基于黔南州區(qū)域自動氣象站資料的干旱分析

黃桂東 ,陳 波 ,羅林勇，賴小紅

(1.貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000；2.貴州省榕江縣氣象局，貴州 榕江 557200 )

1 引言

干旱是一種對農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟危害最嚴重的自然災(zāi)害，對干旱的研究、監(jiān)測及服務(wù)，是氣象等部門重要任務(wù)，對干旱的分布、強度、影響等的研究在不斷深入[1]。干旱的監(jiān)測與評估，主要是利用縣市級以上氣象觀測站的降水、氣溫、蒸發(fā)、土壤含水量、輻射等觀測資料，統(tǒng)計、計算不同的指標(biāo)，得到干旱的發(fā)生發(fā)展及危害狀況[2-3]。隨著大量的兩要素、多要素自動氣象觀測站在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村屯等地方的安裝建設(shè)，利用這些自動觀測站的觀測數(shù)據(jù)，可以更加準確的監(jiān)測到干旱發(fā)生的區(qū)域，使干旱危害評估更加接近事實[4]。黔南州從2010—2016年這7 a中出現(xiàn)了2011年和2013年2次大范圍的夏季干旱，兩次干旱都造成了當(dāng)年的糧食減產(chǎn)[5]，同時造成飲水困難、河流、水塘干枯等災(zāi)害，利用區(qū)域自動氣象站觀測的降水量數(shù)據(jù)分析這2次干旱的發(fā)生發(fā)展及程度，對干旱的實際情況有更準確的了解，更好做好服務(wù)。

本文是區(qū)域自動氣象觀測資料分析的一次嘗試。

2 資料來源及處理

2.1 資料的來源

黔南州的區(qū)域自動站的大量建設(shè)基本開始于2009年，但2010年以后才有了比較穩(wěn)定的觀測資料序列，因此，可以利用2010—2016年9月的資料進行分析。在這7 a之中，實際發(fā)生的大面積干旱有2010年的秋冬春連旱，時間是2009年8月—2010年3月；2011年夏秋干旱；2013年夏旱。由于2010年秋冬春連旱時期，區(qū)域自動氣象站的資料數(shù)據(jù)缺失較多，數(shù)據(jù)不連貫，因此依據(jù)掌握的資料本文主要分析2011年和2013年的干旱。

根據(jù)貴州省干旱標(biāo)準[6]，結(jié)合觀測資料，選擇干旱指標(biāo)。具有較長序列的區(qū)域站資料，主要來源于降水量和氣溫兩要素區(qū)域自動觀測站，其資料序列也只有7 a時間，且只有氣溫和降水量兩要素，其中氣溫值又因為儀器、安裝等等原因，準確性有待提高，而降水量資料較能反應(yīng)當(dāng)?shù)氐膶嶋H降水情況，因此選擇干旱時段持續(xù)日數(shù)(Dc)指標(biāo)來分析2011年和2013年的干旱情況。

2.2 資料的處理

先讀取區(qū)域站的A文件數(shù)據(jù)到TXT文本文件中，再將文本文件中數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel電子表格中，再提取出降水?dāng)?shù)據(jù)，將各站小時降水量按24 h合計為日降水量。對各站降水量數(shù)據(jù)進行初步孤立異常值判斷，即對比縣市區(qū)域內(nèi)各站之間雨量的差異，發(fā)現(xiàn)某個站雨量較周邊站的差異較大的降水量大值，且呈現(xiàn)孤立狀態(tài)時，查找當(dāng)時的實況服務(wù)材料，如氣象信息快報等。如果服務(wù)材料的數(shù)據(jù)與所查值基本相同，就認為此值正確可用，如兩者相差較大或服務(wù)材料上沒有這樣的記錄，認為此值有誤，不可用。而較小的降水量值或無降水，作為可用資料保留。針對2011年、2013年夏旱，參考之前對這兩次干旱的分析文章[7-8]，使用2011年6月1日—10月30日和2013年6月1日—9月30日區(qū)域自動站的逐日降水量序列進行干旱分析。將資料數(shù)據(jù)缺失較多的觀測站去除后，2011年使用219個鄉(xiāng)鎮(zhèn)村區(qū)域站和12個縣級國家站共231個觀測站的資料。2013年進一步精簡，只用89個新的行政鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域站加上12個縣級國家站共101個站的資料。

3 干旱特征分析

3.1 2011年干旱Dc指標(biāo)的統(tǒng)計分析

根據(jù)貴州省干旱標(biāo)準，先確定入旱日，再由5日滑動降水量確定解除日，得到入旱日到解除日之間的干旱持續(xù)日數(shù)，由持續(xù)日數(shù)長短確定干旱的程度。經(jīng)統(tǒng)計計算得到，2011年的夏季干旱，最早在6月中旬就有個別站入旱，6月下旬，有部分站點入旱，在6月入旱的站點主要分布在北部的甕安縣，有少量的在西部的惠水、長順。而大部分站點的入旱開始于6月下旬后期到7月初的強降水過程之后，特別是7月8—11日入旱的站就有157站，占231站的68%，最晚入旱日出現(xiàn)在7月下旬末期，南北站點都有。入旱以后，干旱總體趨勢是持續(xù)發(fā)展，但各地情況又各不相同，在整個干旱期間，有的站持續(xù)少雨，干旱也就持續(xù)的發(fā)展；有的出現(xiàn)過較大降雨，使干旱得到解除，但一次降雨過后又是少雨，干旱再次出現(xiàn)，到最后的干旱解除，干旱分段最多的達到5段，出現(xiàn)在羅甸的班仁，231站中分段的站有143站占了61.9%，其中縣站中分段的有5站；有的站在干旱期間出現(xiàn)的降水，緩解了干旱，但雨量又不足以解除干旱，雨停后干旱持續(xù)發(fā)展。干旱的持續(xù)由7—8月，在8月和9月上旬有少部分站由于出現(xiàn)較大降水，且后期也多降水而解除了干旱，最早解除的是荔波的翁昂、撈村于8月6日就完全解除干旱，進入9月后又有少量站解除干旱，到9月20日解除干旱的站有29站，主要出現(xiàn)在州東南部的荔波和西部的長順、惠水、羅甸，而有87%的站干旱持續(xù)到9月底，其中188站是在9月30日—10月4日的一次臺風(fēng)登陸造成的大范圍連續(xù)暴雨過程才完全解除干旱(表1)，最晚解除干旱的站是福泉市的黎山，于10月4日解除，還有14站由于這次降雨的5 d雨量合計達不到解除干旱的標(biāo)準，而干旱持續(xù)得不到解除。

表1 干旱的入旱、解除統(tǒng)計Tab.1 Drought start and ending statistics

入旱日到解除日持續(xù)的日數(shù)就是干旱持續(xù)日數(shù)(Dc)，統(tǒng)計結(jié)果，231個觀測站均出現(xiàn)了干旱，除了少量的6個站點在夏季的8月結(jié)束干旱外，其余的都跨季出現(xiàn)夏秋連旱。按照貴州干旱標(biāo)準中Dc指標(biāo)的分級標(biāo)準，干旱的強度，用干旱持續(xù)日最長的旱段來確定，在231站中，輕旱27站，占11.7%；中旱42站，占18.2%；重旱24站，占10.4%；達到特旱的站最多，有138站，占59.7%。按區(qū)域性年度夏旱強度分級標(biāo)準，2011年為特重夏旱年。

最長干旱持續(xù)日數(shù)在區(qū)域分布上是有所區(qū)別的，用克里金空間插值算法，將231個區(qū)域站和12個縣站的最長干旱持續(xù)日數(shù)在黔南地圖上作出分布圖(圖1)。從圖中得到干旱強度的分布特征。輕旱、中旱主要分布在州的西部、東南部荔波的南部、獨山南部、平塘南部，長順、惠水大部分地區(qū)及荔波南部是這次干旱影響最輕的地區(qū)；特旱分布在州北部經(jīng)貴定到州中部偏東的都勻再到東南部的獨山、三都及荔波北部整個黔南近2/3的地區(qū)。在東南部偏東區(qū)域、都勻與獨山中北部區(qū)域、福泉和甕安局部干旱日數(shù)超過了80 d，是干旱最嚴重的地區(qū)。分縣來看，甕安、福泉、都勻、獨山、三都是干旱最嚴重的縣份，而龍里、平塘、荔波中、重、特旱都有。長順、惠水中、輕旱占的區(qū)域較大。

圖1 2011年最長干旱持續(xù)日數(shù)分布(a、區(qū)域自動氣象站，b、縣級氣象站)Fig.1 Distribution of the longest drought duration in 2011 (a, regional automatic meteorological station, b, county level meteorological station)

3.2 2013年干旱Dc指標(biāo)的統(tǒng)計分析

2013年干旱的入旱日最早出現(xiàn)在6月4日，甕安的建中和木引槽在這天入旱，在6月份入旱的站數(shù)有61站，占101站的60.4%，其中又有43站是在6月17日這天入旱的。最晚的是荔波的翁昂、茂蘭于8月7日入旱。有6個站沒有出現(xiàn)干旱。最后的干旱解除日最早的是6月25日和26日，這兩天有11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站解除干旱，出現(xiàn)在獨山、平塘、羅甸、都勻、惠水，從8月初到8月底都有站點解除干旱，8月解除干旱的站數(shù)為62站，占61.4%，進入9月才最后解除干旱和9月也沒有解除干旱的站只有17站，所占比例是16.8%，其中，有2站是9月2日、1站是3日、1站是8日解除的，又有都勻的2站是9月再次入旱的秋旱，最晚解除日是9月26日，有9站由于5 d累計降水量達不到解除標(biāo)準，沒有解除日。在干旱入旱到解除間，干旱持續(xù)，其中，有的站只是一次入旱，一次解除，在這次干旱過程中，只出現(xiàn)一段旱段，有的站是解除后，再次出現(xiàn)少雨天氣，又再次入旱，出現(xiàn)2段以上干旱時段，分段數(shù)最多的是長順縣站，分了4段。從干旱的入旱、解除可看出，2013年的這次較大范圍的干旱主要屬于夏季干旱，只有少數(shù)站是夏秋連旱。

用各站干旱持續(xù)時段最長的日數(shù)來確定干旱的強度，101站中有6站無旱，占比是5.9%，輕旱有46站，占45.5%，中旱12站，占11.9%，重旱8站，占7.9%，特旱29站，占28.7%。輕旱的站數(shù)最多，按區(qū)域性年度夏旱強度分級標(biāo)準，2013年為重夏旱年。

2013年干旱的最長持續(xù)日數(shù)的分布具有較明顯的地域差異，在整個黔南州內(nèi)，基本上是北部重，南部輕，其中，連片的特旱在甕安、福泉到龍里、貴定2縣的北部，60 d以上的特旱分布在惠水中北部、龍里北部和甕安大部分地區(qū)。在州中部自西向東的長順西北部、惠水中北部、貴定南部到都勻西部、三都東部間隔分布小范圍的特旱區(qū)域。州內(nèi)其余地區(qū)以中、輕旱為主，在西部、南部少數(shù)地區(qū)無旱(圖2)。

圖2 2013年最長干旱持續(xù)日數(shù)分布(a、區(qū)域自動氣象站，b、縣級氣象站)Fig.2 Distribution of the longest drought duration in 2013 (a, regional automatic meteorological station, b, county level meteorological station)

3.3 區(qū)域自動站與縣級國家站的干旱分析對比

2011年，229個區(qū)域自動站與12個縣站比較，最早入旱的鄉(xiāng)鎮(zhèn)測站是長順的小慶腳于6月10日入旱，而縣站最早的是貴定站7月5日入旱，兩者相差25 d。最晚入旱的是荔波縣的洞塘，于7月29日入旱，縣站最晚的是荔波站，7月15日入旱。入旱日最早最晚，對所有站點來說，相差1個多月，而對于12個縣站來看，只相差10 d(表2)。2013年，若不論干旱程度的輕重，所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)中最早入旱的是甕安的2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于6月4日入旱，但就縣站來看，最早的是6月17日有7個站入旱，最晚入旱是荔波的翁昂、茂蘭于8月7日入旱，縣站是荔波于8月1日入旱。干旱的解除方面，2011年，所有站點中干旱最終解除最早的是荔波的翁昂、撈村于8月6日解除，縣站最早的是長順9月19日；最晚解除日所有站中是福泉黎山的10月4日，縣站有5個站在10月2日解除。2013年干旱最終解除最早的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是都勻大坪、惠水王佑等6個站于6月25日結(jié)束干旱，縣站最早解除的是貴定8月1日解除；最晚解除的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是9月26日甕安的天文，縣站是9月25日的甕安。就入旱來看，由于區(qū)域站點多，干旱的開始是早于縣站的記錄的，縣站干旱的開始代表干旱進入了較大范圍的區(qū)域，干旱解除上，由于局地降雨或降雨量大小不同，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站點與縣站的解除日也有差別，但縣站最晚的干旱解除日與鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點上的相差不大，最晚縣站的干旱解除也代表了所有區(qū)域干旱的結(jié)束。

2011年，所有站點中，特旱占的比例是59.7%，12個縣站特旱的比例是75%，這兩個比例都確定了2011年為特重夏旱年。2013年，鄉(xiāng)鎮(zhèn)站中特旱比例是28.7%，重旱7.9%，相加為36.6%，12個縣站特旱占33.3%，中旱16.7%，無重旱，中旱以上占50%，這樣，都可以確定2013年為重夏旱年。用縣站監(jiān)測，基本上可以反應(yīng)干旱的程度，當(dāng)然，用具有更多站點的區(qū)域站監(jiān)測到的干旱程度，其干旱等級劃分更精細，確定的強度比12個縣的要更符合實際(表2)。

表2 不同干旱分級的站數(shù)比例(%)Tab.2 Percentage of stations with different drought grades (%)

注：所有站包括區(qū)域自動站和縣觀測站

干旱程度的分布，2011年，所有站點和12個縣站的分布是相近的，都是州的北部、中部、東部嚴重，西部較輕(圖1)，但用所有站做的分布圖等級層次更清晰、更精細：縣站的分布圖，除西北部少量地區(qū)是中旱外，其余的均為特旱覆蓋，而所有站做的分布圖，州的西部及南部地區(qū)為中等干旱，在北部、中東部的特旱區(qū)中，也分出了更細的層次。同樣，2013年的干旱分布，包括各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點做的分布圖(圖2)較縣站12個站做的圖，干旱程度的層次更分明清晰。

4 結(jié)論與討論

利用區(qū)域自動氣象站的降水觀測資料對2011年、2013年的干旱分析，黔南在這兩年出現(xiàn)的夏季干旱有如下特征：

①2011年干旱是從6月下旬開始一直持續(xù)到9月的夏秋特重干旱，干旱時間長，影響范圍大。2013年干旱以夏季為主，是重夏旱年。

②用干旱持續(xù)日數(shù)指標(biāo)來表征干旱的程度，2011年有59.7%的觀測站出現(xiàn)45 d以上的特旱，2013年是有28.7%的站達到特旱。

③2011年的夏秋連旱強度的分布總體上是北部、中部、東南部較嚴重，基本上是特重干旱，州的西部相對較輕，為中等到嚴重干旱。2013年的干旱強度分布等級區(qū)域較明顯，特旱主要連片分布在州北部，州的中部自西向東也有分散的分布，州的中部、南部以中、輕旱為主。

④用區(qū)域自動氣象站的資料與用縣級國家氣象站的資料分析干旱比較，干旱的開始會較早，最終干旱的結(jié)束相差不大。在干旱的強度分布上等級層次更明顯清晰，分布區(qū)域也更精細明了。

由于區(qū)域自動氣象站的觀測要素成序列的主要是氣溫和降水兩要素，并且年代較短，在干旱監(jiān)測、分析中，指標(biāo)的選用受到限制，只能從氣象干旱的角度，分析發(fā)生發(fā)展。在目前，區(qū)域自動站DC指標(biāo)的分析，能夠補充縣級觀測站對干旱的監(jiān)測、分析的不足，特別在區(qū)域分布中起到明顯的作用。

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