基于SPI的云南省多尺度干旱時(shí)空演變特征識別

陳正發(fā)，李靖，相彪，段青松，李淑芳，王樹仿

基于的云南省多尺度干旱時(shí)空演變特征識別

陳正發(fā)1,2，李靖1,2，相彪1*，段青松1,2，李淑芳1，王樹仿1,2

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，昆明 650201；2.云南省農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)研究中心，昆明 650201）

【目的】識別云南省多尺度干旱的時(shí)空演變特征。【方法】基于云南省36個(gè)氣象站31 a的氣象數(shù)據(jù)，基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（），結(jié)合GIS空間分析、非參數(shù)Mann-kendall趨勢檢驗(yàn)，識別云南省多尺度氣象干旱時(shí)空分布及演變特征。【結(jié)果】①在年尺度、季節(jié)尺度均呈波動(dòng)變化趨勢，除春季略有增長外，夏季、秋季、冬季和年尺度的均表現(xiàn)為減小趨勢，秋季變幅最大，冬季變幅最小。②年尺度干旱頻率分布在32.26%～50.00%之間，主導(dǎo)的干旱等級為輕微干旱和極端干旱，干旱頻率高值區(qū)主要分布在文山、紅河、昆明、楚雄、德宏。③春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的干旱頻率分別為39.86%、39.83%、38.43%、41.33%，盡管季節(jié)間干旱頻率差異較小，但不同季節(jié)主導(dǎo)性干旱等級差異較大。除春季外，各季節(jié)的主導(dǎo)性干旱等級均包含極端干旱。④年尺度上，除5個(gè)站點(diǎn)干旱呈增強(qiáng)趨勢外，其余站點(diǎn)均無顯著變化趨勢；春季大部分站點(diǎn)干旱演變呈減小趨勢，而夏季、秋季、冬季則分別有11、6、2個(gè)站點(diǎn)呈顯著增強(qiáng)趨勢?！窘Y(jié)論】云南省年尺度和季節(jié)尺度干旱頻率分布及演變趨勢呈明顯的時(shí)空分異特征，區(qū)域干旱以季節(jié)性干旱為主，其中春旱、冬旱的干旱頻率和等級總體較高。

時(shí)空演變；氣象干旱；季節(jié)性干旱；標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；云南省

0 引言

【研究意義】干旱作為一種具有復(fù)雜性和一定規(guī)律性的氣候?yàn)?zāi)害，對農(nóng)業(yè)、水資源、生態(tài)環(huán)境均會造成負(fù)面影響[1]。全球每年因干旱造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)60億～80億美元，遠(yuǎn)高于其他氣象災(zāi)害。伴隨著全球氣候變暖，干旱表現(xiàn)出進(jìn)一步加重的趨勢[2]。干旱成因復(fù)雜，目前針對干旱的概念還沒有統(tǒng)一的定義。Palmer[3]認(rèn)為干旱是一個(gè)持續(xù)、異常的水分虧缺事件。世界氣象組織將干旱定義為在較大范圍內(nèi)相對長期平均水平而言的降水減少，從而導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)和雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降的過程[4]。美國氣象學(xué)會將干旱劃分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱、社會經(jīng)濟(jì)干旱4種類型[5]。定量識別區(qū)域干旱時(shí)空分布特征及其演變規(guī)律，對區(qū)域干旱防控和制定科學(xué)的水土資源管理措施具有重要的指導(dǎo)意義。

【研究進(jìn)展】目前，國內(nèi)外較為成熟的干旱評估方法主要有降水距平百分比[6]、Palmer指標(biāo)[7]、指數(shù)[8]、指數(shù)[9]、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（）[10]、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸發(fā)指數(shù)（）[11]等。近年來，部分學(xué)者對灰色模糊聚類理論[12]、模糊物元模型[13]等方法進(jìn)行了研究，取得了一定研究進(jìn)展。是McKee等[14]在評估美國科羅拉干旱狀況時(shí)提出的一種氣象干旱評估方法，該方法通過概率密度函數(shù)求解累積概率，再將累積概率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化而得到，消除了降水的時(shí)空分布差異，在各區(qū)域和多時(shí)間尺度上均能有效地反映旱澇狀況。Merabti等[15]研究表明，基于的干旱評估結(jié)果與具有較好的一致性。Xu等[16]研究表明，對于干旱區(qū)而言，比更適合作為干旱評估指標(biāo)。袁文平[17]等研究表明，計(jì)算簡便，資料容易獲取，且計(jì)算結(jié)果與指數(shù)具有極好的一致性。

云南省作為我國西南季風(fēng)和東南季風(fēng)的交匯區(qū)，降水時(shí)空分布不均導(dǎo)致的季節(jié)性干旱災(zāi)害頻發(fā)，干旱導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)減產(chǎn)已成為區(qū)域最大的致災(zāi)因素。此外，云南省近50年的氣溫變化與全球、北半球和中國的變化趨勢基本一致，全省降水日數(shù)和雨季降水量減少，但暴雨、大暴雨事件的發(fā)生頻率卻有所上升[18]。降水分配不均和降水量減小將進(jìn)一步加劇區(qū)域氣象干旱程度。近年來，眾多學(xué)者對西南地區(qū)干旱時(shí)空變化及成因進(jìn)行了研究。Xu等[16]采用對中國干旱時(shí)空分布進(jìn)行了研究，得出云南等中國西南地區(qū)的干旱事件有加劇的趨勢。Kim等[19]基于和相結(jié)合的研究表明，云南省約29.4%的地區(qū)屬于干旱易發(fā)區(qū)。【切入點(diǎn)】截至目前，針對云南省干旱時(shí)空演變規(guī)律的研究多側(cè)重于干旱分布特征描述，對多時(shí)空尺度干旱分布、干旱強(qiáng)度變化、連續(xù)性干旱、干旱年際變化及變異特征等方面的研究相對較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為此，本研究選取勻分布于云南省的36個(gè)氣象觀測站近31年的降水觀測數(shù)據(jù)，基于指數(shù)、GIS空間分析、非參數(shù)Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)，識別云南省年尺度干旱和季節(jié)性干旱的時(shí)空分布規(guī)律及演變特征，為區(qū)域干旱災(zāi)害防控和農(nóng)業(yè)水土資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

云南省地處中國西南邊陲，處于東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)交匯區(qū)域。該省地形由高原山地向喀斯特地貌逐漸演變，84%的區(qū)域面積為山區(qū)，丘陵區(qū)僅占該省總面積的10%，壩區(qū)面積僅為該省總面積的6%。該省降水充沛，河流眾多，但在時(shí)空分布上嚴(yán)重不均，導(dǎo)致干旱災(zāi)害頻發(fā)，春旱和秋旱是云南省最為頻發(fā)的干旱災(zāi)害。研究區(qū)高程及降水觀測站空間分布如圖1所示。

圖1 云南省高程及降水觀測站空間分布

1.2 研究方法

1.2.1 干旱表征方法

本研究采用McKee等[14]提出的指數(shù)識別云南省不同尺度干旱的時(shí)空演變特征，計(jì)算方法詳見文獻(xiàn)[10]。依據(jù)劃分干旱強(qiáng)度等級，干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。具有多時(shí)間尺度特征，3月（季節(jié)尺度）、12月（年尺度）時(shí)間尺度的應(yīng)用最多，且季節(jié)尺度的3和年尺度的12更能反映干旱年內(nèi)和年際變化[20]。因此，本研究采用年尺度12、季節(jié)尺度3來評估云南省年尺度、季節(jié)尺度的干旱時(shí)空分布及演變特征。

表1 SPI干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 干旱頻率

用P表示干旱頻率，其數(shù)值等于干旱發(fā)生頻數(shù)與統(tǒng)計(jì)序列樣本數(shù)之比，計(jì)算式為：

式中：為不同站點(diǎn)的代號；為對應(yīng)站點(diǎn)發(fā)生干旱的頻數(shù)；為統(tǒng)計(jì)序列樣本數(shù)。

1.2.3 干旱范圍

以P表示干旱范圍，其計(jì)算式為：

式中：為不同年份的代號；為發(fā)生干旱的站點(diǎn)數(shù)；為研究區(qū)內(nèi)的總站點(diǎn)數(shù)。

根據(jù)P數(shù)值劃分干旱范圍等級。當(dāng)P≥50%時(shí)，為全域性干旱；當(dāng)33%≤P＜50%時(shí)，為區(qū)域性干旱；當(dāng)25%≤P＜33%時(shí)，為部分區(qū)域性干旱；當(dāng)10%≤P＜25%時(shí)，為局域性干旱；當(dāng)P＜10%時(shí)可認(rèn)為區(qū)域內(nèi)無明顯干旱發(fā)生。

1.2.4 干旱演變特征分析

非參數(shù)Mann-kendall（M-K）趨勢檢驗(yàn)是由世界氣象組織（WMO）推薦并使用的一種統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾。本研究采用非參數(shù)M-K趨勢檢驗(yàn)，探究36個(gè)站點(diǎn)的演變特征，分析干旱演變趨勢。對于時(shí)間序列（1，2，…，X）樣本，定義檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：

式中：X、X分別為第、時(shí)間序列所對應(yīng)的觀測值，且<；當(dāng)X-X小于、等于或大于0時(shí)，sign(X-X)分別為-1、0或1；為樣本數(shù)。

Man-Kendall統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算式為：

對于給定的置信水平，若||＞1-α/2，表明該時(shí)間序列在置信水平上存在顯著的增加或減小趨勢。其中，為正值表示增加趨勢，為負(fù)值表示減少趨勢，||≥1.28、1.64、2.32時(shí)，分別表示通過了置信度90%、95%、99%的顯著性檢驗(yàn)。本研究對36個(gè)氣象站觀測值計(jì)算得到的12、3系列進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)。如果滿足||＞1-α/2且＞0，表明該站點(diǎn)干旱演變呈減小趨勢；滿足||＞1-α/2且<0，表明該站點(diǎn)干旱演變呈增加趨勢；||≤1-α/2的站點(diǎn)代表干旱無明顯的增大或減小趨勢。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

計(jì)算和非參數(shù)Mann-kendall趨勢檢驗(yàn)基于Matlab 2012軟件編程實(shí)現(xiàn)。空間分析基于ArcGIS10.2軟件的地統(tǒng)計(jì)分析模塊實(shí)現(xiàn)。常用的空間數(shù)據(jù)插值方法有反距離權(quán)重插值法（IDW）、多項(xiàng)式插值法（Spline）和克里金（Kriging）插值法3種，本研究采用交叉驗(yàn)證法評價(jià)這3種方法的插值效果。經(jīng)對比分析，在3種插值方法中，IDW的插值精度相對較高，因此本研究采用IDW進(jìn)行空間數(shù)據(jù)插值分析?？臻g數(shù)據(jù)插值分析時(shí)，采用自然間斷法進(jìn)行數(shù)據(jù)分類。根據(jù)云南省氣候特點(diǎn)，季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)為：3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。依據(jù)云南省綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告，將云南省進(jìn)一步劃分為滇中區(qū)、滇東南區(qū)、滇西區(qū)、滇西南區(qū)、滇西區(qū)、滇東北區(qū)、滇西北區(qū)共7個(gè)分區(qū)。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)為均勻分布于云南省的36個(gè)國家基本氣象站1982—2012年逐月降水觀測資料，來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。36個(gè)國家基本降水站空間分布見圖1。

2 結(jié)果與分析

2.1 SPI12、SPI3變化過程

圖2為1982—2012年云南省36個(gè)降水站在年尺度、季節(jié)尺度上的平均變化。云南省近30年不同時(shí)間尺度均呈波動(dòng)變化趨勢，但不同時(shí)段的變化趨勢存在差異。除春季略有增長外，夏季、秋季、冬季和年尺度均表現(xiàn)為小幅度減小趨勢。春季變化范圍為-1.92～2.07，對應(yīng)的干旱等級范圍為嚴(yán)重干旱～無旱；夏季變化范圍為-2.22～1.01，對應(yīng)的干旱等級范圍為極端干旱～無旱；秋季變化范圍為-2.67～1.37，對應(yīng)的干旱等級范圍為極端干旱～無旱；冬季變化范圍為-1.78～2.23，對應(yīng)的干旱等級范圍為嚴(yán)重干旱～無旱?？傮w來看，秋季變化幅度最大，冬季變化幅度最小。

2.2 年尺度干旱頻率分布

圖3為云南省年尺度干旱頻率空間分布。由圖3（a）可知，干旱頻率的高值區(qū)分布在滇東南區(qū)的文山、紅河，滇中區(qū)的昆明、楚雄，以及滇西區(qū)的德宏等地區(qū)，干旱頻率分布在41%～50%之間，這些區(qū)域發(fā)生干旱的頻率總體較高。干旱頻率的低值區(qū)主要分布在滇東北區(qū)的昭通，滇西區(qū)的保山以及滇西南區(qū)的普洱等地區(qū)，干旱頻率分布在32%～37%之間。其余地區(qū)的干旱頻率介于二者之間，干旱頻率分布在37%～41%之間。

由圖3（b）可知，輕微干旱的頻率分布在6.5%～21%之間，干旱頻率平均值為11.82%，發(fā)生干旱頻率總體較小。高值區(qū)位于滇中區(qū)的楚雄、昆明、玉溪地區(qū)，以及德宏、保山、普洱、怒江的部分地區(qū)，其余地區(qū)發(fā)生輕微干旱的頻率相對較小。由圖3（c）年尺度中等干旱頻率分布可知，高值區(qū)主要分布在怒江、麗江、臨滄的部分地區(qū)，其他地區(qū)的頻率均小于10%。圖3（d）為年尺度嚴(yán)重干旱頻率分布，高值區(qū)主要分布在西雙版納、麗江、紅河、曲靖的部分區(qū)域，其他地區(qū)的頻率均小于9.5%。圖3（e）為年尺度極端干旱頻率分布，高值區(qū)主要分布在滇西北區(qū)的迪慶，以及滇東南區(qū)的文山、紅河的部分地區(qū)，其他地區(qū)的頻率小于14%?？傮w來看，年尺度上4個(gè)干旱強(qiáng)度等級的發(fā)生頻率為：輕微干旱（11.82%）＞極端干旱（11.14%）＞中等干旱（8.95%）＞嚴(yán)重干旱（7.17%），表明云南省發(fā)生輕微干旱和極端干旱的頻率總體較高。

圖3 年尺度干旱頻率空間分布

2.3 年尺度連續(xù)干旱特征

為識別連續(xù)干旱特征，本研究統(tǒng)計(jì)了36個(gè)站點(diǎn)1982—2012年連續(xù)干旱年的出現(xiàn)次數(shù)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在36個(gè)站點(diǎn)中僅有貢山、孟定2個(gè)站點(diǎn)未出現(xiàn)連續(xù)干旱，其余34個(gè)站點(diǎn)均發(fā)生過至少1次的連續(xù)2 a以上的干旱。從發(fā)生頻次來看，出現(xiàn)2 a連續(xù)干旱的頻次最高，合計(jì)有29個(gè)站點(diǎn)共發(fā)生54次連續(xù)2 a干旱，占比高達(dá)57.45%。其次為連續(xù)3 a干旱，合計(jì)有17個(gè)站點(diǎn)共發(fā)生23次連續(xù)3 a干旱，占比高達(dá)24.47%。連續(xù)4 a干旱的發(fā)生次數(shù)為15次，在連續(xù)干旱年中的占比為15.96%。干旱持續(xù)時(shí)間最長為6 a，分別是昭通地區(qū)的2000—2005年干旱和瀘西地區(qū)的2007—2012年連續(xù)干旱?？傮w來看，昆明、楚雄、大理等區(qū)域發(fā)生連續(xù)干旱的頻率較高，這些區(qū)域也是云南省干旱易發(fā)多發(fā)區(qū)，應(yīng)更加注重連續(xù)干旱的防控。

2.4 年尺度干旱范圍變化

圖4為年尺度干旱范圍變化過程曲線。云南省干旱范圍變化呈顯著波動(dòng)趨勢。干旱范圍最大的是1987—1989、1992、2003、2005、2009—2012年。除2009年外，干旱范圍均超過了60%，屬于全域性干旱。1982、1984、1993、1996、1998、2006年干旱范圍分布在33%～50%之間，屬區(qū)域性干旱。1994、2004年的干旱范圍分布在25%～33%之間，屬于部分區(qū)域性干旱。其余年份的干旱范圍均在25%以下，屬于局域性干旱或無明顯干旱。總體來看，干旱范圍越大，干旱延續(xù)時(shí)間也越長。

不同等級干旱范圍曲線也隨著時(shí)間變化呈波動(dòng)趨勢。在同一時(shí)點(diǎn)，干旱范圍曲線下方第一條干旱等級范圍曲線為主導(dǎo)該時(shí)點(diǎn)的干旱等級。從干旱范圍變化來看，大部分區(qū)域性干旱由極端干旱主導(dǎo)，干旱過程表現(xiàn)為范圍廣、等級高，干旱導(dǎo)致的災(zāi)害損失也較為嚴(yán)重，這也是云南省大范圍干旱發(fā)生、發(fā)展過程中的顯著特征。

圖4 年尺度干旱范圍變化曲線

2.5 季節(jié)性干旱頻率分布

季節(jié)性干旱與區(qū)域耕地利用、種植制度、城鄉(xiāng)供水保障等活動(dòng)相關(guān)。云南省春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)對應(yīng)的干旱頻率分別為39.86%、39.83%、38.43%、41.33%，4個(gè)季節(jié)的干旱頻率差異較小。表2為季節(jié)性干旱等級頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。盡管4個(gè)季節(jié)的干旱頻率差異較小，但不同季節(jié)干旱等級對應(yīng)的頻率差異較大，春季、夏季、冬季發(fā)生輕微干旱的頻率最大，而秋季發(fā)生極端干旱的頻率最大。秋季干旱頻率最高的干旱等級為極端干旱，表明在干旱頻率差異不大的情況下，秋季較高等級的干旱強(qiáng)度對干旱災(zāi)變過程影響也最大。

圖5為不同季節(jié)干旱頻率分布。春季干旱頻率分布呈自滇西北向東南遞減的趨勢；干旱頻率的高值區(qū)主要分布在怒江、大理及麗江的部分地區(qū)，干旱頻率分布在40.6%～50.0%之間，這些地區(qū)也是春旱防范的重點(diǎn)區(qū)域；干旱頻率的低值區(qū)主要分布在滇東南區(qū)的文山、紅河等地，干旱頻率分布在32.7%～39.4%之間。夏季干旱頻率分布相對較均勻，除文山等部分地區(qū)干旱頻率較高外，其余大部分地區(qū)的干旱頻率均在39.5%以下。秋季干旱頻率分布也相對均勻，高值區(qū)主要分布在怒江地區(qū)，其余地區(qū)的干旱頻率均在39.3%以下。冬季干旱頻率空間分布變異性較大，高值區(qū)分布在滇中區(qū)的昆明、玉溪，滇東南區(qū)的文山以及南部區(qū)的西雙版納，干旱頻率分布在42.8%～50.0%之間；低值區(qū)分布在紅河、臨滄、昭通等部分地區(qū)，干旱頻率分布在30.4%～41.4%之間。

圖5 不同季節(jié)干旱頻率空間分布

2.6 季節(jié)性干旱范圍變化

圖6為季節(jié)性干旱范圍變化曲線。不同季節(jié)干旱范圍變化呈顯著的波動(dòng)變化趨勢。由圖6（a）可知，多數(shù)年份的春季干旱處于區(qū)域干旱以上范圍，干旱范圍最高值發(fā)生在1989年，干旱范圍接近100%；1982、1987、1995、2003、2005、2012年的春季干旱范圍也較大，均超過了60%；不同年份主導(dǎo)春季干旱的強(qiáng)度等級也存在差異，1997年前為輕微干旱和極端干旱，1997年后為輕微干旱和中等干旱。由圖6（b）可知，多數(shù)年份的夏季干旱也處于區(qū)域干旱以上范圍，干旱范圍最高值發(fā)生在1992年，干旱范圍接近100%；1986—1987、1992、2003、2006、2011年的夏季干旱范圍也較大，均超過了60%；除2006年外，干旱范圍超過50%的夏季全域性干旱均由極端干旱主導(dǎo)。從圖6（c）可以看出，多數(shù)年份的秋季干旱處于區(qū)域干旱以上范圍，干旱范圍最高值發(fā)生在2006年，干旱范圍超過80%；1996、2003—2004、2005、2009年的秋季干旱范圍也較大，均超過了60%；1997年前干旱范圍無明顯變化，1997年后干旱范圍有明顯增大趨勢，且主導(dǎo)的干旱等級為極端干旱。從圖6（d）可以看出，冬季干旱范圍波動(dòng)較大，干旱范圍均在20%以上；干旱范圍最高值發(fā)生在1986年，干旱范圍也接近100%；1984—1986、1996、2001、2004、2006、2009、2012年的秋季干旱范圍也較大，均超過了60%。

上述結(jié)果表明，云南省不同季節(jié)干旱范圍變化存在顯著差異，干旱范圍高值的年份也各不相同，同一年內(nèi)4個(gè)季節(jié)的干旱范圍也存在差異。整體來看，干旱等級和干旱范圍間存在著密切聯(lián)系，總體表現(xiàn)為干旱等級越高，干旱范圍也越大。除春季外，主導(dǎo)各季節(jié)干旱的等級均包含極端干旱，這也是導(dǎo)致云南夏、秋、冬3個(gè)季節(jié)干旱范圍廣、干旱災(zāi)害影響程度大的根本原因。

圖6 季節(jié)性干旱范圍變化過程曲線

2.7 干旱的年際演變趨勢檢驗(yàn)

表3為36個(gè)站點(diǎn)非參數(shù)Mann-Kendall 趨勢檢驗(yàn)結(jié)果。從年尺度來看，不同站點(diǎn)趨勢檢驗(yàn)的值主要分布在||≤1-α/2范圍內(nèi)；滿足||＞1-α/2，且＞0的站點(diǎn)數(shù)為0；滿足||＞1-α/2，且<0的站點(diǎn)也較少，在90%、95%、99%的3個(gè)置信區(qū)間的站點(diǎn)數(shù)分別為5、2、2。因此，從年尺度干旱演變趨勢檢驗(yàn)結(jié)果來看，除廣南、景洪、瀘西、沾益、昭通5個(gè)站點(diǎn)在90%的置信區(qū)間內(nèi)有減小趨勢外，云南省大部分地區(qū)值沒有明顯的增長或遞增趨勢。

從季節(jié)尺度來看，不同季節(jié)的干旱演變趨勢存在差異。春季有18個(gè)站點(diǎn)干旱演變有減小趨勢，其中12個(gè)站點(diǎn)有顯著減小趨勢，3個(gè)站點(diǎn)有極顯著減小趨勢，只有1個(gè)站點(diǎn)干旱演變有增強(qiáng)趨勢。夏季大部分地區(qū)降水充沛，大部分站點(diǎn)干旱演變無明顯的增加或減小趨勢，但仍有保山、德欽、江城、景洪、臨滄、瀘水、瀘西、瑞麗、普洱、宜良、昭通11個(gè)站點(diǎn)表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢，其中江城、景洪、臨滄、瀘西、普洱、昭通6個(gè)站點(diǎn)呈顯著增強(qiáng)趨勢，3個(gè)站點(diǎn)呈極顯著增強(qiáng)趨勢。秋季合計(jì)有3個(gè)站點(diǎn)的干旱演變表現(xiàn)為減小趨勢，有6個(gè)站點(diǎn)表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢，其他站點(diǎn)干旱無明顯的增大或減小趨勢。冬季除沾益站點(diǎn)的干旱演變表現(xiàn)為減小趨勢，景洪、勐臘表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢外，其余大部分站點(diǎn)干旱均無明顯的增大或減小趨勢。不同季節(jié)干旱演變趨勢的差異性特征表明，在干旱防控過程中，可針對不同季節(jié)干旱演變的特點(diǎn)實(shí)施差異化的應(yīng)對措施，以實(shí)現(xiàn)干旱防控的精準(zhǔn)化要求。

表3 非參數(shù)Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)結(jié)果

3 討論

干旱評估方法是近年來國內(nèi)外干旱研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。目前，國內(nèi)外較成熟的干旱評估方法主要有降水距平百分比、Palmer指標(biāo)、指數(shù)、指數(shù)、指數(shù)、、等。其中，因具有穩(wěn)定的計(jì)算特性，消除了降水時(shí)空分布差異，同時(shí)能有效地反映旱澇狀況等特點(diǎn)，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用[17]。通過反演得到的干旱頻率、干旱歷時(shí)、干旱強(qiáng)度等信息與云南省發(fā)生的干旱記錄具有較好的一致性，這也說明在云南省干旱評估中具有優(yōu)秀的適宜性。

同一地區(qū)月（1）、季度（3）、半年（6）、年（12）時(shí)間尺度表現(xiàn)出不同的變化特性。選擇的時(shí)間尺度過長，干旱評估結(jié)果可能存在滯后效應(yīng)；而時(shí)間尺度過短，則使評估結(jié)果存在較大的波動(dòng)性，從而失去對干旱的診斷意義。從國內(nèi)外研究來看，3、12月時(shí)間尺度的應(yīng)用較多，且3和12更能反映干旱年際變化[15]。1和3均能夠較好地反映短期氣象的旱澇特征，與農(nóng)業(yè)干旱間存在較為密切的關(guān)系；6和12則可以更精準(zhǔn)地反映長期的旱澇變化特征[20]。由于時(shí)間尺度不同，同一地區(qū)年尺度、季節(jié)尺度上的干旱演變存在差異。因此，干旱評估中應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要合理選擇時(shí)間尺度，以提高干旱評估的有效性。

云南省近50年降水日數(shù)和雨季降水量逐漸減少，但暴雨、大暴雨等極端降水頻率上升，由此對區(qū)域水資源時(shí)空分布和旱澇狀況造成了顯著影響[21]。也有研究結(jié)果表明，近46年云南省年平均降水量趨于減少，特別是夏季降水量明顯減小[22]。降水變化在區(qū)域干旱的演變中扮演著重要角色，隨著降水特征（時(shí)空分布、暴雨特征等）的變化，干旱特征也隨之發(fā)生變化，最終對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和城鄉(xiāng)供水安全造成重大影響。任菊章等[23]研究表明，在全球變暖背景下，云南省雨季有變干的趨勢，干旱略有加強(qiáng)趨勢。從本文研究來看，云南省不同地區(qū)的干旱演變趨勢存在差異；全年、夏季、秋季、冬季時(shí)間尺度的干旱演變呈小幅度增強(qiáng)趨勢，這與任菊章等[23]研究結(jié)果基本一致。未來應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注氣候變化驅(qū)動(dòng)下干旱演變規(guī)律及驅(qū)動(dòng)過程，為區(qū)域干旱災(zāi)害精準(zhǔn)防控提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

1）云南省在不同時(shí)間尺度上均呈波動(dòng)變化趨勢，除春季有小幅度增長趨勢外，夏季、秋季、冬季和全年尺度的均表現(xiàn)為小幅減小趨勢。

2）年尺度干旱頻率分布在32.26%～50.0%之間，多年平均干旱頻率為39.08%，輕微干旱和極端干旱為年尺度干旱的主導(dǎo)性等級。干旱頻率高值區(qū)主要分布在文山、紅河、昆明、楚雄、德宏等地區(qū)，低值區(qū)主要分布在昭通、曲靖、保山、普洱等地區(qū)。

3）春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)對應(yīng)的干旱頻率分別為39.86%、39.83%、38.43%、41.33%，其中春、夏、冬3個(gè)季節(jié)頻率最高的干旱等級為輕微干旱，而秋季發(fā)生頻率最高的干旱等級為極端干旱。

4）年尺度除有5個(gè)站點(diǎn)的干旱演變表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢外，大部分地區(qū)年尺度干旱無明顯的增強(qiáng)或減小趨勢。

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Spatiotemporal Variation of Drought in Yunnan Province Calculated Using the Standardized Precipitation Index

CHEN Zhengfa1,2, LI Jing1,2, XIANG Biao1*, DUAN Qingsong1,2, LI Shufang1, WANG Shufang1,2

(1. College of Water Conservancy, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China;2. Research Center of Agricultural Water Saving Engineering and Technology in Yunnan Province, Kunming 650201, China)

【Objective】Drought is the most important abiotic stress facing agricultural management and economic development in many regions and countries. The aim of this paper is to identify the spatiotemporal variation of drought in Yunnan Province, using the standardized precipitation index ().【Method】Meteorological data measured over the past 31 years from 36 meteorological stations across the province were used in the analysis. Multi-scale variations of the droughts in both time and space were calculated using, GIS, nonparametric Mann-Kendall trend test and other methods.【Result】①Both annual and seasonalfluctuated temporally, but we identified a small annual increase in spring, small annual decreases in summer, autumn and winter. The autumnvaried mostly, and the winterleast. The annualvaried from -1.95 to 1.44. ②The annual drought frequency varied from 32.26% to 50.00%, with the severity of most droughts varying from mild to extreme range. Spatially, drought occurred more frequently in Wenshan, Honghe, Kunming, Chuxiong and Dehong than in other regions in the province. ③Seasonally, drought frequency in spring, summer, autumn and winter was 39.86%, 39.83%, 38.43%, and 41.33%, respectively. Although drought frequency in different seasons was close, their severity differed considerably. ④Annually, except for five meteorological stations which found increased drought frequency, drought frequency in other stations remained statistically the same. Seasonally, most stations showed decreased drought frequency in spring, eleven stations showed increased drought frequency in summer, and six and two stations showed increased autumn droughts and winter droughts, respectively.【Conclusion】Annual and seasonal drought frequency is spatially heterogeneous across the province. Droughts in the province are seasonal, with droughts occurring in spring and winter more frequently and severely.

space-time evolution; meteorological drought; seasonal drought; standardized precipitation index; Yunnan Province

1672 - 3317（2023）04 - 0092 - 08

P237

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022250

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2022-05-06

云南省基礎(chǔ)研究專項(xiàng)面上項(xiàng)目（202201AT070272）；云南省教育廳科研項(xiàng)目（2022J0303）；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目（KY2022-29）

陳正發(fā)（1985-），男。講師，博士，主要從事水土生態(tài)工程研究。E-mail: chenzhengfa2013@126.com

相彪（1979-），男。正高級工程師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)水工建筑研究。E-mail: 103931114@qq.com

責(zé)任編輯：韓 洋