用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)分析粵西地區(qū)冬、春旱的氣候變化特征

劉秀芬，佟 偉，歐 月，范儒彬

（1.廣州市海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，廣東廣州 510235；2.廣東海洋大學(xué)，湛江 524088；3.佛山市順德區(qū)突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東佛山 528300）

用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)分析粵西地區(qū)冬、春旱的氣候變化特征

劉秀芬1，佟 偉2，歐 月3，范儒彬1

（1.廣州市海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，廣東廣州 510235；2.廣東海洋大學(xué)，湛江 524088；3.佛山市順德區(qū)突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東佛山 528300）

干旱是影響粵西地區(qū)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一?；诨浳鞯貐^(qū)湛江、徐聞、電白、陽江、上川島5站1961～2005年的逐月降水資料，采用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）及其干旱等級(jí)序列，統(tǒng)計(jì)分析了粵西地區(qū)歷年冬春季節(jié)干旱強(qiáng)度年際變化。研究結(jié)果表明，冬春兩季干旱強(qiáng)度在20世紀(jì)60年代初期達(dá)到近45年來最強(qiáng)。2000年以后春季干旱的區(qū)域逐漸擴(kuò)大。近45年來，春旱發(fā)生的次數(shù)比冬旱多。在當(dāng)前的氣候變化背景下，粵西地區(qū)干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不良影響有加重的趨勢(shì)。

標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù) 冬春季節(jié) 干旱 粵西地區(qū)

干旱是我國(guó)最主要的自然災(zāi)害之一，較其他自然災(zāi)害影響以及所造成的損失也更大。因其頻繁發(fā)生、持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)、涉及范圍大、發(fā)生緩慢且災(zāi)前無明顯征兆的特點(diǎn)，已長(zhǎng)期困擾著粵西地區(qū)的工業(yè)建設(shè)，尤其給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的影響。干旱問題一直是研究的重點(diǎn)。雖然粵西地區(qū)年降水量在1 000 mm以上，但80%以上的降水量集中在汛期4～9月 ?？梢?，粵西地區(qū)的降水量時(shí)空分布非常不均衡。

干旱分為2種：（1）降水長(zhǎng)期處于不平衡的缺水狀況；（2）年內(nèi)各季節(jié)出現(xiàn)水分不平衡導(dǎo)致的缺水現(xiàn)象，即季節(jié)性干旱?；浳鞯靥幋箨懩隙耍幱谀蟻啛釒А睙釒Ы唤绲倪吘?，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，由湛江、茂名、陽江、云浮等4個(gè)地級(jí)市轄區(qū)構(gòu)成。文章以粵西沿海地區(qū)的湛江、徐聞、陽江、電白、上川島等5個(gè)站點(diǎn)，1961～2005年共45年的逐月降水資料進(jìn)行分析，旨在研究粵西沿海地區(qū)干旱的基本氣候特征，以尋找粵西沿海地區(qū)干旱發(fā)生的氣候規(guī)律。5個(gè)站點(diǎn)沿著粵西地區(qū)狹長(zhǎng)地帶覆蓋著整個(gè)粵西沿海地區(qū)，頗具代表意義。

1 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的分析方法

SPI的計(jì)算原理：標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)是由Mc Kee等1993年提出的1個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的干旱指數(shù)，其基本特點(diǎn)是只需要較長(zhǎng)時(shí)間的降水量資料，即可計(jì)算出不同時(shí)間尺度的干旱指數(shù)。

SPI通過有降水記錄的地區(qū)確定出降水異常事件，在降水分析中，利用Gamma分布概率密度函數(shù)擬合降水時(shí)間序列，再經(jīng)過正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化而得。該指標(biāo)適用于多時(shí)間尺度的特征分析，該文主要分析3個(gè)月時(shí)間尺度的季節(jié)性干旱。

2 干旱等級(jí)劃分

該文的研究時(shí)段是粵西地區(qū)的冬春季節(jié)，冬季選擇12月到翌年的1～2月降水的累計(jì)量，春季選擇3～5月降水的累積量，以3個(gè)月時(shí)間尺度，使用公式計(jì)算SPI值，參照國(guó)家氣候中心的劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分干旱等級(jí)（見表1），分析粵西地區(qū)的冬春季節(jié)干旱的變化規(guī)律。該文采用的粵西地區(qū)SPI指標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法是通過5站SPI統(tǒng)計(jì)得到SPI均值作為整個(gè)粵西地區(qū)SPI指標(biāo)來分析干旱情況。

表1 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI的干旱等級(jí)

3 干旱評(píng)估指標(biāo)

干旱強(qiáng)度（Sij）：干旱強(qiáng)度是用來評(píng)價(jià)干旱的嚴(yán)重程度，單站的某時(shí)段內(nèi)的干旱強(qiáng)度一般可由SPI值反映，SPI絕對(duì)值越大，表明干旱越嚴(yán)重。某區(qū)域內(nèi)多年的干旱程度可由下式得到

其中，m為該區(qū)域內(nèi)發(fā)生干旱站數(shù)，SPIi為發(fā)生干旱時(shí)的SPI的絕對(duì)值。干旱強(qiáng)度表示干旱發(fā)生時(shí)的嚴(yán)重程度，當(dāng)干旱強(qiáng)度在0.5～1.0時(shí)為輕微干旱強(qiáng)度，當(dāng)干旱強(qiáng)度在1.0～1.5時(shí)為中等干旱強(qiáng)度，當(dāng)干旱強(qiáng)度＞1.5時(shí)為重旱強(qiáng)度。由于該文主要是分析粵西地區(qū)干旱情況，故文中將SPI＞-0.5的值處理成0，以方便探討研究。

圖1 粵西地區(qū)冬季干旱強(qiáng)度歷年變化特征

圖2 粵西地區(qū)春季干旱強(qiáng)度歷年變化特征

4 結(jié)果分析

圖1為粵西地區(qū)冬季干旱強(qiáng)度歷年變化特征。計(jì)算結(jié)果表明，粵西地區(qū)近45年來冬季發(fā)生干旱的強(qiáng)度在0.51～2.09，平均干旱強(qiáng)度為1.05。在發(fā)生冬季干旱的21年中，有12年干旱強(qiáng)度達(dá)1.0以上。有1年達(dá)到特旱強(qiáng)度，3年達(dá)到重旱強(qiáng)度，有8年干旱強(qiáng)度在1.0～1.5，其余9年為輕旱程度。這表明，粵西地區(qū)發(fā)生干旱時(shí)，干旱強(qiáng)度多以輕旱和中旱為主；從干旱發(fā)生強(qiáng)度的時(shí)間來看，1962年為近45年來干旱發(fā)生強(qiáng)度最輕的一年，年干旱強(qiáng)度僅為0.51；1963年是近45年來冬季干旱強(qiáng)度最嚴(yán)重的一年，1966、1978和1987年是冬季干旱強(qiáng)度第2嚴(yán)重的干旱年。圖1干旱發(fā)生站次比和干旱強(qiáng)度分析比較，干旱強(qiáng)度歷年波動(dòng)曲線近似于站次比變化，也就是說一般站次比高的年份干旱程度也較重，如1963和1966、1987年這3年干旱強(qiáng)度在1.5以上，都為全區(qū)域性冬旱。

綜上，各年代干旱強(qiáng)度比較，20世紀(jì)60年代冬季平均干旱強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，達(dá)到1.25干旱發(fā)生強(qiáng)度，其次是20世紀(jì)80年代；70和90年代干旱發(fā)生強(qiáng)度較輕。

圖2為粵西地區(qū)春季干旱強(qiáng)度歷年變化特征?；浳鞯貐^(qū)近45年來發(fā)生春季干旱的年代干旱強(qiáng)度在0.51～1.75，平均干旱強(qiáng)度為1.01。在春季發(fā)生干旱的28年中，有2年達(dá)到重旱強(qiáng)度，有11年為中旱強(qiáng)度，15年為輕旱強(qiáng)度。這表明，粵西地區(qū)發(fā)生干旱時(shí)，干旱強(qiáng)度多以輕旱和中旱為主。從干旱發(fā)生強(qiáng)度的時(shí)間來看，1963、1964以及1993年是近45年來干旱強(qiáng)度最強(qiáng)年。

圖2干旱發(fā)生站次比和干旱強(qiáng)度分析比較，春季干旱強(qiáng)度歷年波動(dòng)曲線近似于站次比變化，也就是說一般站次比高的年份干旱程度也較重，如1963和1964、2003年這3年干旱強(qiáng)度在1.5以上，為全區(qū)域性春旱。

粵西地區(qū)春季各年代干旱發(fā)生強(qiáng)度比較，以2001年以來近5年干旱發(fā)生強(qiáng)度最強(qiáng)，達(dá)到1.05，其次是20世紀(jì)60和90年代；20世紀(jì)70～80年代干旱發(fā)生強(qiáng)度較輕。

綜上，粵西地區(qū)冬春季節(jié)干旱多以輕旱和中旱為主，冬春季節(jié)干旱強(qiáng)度最強(qiáng)年皆發(fā)生在20世紀(jì)60年代，春季發(fā)生第2嚴(yán)重干旱年在20世紀(jì)90年代前期至中期。

5 結(jié)論

5.1 冬季干旱發(fā)生規(guī)律

（1）粵西地區(qū)冬季干旱在空間分布上多年的變化趨勢(shì)較為一致，各個(gè)年代里發(fā)生干旱的次數(shù)分布較均勻，20世紀(jì)70年代以前各站發(fā)生的時(shí)間多有不同，而80年代以后各站發(fā)生干旱的時(shí)間較為一致?；浳鞯貐^(qū)的冬季干旱發(fā)生較嚴(yán)重的階段是在20世紀(jì)60年代中期、70年代中期以及80年代初期和后期，90年代之后冬季干旱的程度較輕。

（2）20世紀(jì)80年代之前較容易發(fā)生區(qū)域性或局地性冬季干旱，而80年代以后容易發(fā)生全區(qū)域性干旱?；浳鞯貐^(qū)冬季以發(fā)生全區(qū)域性輕旱為主，而發(fā)生中旱以上等級(jí)的旱情以區(qū)域性或局部地區(qū)發(fā)生較為常見。20世紀(jì)60年代冬季平均干旱強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，其次是20世紀(jì)80年代；70年代和90年代干旱發(fā)生強(qiáng)度較輕。

5.2 春季干旱發(fā)生規(guī)律

（1）5站發(fā)生春旱的趨勢(shì)不一。20世紀(jì)60年代前期以及80年代后期至90年代前期這些階段，春季發(fā)生干旱的時(shí)間較為一致，其余時(shí)間年份上，5站干旱發(fā)生時(shí)間差異較大，以個(gè)別站在不同年份中發(fā)生干旱的情況居多。春季干旱發(fā)生較嚴(yán)重的階段主要集中在20世紀(jì)60年代前期、70年代后期、90年代前期以及2003～2005年，其余以個(gè)別站點(diǎn)在不同年份以發(fā)生輕旱為主。

（2）20世紀(jì)80年代以前和90年代以后容易發(fā)生全區(qū)域性春季干旱，20世紀(jì)80年代發(fā)生區(qū)域性干旱和局地性干旱較為常見。輕旱以及中旱以上等級(jí)旱情都以區(qū)域性或局地性發(fā)生為主，即較少出現(xiàn)全區(qū)域性的輕旱和中旱以上的旱情。以2001年以來近5年干旱發(fā)生強(qiáng)度最強(qiáng)，其次是20世紀(jì)60、90年代；20世紀(jì)70、80年代干旱發(fā)生強(qiáng)度較輕。

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