基于CI指數(shù)的衡陽(yáng)縣2013年干旱特點(diǎn)分析

王 巍，陽(yáng)文亮，甘武陽(yáng)，郎德林，張 磊

(湖南省衡陽(yáng)縣氣象局，湖南 衡陽(yáng) 424000)

基于CI指數(shù)的衡陽(yáng)縣2013年干旱特點(diǎn)分析

王 巍，陽(yáng)文亮，甘武陽(yáng)，郎德林，張 磊

(湖南省衡陽(yáng)縣氣象局，湖南 衡陽(yáng) 424000)

利用衡陽(yáng)縣觀測(cè)站1960—2013年逐日平均、最高(低)氣溫、降水量等氣象資料，統(tǒng)計(jì)出該區(qū)域2013年逐日綜合氣象干旱指數(shù)(CI指數(shù))、積溫等數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行日、月變化分析及歷年對(duì)比。結(jié)果表明：2013年衡陽(yáng)縣干旱是在全球變暖背景下出現(xiàn)的極端氣候事件，年內(nèi)有兩次干旱過(guò)程，過(guò)程數(shù)略偏少，第2次過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)149 d，干旱強(qiáng)度為-235.1，僅次于1964年；本次干旱發(fā)展及消失過(guò)程迅速，中段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，以中等及以上干旱為主，越嚴(yán)重的干旱日，較歷年偏多越顯著；全年達(dá)到CI干旱等級(jí)日數(shù)偏多，共有162 d，7月3日—8月14日，出現(xiàn)了該地區(qū)有氣象記錄以來(lái)的最長(zhǎng)連續(xù)高溫日數(shù)(43 d)；衡陽(yáng)縣全年熱量充沛，月積溫以正距平為主，3月積溫偏多最明顯(32.9%)；CI指數(shù)干旱等級(jí)越高，其對(duì)降水敏感性越強(qiáng)。

CI指數(shù)；高溫過(guò)程；高溫強(qiáng)度；2013干旱

1 前言

2013年7—8月，湖南省衡陽(yáng)縣出現(xiàn)了歷史罕見(jiàn)的高溫酷熱天氣，35℃以上高溫持續(xù)43 d，其中40℃以上高溫3 d。全縣因旱導(dǎo)致早稻欠收、一季稻絕收、晚稻無(wú)法栽種，農(nóng)業(yè)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.9億元。關(guān)于這次高溫干旱成因，專(zhuān)家們從大氣環(huán)流形勢(shì)、海溫及洋流變化等方面進(jìn)行了廣泛研究，并達(dá)成共識(shí)[1-4]：夏季臺(tái)風(fēng)活動(dòng)異常偏少，副高持續(xù)加強(qiáng)西伸，副高西側(cè)持續(xù)穩(wěn)定控制我國(guó)南方大部分地區(qū)，導(dǎo)致該地區(qū)持續(xù)受異常下沉運(yùn)動(dòng)控制，對(duì)流活動(dòng)受到抑制，造成持續(xù)高溫事件。

對(duì)于干旱發(fā)生、發(fā)展、結(jié)束及持續(xù)時(shí)間這一過(guò)程變化可以用綜合氣象干旱指數(shù)CI(Compound Index)進(jìn)行描述[5]，它是以標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、濕潤(rùn)度指數(shù)及近期降水量為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，同時(shí)考慮了降水和潛在蒸散兩項(xiàng)因子，與單純利用降水量的干旱指標(biāo)相比更具說(shuō)服力，指數(shù)的物理機(jī)制明確，便于深入探討干旱發(fā)生的規(guī)律。吳哲紅[6]用多種干旱指數(shù)分析貴州安順干旱發(fā)現(xiàn)，CI指數(shù)可體現(xiàn)大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱的實(shí)際情況，謝五三等[7]的研究表明，CI指數(shù)在淮河流域具有較好的區(qū)域適應(yīng)性，基于CI指數(shù)計(jì)算得到的歷年干旱日數(shù)與受災(zāi)面積和成災(zāi)面積的相關(guān)性通過(guò)了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)。

大部分學(xué)者在使用CI指數(shù)時(shí)，通常是對(duì)年代際以上的長(zhǎng)時(shí)間序列進(jìn)行研究，而對(duì)單個(gè)年份的干旱狀況分析還不多?；贑I指數(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)干旱有較好的指示意義，本文用它對(duì)衡陽(yáng)縣2013年特大干旱進(jìn)行分析，并與歷年值對(duì)比，以期揭示此次特大干旱過(guò)程的特點(diǎn)及變化規(guī)律。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源及說(shuō)明

本文利用衡陽(yáng)縣觀測(cè)站1960—2013年逐日氣溫、降水量統(tǒng)計(jì)逐日CI指數(shù)。CI指數(shù)氣候值基于1981—2010年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)所得，逐日氣溫、降水量值通過(guò)了湖南省氣候中心質(zhì)量控制。

2.2 計(jì)算方法

本文參考《氣象干旱等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20481～2006)[8]中CI計(jì)算方法，利用近30 d(相當(dāng)月尺度)和近90 d(相當(dāng)季尺度)降水量標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，以及近30 d相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)綜合得出，計(jì)算公式如下：

CI=aZ30+bZ90+cM30

(1)

式中Z30、Z90分別為近30 d和近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI；M30為近30 d相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)；a為近30 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，平均取0.4；b為近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，平均取0.4；c為近30 d相對(duì)濕潤(rùn)度系數(shù)，平均取0.8。通過(guò)公式(1)，利用前期平均氣溫、降水量可以滾動(dòng)計(jì)算出每天CI值。根據(jù)CI值劃分各氣象干旱等級(jí)，見(jiàn)表1。

表1 綜合氣象干旱指數(shù)(CI)等級(jí)

干旱過(guò)程是指當(dāng)綜合氣象干旱指數(shù)CI連續(xù)10 d為輕旱以上等級(jí)，則確定為發(fā)生1次干旱過(guò)程。干旱過(guò)程內(nèi)每日的CI指數(shù)為輕旱以上的干旱等級(jí)之和，表示干旱過(guò)程強(qiáng)度，其值越小干旱過(guò)程越強(qiáng)[9]。一年中如有多次干旱過(guò)程，統(tǒng)計(jì)時(shí)以持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)一次干旱過(guò)程的CI值之和作為當(dāng)年的干旱強(qiáng)度。某時(shí)段積溫為期間逐日平均氣溫累計(jì)所得，氣候值統(tǒng)計(jì)時(shí)段是1981—2010年。

3 結(jié)果分析

3.1 干旱過(guò)程、強(qiáng)度分析

根據(jù)《氣象干旱等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，2013年衡陽(yáng)縣出現(xiàn)2次干旱過(guò)程，第1次過(guò)程出現(xiàn)在3月9—19日，持續(xù)時(shí)間短，影響甚微，未造成干旱。第2次過(guò)程出現(xiàn)在6月15日—11月10日長(zhǎng)達(dá)149 d。衡陽(yáng)縣歷年平均干旱過(guò)程為2.3次，年最多有5次，2013年干旱過(guò)程數(shù)較歷年略偏少。但干旱過(guò)程日數(shù)較歷年偏多199.4%，是有氣象記錄以來(lái)干旱過(guò)程次長(zhǎng)年份，最長(zhǎng)出現(xiàn)在1964年，有161 d。

2013年干旱強(qiáng)度為-235.1，歷年平均為-66.5，偏大253.4%，其干旱強(qiáng)度僅次于1964年(-267.3)。

圖1 衡陽(yáng)縣1960—2013年干旱過(guò)程日數(shù)及干旱強(qiáng)度變化曲線(xiàn)

圖1是衡陽(yáng)縣歷年干旱日數(shù)及干旱強(qiáng)度變化曲線(xiàn)，過(guò)程日數(shù)和干旱強(qiáng)度呈對(duì)稱(chēng)性變化，過(guò)程日數(shù)越多，強(qiáng)度越強(qiáng)。近11 a來(lái)(2003—2013年)，干旱過(guò)程日數(shù)以偏多、強(qiáng)度以偏強(qiáng)為主，只有2006、2008和2012年在均值以下，表明在全球變暖大背景下，干旱趨勢(shì)更加明顯，而2013年為該區(qū)域的干旱高峰期。

3.2CI指數(shù)各等級(jí)頻率分布及日變化

根據(jù)綜合氣象干旱指數(shù)等級(jí)指標(biāo)(表1)，2013年衡陽(yáng)縣特旱、重旱、中旱、輕旱出現(xiàn)頻率分別為3.6%、9.9%，16.7%、14.2%(圖2)，干旱日數(shù)占全年的44.4%，有162d。在達(dá)到干旱量級(jí)的日數(shù)中，有37.6%是中旱，32.1%為輕旱，重旱和特旱分別為22.2%和8.0%。

圖2 2013年各級(jí)別干旱及無(wú)旱日出現(xiàn)頻率

干旱不同于洪水、臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害，一旦形成或發(fā)生就很容易觀測(cè)到，其發(fā)生非常緩慢，災(zāi)前無(wú)明顯的征兆，有時(shí)甚至直到災(zāi)害已形成人們還未能意識(shí)到一次干旱已構(gòu)成了危害，只有災(zāi)后評(píng)估時(shí)才能明確界定[10-11]。通過(guò)對(duì)衡陽(yáng)縣2013年逐日CI指數(shù)變化(圖3)，就能清晰地反映當(dāng)年干旱變化過(guò)程。衡陽(yáng)縣2013年干旱主要集中在6月中旬后期至11月上旬末，其中7月28日—8月11日為特旱日集中時(shí)段，7月29日和8月8日CI值為-3.0，是全年干旱最嚴(yán)重的時(shí)間點(diǎn)。重旱發(fā)生在2個(gè)時(shí)段，分別是7月2日—7月27日和8月12日-8月22日。

圖3 衡陽(yáng)縣2013年CI指數(shù)逐日變化曲線(xiàn)

2013年輕旱日發(fā)生干旱頻率僅為總干旱日數(shù)的14.2%，這說(shuō)明以下3點(diǎn)：當(dāng)年的干旱過(guò)程數(shù)偏少；輕度向中旱發(fā)展較快；干旱過(guò)程結(jié)束迅速。2013年第2次干旱過(guò)程中，輕旱發(fā)展到中旱歷時(shí)9 d，中旱發(fā)展到重旱歷時(shí)8 d，這次干旱過(guò)程結(jié)束在11月11日，當(dāng)日出現(xiàn)了43.7 mm暴雨，直接由中旱轉(zhuǎn)為正常。逐日降水與CI指數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，CI指數(shù)對(duì)降水的敏感度在不同干旱等級(jí)中存在差異，干旱等級(jí)越高，其對(duì)降水的敏感性越強(qiáng)。8月2—3日，該區(qū)域出現(xiàn)了累計(jì)8.1 mm陣性降水，3日最高氣溫為35.9℃，但干旱等級(jí)迅速由特旱轉(zhuǎn)為重旱。而在8月15—19日，連續(xù)出現(xiàn)5 d降水，18日降水為7.9 mm，干旱等級(jí)不變，仍為重旱。

3.3 高溫日及積溫變化

2013年衡陽(yáng)縣累計(jì)出現(xiàn)35℃以上高溫69 d，其中7月最多(30 d)，占全年高溫日數(shù)的43.5%，其次是8月(21 d)，5、6、9月分別為2 d、8 d、8 d。5—9月高溫日數(shù)較歷年分別偏多174.0%，193.0%，86.0%，70.3%，144.6%，全年偏多94.0%；38℃以上高溫集中在7月(6 d)和8月(12 d)，較歷年分別偏多127.7%、386.5%，全年偏多264.9%；40℃以上高溫3 d，出現(xiàn)在8月，歷年平均僅0.3 d，2013年偏多達(dá)900%。以上分析表明，在2013年高溫天氣中，氣溫越高，其日數(shù)偏多越明顯。

2013年持續(xù)最長(zhǎng)高溫出現(xiàn)在7月3日—8月14日，累計(jì)43 d，這也是衡陽(yáng)縣有氣象記錄以來(lái)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一段，其較次多的1963年、1971年還偏多13 d，衡陽(yáng)縣歷年最長(zhǎng)持續(xù)高溫平均為11 d，平均出現(xiàn)時(shí)間在7月22日—8月2日。

衡陽(yáng)縣2013年熱量充沛，年積溫為7 032.3℃，較歷年偏多6.5%。全年僅4、9月積溫略偏少(-1.3%)，其它月份均為正距平。盡管2013年7、8月多高溫日，由于這2月的平均熱量基數(shù)大，其積溫偏多并不十分突出，分別為7.9%和 7.2%。倒是氣溫相對(duì)偏低的1、3月積溫偏多較明顯，達(dá)到了16.9%和32.9%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)衡陽(yáng)縣2013年逐日綜合干旱指數(shù)分析，結(jié)合年高溫日及積溫變化研究，結(jié)果表明這是一次歷史罕見(jiàn)的高溫?zé)岷μ鞖膺^(guò)程，具有以下特點(diǎn)：

① 2013年衡陽(yáng)縣的干旱過(guò)程相對(duì)偏少但過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。全年有2次干旱過(guò)程，其中第2次過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)149 d，是有氣象記錄以來(lái)干旱過(guò)程次長(zhǎng)年，其干旱強(qiáng)度為-235.1，較歷年干旱強(qiáng)度偏大253.4%，2013年衡陽(yáng)縣干旱強(qiáng)度和干旱持續(xù)時(shí)間均處于高峰期。

② 衡陽(yáng)縣2013年CI干旱日偏多，CI指數(shù)全年有162 d達(dá)到輕度及以上標(biāo)準(zhǔn)，其中輕旱、中旱、重旱和特旱出現(xiàn)比例分別為32.1%、37.6%、22.2%和8.1%。輕旱日數(shù)相對(duì)偏少，表明2013年衡陽(yáng)縣干旱發(fā)展、結(jié)束過(guò)程迅速。

③ 2013年衡陽(yáng)縣高溫日數(shù)69 d，7月最多(30 d，43.5%)，其次是8月(21 d，35.6%)。不同等級(jí)的高溫日數(shù)與歷年比較，高溫等級(jí)越高，其偏多越顯著。最高氣溫≥40℃、≥38℃、≥35℃出現(xiàn)日數(shù)較歷年偏多900.0%、264.9%和94.0%。2013年高溫持續(xù)天數(shù)為有氣象觀測(cè)以來(lái)的最長(zhǎng)(43 d)。

④ 衡陽(yáng)縣全年熱量充沛，積溫達(dá)7 032.3℃，較歷年偏多6.5%，3月積溫偏多最明顯(32.9%)，而全年最炎熱的7、8月，偏多不十分突出，分別為7.9%和7.2%。

⑤CI指數(shù)對(duì)降水的敏感性在不同干旱等級(jí)中存在明顯差異。CI干旱指數(shù)等級(jí)越高，其對(duì)降水敏感性越強(qiáng)，干旱等級(jí)變化越迅速，在相對(duì)低的干旱等級(jí)中，則其對(duì)降水反應(yīng)相對(duì)遲鈍。

[1] 林玉成，徐瑭，張芳華.2013.2013年7月大氣環(huán)流和天氣分析[J].氣象，39(10)：1 379-1 384.

[2] 楊舒械，何立富.2013年8月大氣環(huán)流和天氣分析[J].氣象，2013，39(11)：1 521-1 528.

[3] 劉蘭芳， 陳濤，肖志成，等.2013年中國(guó)南方農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)理研究—以湖南衡陽(yáng)市為例[J].衡陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，35(3)：49-53.

[4] 龔志強(qiáng)，王艷嬌，王遵婭，等.2013年夏季氣候異常特征及成因簡(jiǎn)析[J].氣象，40(1)：119-125.

[5] 劉可群，李仁東，劉志雄，等.基于指數(shù)的湖北干旱及其變化特征分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2012， 21(2)： 1 274-1 280.

[6] 吳哲紅，詹沛剛，陳貞宏，等.3種干旱指數(shù)對(duì)貴州省安順市歷史罕見(jiàn)干旱的評(píng)估分析[J].干旱氣象，2012，30(3)：315-322.

[7] 謝五三，田紅，王勝，等.基于CI指數(shù)的淮河流域干旱時(shí)空特征研究[J].氣象，2013，39(9)：1 171-1 175.

[8] 張強(qiáng)，鄒旭凱，肖風(fēng)勁.氣象干旱等級(jí). GB/T20481-2006，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出社，2006：1-17.

[9] 張強(qiáng)，鄒旭愷，肖風(fēng)勁，等.中國(guó)氣象局政策法規(guī)司.氣象標(biāo)準(zhǔn)匯編[G].氣象干旱等級(jí).北京：氣象出版社，2008：33-53.

[10] 高西寧，劉煥莉.遼寧省近50年來(lái)春旱評(píng)估分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(1)：380-383.

[11] 陳濤，劉蘭芳，陳春燕，等.基于CI指數(shù)的衡陽(yáng)市干旱及變化特征分析[J].衡陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，34(3)：97-102.

2014-07-29

王巍(1972—)，男，工程師，主要從事災(zāi)害調(diào)查評(píng)估工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41171075) ；衡陽(yáng)縣氣象局2014年專(zhuān)項(xiàng)資金(201401)。

1003-6598(2015)02-0045-03

P426

B