基于MCI指標(biāo)的甘肅省近50年干旱特征分析

成青燕，高曉清，林紓，趙紅巖，楊蘇華

（1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730020；2.西北區(qū)域氣候中心，甘肅蘭州730020；3.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所寒旱區(qū)陸面過程與氣候變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000）

基于MCI指標(biāo)的甘肅省近50年干旱特征分析

成青燕1，2，高曉清3，林紓1，2，趙紅巖1，2，楊蘇華1，2

（1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730020；2.西北區(qū)域氣候中心，甘肅蘭州730020；3.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所寒旱區(qū)陸面過程與氣候變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000）

基于甘肅省16個(gè)氣象站1961—2010年改進(jìn)氣象干旱指標(biāo)（MCI）對(duì)甘肅省近50年不同季節(jié)的干旱特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：春旱和夏旱發(fā)生頻率最高，為55.4%和55.0%；秋旱發(fā)生頻率最低，為41.1%；冬季干旱發(fā)生頻率為46.3%。全省夏秋季易出現(xiàn)大范圍干旱，冬季較少。近50年來，干旱發(fā)生范圍在全年各季節(jié)都有不同程度增加。春季各等級(jí)干旱發(fā)生天數(shù)均較高，且更容易發(fā)展成為重旱甚至特旱；夏季和冬季易發(fā)生大范圍的輕旱和中旱，而嚴(yán)重干旱發(fā)生較少；秋季干旱發(fā)生日數(shù)最少，且干旱強(qiáng)度也最輕?？偟膩碚f，甘南地區(qū)干旱發(fā)生最少，而河西東部、隴中北部和隴南南部發(fā)生干旱較多。近50年，研究區(qū)干旱平均持續(xù)日數(shù)、發(fā)生干旱站次比以及干旱強(qiáng)度雖有不同程度增加或減少趨勢(shì)，但變化并不顯著。春季干旱強(qiáng)度最強(qiáng)，秋季最弱。干旱強(qiáng)度與無雨日數(shù)有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

甘肅?。籑CI指標(biāo)；干旱特征

甘肅省地處我國內(nèi)陸，經(jīng)緯跨度大，地形復(fù)雜，東西、南北氣候差異明顯，屬于干旱半干旱氣候區(qū)。干旱是甘肅省主要的自然災(zāi)害之一，干旱造成的損失占全省氣象災(zāi)害的70%以上，是甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素［1－4］。干旱既可以指一地的氣候狀態(tài)，譬如干旱氣候；也可以指某段時(shí)間降水量相對(duì)同期氣候降水量偏少的狀況，如果這種偏少的狀況對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成明顯損失，就成為干旱災(zāi)害。后者所說的干旱可分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱，氣象干旱是其他各類干旱發(fā)生的主要原因［5－8］。本文主要研究氣象干旱。

干旱是一個(gè)緩慢的累積過程，某月的干旱程度不僅與當(dāng)月降水量有關(guān)，而且與前期降水的累積效應(yīng)、土壤水分變化等因素有關(guān)。為了表示干旱的嚴(yán)重程度，人們定義了不同的干旱指標(biāo)。目前關(guān)于干旱指標(biāo)的研究很多，其中氣象干旱指標(biāo)就有降水量距平百分率、相對(duì)濕潤指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、土壤相對(duì)濕度指數(shù)、帕默爾干旱指數(shù)等，科研人員利用這些干旱指標(biāo)對(duì)西北地區(qū)及我國其他干旱多發(fā)地區(qū)干旱的時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行了研究［9－15］，也得到了一些有意義的結(jié)論。但是由于干旱的形成原因復(fù)雜，影響因素多，因此干旱指標(biāo)的適用性具有明顯的地域性和時(shí)間尺度限制。以標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、相對(duì)濕潤指數(shù)為基礎(chǔ)的氣象干旱綜合指數(shù)CI，使得用同一個(gè)干旱指標(biāo)反映不同時(shí)間尺度和不同方面的水分盈虧成為可能，既適合不同季，又適合不同區(qū)域的要求。但是隨著近年來干旱監(jiān)測(cè)的發(fā)展和完善，CI指數(shù)也暴露出一定的問題，如干旱發(fā)展的跳躍現(xiàn)象、長期積累的干旱無法識(shí)別、對(duì)近期降水過于敏感等。因此，我們將原有的CI指數(shù)改進(jìn)，得到新的氣象干旱指標(biāo)MCI，不但具有CI指數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了CI指數(shù)的缺點(diǎn)。本文利用甘肅省近50年的改進(jìn)氣象干旱指標(biāo)MCI資料，綜合分析甘肅省干旱發(fā)生的時(shí)空分布以及變化規(guī)律，總結(jié)甘肅省干旱的基本特征，以期對(duì)干旱的監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警、防御和減災(zāi)工作提供參考和依據(jù)。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

本文所用資料為國家氣候中心統(tǒng)一下發(fā)的全國722個(gè)站1961—2010年逐日MCI指數(shù)，其中甘肅省為16個(gè)站，站點(diǎn)分布以及所選區(qū)域如圖1所示。我們根據(jù)水熱條件，將全省分為6個(gè)氣候區(qū)，將16站劃分如表1，分別代表河西東部、隴中北部、隴中南部、隴東、隴南和甘岷地區(qū)。

圖1 MCI指數(shù)甘肅省內(nèi)站點(diǎn)分布Fig.1 The spatial distribution of themeteorological stations in Gansu province

表1 代表站分區(qū)信息Table 1 Partition of representative stations

1.2 改進(jìn)氣象干旱指標(biāo)的計(jì)算方法

改進(jìn)氣象干旱指標(biāo)（MCI）是利用近60 d的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù)和近30 d相對(duì)濕潤指數(shù)，以及近90 d、近150 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和而得。該指標(biāo)既考慮到長期降水對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，同時(shí)反映了近期降水和蒸散對(duì)水分盈虧的影響，不但解決了以往的干旱監(jiān)測(cè)發(fā)生跳躍的問題，還解決了以往的指數(shù)反映干旱偏輕的問題，因此，改進(jìn)的氣象干旱指標(biāo)MCI適合實(shí)時(shí)氣象干旱監(jiān)測(cè)又可以進(jìn)行歷史同期氣象干旱評(píng)估［16］。

參考?xì)庀蟾珊档燃?jí)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB／T 20481－2006），改進(jìn)氣象干旱指標(biāo)MCI的計(jì)算公式為：

式中：SPIW60＝SPI（WAP）；； SPIW60為近60 d標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù)值，式中Pn為距離當(dāng)前n天降水量，表征前期降水對(duì)后期旱澇的衰減貢獻(xiàn)；MI30為近30 d濕潤度指數(shù)值，表征了月尺度降水量與蒸發(fā)量之間的平衡關(guān)系；SPI90為近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI值，SPI150為近150 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI值。二者主要表征長時(shí)間尺度上降水量的多少?？傮w上，MCI指數(shù)前兩項(xiàng)反映近期降水虧缺，而后兩項(xiàng)反映長期降水虧缺，物理意義明確，能較好地反映區(qū)域干旱在時(shí)空上的發(fā)生、發(fā)展及結(jié)束過程，對(duì)區(qū)域干旱監(jiān)測(cè)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。ɑ，b，c，d分別為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，隨著地區(qū)和季節(jié)的變化進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過將近2年的業(yè)務(wù)實(shí)踐和不斷試驗(yàn)，本文所研究區(qū)域冬春季確定為：0.2、0.2、0.3、0.4；夏秋季確定為：0.3、0.4、0.3、0.2。通過（1）式，利用前期平均氣溫、降水量等數(shù)據(jù)可以計(jì)算出每天的干旱綜合指數(shù)MCI。

成青燕等［17］研究表明，MCI指數(shù)作為干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)之一，與SPI指數(shù)、CI指數(shù)、K指數(shù)相比較，在研究區(qū)具有更好的區(qū)域適用性。因此，根據(jù)MCI指數(shù)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行干旱分析評(píng)估是科學(xué)合理的。MCI指數(shù)值的大小劃分干旱等級(jí)見表2。

表2 氣象干旱等級(jí)的劃分Table 2 Drought classification by MCIvalue

根據(jù)全國氣候影響評(píng)價(jià)（2013年）［18］中干旱評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)，定義某區(qū)域干旱指數(shù)MCId：

式中，MCId為某站（區(qū)域）j站綜合干旱指數(shù)；m為某區(qū)域內(nèi)的站數(shù)。區(qū)域綜合干旱指標(biāo)MCId等級(jí)及相應(yīng)的干旱類型見表3。

表3 區(qū)域干旱指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Drought classification by MCIvalue

1.3 干旱過程的定義

當(dāng)改進(jìn)氣象干旱指標(biāo)MCI連續(xù)10 d為輕旱以上等級(jí)，則確定為發(fā)生1次干旱過程。干旱過程的開始日為第1天MCI指數(shù)達(dá)輕旱以上等級(jí)的日期。在干旱發(fā)生期，當(dāng)MCI連續(xù)10 d為無旱等級(jí)時(shí)干旱解除，同時(shí)干旱過程結(jié)束，結(jié)束日期為最后1次MCI指數(shù)達(dá)無旱等級(jí)的日期。干旱過程開始到結(jié)束期間的時(shí)間為干旱持續(xù)時(shí)間。干旱過程內(nèi)所有輕旱以上等級(jí)MCI指數(shù)之和，表示干旱過程強(qiáng)度，其值越小，干旱過程越強(qiáng)。當(dāng)某一時(shí)段內(nèi)至少出現(xiàn)1次干旱過程，并且累積干旱持續(xù)時(shí)間超過所評(píng)價(jià)時(shí)段的1／4時(shí)，則認(rèn)為該時(shí)段發(fā)生干旱事件，其干旱強(qiáng)度由時(shí)段內(nèi)MCI值為輕旱以上的干旱等級(jí)之和確定。本文主要以季節(jié)作為研究時(shí)段，季節(jié)定義為：1、2月和上年的12月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季。

1.4 干旱發(fā)生頻率計(jì)算

對(duì)近50 a甘肅省各季至少有1次輕旱以上干旱過程發(fā)生的年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用公式（3）計(jì)算出干旱發(fā)生頻率：

式中，n為實(shí)際有干旱過程發(fā)生的年數(shù)，N為資料年代序列數(shù)，本文所用MCI指數(shù)資料為1961—2010年序列，N取50。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱發(fā)生頻率

表4為不同區(qū)域、各個(gè)季節(jié)的平均干旱發(fā)生頻率，可以看到：春季，除甘岷地區(qū)外，其他各區(qū)發(fā)生干旱的頻率均高于50%，隴中北部高達(dá)67.9%；夏季，河西東部、隴中北部、隴東和隴南發(fā)生干旱的頻率較高；秋季，河西東部干旱發(fā)生頻率為50%，隴中北部為48.1%，干旱發(fā)生頻率較高，其余各區(qū)發(fā)生干旱的頻率相對(duì)較低；冬季，隴中北部和隴南地區(qū)發(fā)生干旱頻率較高，其余地區(qū)較低。從具體的空間分布來看，如圖2（a）所示，春旱發(fā)生頻率隴中南部、隴東北部、隴南南部最高，在63%～69%之間，甘岷地區(qū)最低，分別為25%、36%，其余地方春旱發(fā)生頻率在40%～55%之間，春旱的發(fā)生基本呈南少北多的分布。如圖2（b）所示，夏旱發(fā)生頻率與春旱基本相似，河西東部、隴中北部在60%以上，其中，山丹站、靖遠(yuǎn)站甚至高達(dá)71%，其余大部地區(qū)在50%左右，而甘南夏旱發(fā)生率只有34%；如圖2（c）所示，河西東北部、隴中北部秋旱發(fā)生頻率最高，山丹站、永昌站、靖遠(yuǎn)站秋旱發(fā)生頻率最高，分別為59%、57%、61%，其余大部分地方秋旱發(fā)生的頻率低于45%，是全年干旱發(fā)生頻率最低的季節(jié)；如圖2（d）所示，冬季干旱發(fā)生頻率也比較低，僅次于秋季，全區(qū)大多在40%～55%之間，隴中北部靖遠(yuǎn)站和隴南南部分別為63%和69%，而甘南只有13%。

表4 各區(qū)域不同季節(jié)平均干旱發(fā)生頻率（%）Table 4 Drought occurrence frequency of different parts in different seasons

2.2 各季節(jié)不同強(qiáng)度干旱日數(shù)的空間分布

1961—2010年甘肅省各季節(jié)不同等級(jí)干旱出現(xiàn)天數(shù)的多年平均如圖3所示。春季除甘南外，全省其它大部分地區(qū)輕旱發(fā)生的天數(shù)在12 d以上，其中河西東部、隴南南部多年平均＞20 d；除海拔較高的烏鞘嶺站和華家?guī)X站、甘岷地區(qū)和隴南北部外，其余各區(qū)相對(duì)容易發(fā)生中旱，多年平均在10～15 d；河西東部、隴中北部容易發(fā)生重旱，多年平均為7～9 d，其余地方為3～6 d；除烏鞘嶺外，其余各站春季均有特旱發(fā)生，多年平均普遍在1～3 d。綜上分析，各站春季各等級(jí)干旱發(fā)生天數(shù)都是較高的。夏季（圖略）全省范圍內(nèi)輕旱發(fā)生天數(shù)較多，多年平均基本都在15 d以上，其中河西東部、隴中北部、隴東北部、隴南南部在20～24 d；夏季中旱發(fā)生天數(shù)＞10 d的站數(shù)也比較多，與輕旱高值中心基本一致；夏季重旱分布除隴中北部多年平均＞7 d外，其余各站多年平均發(fā)生天數(shù)＜6 d；除河西東部外，夏季達(dá)到特旱標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域明顯少于春季，且多年平均僅為1 d，說明夏季不易發(fā)生重旱甚至特旱。整體上夏季是全省各地區(qū)降水最豐沛的季節(jié)，各等級(jí)干旱分布沒有顯著的南北差異。秋季（圖略），全省大部分地區(qū)輕旱發(fā)生天數(shù)在7～15 d，是干旱發(fā)生最輕的季節(jié)，中旱天數(shù)多年平均一致＜10 d，秋季重旱分布全區(qū)較為一致且基本＜3 d，是重旱發(fā)生最輕的季節(jié)，除河西東部、隴中北部、隴東北部外，其余各區(qū)秋季發(fā)生特旱的日數(shù)平均為0。冬季全區(qū)發(fā)生輕旱的多年平均天數(shù)最多（圖略）。除甘南、隴東中部以及烏鞘嶺站、華家?guī)X站外，各區(qū)冬季發(fā)生輕旱的多年平均＞20 d，隴南南部甚至達(dá)到32 d；除烏鞘嶺站、華家?guī)X站和甘南外，冬季全區(qū)發(fā)生中旱的天數(shù)均＞10 d，隴中北部和隴南南部則＞20 d，冬季各區(qū)重旱發(fā)生的天數(shù)也明顯高于其他季節(jié)，基本在3～8 d，特旱發(fā)生天數(shù)為1～2 d?？傮w上，研究區(qū)冬季各等級(jí)干旱發(fā)生日數(shù)在一年中是最多的。

2.3 不同季節(jié)干旱日數(shù)和強(qiáng)度的年際變化特征

圖2 甘肅省春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）干旱發(fā)生頻率分布Fig.2 The spatial distribution of drought occurrence frequency in spring（a），summer（b），autumn（c）and winter（d）in Gansu province

圖3 甘肅省春季不同等級(jí)干旱日數(shù)空間分布Fig.3 The spatial distribution of different grade droughtoccurrence in spring in Gansu province

根據(jù)所求各站逐日MCI值，分別統(tǒng)計(jì)了逐年不同季節(jié)干旱過程內(nèi)各站干旱日數(shù)之和，根據(jù)當(dāng)年發(fā)生干旱站數(shù)求平均得到干旱平均持續(xù)天數(shù)；用實(shí)際發(fā)生干旱站數(shù)多少占全部站數(shù)的比例得到發(fā)生干旱站次比；將逐年所有站所有旱日的MCI值求和，除以實(shí)際發(fā)生干旱站數(shù)和日數(shù)得到年平均干旱強(qiáng)度變化以及日平均的干旱強(qiáng)度變化，從而表征干旱的嚴(yán)重程度（圖4，表5）。如圖，在春季，歷年平均干旱持續(xù)日數(shù)呈波動(dòng)式變化，平均干旱持續(xù)日數(shù)最多的達(dá)84 d·站－1，出現(xiàn)在1962年，最少的只有22 d·站－1，出現(xiàn)在1967年。計(jì)算各年代平均的年平均干旱持續(xù)日數(shù)后發(fā)現(xiàn)：20世紀(jì)60年代為50 d·站－1，70年代為49 d·站－1，80年代為44 d·站－1，90年代為48 d·站－1，21世紀(jì)前10年為50 d·站－1，并沒有明顯的變化存在。春旱站次比歷年在12%～100%之間變化。1964、1967、1970、1972、1983、1988—1991、2003年無明顯干旱發(fā)生，其余多數(shù)年份均有區(qū)域性干旱發(fā)生，1962、1966、1979、1995、2004年發(fā)生干旱站次比均在90%以上，其中，1999年發(fā)生全域性干旱，站次比達(dá)100%，是近50 a來范圍最大的一年，從站次比的整體變化趨勢(shì)看，干旱發(fā)生范圍有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。從年平均干旱強(qiáng)度來看，近50 a總體變化明顯，1962年最大，達(dá)到－154.7，2003年為最小值，為－3.6，70年代和80年代年平均干旱強(qiáng)度較輕，90年代以后年平均干旱強(qiáng)度有增強(qiáng)的趨勢(shì)，而到21世紀(jì)以后又有所減弱。日平均干旱強(qiáng)度近50 a在－0.1～－1.8之間，平均強(qiáng)度在－0.7，80年代最輕，為－0.6。有11 a春季干旱平均日強(qiáng)度都在－1.0以上，18 a干旱平均日強(qiáng)度則達(dá)不到干旱發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)，也主要分布在70年代到80年代末，整個(gè)春季季節(jié)性干旱主要以輕旱為主，1962、1979、1981、1995、1999、2000、2001、2004年達(dá)到中旱，1962年干旱強(qiáng)度達(dá)到－1.9，是近50 a最嚴(yán)重的一年，達(dá)到重旱程度?？傮w上，春旱發(fā)生強(qiáng)度呈逐漸增加的趨勢(shì)。

夏季，平均干旱持續(xù)日數(shù)最多的達(dá)80 d·站－1，出現(xiàn)在1982年，最少的為26 d·站－1，出現(xiàn)在1988年。20世紀(jì)60年代平均干旱持續(xù)日數(shù)為50 d·站－1，70年代為51 d·站－1，80年代為49 d·站－1，90年代為50 d·站－1，21世紀(jì)以后為55 d·站－1，21世紀(jì)以來平均干旱持續(xù)日數(shù)較前期有所增加。夏旱站次比歷年在7%～100%之間變化。1964、1967、1978、1984、1985、1988、1992、1993、1996、1998、2003年無明顯干旱發(fā)生，1962、1969、1974、1982、1995、1997、2000年發(fā)生干旱站次比均在90%以上，其中，1969、1974、1982、1995年則高達(dá)100%，為全域性干旱，其余年份均有不同程度區(qū)域性干旱發(fā)生。夏旱發(fā)生站次比近50 a總體呈下降的趨勢(shì)。從年平均干旱強(qiáng)度來看，夏旱最嚴(yán)重在1982年，達(dá)到－120.6，最輕為1988年，強(qiáng)度為－1.2，夏旱年平均強(qiáng)度60年代最重，70年代和80年代年平均干旱強(qiáng)度較輕，90年代以后有所增強(qiáng)。夏旱年平均強(qiáng)度近50 a來為逐漸增加的趨勢(shì)，但較春旱強(qiáng)度有明顯減弱。夏旱日平均干旱強(qiáng)度近50 a在－0.1～－1.5之間變化，平均強(qiáng)度為－0.7，有23 a夏旱平均日強(qiáng)度達(dá)不到干旱發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)，主要分布在80年代和90年代。1962、1969、1971、1974、1982、1995、1997、2000、2009年則達(dá)到中旱。整個(gè)夏季季節(jié)性干旱主要以輕旱為主?？傮w上，夏旱發(fā)生強(qiáng)度呈逐漸增加的趨勢(shì)。

秋季，平均干旱持續(xù)日數(shù)最多在1970年，為61 d·站－1，最少的為17 d·站－1，出現(xiàn)在2007年。20世紀(jì)60年代平均干旱持續(xù)日數(shù)為40 d·站－1，70年代為34 d·站－1，80年代為43 d·站－1，90年代為38 d·站－1，21世紀(jì)以后為31d·站－1，整體上，秋旱平均持續(xù)日數(shù)近50 a呈減少趨勢(shì)。秋旱站次比近50 a在6%～100%之間變化，有23 a無明顯干旱發(fā)生或發(fā)生局域性干旱，其余年份均發(fā)生區(qū)域性干旱，1965、1972、1986、1987、1991、1997、2002年發(fā)生干旱站次比在90%以上，其中，1965、1972、1986、1987年為全域性干旱，站次比達(dá)到100%。秋旱發(fā)生站次比近50 a呈上升趨勢(shì)。從秋旱年平均強(qiáng)度來看，80年代和90年代最重，最強(qiáng)出現(xiàn)在1986年，強(qiáng)度達(dá)到－86，其余年份較輕，最輕出現(xiàn)在2007年，強(qiáng)度僅為－0.8，秋旱年平均強(qiáng)度近50 a總體呈減輕的趨勢(shì)。秋季日平均干旱強(qiáng)度近50 a在－0.1～－1.6之間變化，僅有14年日平均強(qiáng)度達(dá)到輕旱以上標(biāo)準(zhǔn)，其中1965、1972、1986、1987、1991、1997、2002年達(dá)到中旱標(biāo)準(zhǔn)。秋季季節(jié)性干旱也主要以輕旱為主。與年平均強(qiáng)度對(duì)應(yīng)，年代日平均強(qiáng)度只有80年代和90年代達(dá)到－0.6，其余年代日平均干旱強(qiáng)度在－0.4左右。可見，秋季，是一年中干旱強(qiáng)度最輕的季節(jié)，且強(qiáng)度在逐漸減輕。

冬季，干旱持續(xù)日數(shù)平均為63 d·站－1，最長為98 d·站－1，出現(xiàn)在1999年，最短為38 d·站－1，出現(xiàn)在1975年，60年代平均干旱持續(xù)日數(shù)為57 d·站－1，70年代為59 d·站－1，80年代為69 d·站－1，90年代為66 d·站－1，21世紀(jì)以后為65 d·站－1，是一年中干旱平均持續(xù)天數(shù)最多的，且近50 a來呈逐漸增加的趨勢(shì)，冬季干旱發(fā)生站次比近50 a在6%～94%之間變化，并呈逐漸下降的趨勢(shì)。有15 a沒有明顯干旱發(fā)生或者有局域性干旱發(fā)生，其余35 a均發(fā)生區(qū)域性干旱，冬季沒有全域性干旱出現(xiàn)，1999年冬季干旱發(fā)生站次比為94%，為范圍最大的一年。從年平均強(qiáng)度來看，冬季干旱80年代和90年代較重，其余年份較輕，與秋旱較為相似。最重出現(xiàn)在1999年，強(qiáng)度達(dá)到－167.2，最輕出現(xiàn)在1962年，強(qiáng)度僅為－2.1。冬季僅有18 a干旱日平均強(qiáng)度達(dá)到干旱發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)，其中只有1965、1981、1988、1999年共4 a達(dá)到中旱標(biāo)準(zhǔn)，其中1999年最大達(dá)－1.6。無論年平均強(qiáng)度還是日平均強(qiáng)度，冬季干旱強(qiáng)度都在呈減弱的趨勢(shì)。

僅分析曲線，上述表征干旱的特征量近50年并未發(fā)生明顯階段性或持續(xù)性的變化，進(jìn)一步分別對(duì)其線性趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)，除春季干旱平均持續(xù)日數(shù)、站次比和日平均強(qiáng)度的變化，夏季干旱年平均強(qiáng)度和日的平均強(qiáng)度能通過95%的顯著性檢驗(yàn)外，其余各季節(jié)各特征量雖然存在變化但并不顯著，這與曲線分析得到的結(jié)論是一致的。

另外，因降水是MCI指標(biāo)的主要計(jì)算因子，無雨日數(shù)也被用來與干旱強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，無雨日數(shù)與干旱強(qiáng)度存在較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)高達(dá)－0.77，顯著性可以通過99%以上的信度檢驗(yàn)。無雨日數(shù)較多的年份往往干旱強(qiáng)度也越強(qiáng)。綜合上述結(jié)果，我們將分析得到的干旱年份與實(shí)際記載進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：MCI指數(shù)監(jiān)測(cè)得到的各季節(jié)中旱以上干旱年份與實(shí)際記載中［19－21］研究區(qū)發(fā)生干旱典型年份基本一致。進(jìn)一步說明MCI指數(shù)用來監(jiān)測(cè)和表征研究區(qū)的干旱情況是可行的。

表5 不同年代各季節(jié)干旱站次比與強(qiáng)度比較Table 5 Comparison of drought stations proportion and intensity in different seasons of thelatest50 years

3 小結(jié)與討論

分析甘肅省近50 a不同季節(jié)干旱特征結(jié)果表明：

1）甘肅省干旱發(fā)生頻率，總體上春旱和夏旱發(fā)生頻率最高，為55.4%和55.0%；秋旱發(fā)生頻率最低，為41.1%；冬季干旱發(fā)生頻率為46.3%。

2）夏季和秋季更容易出現(xiàn)全省大范圍干旱，分別有4 a，冬季最少只有1 a，近50 a來，干旱發(fā)生范圍在全年各季節(jié)都有不同程度的增加。

3）春季各等級(jí)干旱發(fā)生天數(shù)均較高，且更容易發(fā)展成為重旱甚至特旱；夏季易發(fā)生大范圍的輕旱和中旱，而嚴(yán)重干旱發(fā)生較少；秋季干旱發(fā)生日數(shù)最少，且干旱強(qiáng)度也最輕；冬季和夏季相似，容易發(fā)生大范圍輕旱和中旱?？偟膩碚f，甘南地區(qū)干旱發(fā)生最少，而河西東部、隴中北部和隴中南部發(fā)生干旱較多。

4）各季節(jié)干旱平均持續(xù)日數(shù)，冬季最長，秋季最短。春季干旱強(qiáng)度最強(qiáng)，秋季最弱，春季更容易發(fā)生中旱以上等級(jí)的干旱。且干旱強(qiáng)度與實(shí)際無雨日數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

目前，MCI指數(shù)已在國家氣候中心的大力推廣之下投入正式業(yè)務(wù)化應(yīng)用，從全國范圍的干旱監(jiān)測(cè)情況來看，成效顯著。無論是對(duì)干旱演變過程的反映，還是對(duì)干旱強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)，MCI指數(shù)均優(yōu)于以往的干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其所得結(jié)果更接近于實(shí)際干旱發(fā)生狀況。對(duì)研究區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)亦然。同時(shí)，用于計(jì)算MCI指數(shù)的實(shí)時(shí)資料獲取方便，計(jì)算嚴(yán)密科學(xué)，且具有客觀、定量的優(yōu)點(diǎn)，也更易于操作。因此，基于MCI指數(shù)對(duì)研究區(qū)近50 a的干旱變化特征進(jìn)行分析合理可信。本文分析結(jié)果可以為以后研究甘肅干旱的影響因子及發(fā)生機(jī)理提供基礎(chǔ)信息，并為干旱預(yù)報(bào)、預(yù)警及制定減緩干旱影響的適應(yīng)性對(duì)策提供依據(jù)。

另外，由于氣象干旱綜合指數(shù)僅從氣象角度分析干旱的發(fā)展及分布特征，并未考慮灌溉、耕作等人為因素，不能完全反映干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。所以，文中氣象干旱覆蓋范圍和作物實(shí)際受旱面積的對(duì)比也不可能具有完全一致變化特征，但從氣象為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的角度出發(fā)，結(jié)合甘肅雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的實(shí)際，氣象干旱綜合指數(shù)可作為一項(xiàng)重要的氣象指標(biāo)，輔助指導(dǎo)水利規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)。

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Drought characteristics analysis of Gansu in recent 50 years based on meteorological drought composite index

CHENGQing-yan1，2，GAO Xiao-qing3，LIN Shu1，2，ZHAO Hong-yan1，2，YANG Su-hua1，2
（1.Key Lɑborɑtory of Arid Climɑtic Chɑngeɑnd Disɑster Reduction of Gɑnsu Province／Key Lɑborɑtory of Arid Climɑtic Chɑngeɑnd Disɑster Reduction of ChinɑMeteorologicɑl Administrɑtion，Institute of Arid Meteorology，ChinɑMeteorologicɑl Administrɑtion，Lɑnzhou，Gɑnsu 730020，Chinɑ；2.Climɑte Center of Northwest Region，Lɑnzhou，Gɑnsu 730020，Chinɑ；3.Key Lɑborɑtory of Lɑnd Surfɑce Processɑnd Climɑte Chɑnge in Coldɑnd Arid Regions，Coldɑnd Arid Regions Environmentɑlɑnd Engineering Reseɑrch Institute，Lɑnzhou，Gɑnsu 730020，Chinɑ）

Based on the data of MCIvalue during 1961—2010 from the national climate center，we worked for the drought characteristics in Gansu province.The study shows that：the drought occurred in higher frequency in spring（55.4%）and summer（55.0%），and relatively lower frequency in autumn（41.1%）and winter（46.3%）.The largescale drought in the whole area occurredmostly in summer and autumn，but least in winter.Moreover，the drought-suffered area is still extended in various seasons during the latest50 years.Considering frequency and severity of drought，longer different grades of droughtoccur in spring，and easily develop to the severe drought.In summer and winter，light andmederate drought easily happens in large area，but rarely severe drought occurs.Drought in autumn ismild with short duration Compared regional difference of drought occurrence，Gannan area has less drought，while eastern part of Hexi，northern partof Longzhong and southern partof Longnan have higher drought frequency.In the latest50years，annual average and dailymean of drought duration，drought-suffered stations proportion and drought intensitywere fluctuant without a significant sense.Drought intensity is the strongest in spring and the weakest in autumn.The significantnegative correlation was observed between drought intensity and rainless days.

Gansu province；MCI index；characteristics of drought

P429

：A

1000-7601（2017）01-0211-08

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.32

2016-01-10

國家自然基金面上項(xiàng)目（41175081）

成青燕（1985—），女，青海樂都人，碩士，工程師，主要從事短期氣候預(yù)測(cè)研究。E-mail：chqy0810＠163.com