王 澤

（臨汾市水文水資源勘測分局 山西臨汾041000）

0 引言

汾河是黃河的主要支流之一，也是山西境內(nèi)流域面積最大、流程最長的第一大河，地處中緯度的大陸性季風氣候區(qū)。在全球氣候變化的大背景下，極端天氣和氣候事件頻繁發(fā)生[1]，汾河流域的氣候已經(jīng)受到了人類活動和自然現(xiàn)象的影響，已有研究表明汾河流域降水量呈顯著的減少趨勢[2]。因此，在全球氣候變化引起流域降水量時空分布改變的大背景下，研究汾河流域氣象干旱現(xiàn)狀具有十分重要的意義，本文結(jié)合汾河流域年降水量及蒸發(fā)量資料，選用Pa指數(shù)分析汾河流域干旱情況，對該區(qū)域干旱監(jiān)測提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

本文所用基礎氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)，所選數(shù)據(jù)皆根據(jù)《地面基礎氣象資料質(zhì)量檢測與控制工作流程》等，由國家氣象信息中心進行了質(zhì)量檢測與控制、數(shù)據(jù)核查與更正，數(shù)據(jù)可靠，具有代表性。包括1957-2012年汾河流域內(nèi)13 個氣象站逐年累計降水量（PRE）數(shù)據(jù)。汾河流域境內(nèi)氣象站位置如圖1所示。

圖1 汾河流域境內(nèi)氣象站點分布

2 研究方法

2.1 Pa 指數(shù)

Pa指數(shù)即降水距平百分率，是中國氣象局規(guī)定的表征某時段降水量異常的方法之一[3]。它能直觀反應降水異常引起的干旱，在我國氣象日常業(yè)務中經(jīng)常使用，多用于評估月、季、年發(fā)生的干旱事件，其計算公式為[4-6]:

式中:Pa為一段時間內(nèi)的干旱指數(shù)，其值表示干旱程度的大??；PRE 與分別表示對應時段的降水量與平均降水量，即各站點每年平均降水量與1957-2012年平均降水量，mm?？紤]汾河流域干旱半干旱的氣候特點，劃分出三種指數(shù)的干旱級別，見表1。

表1 Pa 指數(shù)干旱等級劃分表

2.2 Mann-Kendall 非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法

現(xiàn)階段常使用Mann-Kendall 非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法對氣候變化及變化趨勢進行檢驗。本文采用該方法對汾河流域13 個氣象站進行Pa干旱指數(shù)變化分析，具體步驟如下:

1）計算順序時間序列的秩序列:

對于具有n 個樣本數(shù)的時間序列x，構(gòu)造一秩序列:

2）計算統(tǒng)計量UFk

時間序列隨機獨立的假定下，定義統(tǒng)計量

式中UFk=0，E（sk）、var（sk）是累計數(shù)sk的均值和方差，在x1，x2，…，xn相互獨立，具有連續(xù)相同的分布時，它們可由下式算出:

當顯著水平α=0.05，那么臨界值Uα=±1.96，UF 表示樣本的變化趨勢，UF 呈上升趨勢則表示樣本呈上升趨勢，反之則呈下降趨勢，若＞Uα，則表明序列的趨勢變化顯著。

3 汾河流域干旱分析

3.1 Pa 指數(shù)變化分析

計算了汾河流域13 個氣象站點的Pa干旱指數(shù)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，汾河流域13 個站點的Pa干旱指數(shù)都呈現(xiàn)減小趨勢，有部分年份達到了重特旱程度，并且自1995年后各氣象站輕旱年數(shù)明顯增加，這與汾河流域降水量的減少趨勢相符合[7-8]。

為進一步對汾河流域干旱指數(shù)進行分析，本文采用Mann-Kendall 趨勢檢測法對汾河流域13 個站點的Pa指數(shù)進行了檢驗，結(jié)果見圖3。由圖3可知，汾河流域境內(nèi)13 個氣象站的Pa干旱指數(shù)的趨勢系數(shù)UF都呈現(xiàn)下降趨勢，這表明汾河流域1957-2012年干旱程度逐漸加重，并且在2000年后襄汾、婁煩等地的干旱指數(shù)減少程度達到0.05 顯著性水平，這表明汾河流域2000-2012年后部分區(qū)域的干旱加重趨勢顯著，需要針對這些區(qū)域的水資源進行合理配置。

3.2 干旱程度快速上升區(qū)域識別

圖2 汾河流域13 個氣象站點Pa 干旱指數(shù)計算結(jié)果

圖3 Pa 指數(shù)M-K 檢驗結(jié)果

圖4 汾河流域Pa 干旱指數(shù)及趨勢系數(shù)UF 變化系數(shù)

由對Pa指數(shù)的變化趨勢進行檢驗的UF 值變化可以看出，汾河流域整體呈現(xiàn)干旱加重的趨勢，并且各氣象站控制流域內(nèi)干旱加重程度不一樣，為此需要識別汾河流域境內(nèi)氣象干旱最為嚴重的區(qū)域，為汾河流域重點干旱及防控區(qū)域提供參考，為此，本文對汾河流域境內(nèi)13 處氣象站的Pa指數(shù)系數(shù)、Pa指數(shù)趨勢變化UF 值的變化系數(shù)進行了分析，變化系數(shù)即對Pa值及UF 進行線性擬合的斜率。若Pa指數(shù)變化系數(shù)越大，則表示相應的干旱加劇程度越為嚴重；若UF 值的變化系數(shù)越大，則表示干旱加劇的速度最快。Pa指數(shù)系數(shù)、Pa指數(shù)趨勢變化UF 值的變化系數(shù)分析結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，對于Pa干旱指數(shù)變化系數(shù)而言，交城地區(qū)Pa干旱指數(shù)的變化系數(shù)最大，且呈現(xiàn)以交城地區(qū)為中心向南北減少的趨勢，這就表明，汾河流域的氣象干旱在交城地區(qū)加重程度最為明顯。對于Pa干旱指數(shù)趨勢UF變化系數(shù)而言，交城地區(qū)及洪洞地區(qū)Pa干旱指數(shù)趨勢UF 變化系數(shù)最大，且呈現(xiàn)以交城與洪洞地區(qū)為中心向南北減少的趨勢，這就表明，汾河流域的氣象干旱在交城與洪洞地區(qū)加重最為迅速。因此，在汾河流域應該重點加強對交城及洪洞區(qū)域的氣象干旱監(jiān)控，制定相應的氣象干旱應對對策，并對其氣象干旱成因做進一步分析。

4 結(jié)論與建議

本文結(jié)合汾河流域1957-2012年降水量資料，選用Pa指數(shù)分析汾河流域干旱情況，并采用Mann-Kendall 非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法對汾河流域的Pa指數(shù)變化趨勢進行了分析，對汾河流域的氣象干旱現(xiàn)狀進行了評價，結(jié)果表明汾河流域境內(nèi)氣象干旱程度呈加重趨勢，并且自1995年后汾河流域輕旱年數(shù)明顯增加，在汾河流域境內(nèi)，交城區(qū)域的氣象干旱加重程度最為明顯，交城與洪洞區(qū)域的氣象干旱加重最為迅速，未來需要對汾河流域境內(nèi)交城及洪洞區(qū)域進行氣象干旱重點監(jiān)測。