基于SPE/的七星關(guān)區(qū)氣象干旱特征分析

中圖分類號(hào)： P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095-3305（2025）05-0281-03

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告上指出，21世紀(jì)10年代全球地表氣溫出現(xiàn)了明顯的升溫現(xiàn)象，與1850一1900年的平均氣溫相比上升了 1.1^qC ，并預(yù)估2021—2040年全球氣溫升溫幅度將超過(guò) 1.5^qC 在全球氣候變暖的背景下，干旱作為一種常見的自然災(zāi)害，對(duì)人類社會(huì)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的影響。畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)位于貴州省西北部，是我國(guó)重要的新型工業(yè)、特色農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)基地。該地區(qū)屬于典型的喀斯特地貌區(qū)，這里生態(tài)環(huán)境脆弱，對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感，近年來(lái)干旱事件頻發(fā)，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)了巨大影響和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）是由Vicente-Serrano提出的干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)，綜合考慮了降水和潛在蒸散發(fā)的共同影響，能夠更全面地反映氣象干旱特征[1-3]。目前，基于SPEI的干旱研究在中國(guó)多個(gè)區(qū)域已有應(yīng)用，但對(duì)西南喀斯特地區(qū)的研究相對(duì)不足[4-10]。因此，研究選取貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)為研究區(qū)域，利用長(zhǎng)時(shí)間序列的SPEI數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析其氣象干旱特征，以期為區(qū)域抗旱減災(zāi)和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)方法

1.1 研究區(qū)概況

畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)位于貴州省西北部，地處滇東高原向黔中山原丘陵過(guò)渡的傾斜地帶，海拔為 470～2217m 平均海拔 1511m ，海拔落差較大，總面積為 3412km² 。七星關(guān)區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為12.5‰ ，年平均降水量為 954mm ，年無(wú)霜期為250d左右。七星關(guān)區(qū)境內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育較好，峰巒疊嶂，溪流縱橫，壑谷幽深，山清水秀，風(fēng)光旖旎，但生態(tài)環(huán)境極為脆弱，水資源時(shí)空分布不均，干旱是影響七星關(guān)

區(qū)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

研究使用的數(shù)據(jù)選取貴州省七星關(guān)區(qū)1961年1月—2023年12月逐日降水量，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算出七星關(guān)區(qū)的逐月降水量。由于不同時(shí)間尺度上的降水量變化幅度較大，直接利用降水量進(jìn)行時(shí)空尺度對(duì)比并不科學(xué)，而且降水屬于偏態(tài)分布，因此采用分布概率來(lái)分析降水量的變化。其中，SPEI值是先計(jì)算降水量和蒸散量的差值，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終通過(guò)正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化累積頻率 （P） 分布對(duì)干旱等級(jí)進(jìn)行劃分。將降水量與這個(gè)地區(qū)某一時(shí)段內(nèi)的潛在蒸散量與平均值進(jìn)行對(duì)比后得出一個(gè)數(shù)值。

（1）當(dāng) P?0.5 時(shí)， ，計(jì)算公式為：

②當(dāng) Pgt;0.5 時(shí)， P 取 1-P ，其計(jì)算公式為：

式 （1）～（2） 中， c₀=2.5155 ， c₁=0.8029 c₂=0.0103 d_l= 1.4328， d₁=0.189 3 5 d₁=0.001 3 ， w（1，2，3 ，…）表示概率權(quán)重距。當(dāng)SPEI值 gt;0 時(shí)，表示降水量超出同期的蒸散需求，水分充足，值越大說(shuō)明水分的盈余越多，表示該地區(qū)濕潤(rùn)，當(dāng)SPEI值 lt;0 時(shí)，說(shuō)明降水量不能滿足同期蒸散需求，出現(xiàn)水分虧缺，值越小代表發(fā)生的氣象干旱概率越高。

結(jié)合干旱等級(jí)劃分的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（表1），通過(guò)對(duì)不同時(shí)間尺度下（SPEI-1、SPEI-3、SPEI-12）的SPEI值進(jìn)行相關(guān)分析，用于反映七星關(guān)區(qū)短、中、長(zhǎng)期的干旱狀況，從而更好地了解七星關(guān)區(qū)干旱發(fā)生頻率和強(qiáng)度，協(xié)助相關(guān)部門在干旱發(fā)生時(shí)及時(shí)進(jìn)行決策，科學(xué)協(xié)調(diào)水資源分配。

2七星關(guān)區(qū)干旱時(shí)空特征分析

2.1SPEI-1的變化特征

SPEI-1表示在計(jì)算該月份SPEI值時(shí)僅考慮當(dāng)月水分虧缺的情況。對(duì)七星關(guān)區(qū)1961—2023年SPEI-1進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，63年期間七星關(guān)區(qū)干濕交替出現(xiàn)（圖1）。其中，干旱發(fā)生率為 34.9% ；輕旱、中旱、重旱和特旱均出現(xiàn)過(guò)，以輕旱出現(xiàn)頻率最高，達(dá)到 52.7% ；其次是中旱，占干旱發(fā)生頻次的 28.4% ；特旱出現(xiàn)的最少，重旱和特旱分別占據(jù) 12.9% 和 6.0‰ 這63年中七星關(guān)區(qū)干旱發(fā)生率呈現(xiàn)明顯的年代際變化，其中20世紀(jì)60年代干旱出現(xiàn)頻率相對(duì)較低，發(fā)生率為 29.2% ，該年代未發(fā)生特旱；隨后，干旱出現(xiàn)頻率呈現(xiàn)逐年代增長(zhǎng)現(xiàn)象，70年代達(dá)到 30.8% ，并出現(xiàn)特旱月份，中旱發(fā)生率較60年代明顯增多；80年代干旱頻率明顯增加，增長(zhǎng)到 34.2% ，重旱發(fā)生率較70年代和60年代有所減少；90年代干旱出現(xiàn)頻率為 35.8% ，特旱有顯著的增多現(xiàn)象。進(jìn)入21世紀(jì)后，七星關(guān)區(qū)干旱頻率較20世紀(jì)增高顯著，00年代達(dá)到 38.3% ，10年代增至 40.0% ，并出現(xiàn)多次持續(xù)性干旱事件，2021—2023年干旱出現(xiàn)頻率達(dá)到了 38.9% ;2001一2023年輕旱、重旱和特旱都較20世紀(jì)60一90年代出現(xiàn)了增多，尤其重旱頻率增高明顯，但中旱的發(fā)生率相對(duì)減少。

2.2 SPEI-3的變化特征

SPEI-3表示在計(jì)算該月份SPEI值時(shí)考慮的是當(dāng)月及其前2個(gè)月共3個(gè)月的水分虧缺情況。通過(guò)對(duì)七星關(guān)區(qū)1961—2023年SPEI-3序列進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，63年期間七星關(guān)區(qū)呈現(xiàn)干濕交替現(xiàn)象（圖2），干旱發(fā)生率為 33.7%_?? 期間不同程度的干旱均出現(xiàn)過(guò)，其中仍以輕旱為主，發(fā)生率為 49.2% ；中旱發(fā)生頻率次之，占干旱發(fā)生頻次的 31.5% ；重旱的發(fā)生頻率為 15.4% ；特旱發(fā)生的最少，占 3.9%_0.63 年中，七星關(guān)區(qū)干旱發(fā)生頻率在21世紀(jì)00年代期間最高，達(dá)到 23.2% ；在20世紀(jì)70年代最低，發(fā)生率為 10.6% 。不同程度的干旱發(fā)生頻率均呈現(xiàn)波動(dòng)變化現(xiàn)象，其中輕旱、中旱均在21世紀(jì)00年代期間發(fā)生得最多，進(jìn)入10年代后輕旱又開始明顯減少；重旱在20世紀(jì)80年代發(fā)生最多，其次是21世紀(jì)00年代，20世紀(jì)60—70年代出現(xiàn)的相對(duì)較少；而20世紀(jì)60年代、70年代期間七星關(guān)區(qū)均未出現(xiàn)過(guò)特旱現(xiàn)象，之后呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，其中2021—2023年這3年中就有5個(gè)月份出現(xiàn)了特旱現(xiàn)象。

為揭示63年期間七星關(guān)區(qū)季節(jié)性干旱特征，選取SPEI-3的5月、8月、11月和次年2月的值代表春季（3—5月）、夏季（6一8月）、秋季（9一11月）及冬季（12月至翌年2月）。對(duì)七星關(guān)區(qū)季節(jié)性干旱情況進(jìn)行分析得出，在這63年中，七星關(guān)區(qū)春季、夏季、秋季和冬季的SPEI值的變化范圍分別為-2.09（2011年）＼～1.98（1984年）、-2.28（2022年）＼～2.01（2021年）、-2.02（2009年）＼～2.07（2008年）、-2.16（2023年） ～2.19 （1982年），年際間變化幅度較大，整體上各季節(jié)的氣候傾向率分別為-0.1/10年、0.039/10年、-0.144/10年和-0.17/10年（圖3），說(shuō)明除夏季外，七星關(guān)區(qū)春季、秋季和冬季都呈現(xiàn)出變干的趨勢(shì)，以冬季變干趨勢(shì)最明顯。

2.3 SPEI-12的變化特征

SPEI-12表示在計(jì)算該月份SPEI值時(shí)考慮的是包括當(dāng)月在內(nèi)的前12個(gè)月份的水分虧缺情況，采用不低于12個(gè)月的大尺度的SPEI值能很好反映干旱的長(zhǎng)期積累過(guò)程，這一變化過(guò)程與地表水和地下水位的相關(guān)性較為密切，因此SPEI-12是用于表征干旱的理想指標(biāo)。經(jīng)SPEI-12分析表明，在1961—2023年這63年中七星關(guān)區(qū)經(jīng)歷了明顯的干濕交替過(guò)程，20世紀(jì)60—70年代以濕潤(rùn)為主，80年代為濕、干交替，90年代也是以濕潤(rùn)為主，進(jìn)入2000年后，干旱趨勢(shì)顯著增強(qiáng)，特別是2002—2003年、2009—2011年和2022—2023年出現(xiàn)持續(xù)性極端干旱事件。

選取SPEI-12的12月值作為年干旱數(shù)據(jù)，分析七星關(guān)區(qū)1961—2023年這63年中SPEI年際變化得到SPEI的變率為-1.97（2022年）＼～2.46（1983年），年際變化幅度較大。1961—1986年僅有4個(gè)年份為干旱年，其中1981年和1985年為輕旱年，1962年為中旱年，1966年為重旱年，其他年份均為無(wú)旱年，是七星關(guān)區(qū)較為濕潤(rùn)的時(shí)期；1987一1990年為較干時(shí)期，4個(gè)年份的SPEI值均為負(fù)值，其中1988年和1989年達(dá)到重旱；1991一2001年也是七星關(guān)區(qū)相對(duì)濕潤(rùn)時(shí)期，只有1998年達(dá)到輕旱年；2002一2013年是干旱出現(xiàn)較多的時(shí)期，這12年中出現(xiàn)了4個(gè)中旱年、3個(gè)重旱年；2014—2023年，七星關(guān)區(qū)又進(jìn)入較濕潤(rùn)時(shí)期，其中2022、2023年為干旱年，2022年SPEI值達(dá)到-1.97，是63年中干旱最嚴(yán)重的一年?？傮w來(lái)看，七星關(guān)區(qū)1961—2023年的SPEI值正在以-0.104/10年的速率下降，整體表現(xiàn)為變干趨勢(shì)（圖4）。

2.4干旱持續(xù)性分析

滑動(dòng)平均分析顯示，短期干旱（SPEI-1）持續(xù)時(shí)間多為1＼～3個(gè)月，最嚴(yán)重的干旱事件發(fā)生在1978年12月一1979年7月、1986年12月一1987年7月，這2次過(guò)程均持續(xù)長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月，七星關(guān)區(qū)經(jīng)歷了冬春夏3個(gè)季連旱。中期干旱（SPEI-3）持續(xù)時(shí)間多為1＼～4個(gè)月，最多持續(xù)14個(gè)月，發(fā)生在2009年2月一2010年3月，在此期間SPEI值在-1.0以下的有11個(gè)月，SPEI值在-2.0以下的有2個(gè)月，其次是2022年7月一2023年7月的干旱事件，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)13個(gè)月，SPEI值在-1.0以下的有8個(gè)月，SPEI值在-2.0以下的有4個(gè)月，干旱嚴(yán)重。長(zhǎng)期干旱（SPEI-12）多為持續(xù)3＼～12個(gè)月，七星關(guān)區(qū)1987年7月—1990年12月期間出現(xiàn)了最長(zhǎng)持續(xù)42個(gè)月的干旱，其次是2009年9月一2012年7月，持續(xù)35個(gè)月，2022年8月一2023年12月的干旱事件共持續(xù)17個(gè)月，在此期間SPEI小于-2.0的長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，干旱時(shí)間跨度大且危害重?？偠灾?，近年來(lái)七星關(guān)區(qū)長(zhǎng)期干旱事件的發(fā)生頻率和持續(xù)時(shí)間均有所增加。

3結(jié)論

基于SPEI值對(duì)七星關(guān)區(qū)1961—2023年氣象干旱特征分析，得出以下結(jié)論。

（1）分析SPEI值，七星關(guān)區(qū)干濕交替出現(xiàn)，干旱主要以輕旱為主，其次是中旱、特旱發(fā)生較少，在20世紀(jì)60一70年代干旱率相對(duì)較低，為濕潤(rùn)期，而且基本未出現(xiàn)特旱，80年代后干旱明顯增多，總體上干旱呈現(xiàn)增長(zhǎng)現(xiàn)象。

（2）七星關(guān)區(qū)春、秋和冬季呈現(xiàn)變干趨勢(shì)，冬季變干最為明顯，夏季則略趨于變濕。七星關(guān)區(qū)SPEI值的年際間差異較大，整體表現(xiàn)為變干趨勢(shì)，正在以-0.104/10年的速率下降。特別是進(jìn)入21世紀(jì)后干旱趨勢(shì)顯著，持續(xù)性干旱事件頻發(fā)、多發(fā)。

（3）七星關(guān)區(qū)干旱加劇可能與全球氣候變化背景下的大氣環(huán)流異常有關(guān)，同時(shí)受人類活動(dòng)影響。研究?jī)H為單站數(shù)據(jù)的分析，這種局限性會(huì)影響空間分析的準(zhǔn)確性，未來(lái)可結(jié)合多站點(diǎn)數(shù)據(jù)和遙感資料進(jìn)行更全面的評(píng)估。

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