中國(guó)亞熱帶干旱多尺度時(shí)空格局及演變趨勢(shì)

尹世燕, 毛方杰, 周國(guó)模, 杜華強(qiáng), 李雪建, 陳 琦, 閆夢(mèng)潔

(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310000; 2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)試驗(yàn), 杭州 310000; 3.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 杭州 310000)

氣象干旱是指某時(shí)段，由于蒸發(fā)量和降水量的收支不平衡，水分支出大于收入而造成的水分短缺現(xiàn)象。干旱雖然僅占世界全部自然災(zāi)害的5%，但其帶來(lái)的損失卻占全部自然災(zāi)害造成損失的30%[1]。而中國(guó)是受干旱最嚴(yán)重的國(guó)家，年均受旱面積約為21.57×105km2，總受災(zāi)面積的55%[2]。亞熱帶具有明顯的季風(fēng)特征，降雨具有明顯季節(jié)和年際變化，加之全球氣候變化的影響，使得過(guò)去幾十年來(lái)極端天氣事件頻發(fā)，尤其是極端干旱，造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失巨大，僅2016年西南地區(qū)的秋季極端干旱就已造成17.4萬(wàn)人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失1 400余萬(wàn)元[3]。

干旱評(píng)價(jià)歷來(lái)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有綜合氣象干旱指數(shù)(CI)、Palmer干旱指數(shù)(PDSI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)等。CI指數(shù)既反映短時(shí)間尺度(月)，又反映長(zhǎng)時(shí)間尺度(季)降水量氣候異常情況，適合實(shí)時(shí)氣象干旱監(jiān)測(cè)和歷史同期氣象干旱評(píng)估[4]，謝五三等[5]基于CI指數(shù)獲得淮河流域的歷年干旱日數(shù)與受災(zāi)面積和成災(zāi)面積的相關(guān)性通過(guò)了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，表明CI指數(shù)在淮河流域具有較好的區(qū)域適應(yīng)性；PDSI指數(shù)表征一段時(shí)間內(nèi)實(shí)際水分供應(yīng)持續(xù)少于當(dāng)?shù)貧夂蜻m宜水分供應(yīng)的水分虧缺，適用于月尺度的水分盈虧監(jiān)測(cè)和評(píng)估[6]，Jia等[7]利用1951—2012年P(guān)DSI長(zhǎng)期月自校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，研究了中國(guó)西部地區(qū)干旱的時(shí)空變化特征；SPI指數(shù)該計(jì)算簡(jiǎn)單，僅考慮降水因素，且具有多時(shí)間尺度[8]，Sobral等[9]描述1979—2009年里約熱內(nèi)盧州年度SPI指數(shù)的變化，并與ENSO事件結(jié)合分析里約熱內(nèi)盧州的干旱時(shí)空變化特征。然而，CI指數(shù)權(quán)累積過(guò)程中容易出現(xiàn)不合理旱情加劇的問(wèn)題；PDSI指數(shù)權(quán)重因子來(lái)源于美國(guó)中西部的站點(diǎn)，使得該指數(shù)在全球不同的地方不具有空間可比性，并且數(shù)據(jù)要求高，需要土壤持水量資料作為輸入量，計(jì)算復(fù)雜[10]；SPI指數(shù)考慮致旱因子過(guò)于單一，未考慮影響干旱的其他因素如溫度、蒸散等[11]。

SPEI綜合考慮溫度、濕度、降水和蒸散等氣象因素，并融合了SPI多時(shí)間尺度特征，能夠從多時(shí)空尺度穩(wěn)定地評(píng)價(jià)干旱時(shí)空特征[12]，適于監(jiān)測(cè)全球變暖背景下干旱的變化特征，在世界上得到了廣泛應(yīng)用，Polong等[13]利用SPEI指數(shù)研究了肯尼亞塔納河流域(TRB)干濕事件的時(shí)空變化特征，Hernandez等[14]采用SPEI指數(shù)并結(jié)合兩種大氣環(huán)流模式(GCMs)的降水和溫度預(yù)測(cè)得出：21世紀(jì)，德克薩斯州南部的沿海半干旱地區(qū)干旱程度將逐漸增加，Jia等[7]利用日尺度的SPEI指數(shù)對(duì)1960—2016年中國(guó)西南地區(qū)干旱的區(qū)域時(shí)空特征進(jìn)行識(shí)別，揭示了中國(guó)西南地區(qū)干旱特征的變異特征。

雖然以上研究已表明SPEI指數(shù)幾乎在世界各地區(qū)都進(jìn)行過(guò)干旱特征研究，然而，大部分的研究使用的氣象數(shù)據(jù)過(guò)于粗糙，而局部區(qū)域的研究無(wú)法代表整個(gè)亞熱帶干旱的時(shí)空特征，并且多在單一尺度上對(duì)干旱進(jìn)行分析，未充分發(fā)揮SPEI在亞熱帶干旱評(píng)價(jià)中的重要作用。政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)(IPCC)于2013年發(fā)布的第5次評(píng)估報(bào)告中指出，干旱在世界范圍內(nèi)不僅影響范圍呈增大趨勢(shì)，而且未來(lái)發(fā)生頻率將持續(xù)增加。因此，本文以中國(guó)亞熱帶為研究區(qū)域，基于1 km空間分辨率氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲取相同分辨率的SPEI格點(diǎn)數(shù)據(jù)作為干旱等級(jí)劃分指標(biāo)，結(jié)合干旱變化趨勢(shì)、影響范圍、強(qiáng)度及頻率，探討不同時(shí)間尺度下中國(guó)亞熱帶區(qū)域干旱的時(shí)空特征。

1 研究區(qū)概況

中國(guó)亞熱帶位于23°—35°N，92°—123°E，包括秦嶺淮河以南、雷州半島以北、橫斷山脈以東的20個(gè)省市，面積約占中國(guó)總面積的1/4(圖1)。該地區(qū)東亞季風(fēng)盛行，具有冬冷夏熱、四季分明的氣候特點(diǎn)，年平均氣溫在15.74～16.81℃，年均降水量為800～1 600 mm，物種豐富，植被類型多樣，頂級(jí)群落為常綠闊葉林[15]。

注：該圖基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2019)123號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。圖1 中國(guó)亞熱帶地理位置

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1959—2019年研究區(qū)氣象資料(包括月平均氣溫和月降水量數(shù)據(jù))是基于國(guó)家氣象信息中心(http:∥data.cma.cn/)提供的全國(guó)824個(gè)氣象站的日氣象資料處理獲取。首先，利用1 km空間分辨率的距離加權(quán)方法對(duì)日氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，獲取同等空間分辨率下的全國(guó)日氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)；其次，利用Aster DEM V3.0(https:∥ssl.jspacesystems.or.jp/ersdac/GDEM/E/)對(duì)氣溫進(jìn)行了修正，并假設(shè)氣溫下降速率為6.5℃/km[16]；然后，根據(jù)日氣象資料的平均值或總和計(jì)算月氣象因子的值，獲取全國(guó)月氣象資料；最后，通過(guò)裁剪獲得中國(guó)亞熱帶地區(qū)月氣象資料。

2.2 研究方法

2.2.1 SPEI的計(jì)算 本文用不同時(shí)間尺度的SPEI來(lái)研究1959—2019年亞熱帶地區(qū)的干旱時(shí)空格局，包括1，3，6，12個(gè)月，分別用SPEI1，SPEI3，SPEI6，SPEI12表示。其中SPEI1可反映出短期內(nèi)干旱情況；SPEI3可反映出季節(jié)的變化規(guī)律(SPEI3spring：3—5月，SPEI3summer：6—8月，SPEI3antumn：9—11月，SPEI3winter：12—2月)；SPEI6可反映出干濕季的變化規(guī)律；而SPEI12則反映了干旱的年際變化。其中干濕季的判斷依據(jù)為1959—2019年月平均降水?dāng)?shù)據(jù)，以100 mm(1959—2019年月平均降水中值)為分界線劃分亞熱帶地區(qū)的干濕兩季(圖2，SPEI6dry：10—3月，SPEI6wet：4—9月)。SPEI的計(jì)算過(guò)程見參考文獻(xiàn)[11]。

圖2 1959-2019年月平均降水

2.2.2 干旱線性變化趨勢(shì) 干旱隨時(shí)間變化的趨勢(shì)和特征采用線性回歸的方式計(jì)算，公式如下：

(1)

式中:θ為變化趨勢(shì)(當(dāng)θ>0時(shí),代表c正在增加,當(dāng)θ<0時(shí),代表SPEI正在減小);y為發(fā)生干旱年數(shù)；i為第幾年的個(gè)數(shù)(i=1,2,…,n)；SPEIi為第i年的SPEI值。

2.2.3 干旱程度影響范圍 干旱程度影響范圍是指對(duì)應(yīng)年份里發(fā)生不同等級(jí)干旱的柵格數(shù)占總研究區(qū)域柵格數(shù)量的比例，計(jì)算公式如下：

(2)

式中:Ad為不同等級(jí)干旱的影響范圍；nd為不同等級(jí)干旱的柵格數(shù)；N為總研究區(qū)域柵格數(shù)量。

2.2.4 干旱強(qiáng)度 干旱強(qiáng)度定義為發(fā)生干旱時(shí)SPEI累積值的平均值的絕對(duì)值，其值越大干旱程度越強(qiáng)，計(jì)算公式如下：

(3)

式中:I為干旱強(qiáng)度；m為發(fā)生干旱次數(shù)；SPEIi為研究期間內(nèi)發(fā)生干旱時(shí)SPEI的值。

2.2.5 干旱頻率 干旱頻率是用來(lái)評(píng)價(jià)某區(qū)域有資料年份內(nèi)干旱發(fā)生頻繁程度即該區(qū)域發(fā)生干旱年數(shù)占總年數(shù)百分比，計(jì)算方法為：

(4)

式中:F為干旱頻率；r為發(fā)生干旱年數(shù)；H為總年數(shù)。

2.2.6 干旱等級(jí)及強(qiáng)度劃分 基于SPEI和I將干旱劃分無(wú)干旱、輕度干旱、中度干旱、嚴(yán)重干旱、極端干旱5個(gè)等級(jí)[17]，見表1。

表1 干旱等級(jí)及干旱強(qiáng)度劃分

3 結(jié)果與分析

3.1 多時(shí)空尺度SPEI變化及干旱趨勢(shì)分析

不同時(shí)間尺度下SPEI值波動(dòng)規(guī)律明顯不同，隨著時(shí)間尺度的增大，波動(dòng)整體上呈現(xiàn)逐步減小趨勢(shì)(圖3)，表明SPEI在不同時(shí)間尺度上體現(xiàn)出不同的干旱周期性和連續(xù)性。1959—1999年，亞熱帶地區(qū)干旱發(fā)生頻率低、持續(xù)時(shí)間短，干旱危害較小。主要發(fā)生在1963年、1972年、1979年、1987年、1999年。而2000年以后，亞熱帶地區(qū)進(jìn)入到干旱頻繁的階段，干旱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，2004—2014年都處于持續(xù)干旱狀態(tài)。由于月尺度(SPEI1)波動(dòng)較大，且短時(shí)間的降水和溫度無(wú)法決定區(qū)域的干濕程度，因此，本文重點(diǎn)從季尺度(SPEI3)、干濕季尺度(SPEI6)和年尺度(SPEI12)分析1959—2019年干旱演變規(guī)律。

圖3 1959-2019年不同時(shí)間尺度SPEI時(shí)間序列

季節(jié)變化上(圖4)，SPEI3spring，SPEI3antumn，SPEI3winter分別有75.2%，94.7%，51.5%區(qū)域呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總體下降速率分別為0.055/10 a，0.096/10 a，0.015/10 a。其中，SPEI3spring下降區(qū)域主要分布在亞熱帶東部和西北部，尤其是陜西、江蘇和浙江部分地區(qū)下降趨勢(shì)超過(guò)0.2/10 a以上，干旱趨勢(shì)從1992年開始大幅增加，在2003—2010年干旱較為嚴(yán)重；SPEI3antumn在四川、廣東、云南三省交界處下降趨勢(shì)尤為明顯，下降趨勢(shì)超過(guò)0.3/10 a以上，干旱趨勢(shì)以1989年為界，主要集中在1998—2009年，尤其是1998年、2009年出現(xiàn)了中度干旱，SPEI3antumn分別為-1.21，-1.27；SPEI3winter下降區(qū)域主要分布在亞熱帶西部，尤其在四川西南部少部分地區(qū)，下降趨勢(shì)超過(guò)0.4/10 a以上，干旱趨勢(shì)以1998年為界，主要發(fā)生在1999年，以及2009—2019年，特別是1999年發(fā)生了嚴(yán)重干旱，SPEI3winter達(dá)-1.66；SPEI3summer呈現(xiàn)下降趨勢(shì)范圍僅占亞熱帶地區(qū)的42.7%，主要分布在亞熱帶西部，且除了個(gè)別年份，如1972年，發(fā)生輕度干旱外，總體較為正常。

注：直線為一元線性擬合，虛線為5 a滑動(dòng)平均SPEI值，下圖同。圖4 1959-2019年四季干旱趨勢(shì)空間分布和SPEI3時(shí)間變化趨勢(shì)

干濕季變化上(圖5)，SPEI6dry，SPEI6wet分別有65.1%，69.4%區(qū)域呈下降趨勢(shì)，總體下降速率分別為0.049/10 a，0.038/10 a。其中，SPEI6dry下降區(qū)域主要分布在亞熱帶西部的大部分地區(qū)，尤其是四川、甘肅少部分地區(qū)下降趨勢(shì)超過(guò)0.3/10 a以上，干旱時(shí)期主要集中在1999年，2004—2015年，同樣也診斷出1999年發(fā)生了嚴(yán)重干旱事件，SPEI6dry達(dá)-1.54；SPEI6wet下降區(qū)域主要分布在亞熱帶西部和東部的少部分地區(qū)，下降趨勢(shì)主要集中在0～-0.2/10 a，干旱事件集中發(fā)生在2003—2013年，特別是2009年、2011年干旱較為嚴(yán)重，SPEI6wet分別達(dá)-0.87，-1.14。

圖5 1959-2019年干濕季干旱趨勢(shì)空間分布和SPEI6時(shí)間變化趨勢(shì)

年際變化上(圖6)，SPEI12有73.8%區(qū)域呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總體下降速率為0.06/10 a，下降區(qū)域主要分布在亞熱帶西部的大部分地區(qū)，尤其是四川、云南少部分地區(qū)下降趨勢(shì)超過(guò)0.2/10 a以上，干旱趨勢(shì)自2001年波動(dòng)明顯，干旱時(shí)期主要集中在2001—2013年，特別是2009年和2011年發(fā)生了中度干旱事件，SPEI12分別達(dá)-1.16，-1.18。

圖6 1959-2019年年際干旱趨勢(shì)空間分布和SPEI12時(shí)間變化趨勢(shì)

3.2 多時(shí)空尺度干旱程度影響范圍分析

就整體干旱程度影響范圍而言(圖7)，1959—2019年，除夏季以外的時(shí)間尺度的干旱程度影響范圍都處于不斷波動(dòng)上升的趨勢(shì)，尤其是在1995年之后，上升趨勢(shì)尤為明顯。SPEI3spring，SPEI3antumn，SPEI3winter，SPEI6dry，SPEI6wet和SPEI12分別在2007年(71.9%)、1998年(81.5%)、1999年(95.1%)、1999年(86.4%)、2011年(75.3%)和2009年(81.9%)達(dá)到干旱程度影響范圍極值，SPEI3summer呈現(xiàn)明顯“凹”字型的波動(dòng)趨勢(shì)，在1990—2005年出現(xiàn)明顯的“下降—上升”的波動(dòng)趨勢(shì)以外，其余年份波動(dòng)幅度較小，在1972年(73.4%)達(dá)到干旱程度影響范圍極值。

圖7 1959-2019年各時(shí)間尺度干旱程度影響范圍

就不同干旱程度影響范圍而言，1959—1995年期間，亞熱帶大部分區(qū)域都處于輕度干旱和中度干旱，少部分區(qū)域處于嚴(yán)重干旱，極少發(fā)生極端干旱事件，即使發(fā)生，極端干旱事件影響范圍極小，但自1995年之后，極端干旱事件頻發(fā)，極端干旱影響范圍不斷擴(kuò)大，SPEI3spring，SPEI3summer，SPEI3antumn，SPEI3winter，SPEI6dry，SPEI6wet和SPEI12分別在2011年(27.8%)、2006年(21.9%)、2009年(21.9%)、1999年(27%)、1999年(37.8%)、2011年(23.7%)和2011年(20.8%)達(dá)到極端干旱影響范圍極值。

3.3 多時(shí)空尺度干旱強(qiáng)度空間分布特征

就亞熱帶干旱強(qiáng)度空間分布而言(圖8)，1959—2019年期間，各時(shí)間尺度SPEI的干旱強(qiáng)度范圍為0.91～1.55，并且大部分區(qū)域的干旱強(qiáng)度主要集中在1.0～1.2，即處于中度干旱狀態(tài)。

圖8 1959-2019年各時(shí)間尺度干旱強(qiáng)度空間分布

季節(jié)變化上，SPEI3spring，SPEI3summer，SPEI3antumn，SPEI3winter嚴(yán)重及以上干旱強(qiáng)度分別占亞熱帶區(qū)域的10.3%，8.5%，6.2%，13.9%。其中，SPEI3spring嚴(yán)重及以上干旱強(qiáng)度區(qū)域主要分布在甘肅以及湖南東南部的少部分地區(qū)，SPEI3summer主要分布在浙江東部以及廣東西南部的少部分地區(qū)，SPEI3antumn主要分布在福建西南部的少部分地區(qū)，SPEI3winter主要分布在重慶、四川、貴州和云南4省的交界處，以及廣西南部的少部分地區(qū)，且季節(jié)變化中，僅有SPEI3summer的0.001 7%區(qū)域處于極端干旱強(qiáng)度。

干濕季變化上，SPEI6dry，SPEI6wet嚴(yán)重及以上干旱強(qiáng)度分別占亞熱帶區(qū)域的9.6%，7.8%。其中，SPEI6dry嚴(yán)重及以上干旱強(qiáng)度區(qū)域主要分布在江西北部、貴州西北部以及青海與西藏交界的少部分地區(qū)，SPEI6wet零星分布在福建、云南、四川3省，且干濕季變化中，僅有SPEI6dry的0.002 2%區(qū)域處于極端干旱強(qiáng)度。年際變化上，SPEI12嚴(yán)重干旱強(qiáng)度占亞熱帶區(qū)域的9.1%，主要分布在福建和廣東交界的少部分地區(qū)。

3.4 多時(shí)空尺度干旱頻率格局分析

就亞熱帶區(qū)域干旱發(fā)生頻率而言(圖9)，1959—2019年期間，不同時(shí)間尺度的干旱發(fā)生頻率范圍為18%～44.3%，大部分區(qū)域的干旱發(fā)生頻率主要集中在25%～35%，中等及以上干旱發(fā)生頻率范圍為4.9%～27.9%，大部分區(qū)域的中等及以上干旱發(fā)生頻率主要集中在10%～20%。

注：左側(cè)7個(gè)圖為干旱發(fā)生頻率; 右側(cè)7個(gè)圖為中等及以上干旱發(fā)生頻率。圖9 1959-2019年各時(shí)間尺度干旱發(fā)生頻率

季節(jié)變化上，SPEI3spring，SPEI3summer，SPEI3antumn，SPEI3winter平均發(fā)生干旱頻率分別為32.5%，32.4%，33.1%，31.2%。其中，SPEI3spring超過(guò)20%的高頻中等及以上干旱頻率區(qū)域主要分布在西藏、四川等地，SPEI3summer和SPEI3antumn零星分布在廣西、廣東、福建、湖南等地，SPEI3winter主要分布在四川、重慶等地，最高頻率可達(dá)到27.9%。

干濕季變化上，SPEI6dry，SPEI6wet平均發(fā)生干旱頻率分別為31.6%，32.5%。其中，SPEI6dry超過(guò)20%的高頻中等及以上干旱頻率區(qū)域零星分布在貴州、四川、江西等地，SPEI6wet主要分布在湖南、江西、福建等地，最高頻率可達(dá)到26.2%。

年際變化上，SPEI12平均發(fā)生干旱頻率為32.8%，SPEI12超過(guò)20%的高頻中等及以上干旱頻率區(qū)域主要分布在云南、貴州、重慶、浙江等地，最高頻率可達(dá)到27.9%。

4 討 論

4.1 輸入數(shù)據(jù)及蒸散計(jì)算對(duì)SPEI的影響

SPEI計(jì)算原理是利用降水量與蒸散量差值偏離平均狀態(tài)的程度來(lái)表征某地區(qū)的干旱。本文采用Thornthwaite蒸散方法計(jì)算PET，其主要優(yōu)點(diǎn)是僅以溫度和站點(diǎn)(或格點(diǎn))所在的緯度作為輸入量，不論在全球或中國(guó)區(qū)域，相比于其他資料，溫度資料比較容易獲取且觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)[18]，因而得到廣泛利用。但是，Thornthwaite公式也存在一定的問(wèn)題。在全球變暖的背景下，基于緯度和溫度使用Thornthwaite公式估算的短波輻射與潛在蒸散量的關(guān)系也會(huì)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致未來(lái)潛在蒸散量的計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤[19]。相對(duì)來(lái)說(shuō)，Penman-Monteith公式雖然能得到相對(duì)準(zhǔn)確的潛在蒸散量，但是計(jì)算涉及到太陽(yáng)輻射、溫度、風(fēng)速和相對(duì)濕度等指標(biāo)的高時(shí)空精度數(shù)據(jù)在全球大部分地區(qū)無(wú)法獲取，這同樣限制了SPEI的精確描述。本文首次利用1 km空間分辨率逐月氣象數(shù)據(jù)計(jì)算中國(guó)亞熱帶區(qū)域SPEI，通過(guò)與典型干旱事件核準(zhǔn)(表2)可知，本文與前人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果類似，具有一定的適用性，且相較于目前全球SPEI產(chǎn)品〔如The Global SPEI database v2.6(https:∥spei.csic.es/spei_database)等〕結(jié)果[20]而言，具有更高的精度。

表2 典型干旱事件核準(zhǔn)

4.2 亞熱帶干旱時(shí)空特征分析

以往干旱的研究多集中于干旱/半干旱區(qū)，鮮有針對(duì)受氣候變化影響劇烈的亞熱帶地區(qū)開展干旱時(shí)空特征變化的研究。本研究基于多時(shí)空尺度SPEI的分析發(fā)現(xiàn)，中國(guó)亞熱帶地區(qū)呈現(xiàn)干旱化趨勢(shì)，空間上表現(xiàn)出自西向東的“濕—干—濕”變化趨勢(shì)，干旱影響范圍不斷波動(dòng)上升，這與Wang[30]和Song[31]等的研究結(jié)果類似。

同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)1995年以后，亞熱帶地區(qū)干旱，特別是極端干旱的影響范圍不斷擴(kuò)大，與馬志婷[32]針對(duì)全國(guó)干旱的研究結(jié)果一致。另外，本研究發(fā)現(xiàn)亞熱帶干旱強(qiáng)度主要為中等干旱，其中湖南、江西、廣東、廣西、福建均出現(xiàn)了嚴(yán)重甚至極端干旱，然而，這些地區(qū)干旱頻率卻較低，主要原因可能是隨著全球變暖現(xiàn)象的持續(xù)，大尺度區(qū)域的極端氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，局部區(qū)域的極端氣候氣象事件突發(fā)性逐漸增強(qiáng)[33]，中國(guó)南方的驟旱發(fā)生概率很大。此外，高頻干旱頻率區(qū)域主要發(fā)生在湖北、安徽、江西、湖南等地，這也印證了前人關(guān)于近20 a長(zhǎng)江中下游地區(qū)干旱事件發(fā)生頻率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)已成為不爭(zhēng)事實(shí)的論斷[34]。然而，現(xiàn)有柴榮繁[35]、Wu[36]等沒有檢測(cè)出亞熱帶東南的干旱化現(xiàn)象，也有基于全球再分析氣象數(shù)據(jù)集的研究發(fā)現(xiàn)北半球干旱頻率呈減少趨勢(shì)[37]，我們需要關(guān)注這些區(qū)域的氣象變化，開展更深入研究。

4.3 亞熱帶干旱成因分析

導(dǎo)致干旱的原因是復(fù)雜且多方面的，既有氣候自然變化的原因，也有人類活動(dòng)的原因。通過(guò)降水、濕度、最高溫和最低溫4種氣象因素與年尺度SPEI偏相關(guān)分析可知(圖10)，降水無(wú)疑是中國(guó)亞熱帶地區(qū)干旱的最大影響因素，所有區(qū)域的偏相關(guān)系數(shù)都高達(dá)0.9以上；濕度與干旱的偏相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值主要集中在0.5左右，影響程度較為一般；最高溫對(duì)中國(guó)亞熱帶干旱的影響出現(xiàn)明顯的東西分界，東部地區(qū)主要呈現(xiàn)正相關(guān)性，但相關(guān)性較小，西部地區(qū)主要呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，影響力較大的地區(qū)主要集中在西藏、四川等地，最大值可達(dá)0.87；中國(guó)亞熱帶的絕大部分區(qū)域都與最低溫呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，尤其是西南地區(qū)，相關(guān)性最大可達(dá)0.91。Zhang等[38]研究發(fā)現(xiàn)，近55年來(lái)，華南地區(qū)年降水量呈波動(dòng)趨勢(shì)，沒有明顯的線性變化趨勢(shì)，但21世紀(jì)初，年平均降水量明顯減少，振蕩幅度增大，近年來(lái)平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)速度甚至高于全球平均水平。降水量減少，氣溫上升可能是亞熱帶21世紀(jì)以來(lái)干旱程度不斷加深的主要原因，更深層次的氣候變化原因還涉及到大西洋多年代際振蕩(Atlantic Multidecadal Oscillation)、南方濤動(dòng)(Southern Oscillation)等大氣環(huán)流的變化。此外，人類活動(dòng)已經(jīng)并將繼續(xù)改變陸地表面，地表因子的變化，如植被退化、積雪增加或土地利用變化，導(dǎo)致地表反照率增加和大氣沉降增加，從而改變大氣和陸地表面之間的能量、動(dòng)量和水的交換，這在區(qū)域尺度上抑制降水且顯著影響干旱。在分析了解亞熱帶地區(qū)氣象干旱時(shí)空變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討旱災(zāi)成因?qū)τ诟珊当O(jiān)測(cè)預(yù)警和防旱抗旱、減輕旱災(zāi)損失有著十分重要的理論和實(shí)踐意義。

圖10 1959-2019年各氣象因素與SPEI的偏相關(guān)系數(shù)

5 結(jié) 論

(1) 1959—2019年各時(shí)間尺度SPEI統(tǒng)計(jì)表明亞熱帶地區(qū)干旱化速率平均為0.052/10 a，其中干旱化最嚴(yán)重為秋季，干旱化速率達(dá)0.096/10 a。空間統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示約有71.6%亞熱帶地區(qū)呈現(xiàn)干旱化趨勢(shì)，干旱化趨勢(shì)主要集中在0～-0.2/10 a，主要分布在西部地區(qū)的四川、貴州和云南等省份。

(2) 1959—2019年各時(shí)間尺度SPEI的干旱程度影響范圍都處于不斷波動(dòng)上升的趨勢(shì)，尤其是在1995年之后，干旱程度影響范圍上升趨勢(shì)尤為明顯，最大達(dá)95.1%，且極端干旱事件頻發(fā)，極端干旱影響范圍不斷擴(kuò)大，最大達(dá)37.8%。

(3) 1959—2019年各時(shí)間尺度SPEI的干旱強(qiáng)度處于0.91～1.55，大部分區(qū)域的干旱強(qiáng)度主要集中在1.0～1.2，即處于中等干旱階段，嚴(yán)重及以上干旱強(qiáng)度占亞熱帶區(qū)域的平均范圍為9.36%，主要分布在福建、湖南、貴州和廣西等省份。

(4) 1959—2019年各時(shí)間尺度SPEI的平均干旱發(fā)生頻率為32.3%，中等及以上干旱發(fā)生頻率范圍位于4.3%～27.9%，大部分區(qū)域的中等及以上干旱頻率主要集中在10%～20%，高頻的中等及以上干旱頻率區(qū)域主要分布在四川、西藏、重慶等省份。