衡邵盆地的干旱時空分布特征及其與土地類型的關(guān)系

周莉 周慧 李巧媛 朱歆煒 蔣帥 尹依雯

摘要：利用湖南省97個氣象站1975—2015年常規(guī)氣象資料分析了湖南省降水特征和干旱特征，在此基礎(chǔ)上結(jié)合衡邵盆地地形，對衡邵盆地2005—2015年的干旱進行時空分布特征分析，并重點研究了該時段干旱與土地利用之間的關(guān)系。結(jié)果表明，湖南省各地年降水量時空分布不均，大部分地區(qū)的降水量主要集中在4—6月，占全年總降雨量的42%，年降水量在地域分配上差異也較大，西、南、東三面山地降水多，中部丘陵和北部洞庭湖平原降水相對較少。湖南省絕大部分地區(qū)夏秋干旱日數(shù)占全年干旱日數(shù)的60%～80%，尤以湘中衡邵盆地干旱出現(xiàn)的頻率最高，達70%以上，且區(qū)域內(nèi)各縣市干旱的時空分布差別較大，衡邵盆地因受地形性下沉氣流影響，過程降雨量往往少于其他地方，干旱概率較其他地區(qū)高。對于大部分區(qū)域而言，耕地、林園地、草地所占比重與綜合氣象干旱指數(shù)（CI）呈負(fù)相關(guān)，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地所占比重與CI呈正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：干旱;衡邵盆地;分布特征;土地類型

中圖分類號：S423? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）14-0056-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.14.010 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： Based on the conventional meteorological data of 97 meteorological stations in Hunan province from 1975 to 2015， the precipitation and drought characteristics in Hunan province were analyzed. On this basis， combined with the topography of Hengshao basin， the spatial and temporal distribution characteristics of drought in Hengshao basin from 2005 to 2015 were analyzed， and the relationship between drought and land use in this period was mainly studied. The results showed that the annual precipitation in Hunan province was different. The spatial and temporal distribution was uneven. The precipitation in most areas was mainly concentrated in April to June， accounting for 42% of the total precipitation in the whole year. The annual precipitation varied greatly in regional distribution. The precipitation in the west， south and east mountainous areas was more than that in the middle hills and the northern Dongting lake plain. The drought days in summer and autumn account for 60%～80% of the total number of drought days in Hunan province， especially in Hengshao basin in central Hunan province， where the frequency of drought was the highest， reaching more than 70%， and the spatial and temporal distribution of drought varies greatly among counties and cities in the region. Because of the influence of topographic subsidence airflow， the process rainfall in Hengshao basin was often less than that in other areas， and the probability of drought was higher than that in other areas. For most regions， the percentage of cultivated land， forest garden land and grassland was negatively correlated with composite meteorological drought index （CI）， while the percentage of urban and rural， industrial and mining， residential land is positively correlated with CI.

Key words： drought; Hengshao basin; distribution characteristics; land type

干旱是世界上造成經(jīng)濟損失最多的自然災(zāi)害，由于其影響范圍大、持續(xù)時間長，所造成的經(jīng)濟損失也非常嚴(yán)重。湖南省處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年6月下旬以后受西太平洋副熱帶高壓控制，大部分地區(qū)進入晴熱少雨的干旱期。干旱是湖南省主要氣象災(zāi)害之一，幾乎每年都有發(fā)生[1-5]。地形地表特征是影響干旱的重要因素，衡邵盆地因受地形性下沉氣流影響，干旱頻率較高。湘西、湘西南的石灰?guī)r地質(zhì)區(qū)土層薄，不利于蓄水保水，十天半月不雨，就容易發(fā)生干旱[6-10]。

目前對干旱指數(shù)的研究較多，一類是通過研究干旱的機理來反映具體旱澇的各個物理過程，能明確其物理機制，但其對資料的要求較高且計算繁瑣，指數(shù)中的參數(shù)往往要通過經(jīng)驗估計來確定，大大降低了計算精度，也在一定程度上降低了這類旱澇指標(biāo)的適用范圍。另一類旱澇指標(biāo)則是基于氣象方法，從統(tǒng)計方面去研究降水量的分布規(guī)律，來反映旱澇的程度和持續(xù)時間，計算較為簡單，所需資料容易獲取，且由于指標(biāo)不涉及具體的干旱機理，具有較為廣泛的時空適用性[5，10-13]。綜合氣象干旱指數(shù)（簡稱CI）便是其中一種，該指數(shù)同時考慮了降水和蒸發(fā)能力因子，綜合考慮了前期的天氣狀況，具有較好的時空對比性，目前國家氣候中心運用該指數(shù)對全國范圍的干旱實況進行逐日滾動實時監(jiān)測，業(yè)務(wù)實踐效果良好[5]。

本研究利用湖南省97個氣象站1975—2015年常規(guī)氣象資料，分析湖南省降水特征和干旱特征，在此基礎(chǔ)上，利用EOF統(tǒng)計分析計算方法，得出各縣氣象站的綜合氣象干旱指數(shù)，根據(jù)干旱影響程度對綜合氣象干旱指數(shù)進行等級劃分。結(jié)合衡邵地形，對衡邵盆地2005—2015年的干旱進行時空分布特征分析，此外還重點研究了該時段干旱與土地利用之間的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 資料

利用湖南省信息中心提供的97個氣象站1975—2015年常規(guī)氣象資料，包括逐小時氣壓、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量等氣象要素觀測數(shù)據(jù)以及蒸發(fā)量、日照時數(shù)、植被等因子資料。

1.2 綜合氣象干旱指數(shù)

CI是利用近30 d和近90 d降水量標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，以及近30 d相對濕潤指數(shù)進行綜合而得，該指標(biāo)既反映短時間尺度（月）和長時間尺度（季）降水量氣候異常情況，又反映短時間尺度水分虧欠情況。該指標(biāo)適合實時氣象干旱監(jiān)測和歷史同期氣象干旱評估[5，14-17]。CI的計算公式如下：

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）;a為近30 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，由達輕旱以上級別Z30的平均值除以歷史出現(xiàn)的最小Z30得到，平均取0.4;b為近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，由達輕旱以上級別Z90的平均值除以歷史出現(xiàn)最小Z90得到，平均取0.4;c為近30 d相對濕潤系數(shù)，由達輕旱以上級別M30的平均值除以歷史出現(xiàn)最小M30得到，平均取0.8。M30為近30 d相對濕潤度指數(shù)，由式（2）可得;相對濕潤度指數(shù)是表征某時段降水量與蒸發(fā)量之間平衡狀況的指標(biāo)之一。該等級標(biāo)準(zhǔn)反映作物生長季節(jié)的水分平衡特征，適用于作物生長季節(jié)旬以上尺度的干旱監(jiān)測和評估。

相對濕潤度指數(shù)的計算見式（2）：

式中，P為某時段的降水量;PE為某時段的可能蒸散量[5]。

CI分為無旱、輕旱、中旱、重旱、特旱5個等級[5]，分級標(biāo)準(zhǔn)：CI>-0.6，無旱;-1.2

2 湖南省降水特征和干旱特點

湖南省各地年降水量時空分布不均，由圖1a可以看出，大部分地區(qū)的降水量主要集中在4—6月，其中湘東、湘南、益陽大部、常德南部、懷化北部降水量最大，超過1 600 mm，衡陽、邵陽、婁底南部降水量最小，不足1 300 mm。由圖1b可以看出，3個月的降水量占全年總降雨量的42%，其中懷化大部、吉首南部4—6月降水量占全年降水量的百分比最大，超過45%。因入汛相對較遲，湘西北地區(qū)年降水量主要集中在5—7月（圖1c）。年降水量在地域分配上差異也較大，西、南、東三面山地降水多，中部丘陵和北部洞庭湖平原降水相對較少。

由圖2可以看出，湖南省年干旱日數(shù)為60～95 d，其中，湘中衡邵盆地干旱日數(shù)最長，達85 d以上，有“干旱走廊”之稱。由圖2b可以看出，湖南省年中旱日數(shù)在30～48 d，其中湘中衡邵盆地中旱日數(shù)最長，達38 d以上。由圖2c可以看出，全省絕大部分地區(qū)夏秋干旱日數(shù)占全年干旱日數(shù)百分比達60%～80%，尤以湘中衡邵盆地干旱出現(xiàn)的頻率最高，達70%以上。衡邵盆地因受地形性下沉氣流影響，過程降雨量往往少于其他地方，干旱概率較其他地區(qū)高。由于地形、地貌不同，各地氣候略有差異，加上土壤、植被、水利設(shè)施、耕作制度不同，以及各地的抗旱能力也不同，旱災(zāi)具有明顯的地區(qū)差異。

3 衡邵盆地干旱的時空分布

衡邵盆地區(qū)域內(nèi)每年都有不同程度的干旱發(fā)生，冬旱、春旱、夏秋干旱均有出現(xiàn)，但以夏秋干旱最為常見，年年都有發(fā)生，持續(xù)時間最長，影響也最大，從7月初開始旱象露頭，一般可持續(xù)2～3個月，部分縣市有的年份旱情可持續(xù)到12月。由2005—2015年年平均干旱日數(shù)（表1）和各縣市平均干旱日數(shù)（圖3）可知，各縣市干旱的時空分布差別較大。衡邵盆地區(qū)域內(nèi)年干旱日數(shù)為96.3 d，其中，冷水江市最少，為75 d，綏寧縣最多，為112 d。干旱最少日數(shù)出現(xiàn)在2006年，發(fā)生在邵陽市，干旱日數(shù)為9 d，最多出現(xiàn)在2007年，發(fā)生在東安縣，干旱日數(shù)為222 d，2006年是11年中最輕的一年，區(qū)域平均干旱日數(shù)僅38 d，當(dāng)年最多的衡南縣也只有81 d。而2007年卻是11年間干旱最嚴(yán)重的一年，區(qū)域平均干旱日數(shù)為158 d。年中旱以上日數(shù)平均為48.5 d，其中，漣源市最少，為36.6 d，衡陽縣最多，為60.6 d，中旱以上日數(shù)最多出現(xiàn)在2007年，發(fā)生在邵陽市，2006年是最輕的一年，近30%的區(qū)域出現(xiàn)中等以上干旱，次年2007年卻是11年間中旱最嚴(yán)重的一年，區(qū)域平均中旱以上日數(shù)為108 d，研究區(qū)內(nèi)全境達中旱標(biāo)準(zhǔn)。年重旱日數(shù)平均為20 d，其中，常寧市最少，為9.0 d，邵陽市最多，為28.5 d，干旱最多出現(xiàn)在2007年，發(fā)生在邵陽市，干旱日數(shù)為111 d，2006年重旱日數(shù)僅1 d，有近20%的區(qū)域為出現(xiàn)重度以上干旱，2007年卻是11年間重旱程度最重、范圍最廣的一年，區(qū)域平均重旱日數(shù)為20 d，研究區(qū)內(nèi)全境達重旱標(biāo)準(zhǔn)。年特旱日數(shù)為7.5 d，其中常寧市最少，為3.5 d，邵陽市最多，為12.7 d，邵陽市、邵陽縣、新邵縣、邵東市、隆回縣、武岡市、綏寧縣、祁陽縣、東安縣、新田縣等地都在9 d以上，特旱最多出現(xiàn)在2005年，發(fā)生在隆回縣，干旱日數(shù)為68 d，2006年全區(qū)域無特旱站點，2007年區(qū)域平均特旱日數(shù)為23 d，除婁底站外，研究區(qū)其他站均出現(xiàn)特旱天氣。2005、2007、2011、2013年研究區(qū)中旱以上平均日數(shù)都在50 d以上，尤以2007年最為嚴(yán)重，研究區(qū)內(nèi)每2～3年出現(xiàn)重度以上（90%）的干旱。從出現(xiàn)干旱的范圍和程度來分析，干旱發(fā)生頻率遠(yuǎn)較省內(nèi)其他地區(qū)要高，災(zāi)害程度也較其他地區(qū)嚴(yán)重。