1960-2016年貴州喀斯特山區(qū)干旱時(shí)空動(dòng)態(tài)分析

毛春艷， 戴 麗， 楊廣斌， 尹昌應(yīng)， 楊 青， 劉 芳， 李 蔓

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 貴州 貴陽 550025； 2.貴州省山地資源與環(huán)境遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025；3.貴州理工學(xué)院 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院， 貴州 貴陽 550003；4.安順學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 貴州 安順 561000)

1 研究背景

日益嚴(yán)重的全球化干旱威脅著人類的生存環(huán)境，已成為各國政府和科學(xué)家共同關(guān)注的重要問題[1]。干旱的影響范圍大、影響程度深，是造成損失最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害，尤其是重大干旱災(zāi)害直接威脅到國家的糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定，故開展干旱的歷史評(píng)估、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)研究并建立長效機(jī)制具有重大現(xiàn)實(shí)意義[2-4]。我國歷來都是受干旱危害最嚴(yán)重的國家之一，且隨著全球氣候的變化，近年來西南喀斯特地區(qū)干旱事件發(fā)生的強(qiáng)度和頻率均呈上升趨勢(shì)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展并引起了廣泛關(guān)注[5-6]。貴州省地處喀斯特西南集中分布區(qū)和高原山區(qū)，境內(nèi)地形復(fù)雜、地勢(shì)陡峭，降水的時(shí)空分布不均、年際變化和水分流失較大，常有區(qū)域性、季節(jié)性的干旱發(fā)生[7]。然而由于喀斯特地區(qū)干旱受到的影響因素眾多、影響機(jī)制復(fù)雜以及干旱本身的緩慢性和無征兆性，使該地區(qū)干旱的研究成為了科學(xué)界公認(rèn)的難題[1-2]。

目前國內(nèi)干旱研究大多集中于中國北方干旱半干旱地區(qū)，但隨著西南喀斯特地區(qū)發(fā)生干旱頻次的逐漸增多和干旱程度的增加，許多專家采用各種指標(biāo)對(duì)西南地區(qū)的干旱進(jìn)行研究[8-11]。謝清霞等[12]運(yùn)用綜合氣象干旱指數(shù)統(tǒng)計(jì)出西南地區(qū)累計(jì)干旱日數(shù)和頻次，分析兩者1962-2017年的時(shí)空變化特征并對(duì)其高、低值年進(jìn)行大氣環(huán)流形勢(shì)討論。王東等[13]利用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)，對(duì)西南地區(qū)的干旱時(shí)空特征進(jìn)行了分析，表明西南地區(qū)及子區(qū)域近半個(gè)世紀(jì)有干旱化趨勢(shì)。李韻婕等[14]基于綜合氣象干旱指數(shù)，分析了區(qū)域性干旱事件的特征，表明1961-2016年西南地區(qū)區(qū)域性氣象干旱事件頻次顯著增多，強(qiáng)度也有所增加，其主要原因可能是該地區(qū)降水量顯著減少所致。

干旱指數(shù)是研究干旱特征的重要參數(shù)及關(guān)鍵要素之一[13]。目前應(yīng)用較為廣泛的干旱指數(shù)有相對(duì)濕潤指數(shù)[9]、Palmer干旱指數(shù)[15]、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)[4,13]、降水距平百分率指數(shù)[16]及綜合氣象干旱指數(shù)[12,14]等，其中降水距平百分率指數(shù)能直觀反映降水異常引起的干旱，且具有多時(shí)間尺度[17]。Mann-Kendall檢驗(yàn)方法被廣泛應(yīng)用于長時(shí)間序列自然事件的趨勢(shì)性分析[18]，該方法不需要樣本遵從一定的分布且定量化程度高[19-20]。另外，Spearman相關(guān)系數(shù)是利用兩變量的秩次大小作線性相關(guān)分析，屬于非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，適用范圍較廣[21]。因此本研究以氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用 Mann-Kendall檢驗(yàn)法提取研究區(qū)降水趨勢(shì)特征，基于降水距平百分率干旱指標(biāo)分析我國典型喀斯特地區(qū)——貴州省的干旱時(shí)空分布特征，以期從時(shí)空雙維的角度揭示氣候變化背景下貴州省1960-2016年干旱時(shí)空變化規(guī)律，為喀斯特地區(qū)干旱監(jiān)測(cè)和干旱減災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

本研究選擇喀斯特高原山區(qū)——貴州省為研究區(qū)。貴州省是世界知名山地大省，也是世界最大的喀斯特地域，其生態(tài)環(huán)境十分脆弱，全省總面積為17.61×104km2，喀斯特地域面積占總面積的73.8 %[22]，貴州省地貌屬于中國西南部高原山地，境內(nèi)地勢(shì)西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔在1 100 m左右[23]。貴州省屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，受季風(fēng)影響降水多集中于夏季。受大氣環(huán)流和地形地貌等影響，貴州氣候呈多樣性，且災(zāi)害性天氣種類較多，發(fā)生干旱、凌凍、冰雹等的頻度較高，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有嚴(yán)重危害[24]。貴州省共有9個(gè)地級(jí)行政區(qū)[24]，全省行政區(qū)域劃分、地形高程及氣象站點(diǎn)分布見圖1。

圖1 貴州省行政區(qū)域劃分、地形高程及氣象站點(diǎn)分布

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用貴州省33個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)(圖1)1960-2016年逐日降水量數(shù)據(jù)，來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(https://data.cma.cn/)，對(duì)于部分站點(diǎn)月份數(shù)據(jù)缺失情況，采用周邊站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值分析補(bǔ)全處理。研究區(qū)的DEM數(shù)據(jù)(分辨率為90 m)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn)。

2.3 研究方法

2.3.1 降水距平百分率干旱指數(shù) 根據(jù)《氣象干旱等級(jí)》(GB/T 20481—2017)[17]定義，降水距平百分率(precipitation anomaly in percentage，PA)的計(jì)算公式為：

(1)

為了保證指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性，在計(jì)算過程中，運(yùn)用兩種方法計(jì)算降水距平百分率干旱指標(biāo)，分別為：(1)基于貴州省各市(州)行政區(qū)域做1 km范圍緩沖區(qū)，根據(jù)范圍內(nèi)所有氣象站點(diǎn)的降水量平均值計(jì)算PA指數(shù)；(2)基于貴州省各市(州)行政區(qū)域內(nèi)所有氣象站點(diǎn)的降水量平均值計(jì)算PA指數(shù)。本文將計(jì)算結(jié)果與《中國氣象災(zāi)害大典：貴州卷》[26]和2000-2016年貴州省水資源公報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)降水距平更適宜于貴州省喀斯特山區(qū)干旱研究且與歷史數(shù)據(jù)結(jié)果的一致性超過90%，故最終采用貴州省市(州)緩沖區(qū)降水距平方法。

2.3.2 干旱頻次和干旱強(qiáng)度

(1)干旱頻次(Pi)：本文用以評(píng)價(jià)有資料年份內(nèi)研究區(qū)某氣象站點(diǎn)發(fā)生干旱的頻繁程度，即該站點(diǎn)發(fā)生干旱的年數(shù)，根據(jù)不同干旱等級(jí)的發(fā)生年數(shù)計(jì)算各自的發(fā)生頻次[16]。

(2)干旱強(qiáng)度(I)：本文以干旱強(qiáng)度評(píng)價(jià)研究區(qū)及其子區(qū)域的干旱嚴(yán)重程度。區(qū)域內(nèi)某年的干旱程度計(jì)算公式為[16]：

(2)

式中：n為發(fā)生干旱的站點(diǎn)數(shù); |Ii|為各站點(diǎn)發(fā)生干旱時(shí)的干旱指標(biāo)等級(jí)，分別用0、1、2、3和4代表無旱、輕旱、中旱、重旱和特旱。

2.3.3 非參數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)法 基于秩的非參數(shù)Mann-Kendall(M-K)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法是世界氣象組織推薦并廣泛使用的檢驗(yàn)方法，主要應(yīng)用于對(duì)氣溫、降水、徑流等環(huán)境時(shí)間序列資料的長期變化趨勢(shì)分析以及突變性檢測(cè)等[27]。

(1)檢驗(yàn)序列的趨勢(shì)(非參數(shù)M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)):對(duì)時(shí)間序列(x1，x2，…，xn)作如下假設(shè)：(1)F0假設(shè)，即假設(shè)序列存在上升或下降單調(diào)趨勢(shì)；(2)F1假設(shè)，即假設(shè)序列無顯著趨勢(shì)。在F1假設(shè)下，定義檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量S為：

(3)

當(dāng)n≥10時(shí)，S近似服從正態(tài)分布并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化得到Z，將Z進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，公式如下[27]：

(4)

Var(S)=[n-(n-1)(2n+5)-

(5)

式中：n為數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；m為結(jié)的個(gè)數(shù)；t為結(jié)的寬度。在給定顯著水平α下，當(dāng)│Z│≥Z(1-α/2)時(shí),接受F0假設(shè)；否則接受F1假設(shè)。當(dāng)│Z│≥1.28、1.64、2.32時(shí)，分別表示通過了信度90%、95%、99%顯著性檢驗(yàn)[27]。

(2)檢驗(yàn)序列的突變點(diǎn)(非參數(shù)M-K突變點(diǎn)檢驗(yàn)):對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列x，構(gòu)造一秩序列：

(6)

(7)

定義統(tǒng)計(jì)變量：

(8)

式中：UF1=0；E(Sk)=(k(k+1))/4； Var(Sk)= (k(k-1)(2k+5))/72。

按時(shí)間序列x的順序計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量序列UFk，然后按時(shí)間序列x的逆序計(jì)算出UBk，使UBk=-UFk、UB1=0。若UFk和UBk兩條曲線在臨界線內(nèi)出現(xiàn)交點(diǎn)，則交點(diǎn)時(shí)刻便是突變開始的時(shí)刻[27]。

2.3.4 Spearman秩相關(guān)分析和地形因子提取 本研究使用SPSS軟件中的Spearman相關(guān)性分析功能研究干旱和地形因子的相關(guān)性?；贒EM數(shù)據(jù)，利用ESRI公司開發(fā)的ArcGIS 10.2軟件提取、計(jì)算貴州省各市(州)的高程、坡度、坡向、坡度變率、地形起伏度和地形位指數(shù)[28]等地形因子，其中高程、坡度、坡向、坡度變率可直接使用軟件提取，地形起伏度和地形位指數(shù)的計(jì)算如下：

(1)地形起伏度提?。旱匦纹鸱戎冈谝粋€(gè)特定的區(qū)域內(nèi)，最高點(diǎn)海拔高度與最低點(diǎn)海拔高度的差值[29]。通過ArcGIS 10.2軟件，采用規(guī)格為3×3、5×5、7×7、9×9、11×11的柵格作為鄰域分析窗口，求出范圍內(nèi)海拔高度的最大值和最小值，然后求差值即可[29]。

(2)地形位指數(shù)：土地利用結(jié)構(gòu)及其變化在地形梯度上表現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，用地形位指數(shù)度量地形梯度，高程越高，坡度越大，則地形位指數(shù)越大；反之則越小[29]。其計(jì)算公式為：

(9)

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱時(shí)間變化特征

3.1.1 降水量趨勢(shì)變化特征 1960-2016年貴州省及其各市(州)年、季尺度降水量變化M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值以及各氣象站點(diǎn)降水年際變化M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值分別見表1和圖2。由表1和圖2可見，除銅仁市、黔東南州外，1960-2016年其他各市(州)年降水量均呈減少變化趨勢(shì)，其中黔西南州、畢節(jié)市、安順市和六盤水市通過了顯著性檢驗(yàn)，降水量有顯著減少趨勢(shì)。春季貴州省及各市(州)降水量均呈減少趨勢(shì)，且貴州省整體、安順市、黔西南州、畢節(jié)市和銅仁市呈顯著減少趨勢(shì)；夏季和冬季降水量變化趨勢(shì)不顯著；秋季安順市、黔西南州、六盤水市和畢節(jié)市降水量均呈顯著減少趨勢(shì)。綜上可知，1960-2016年貴州省及其各市(州)的降水量總體呈下降趨勢(shì)。

表1 1960-2016年貴州省及其各市(州)年、季尺度降水量變化M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值

圖2 1960-2016年貴州省各氣象站點(diǎn)降水量年際變化M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值

3.1.2 年際干旱變化特征 1960-2016年貴州省年P(guān)A指數(shù)均值(各年份33個(gè)氣象站點(diǎn)PA指數(shù)的平均值)及其M-K年際突變檢驗(yàn)見圖3。由圖3(a)可見，貴州省發(fā)生干旱的年份占研究期總年份的14%，且年P(guān)A均值于2011年出現(xiàn)最小值，為中旱；其次是1966、1989、2009和2013年，均為輕旱。由圖3(b)可見，在95%可信范圍內(nèi)，PA均值主要發(fā)生3次突變且集中于1987-1995年。在1987年發(fā)生第1次突變后，年P(guān)A均值由增大向減小變化，干旱有增強(qiáng)趨勢(shì)；在1993年后年P(guān)A均值由減少向增大變化，干旱有減弱趨勢(shì)；在1995年后，年P(guān)A均值再由增大向減小變化，干旱有增強(qiáng)趨勢(shì)?？偟膩碚f，1960-2016年貴州省年P(guān)A指數(shù)均值有減少趨勢(shì)，干旱有增強(qiáng)趨勢(shì)。

圖3 1960-2016年貴州省年P(guān)A指數(shù)均值及其M-K年際突變檢驗(yàn)

圖4為1960-2016年貴州省年際干旱強(qiáng)度與干旱站次數(shù)變化。由圖4可看出，貴州省1960-2016年干旱強(qiáng)度整體呈微弱的上升趨勢(shì)，且1974年出現(xiàn)最高干旱強(qiáng)度，其次是2011、2002、1989、2013和1995年(圖4(a))。2011年出現(xiàn)干旱站次數(shù)最多，其次是2009、1989和2013年，而1967、1968、1977、1982和2014年各氣象站點(diǎn)均未發(fā)生干旱(圖4(b))。

圖4 1960-2016年貴州省年際干旱強(qiáng)度與干旱站次數(shù)變化

3.1.3 季尺度干旱變化特征 圖5為1960-2016年貴州省各季節(jié)PA指數(shù)均值(各季節(jié)33個(gè)氣象站點(diǎn)PA指數(shù)的平均值)變化。由圖5可看出，1960-2016年貴州省發(fā)生秋旱和冬旱的年份較多，春旱和夏旱的年份相對(duì)較少。其中春、夏季均發(fā)生季節(jié)性輕旱的年份約占總年份的10.5%和8.8%；秋季發(fā)生干旱年份占總年份的15.8%，除1963年發(fā)生季節(jié)性中旱外，其余年份均發(fā)生季節(jié)性輕旱；冬季發(fā)生干旱的年份最多，占總年份的19.3%，除1969年發(fā)生季節(jié)性中旱外，其余年份均為季節(jié)性輕旱。

圖5 1960-2016年貴州省各季節(jié)PA指數(shù)均值變化

圖6為貴州省1960-2016年各季節(jié)PA指數(shù)均值M-K突變檢驗(yàn)。由圖6可見，在95%可信范圍內(nèi)，春季發(fā)生3次突變，突變年份分別為1982、1984、2002年。在1984年前，UF(k)曲線值為正，在此期間春季PA均值總體呈上升趨勢(shì)，干旱有減弱趨勢(shì)；在1984年后，春季PA均值由增大向減小變化，干旱有減弱趨勢(shì)；而在2002年后，春季PA均值減少趨勢(shì)顯著，干旱有增強(qiáng)趨勢(shì)。夏季于1982年發(fā)生1次突變，在1982年后的夏季PA均值由減少向增大變化，干旱有減弱趨勢(shì)。秋季PA均值未發(fā)生突變，變化較為平穩(wěn)。冬季共發(fā)生4次突變，突變年份分別為1962、1965、1967和1968年，在1968年后，冬季PA均值由減少向增大變化，干旱有減弱趨勢(shì)。

圖6 貴州省1960-2016年各季節(jié)PA指數(shù)M-K突變檢驗(yàn)

圖7為1960-2016年貴州省各季節(jié)干旱強(qiáng)度變化趨勢(shì)。由圖7可見，1960-2016年貴州省各季干旱強(qiáng)度均呈微弱增大趨勢(shì)，且冬旱強(qiáng)度上升的趨勢(shì)相對(duì)最強(qiáng)。春旱于2011年出現(xiàn)強(qiáng)度最大值，其次是1974和2010年；夏旱于2014年出現(xiàn)強(qiáng)度最大值，其次是1972和1981年；秋旱于1963年出現(xiàn)強(qiáng)度最大值，也是各季干旱強(qiáng)度的最大值，其次是2009、1970和1992年；冬旱最高干旱強(qiáng)度出現(xiàn)在2009年，其次是2002、2006和1969年?？偟膩碚f，1960-2016年貴州省冬旱強(qiáng)度最強(qiáng)，秋旱次之，春旱和夏旱強(qiáng)度較弱。

圖7 1960-2016年貴州省各季節(jié)干旱強(qiáng)度變化趨勢(shì)

3.2 干旱空間分布特征

3.2.1 年際干旱空間分布 圖8為1960-2016年貴州省年尺度干旱頻次空間分布。由圖8可看出，研究區(qū)總體呈現(xiàn)西北部、南部及中東部大部分地區(qū)干旱頻次較高，而西南部、東北部、東南部和中部大部分地區(qū)干旱頻次較低的分布特征。其中研究區(qū)西北部、南部和中東部地區(qū)輕旱發(fā)生頻次較高，而西南部、東部、東北部和中部地區(qū)輕旱發(fā)生頻次較低；研究區(qū)西北部、南部和東北部地區(qū)中旱發(fā)生頻次較高，而西南部、北部和東部地區(qū)中旱發(fā)生頻次較低；研究區(qū)西北部的威寧縣、鐘山區(qū)、七星關(guān)區(qū)和黔西縣一帶，西南部的興仁縣、紫云縣一帶和余慶縣在研究期內(nèi)出現(xiàn)過重旱，但頻次較低；特旱僅發(fā)生在研究區(qū)西北部和西南部的部分地區(qū)，且發(fā)生頻次較低。

圖8 1960-2016年貴州省年尺度干旱頻次空間分布

3.2.2 季尺度干旱空間分布 圖9為1960-2016年貴州省季尺度干旱頻次空間分布。

圖9(a)表明，1960-2016年春季研究區(qū)未出現(xiàn)特旱，僅西部的威寧縣、鐘山區(qū)、盤縣和七星關(guān)區(qū)一帶有重旱發(fā)生。春季研究區(qū)西北部地區(qū)輕旱頻次最高，其次是西南部和東南部部分地區(qū)，東部、東北部和中南部地區(qū)輕旱頻次較低；中旱頻次最高出現(xiàn)在西北部地區(qū)，最低出現(xiàn)在東南部地區(qū)，呈現(xiàn)由西北到東南從高到低的頻次分布特征。

圖9(b)表明，1960-2016年夏季研究區(qū)未出現(xiàn)特旱，僅余慶縣出現(xiàn)過重旱。研究區(qū)東南部、中東部和西北部地區(qū)輕旱發(fā)生頻次較高，而東北部和西南部發(fā)生頻次較低；研究區(qū)東北部、中部和西南部地區(qū)發(fā)生中旱的頻次較高，而東南部和西北部大部分地區(qū)頻次較低。綜上可知，夏季輕旱呈現(xiàn)東南部和西北部較高、西南部和東北部較低的頻次分布特征，中旱頻次分布則相反。

圖9(c)表明，1960-2016年秋季研究區(qū)各氣象站點(diǎn)發(fā)生輕旱的頻次普遍較高，僅北部、西南部部分地區(qū)頻次相對(duì)較低；秋季研究區(qū)南部和東南部地區(qū)發(fā)生中旱的頻次較高，而西部、北部和西南部地區(qū)頻次較低，總體呈現(xiàn)南部及東南部較高，而北部及西北部較低的頻次分布；秋季研究區(qū)西南部重旱頻次最高，而中部、東部和中北部地區(qū)重旱頻次較低甚至未發(fā)生重旱，總體呈現(xiàn)西高東低的頻次分布；研究區(qū)西部、西北部、西南部和東南部部分地區(qū)發(fā)生過特旱，但頻次較低。

圖9(d)表明，1960-2016年冬季研究區(qū)西北部、南部和東北部地區(qū)發(fā)生輕旱的頻次較高，而東部、西南部和中部地區(qū)發(fā)生頻次較低；中旱發(fā)生頻次分布特征與輕旱基本一致；冬季研究區(qū)南部和西部地區(qū)重旱發(fā)生頻次較高，而東部、中部和北部地區(qū)重旱頻次較低，總體呈現(xiàn)西部和南部較高、東部和北部較低的分布特征；冬季僅研究區(qū)西部、東北部和南部的部分地區(qū)出現(xiàn)過特旱，且發(fā)生頻次較低。

圖9 1960-2016年貴州省季尺度干旱頻次空間分布

3.3 干旱頻次與地形因子的Spearman相關(guān)分析

通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，3×3和5×5窗口的地形起伏度與干旱頻次的相關(guān)性最強(qiáng)，故采用3×3和5×5窗口的地形起伏度因子，貴州省各干旱等級(jí)的頻次與各地形因子的相關(guān)性如表2所示。由表2可看出，輕旱頻次與地形起伏度(3×3、5×5)、坡度和坡度變率均呈顯著負(fù)相關(guān)；重旱頻次與高程和地形位呈顯著正相關(guān)，特旱頻次與坡向呈顯著負(fù)相關(guān)。綜上可知，干旱頻次與地形因子顯著相關(guān)。

表2 貴州省各干旱等級(jí)的頻次與各地形因子的相關(guān)性

4 討 論

在全球氣候變暖的背景下，喀斯特地區(qū)干旱程度整體呈增強(qiáng)趨勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活帶來較大影響[30]。本研究分析表明，1960-2016年貴州省及各市(州)降雨量總體呈減少趨勢(shì)，PA指數(shù)呈減小趨勢(shì)，干旱呈增強(qiáng)趨勢(shì)，且2011年出現(xiàn)年P(guān)A均值的最小值，其次2009和2013年的PA均值也較小，原因主要是2009年的厄爾尼諾現(xiàn)象導(dǎo)致印度季風(fēng)衰退，貴州省受其影響降水偏少，故2009及其后的2013和2014年均出現(xiàn)干旱[31]。1960-2016年貴州省發(fā)生秋旱和冬旱的年份較多，春旱和夏旱的年份較少；1960-2016年貴州省年和季節(jié)尺度上干旱強(qiáng)度均呈增大趨勢(shì)，且冬旱強(qiáng)度最強(qiáng)，秋旱次之，春旱和夏旱較弱。其原因主要是貴州省位于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，受熱帶海洋氣團(tuán)和極地大陸氣團(tuán)交替控制，由于海陸氣團(tuán)之間的特征差異，夏半年受海洋氣團(tuán)的控制，降雨量大、降雨次數(shù)多且降雨強(qiáng)度大；而冬半年除了受西伯利亞冷高壓的控制外，云貴準(zhǔn)靜止鋒對(duì)黔中地區(qū)的降雨也有很大的影響，冬半年陰雨綿綿的天氣較多，但降雨量和降雨強(qiáng)度較小。這與黃晚華等[16]對(duì)西南地區(qū)干旱的季節(jié)性分析趨勢(shì)相一致，也驗(yàn)證了PA干旱指標(biāo)對(duì)貴州省喀斯特山區(qū)干旱評(píng)價(jià)分析的適用性。

空間上干旱事件的發(fā)生呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性和區(qū)域性，各季干旱頻次空間分布在不同地域上顯示出較大差異性。年際干旱頻次高發(fā)區(qū)集中于研究區(qū)西北部、中南部及中東部地區(qū)；特旱僅發(fā)生在秋、冬季西部和東南部部分地區(qū)且頻次較低，重旱、中旱和輕旱頻次秋、冬季較高，春、夏季較低。總體來看，春季干旱頻次西高東低；夏季中部高；秋季南高北低，重旱西高東低；冬季西高東低。可能是因?yàn)橘F州地處亞熱帶喀斯特高原山區(qū)，境內(nèi)地形復(fù)雜、地勢(shì)陡峭，降水的時(shí)空分布不均，秋、冬季降雨較少[7]。這與程學(xué)凱等[30]和李月等[31]的研究結(jié)果相一致。

輕旱頻次與地形起伏度(3×3窗口、5×5窗口)、坡度和坡度變率均呈顯著負(fù)相關(guān)，重旱頻次與高程和地形位呈顯著正相關(guān)，特旱頻次與坡向呈顯著負(fù)相關(guān)?？赡苁且?yàn)楦珊祫澐值燃?jí)相對(duì)其他等級(jí)干旱來說，坡度、地形起伏度、坡面曲率越大，則輕旱頻次越低；海拔較高、坡度較大地區(qū)容易發(fā)生重旱，即重旱易發(fā)生在高陡地區(qū)；特旱發(fā)生頻次較低，結(jié)合實(shí)際數(shù)值，特旱也主要發(fā)生在高陡地區(qū)。

綜上可知，干旱與地形因子顯著相關(guān)，主要是因?yàn)橘F州省位于我國西南喀斯特集中分布區(qū)，地形地貌起伏大、地塊破碎，喀斯特發(fā)育強(qiáng)烈，因而干旱受地形因子影響較大[6]。

研究發(fā)現(xiàn)，貴州省各市(州)緩沖區(qū)降水距平更適宜于貴州省干旱研究且與歷史數(shù)據(jù)有較高一致性。但干旱的影響因素較多，如與溫度、大氣環(huán)流、地貌以及人類活動(dòng)等因素有關(guān)，物理機(jī)制較為復(fù)雜，因此未來應(yīng)該繼續(xù)對(duì)干旱尤其是干旱成因進(jìn)行深入地探討和分析[30]。同時(shí)，當(dāng)前全球氣候變化異常、極端干旱事件頻發(fā)，因此在今后的研究中探尋更為合適的區(qū)域干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)和建立高效合理的區(qū)域干旱監(jiān)測(cè)機(jī)制必不可少[25]。

5 結(jié) 論

本文基于1960-2016年貴州省33個(gè)氣象站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，利用 Mann-Kendall檢驗(yàn)方法、PA指數(shù)和GIS空間表示方法分析了喀斯特山地干旱的時(shí)空分布特征，初步得到以下結(jié)論：

(1)1960-2016年貴州省降雨量有減少趨勢(shì)，PA指數(shù)呈減小趨勢(shì)，干旱呈增強(qiáng)趨勢(shì)，2011年貴州省出現(xiàn)研究時(shí)段內(nèi)年P(guān)A均值的最小值，其次是1966、1989、2009和2013年。

(2)研究區(qū)各季節(jié)干旱強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)，且冬旱強(qiáng)度最強(qiáng)、發(fā)生干旱年份最多，秋旱次之，春旱和夏旱強(qiáng)度較弱、年份較少。

(3)空間上干旱事件的發(fā)生呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性和季節(jié)性。年際干旱頻次高發(fā)區(qū)集中于研究區(qū)西北部、中南部及中東部地區(qū)；特旱僅發(fā)生在秋、冬季西部和東南部部分地區(qū)且頻次較低，重旱、中旱和輕旱頻次秋、冬季較高，春、夏季較低。春季干旱頻次西高東低；夏季中部高；秋季南高北低，重旱西高東低；冬季西高東低。

(4)輕旱頻次與地形起伏度(3×3窗口、5×5窗口)、坡度和坡度變率均呈顯著負(fù)相關(guān)，重旱頻次與高程和地形位呈顯著正相關(guān)，特旱頻次與坡向呈顯著負(fù)相關(guān)；重、特旱易發(fā)生在高陡地區(qū)，干旱與地形因子顯著相關(guān)。