張 強 謝五三 陳鮮艷 翟盤茂 吳必文 段居琦
1.國家氣候中心,北京,100081
2.安徽省氣候中心,合肥,230031
3.中國氣象科學(xué)研究院,北京,100081
干旱是中國最主要的氣象災(zāi)害之一,具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時間長、影響范圍廣等特點(葉篤正等,1996;鄒旭愷等,2008),在全球變暖的大背景下,中國遭受干旱的地區(qū)在擴大,干旱造成的損失也在增加(Yu,et al,2014;張強等,2015),且未來幾十年干旱可能呈加重趨勢(馬柱國等,2006;Chen,et al,2017)。干旱災(zāi)害嚴(yán)重地威脅著糧食安全和生態(tài)安全,成為制約社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素,因而對干旱的研究具有重要意義(姚玉璧等,2013;張強等,2020)。
干旱指數(shù)是表征干旱的重要指標(biāo),據(jù)世界氣象組織統(tǒng)計,常用的氣象干旱指數(shù)超過50 種(李憶平等,2017),近年來,針對干旱指數(shù)及其適用性的研究相對較多,王芝蘭等(2013)對比分析了標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)和廣義極值分布指數(shù)(GEVI)在中國西北地區(qū)干旱監(jiān)測中的適用性;段瑩等(2013)分析了帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)及綜合氣象干旱指數(shù)(CI)在江淮流域干旱監(jiān)測中的優(yōu)缺點;廖要明等(2017)基于氣象干旱綜合指數(shù)(MCI)研究了中國干旱時空分布及災(zāi)情變化特征;王素萍等(2020)評估了5 種干旱指數(shù)在中國北方的適用性,并對各指數(shù)監(jiān)測結(jié)果差異原因進(jìn)行了初步探討,相關(guān)研究(王林等,2014;張立杰等,2018)指出了多種干旱指數(shù)在各個地區(qū)的適用性以及存在差異的可能原因,對中國干旱監(jiān)測評估業(yè)務(wù)中干旱指數(shù)的選取及改進(jìn)具有重要的參考意義。
然而,目前針對干旱的研究所使用的要素或干旱指數(shù)大多是基于單站的,主要是以某個點的特殊情況代替區(qū)域旱情發(fā)生全貌,或是通過統(tǒng)計單站年、季或月等固定時段干旱指數(shù)的等級來確定某站是否發(fā)生了干旱。眾所周知,干旱事件屬于區(qū)域性極端天氣、氣候事件,不但具有一定的持續(xù)時間,還具有一定的影響范圍,如何把干旱事件作為一個時間和空間的整體來進(jìn)行識別和刻畫,是研究干旱事件的關(guān)鍵,對干旱過程的監(jiān)測評估業(yè)務(wù)具有重要意義(李憶平等,2015)。Ren 等(2012)提出了一種區(qū)域性極端事件客觀識別方法(Objective Identification Technique for Regional Extreme Events,OITREE),該方法能較好地對區(qū)域性氣象干旱事件進(jìn)行識別(任福民,2015);李韻婕等(2014)基于OITREE 方法分析了1960—2010 年中國西南地區(qū)區(qū)域性氣象干旱事件的特征,相關(guān)研究(安莉娟等,2014;金燕等,2018)推動了中國區(qū)域性氣象干旱事件識別與評估技術(shù)的發(fā)展。
長江中下游地區(qū)地處東亞季風(fēng)氣候區(qū),受季風(fēng)影響顯著,干旱災(zāi)害發(fā)生頻繁(李明等,2019),研究表明,近年來長江中下游地區(qū)干旱事件開始增多、增強(王文等,2016),特別是春季干旱化趨勢顯著,秋季極端干旱較多(曹博等,2018;劉詩夢等,2020),如2001 年春夏連旱、2010—2011 年六十年一遇的冬春連旱(劉建剛,2017)、2013 年夏季高溫伏旱(王文等,2017)、2019 年夏秋冬三季連旱(Yu,et al,2020;楊光等,2020)等,嚴(yán)重影響人民的生產(chǎn)、生活和國家糧食安全,引起政府和社會各界的高度關(guān)注。目前針對長江中下游地區(qū)區(qū)域性干旱過程的識別方法及監(jiān)測評估方面的研究相對較少,文中主要參考?xì)庀笮袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)《區(qū)域性干旱過程監(jiān)測評估方法》(QX/T 597-2021)(廖要明等,2021)中區(qū)域性干旱過程識別方法,基于目前中國氣象干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)中使用的MCI,并對OITREE 法進(jìn)行了改進(jìn),引入EIDR(極端事件強度與歷時、區(qū)域的理論關(guān)系)(Lu,et al,2017)理論建立了區(qū)域干旱綜合強度指數(shù),開展長江中下游地區(qū)區(qū)域性干旱過程識別與評估技術(shù)研究,旨在進(jìn)一步認(rèn)識該區(qū)域干旱的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律,為干旱監(jiān)測、評估及預(yù)警業(yè)務(wù)以及防災(zāi)、減災(zāi)等工作提供參考。
長江中下游地區(qū)包括上海、江蘇、浙江、安徽、湖北、湖南、江西等?。ㄊ校丝诿芗?、經(jīng)濟發(fā)達(dá),是中國重要的糧、油、棉生產(chǎn)基地。文中選用長江中下游地區(qū)502 個國家級氣象站1961—2019 年逐日氣溫和降水資料(資料來源于國家氣象信息中心,http://data.cma.cn/),均經(jīng)過質(zhì)量控制,滿足研究需要。長江中下游地區(qū)高程、水系及氣象站分布見圖1。歷史干旱災(zāi)情資料為長江中下游地區(qū)所包含的江蘇、浙江、安徽、湖北、湖南、江西、上海等?。ㄊ校?971—2019 年歷年干旱受災(zāi)面積(資料來自國家統(tǒng)計局,http://www.stats.gov.cn/tjsj/)。
圖1 長江中下游地區(qū)高程、水系及氣象站分布Fig.1 Distribution of DEM,river systems and meteorological stations in the middle-lower reaches of the Yangtze River
干旱指數(shù)選用適用性較好且目前在中國實時氣象干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)中使用的氣象干旱綜合指數(shù)(MCI),該指數(shù)考慮了近60d 內(nèi)的有效降水(權(quán)重累計降水)、30d 內(nèi)蒸散(相對濕潤度)以及季尺度(90 d)降水和近半年尺度(150 d)降水的綜合影響,氣象干旱綜合指數(shù)的計算公式(張存杰等,2017)為
式中,MI30為近30d 相對濕潤度指數(shù)、SPI90為近90d 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù),SPI150為近150d 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù),SPIW60為近60d 標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù),a、b、c、d為經(jīng)驗系數(shù),隨地區(qū)和季節(jié)變化進(jìn)行調(diào)整,Ka 為季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù),根據(jù)不同季節(jié)各地主要農(nóng)作物生長發(fā)育階段對土壤水分的敏感度確定。MCI對應(yīng)的各干旱等級劃分見表1。
表1 氣象干旱綜合指數(shù)等級劃分表Table 1 Drought level classification according to the meteorological drought composite index(MCI)
區(qū)域性干旱過程的識別與評估方法主要參考?xì)庀笮袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)《區(qū)域性干旱過程監(jiān)測評估方法》(QX/T 597-2021)(廖要明等,2021),具體如下:
(1)相鄰監(jiān)測站點:指兩個站點之間的距離在200 km 以內(nèi),站點A(LonA,LatA)、B(LonB,LatB)之間的距離D計算公式如下
式中,R為地球平均半徑,取6371 km;π=3.14;LonA、LatA 和LonB、LatB 分別為A 站、B 站的經(jīng)度和緯度(樊東衛(wèi)等,2019)。
(2)區(qū)域性干旱日:依據(jù)氣象干旱綜合指數(shù)的監(jiān)測結(jié)果,某日監(jiān)測范圍內(nèi)(長江中下游地區(qū))有≥10%的相鄰監(jiān)測站點出現(xiàn)中度或以上強度的干旱,則定義為1 個區(qū)域性干旱日。
(3)區(qū)域性干旱過程的判定:當(dāng)連續(xù)的區(qū)域性干旱日之間站點重合率在50% 以上,且持續(xù)時間在15 d 以上時,則定義為一個區(qū)域性干旱過程。滿足一次區(qū)域性干旱過程判定條件的首日為該次區(qū)域性干旱過程開始日;某次區(qū)域性干旱過程開始后,當(dāng)連續(xù)5 d 出現(xiàn)中旱或以上強度的站點數(shù)小于區(qū)域總站點數(shù)的10%或者與前一干旱日的站點數(shù)重合率低于50%時,即表示該次干旱過程結(jié)束,則將前一天確定為該次區(qū)域性干旱過程的結(jié)束日。
(4)區(qū)域性干旱過程的綜合強度指數(shù)(Z):參考EIDR(Lu,et al,2017)理論,根據(jù)某次區(qū)域性干旱過程中的平均強度(I)、平均影響面積(A)和持續(xù)時間(T),確定其綜合強度指數(shù)(Z),將各指標(biāo)進(jìn)行歸一化后指數(shù)加權(quán)綜合,計算公式如下
式中,I為區(qū)域性干旱過程的平均強度,即該區(qū)域內(nèi)單日氣象干旱綜合指數(shù)達(dá)到和超過中旱以上程度的所有站的指數(shù)平均值;A為區(qū)域性干旱過程的平均影響面積,即該區(qū)域內(nèi)單日氣象干旱綜合指數(shù)達(dá)到和超過中旱以上程度的干旱影響面積(單位:km2)平均值;T為區(qū)域性干旱過程持續(xù)時間,即區(qū)域性干旱過程開始至結(jié)束之間的天數(shù)。α、β分別為面積和時間指數(shù)權(quán)重系數(shù),均取0.5。
(5)區(qū)域性干旱過程的綜合強度等級劃分:區(qū)域性干旱過程的綜合強度等級按歷年綜合強度排序百分位數(shù)劃分為4 級,一般區(qū)域性干旱過程(占50%),較強區(qū)域性干旱過程(占30%),強區(qū)域性干旱過程(占15%),特強區(qū)域性干旱過程(占5%)。
基于長江中下游地區(qū)502 個站1961—2019 年逐日氣溫和降水資料,計算各站逐日氣象干旱綜合指數(shù),依據(jù)各站的干旱程度(中度或以上強度的干旱)以及相鄰監(jiān)測站點(兩個站點之間的距離在200 km 以內(nèi))的數(shù)量(監(jiān)測范圍內(nèi)有超過10%的相鄰監(jiān)測站點),識別出長江中下游地區(qū)1961—2019 年發(fā)生的所有區(qū)域性干旱過程。
長江中下游地區(qū)1961—2019 年以來共發(fā)生126 次區(qū)域性干旱過程,持續(xù)天數(shù)在1個月以內(nèi)(15—30 d)的區(qū)域性干旱過程共發(fā)生了47 次,占全部干旱過程的37%;持續(xù)天數(shù)為1—2 個月(30—60 d)的區(qū)域性干旱過程共發(fā)生了39 次,占全部干旱過程的31%;持續(xù)天數(shù)為2—3 個月(60—90 d)的區(qū)域性干旱過程共發(fā)生了17 次,占全部干旱過程的13%;持續(xù)天數(shù)為3—4 個月(90—120 d)的區(qū)域性干旱過程共發(fā)生了11 次,占全部干旱過程的9%;持續(xù)天數(shù)為4—5 個月(120—150 d)的區(qū)域性干旱過程共發(fā)生了5 次,占全部干旱過程的4%;持續(xù)天數(shù)超過5 個月(150 d)的區(qū)域性干旱過程共發(fā)生了7 次,占全部干旱過程的6%。持續(xù)時間最長的3 次區(qū)域性干旱過程分別是:1978 年4 月21 日 至11 月10 日(干旱過程持續(xù)204 d)、2011 年4 月6 日至9 月29 日(干旱過程持續(xù)177 d)、1992 年6 月26 日至12 月11 日(干旱過程持續(xù)169 d)。長江中下游地區(qū)區(qū)域性干旱過程頻次分布見圖2,由圖2 可見,隨著干旱過程持續(xù)天數(shù)的增加,干旱過程的個數(shù)呈明顯的減少趨勢,決定系數(shù)(R2)達(dá)0.89。
圖2 長江中下游地區(qū)區(qū)域性干旱過程頻次分布Fig.2 Frequency distribution of regional drought processes in the middle-lower reaches of the Yangtze River
針對長江中下游地區(qū)1961—2019 年126 次區(qū)域性干旱過程,結(jié)合區(qū)域性干旱過程綜合強度指數(shù)(Z)計算方法,對長江中下游地區(qū)歷次區(qū)域性干旱過程進(jìn)行評估,計算各區(qū)域性干旱過程的持續(xù)天數(shù)(T)、區(qū)域性干旱過程平均強度(I)、區(qū)域性干旱過程平均影響面積(A),進(jìn)而得到區(qū)域性干旱過程綜合強度指數(shù)。
根據(jù)區(qū)域性干旱過程綜合強度等級劃分(所占百分比),1961—2019 年長江中下游地區(qū)共發(fā)生6 次特強區(qū)域性干旱過程(約為十年一遇)、19 次強區(qū)域性干旱過程(約為三年一遇)、38 次較強區(qū)域性干旱過程(約為兩年一遇),其余63 次為一般區(qū)域性干旱過程(約為一年一遇)。從單因子強度排序來看,持續(xù)天數(shù)最長的干旱過程是1978 年4 月21 日至11 月10 日(204 d);從平均強度來看,最強的干旱過程是2000 年3 月20 日至6 月3 日(平均強度為?1.70,綜合強度等級為強,綜合強度指數(shù)排序為14);從平均影響面積來看,最大的干旱過程是1988 年10 月25 日至1989 年1 月6 日(平 均影響面積達(dá)530582.4 km2,綜合強度等級為強,綜合強度指數(shù)排序為12);從綜合強度指數(shù)來看,最強的干旱過程是1978 年4 月21 日至11 月10 日。對長江中下游地區(qū)1961—2019 年所有區(qū)域性干旱過程按綜合強度指數(shù)由強到弱進(jìn)行排序,排名前10 的區(qū)域性干旱過程及其相關(guān)特征量見表2。進(jìn)一步分析126 次區(qū)域性干旱過程綜合強度指數(shù)與持續(xù)天數(shù)、平均強度和平均影響面積的相關(guān)關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)分別為0.93、0.42 和0.61,均通過99%的信度t檢驗(以下簡稱信度檢驗)。
表2 長江中下游地區(qū)綜合強度指數(shù)前10 位的區(qū)域性干旱過程Table 2 Regional drought processes with the top 10 comprehensive intensity indexes in the middle-lower reaches of the Yangtze River
對長江中下游地區(qū)1961—2019 年126 次區(qū)域性干旱過程按發(fā)生時間進(jìn)行排序,分別計算每次干旱過程的持續(xù)天數(shù)、平均強度、平均影響面積以及綜合強度指數(shù),演變結(jié)果見圖3。
圖3 1961—2019 年長江中下游地區(qū)區(qū)域性干旱過程的持續(xù)天數(shù)(a)、平均強度(b)、平均影響面積(c)及綜合強度指數(shù)(d)演變Fig.3 Variations of duration days(a),average intensity(b),average affected area(c)and comprehensive intensity index(d)of regional drought processes in thee middle-lower reaches of the Yangtze River from 1961 to 2019
續(xù)圖3Fig.3 Continued
由圖3 可見,長江中下游地區(qū)區(qū)域性干旱過程的持續(xù)天數(shù)、平均強度、平均影響面積以及綜合強度指數(shù)均存在較大波動,其中持續(xù)天數(shù)的均值為54 d,最長達(dá)204 d,趨勢線為二次項系數(shù)為正的二次函數(shù),即持續(xù)天數(shù)存在兩頭多中間少的變化趨勢,決定系數(shù)(R2)為0.0292(通過95%信度檢驗);平均強度的均值為?1.40,最強為?1.70,趨勢線為三次項系數(shù)為正的三次函數(shù),即平均強度存在波浪形變化趨勢,決定系數(shù)(R2)為0.0322(通過95%信度檢驗);平均影響面積為245244 km2,最 大530582 km2,趨勢線為二次項系數(shù)為負(fù)的二次函數(shù),即平均影響面積存在兩頭小中間大的變化趨勢,決定系數(shù)(R2)為0.0134(未通過95%信度檢驗);綜合強度指數(shù)的趨勢線為二次項系數(shù)為正的二次函數(shù),即綜合強度指數(shù)存在兩頭強中間弱的變化趨勢,決定系數(shù)(R2)為0.0104(未通過95%信度檢驗)。
為分析長江中下游地區(qū)年干旱日數(shù)空間分布及變化趨勢,根據(jù)其1961—2019 年126 次區(qū)域性干旱過程的起始和結(jié)束時間,統(tǒng)計各站的年干旱日數(shù),得到空間分布(圖4a),由圖4a 可見,年干旱日數(shù)總體呈現(xiàn)“北部多于南部、平原多于山區(qū)”的特征,年干旱日數(shù)較多的地區(qū)位于蘇皖北部以及湖北省的中部和北部,年干旱日數(shù)超過100 d,較少的地區(qū)主要位于高海拔的山區(qū)。根據(jù)各站1961—2019 年逐年干旱日數(shù)演變,得到各站干旱日數(shù)的線性趨勢(圖4b),由圖4b 可見,年干旱日數(shù)變化趨勢總體呈現(xiàn)“西北部增多、東南部減少”的格局,增多較為明顯的地區(qū)主要位于蘇皖北部、湖北西北部、湖南西北部,最大為14.7 d/(10 a),而減少較為明顯的地區(qū)主要位于蘇皖南部、江西和浙江大部分地區(qū),最大為23.4 d/(10 a)。
圖4 長江中下游地區(qū)年干旱日數(shù)空間分布(a,單位:d)及變化趨勢(b,單位:d/a)Fig.4 Spatial distribution(a,unit:d)and variation trend(b,unit:d/a)of annual drought days in the middle-lower reaches of the Yangtze River
根據(jù)長江中下游地區(qū)所含省份1971—2019 年歷年干旱受災(zāi)面積,求和得到年干旱受災(zāi)面積,并提取同時段(1971—2019 年)長江中下游地區(qū)各站的年干旱日數(shù),得到1971—2019 年長江中下游地區(qū)平均年干旱日數(shù)和年干旱受災(zāi)面積演變(圖5),由圖5 可見,平均年干旱日數(shù)與年干旱受災(zāi)面積變化趨勢較為一致,其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.66,通過了99%信度檢驗,表明識別出的區(qū)域性干旱過程與干旱受災(zāi)面積具有較強的相關(guān)。圖5 中有些年份(如1979、2004—2008、2019 年等)干旱日數(shù)和受災(zāi)面積存在較大差別,主要是因為氣象干旱只表征大氣水分虧欠情況,并沒有結(jié)合下墊面農(nóng)作物狀況,這些年份干旱日數(shù)主要分布在秋、冬季,而秋、冬季的農(nóng)作物需水量少,氣象干旱對其影響不大,造成的干旱災(zāi)情相對較輕;而同樣的氣象干旱發(fā)生在春、夏季,農(nóng)作物需水量大,造成的干旱受災(zāi)面積就明顯增大。
圖5 1971—2019 年長江中下游地區(qū)平均年干旱日數(shù)和年干旱受災(zāi)面積演變Fig.5 Variations of average annual drought days and annual drought disaster area in the middle-lower reaches of the Yangtze River from 1971 to 2019
由長江中下游地區(qū)1961—2019 年區(qū)域性干旱過程綜合強度指數(shù)的排序可知,1978 年4 月21 日至11 月10 日的區(qū)域性干旱過程綜合強度指數(shù)最強;從歷史干旱受災(zāi)面積可知,1978 年干旱受災(zāi)面積歷史最大(118100 km2),兩者高度一致,因而選取此次區(qū)域性干旱過程作為長江中下游地區(qū)最典型干旱過程個例進(jìn)行分析,該區(qū)域性干旱過程持續(xù)時間達(dá)204 d,平均強度為?1.54,平均影響面積為364366 km2,綜合強度達(dá)到特強等級,各等級干旱站數(shù)及干旱綜合強度逐日演變見圖6。
圖6 1978 年長江中下游地區(qū)典型區(qū)域性干旱過程各等級干旱站數(shù)及干旱綜合強度逐日演變Fig.6 Daily evolution of the number of drought stations and drought comprehensive intensity during typical regional drought processes in the middle-lower reaches of the Yangtze River
由圖6 可見,該區(qū)域性干旱過程自1978 年4 月下旬開始,6 月末干旱強度迅速加強,特旱站數(shù)明顯增多,一直持續(xù)至10 月末,干旱強度才有所降低。干旱站數(shù)與干旱綜合強度指數(shù)存在明顯的正相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步計算可知:干旱綜合強度指數(shù)與輕旱站數(shù)、中旱站數(shù)、重旱站數(shù)、特旱站數(shù)以及總干旱站數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為?0.128、0.324、0.869、0.892、0.788,也即與特旱站數(shù)的相關(guān)最好,其次是重旱站數(shù),與總干旱站數(shù)的相關(guān)系數(shù)也達(dá)到0.788,均通過了99%的信度檢驗,表明干旱綜合強度指數(shù)較好地表征了區(qū)域性干旱過程的強度。
區(qū)域內(nèi)502 個站不同等級干旱日數(shù)空間分布如圖7 所示,可見,此次區(qū)域性干旱過程主要發(fā)生在蘇、皖兩省,從輕旱以上日數(shù)分布來看,蘇、皖兩省絕大部分區(qū)域超過130 d,兩省中部地區(qū)超過160 d;從中旱以上日數(shù)分布來看,其分布型與輕旱以上日數(shù)分布基本一致,兩省絕大部分區(qū)域超過90 d,中部地區(qū)超過120 d;從重旱和特旱日數(shù)分布來看,蘇、皖兩省仍是干旱日數(shù)最多的區(qū)域,兩省大部分地區(qū)重旱日數(shù)超過60 d,安徽中南部和江蘇大部分地區(qū)特旱日數(shù)超過30 d。從歷史干旱受災(zāi)面積來看,1978 年長江中下游地區(qū)所包含的省份干旱受災(zāi)面積分別是:安徽(36700 km2)、江蘇(26700 km2)、湖北(21300 km2)、湖南(17100 km2)、江西(11300 km2)、浙江(5000 km2),這與該典型區(qū)域性干旱過程各等級干旱日數(shù)空間分布基本一致。
圖7 長江中下游地區(qū)典型區(qū)域性干旱過程各等級干旱(a—d)日數(shù)空間分布Fig.7 Spatial distributions of drought days in typical regional drought processes(a—d)in the middle-lower reaches of the Yangtze River
(1)根據(jù)區(qū)域性干旱過程識別方法,識別出1961—2019 年長江中下游地區(qū)共發(fā)生126 次區(qū)域性干旱過程,持續(xù)天數(shù)在1 個月以內(nèi)的區(qū)域性干旱過程占全部干旱過程的37%、1—2 個月的占31%、2—3 個月的占13%、3—4 個月的占9%、4—5 個月的占4%、超過5 個月的占6%,持續(xù)時間最長的區(qū)域性干旱過程長達(dá)204 d,隨著干旱過程持續(xù)天數(shù)的增加,干旱過程的個數(shù)呈明顯的減少趨勢,決定系數(shù)(R2)達(dá)0.89。
(2)根據(jù)區(qū)域性干旱過程綜合強度指數(shù),1961—2019 年長江中下游地區(qū)共發(fā)生6 次特強區(qū)域性干旱過程、19 次強區(qū)域性干旱過程、38 次較強區(qū)域性干旱過程,其余63 次為一般區(qū)域性干旱過程,綜合強度指數(shù)最強的干旱過程為1978 年4 月21 日至11 月10 日。歷次區(qū)域性干旱過程的持續(xù)天數(shù)、平均強度、平均影響面積以及綜合強度指數(shù)均存在較大波動,其中持續(xù)天數(shù)呈兩頭多中間少的變化趨勢、平均影響面積呈兩頭小中間大的變化趨勢、綜合強度指數(shù)呈兩頭強中間弱的變化趨勢、平均強度呈波浪形變化趨勢,持續(xù)天數(shù)和平均強度的變化趨勢均通過95%信度檢驗,平均影響面積和綜合強度指數(shù)的變化趨勢未通過95%信度檢驗。
(3)長江中下游地區(qū)年干旱日數(shù)總體呈現(xiàn)“北部多于南部、平原多于山區(qū)”的空間分布特征,蘇皖北部及湖北省的中部和北部年干旱日數(shù)超過100 d;年干旱日數(shù)變化趨勢總體呈現(xiàn)“西北部增多、東南部減少”的變化格局,蘇皖北部、湖北西北部、湖南西北部干旱日數(shù)明顯增多,而蘇皖南部、江西和浙江大部干旱日數(shù)明顯減少。干旱日數(shù)與干旱受災(zāi)面積變化趨勢較為一致,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.66,通過了99%信度檢驗,表明識別出的區(qū)域性干旱過程與干旱受災(zāi)面積具有較好的相關(guān)關(guān)系。
(4)對長江中下游地區(qū)最典型的區(qū)域性干旱過程監(jiān)測評估可知,干旱綜合強度指數(shù)與干旱站數(shù)存在顯著的正相關(guān),與特旱站數(shù)的相關(guān)最好,其次是重旱站數(shù),均通過了99%信度檢驗,也即干旱綜合強度指數(shù)越強,各等級干旱站數(shù)越多,特別是特旱和重旱站數(shù);此外,各地干旱日數(shù)的多少與干旱受災(zāi)面積的大小較為一致,干旱日數(shù)越多的地區(qū),干旱受災(zāi)面積越大,表明干旱綜合強度指數(shù)較好地表征了區(qū)域性干旱過程的強度。
本研究的區(qū)域性干旱過程識別與評估方法與OITREE 法(Ren,et al,2012;李韻婕等,2014;安莉娟等,2014;李憶平等,2015;金燕等,2018)相比,總體思路和框架結(jié)構(gòu)是一致的,但在如下幾個方面進(jìn)行了改進(jìn):一是使用的干旱指數(shù)由綜合氣象干旱指數(shù)(CI)替換為目前中國氣象干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)中通用的氣象干旱綜合指數(shù)(MCI),針對單站逐日干旱監(jiān)測,考慮的要素更多、時間尺度更全,區(qū)域性干旱日的識別與實況更加吻合;二是用于監(jiān)測評估的氣象站網(wǎng)更加稠密,相鄰站點距離閾值由250 km 調(diào)整為200 km,異常帶重合率由0.3 調(diào)整為0.5,監(jiān)測評估結(jié)果更加精細(xì)可靠;三是根據(jù)Lu 等(2017)提出的“極端事件強度與歷時、區(qū)域的理論關(guān)系(EIDR)”,調(diào)整了綜合強度指數(shù)計算方法,由區(qū)域性干旱過程的平均強度、影響面積和持續(xù)時間三者加權(quán)綜合改進(jìn)為指數(shù)權(quán)重綜合,在實時干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)中,計算方便,可操作性更強??傮w來看,該區(qū)域性干旱過程識別方法較好地識別出長江中下游地區(qū)1961—2019 年126 次區(qū)域性干旱過程,并從持續(xù)天數(shù)、平均強度、平均影響面積以及干旱綜合強度等多角度對干旱過程進(jìn)行監(jiān)測評估,評估結(jié)果與歷史干旱災(zāi)情較為吻合。
干旱是一個非常復(fù)雜的科學(xué)問題,與大氣、土壤類型、下墊面以及人工措施等多方面因素相關(guān),其生消機制和致災(zāi)機理復(fù)雜;此外,中國南、北氣候差異大,干旱發(fā)生的區(qū)域、頻率和強度也存在較大差異,針對區(qū)域性干旱過程的識別與評估方法,其干旱指數(shù)的選取、相鄰監(jiān)測站點的判定、異常帶重合率閾值的設(shè)定、綜合強度指數(shù)的構(gòu)建等,還需在實際業(yè)務(wù)應(yīng)用中不斷優(yōu)化完善,才能對區(qū)域性干旱過程做出更加準(zhǔn)確客觀的研判。