù)和綜合管理工作。

1003-6598(2015)05-0034-04

P426.616

B