1981～2017年貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)時空演變特征

李忠燕，張嬌艷，王玥彤，王 爍，陳早陽，曹 蔚

(1.貴州省氣候中心，貴陽 550002；2貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550002)

引言

干旱和洪澇是我國汛期兩種常見的氣象災(zāi)害，并且二者具有持續(xù)時間長、發(fā)生頻率高、影響范圍廣，因此旱澇異常將會給經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。我國是受季風(fēng)氣候影響顯著的國家[1]，旱澇異常往往與東亞季風(fēng)的活動、西太平洋副熱帶高壓進(jìn)程有關(guān)[2-5]，造成降水的時空分布不均，季節(jié)內(nèi)降水異常事件時有發(fā)生。近年來，旱澇急轉(zhuǎn)作為季節(jié)內(nèi)降水異常的典型代表，在夏季我國江南、華南以及西南地區(qū)常常發(fā)生，其研究也備受關(guān)注[6]。旱澇急轉(zhuǎn)通常指某一地區(qū)或某一流域在較長時間干旱后又出現(xiàn)洪澇，干旱和洪澇交替出現(xiàn)的情況[7]。為定量地表征旱澇急轉(zhuǎn)特征，學(xué)者們對旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)進(jìn)行了不同的定義，其中張屏等[8]從降水異常的特征對旱澇急轉(zhuǎn)進(jìn)行定義，吳志偉等[9]對長江中下游地區(qū)的旱澇時間尺度在2個月左右的長周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)進(jìn)行了定義，王勝等[10]從淮河流域旱澇規(guī)律和降水特征出發(fā)提出一種旱澇急轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)，孫鵬等[11]為探討東江流域盛汛期旱澇急轉(zhuǎn)事件的時空演變特征，定義了旱澇時間尺度在1個月左右的短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)。在旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)者們從環(huán)流異常、對流活動、水汽輸送、海溫等方面對其演變特征和內(nèi)在影響機(jī)制做了進(jìn)一步的研究[6,11,12-18]。

貴州地處云貴高原東側(cè)(103°36′～109°35′E，24°37′～29°13′N)，境內(nèi)地勢西高東低，地貌以山地和丘陵為主，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年降水量在1181.3mm，其中盛夏(7～8月)降水量為343mm，占全年降水量的29%，且多以暴雨形式出現(xiàn)。每年7～8月，西太平洋副熱帶高壓脊線位置將會明顯北跳，當(dāng)副高異常偏北和偏西時，貴州在其西南側(cè)偏東南氣流的控制下，易出現(xiàn)連晴少雨的干旱天氣，反之當(dāng)副高偏南和偏弱時，易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害，因此貴州夏季旱澇急轉(zhuǎn)事件多集中在盛夏[19]。以往關(guān)于貴州旱澇研究多以夏季典型旱年和典型澇年為主[20-22]，而關(guān)于旱澇轉(zhuǎn)換的研究較少。另一方面，由于貴州省秋糧作物的生育期多集中在盛夏，若該時段出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)事件必將會對區(qū)域農(nóng)業(yè)糧食作物生產(chǎn)帶來較大的影響，因此，利用1981～2017年7～8月貴州省78站逐月降水資料探討貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)事件的時空演變特征，為省內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)事件的預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)，為省內(nèi)農(nóng)業(yè)糧食作物生產(chǎn)氣象服務(wù)和防汛抗旱指揮工作奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所采用的資料為1981～2017年7～8月貴州省78站逐月降水資料。

1.2 方法

孫鵬等[11]定義的旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)(drought-flood abrupt alternation index,)為旱澇時間尺度均在1個月左右的短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)，因此為客觀判定貴州省盛夏(7～8月)的旱澇急轉(zhuǎn)事件，利用孫鵬等[11]定義的旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)來定義貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)。

IDFA=(P8-P7)·(|P7|+|P8|)·1.8-|P7+P8|

(1)

式中(P8-P7)為旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度，(|P7|+|P8|)為旱澇強(qiáng)度。為增加旱澇急轉(zhuǎn)的權(quán)重，降低全旱或全澇的權(quán)重，將1.8-|P7+P8|指定為權(quán)重系數(shù)。當(dāng)IDFA值>1為旱轉(zhuǎn)澇事件，當(dāng)IDFA值<1為澇轉(zhuǎn)旱事件。IDFA值的絕對值越大，表明旱澇急轉(zhuǎn)的強(qiáng)度越強(qiáng)，旱澇急轉(zhuǎn)事件越嚴(yán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州省盛夏IDFA與各站點(diǎn)IDFA的相關(guān)性分析

為判定貴州省盛夏IDFA作為全省旱澇急轉(zhuǎn)分析標(biāo)準(zhǔn)是否合理，計(jì)算貴州省盛夏IDFA與各站點(diǎn)IDFA的相關(guān)系數(shù)(圖1)。由圖1可知，除威寧、赤水、習(xí)水外，均通過了α=0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，表明貴州省盛夏IDFA與大部地區(qū)站點(diǎn)的IDFA的相關(guān)性較好，因此可將貴州省盛夏IDFA作為全省旱澇急轉(zhuǎn)分析標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 貴州省盛夏IDFA年代際變化及判定指標(biāo)的確定

1981～2017年貴州省盛夏IDFA變化趨勢并不明顯(圖2)，但在一定程度上反映了盛夏IDFA的年代際變化特征，在上世紀(jì)80年代，IDFA以正值為主，表明該時段以旱轉(zhuǎn)澇事件為主，90年代至21世紀(jì)10年代初，IDFA以負(fù)值為主，表明該時段內(nèi)以澇轉(zhuǎn)旱事件為主，之后又以旱轉(zhuǎn)澇事件為主。

為驗(yàn)證IDFA是否能表征貴州省旱澇急轉(zhuǎn)事件，利用7、8月降水距平百分率之差進(jìn)行驗(yàn)證。表1給出了由IDFA判定的旱澇急轉(zhuǎn)事件年份對應(yīng)7、8月降水距平百分率，根據(jù)7、8月降水距平百分率實(shí)況結(jié)果來看，其中1991、1992、2013年判定不正確。其中1991年7、8月降水距平百分率均為正值，表明1991年7、8月均偏澇，而1992、2013年7、8月降水距平百分率均為負(fù)值，表明這兩年7、8月均偏旱，并且1986、1996、2003、2007年其旱澇轉(zhuǎn)變并不顯著。由此來看單獨(dú)用IDFA來判定旱澇急轉(zhuǎn)典型年并不完全準(zhǔn)確，考慮到這是月時間尺度，應(yīng)結(jié)合7、8月降水距平百分率綜合來評定。借鑒何慧等[7]對華南地區(qū)典型旱澇年的定義方法，再結(jié)合貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的情況，把盛夏IDFA絕對值大于1，其7、8月降水距平百分率絕對值在15%以上，且7、8月降水距平百分率之差的絕對值在50%以上的年份定義為典型旱澇急轉(zhuǎn)年。把7、8月降水距平百分率絕對值在15%以上，且7、8月百分率之和的絕對值在50%以上的年份定義為典型偏旱或偏澇年。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，選出貴州省盛夏期間降水典型年(表2)。

表1 IDFA由判定的旱澇急轉(zhuǎn)事件年份對應(yīng)的降水距平百分率值

從表2可知，1981～2017年盛夏期間典型干旱年5年，典型澇年3年，典型旱轉(zhuǎn)澇年6年，典型澇轉(zhuǎn)旱年3年，這些典型年的降水距平百分率和旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)有如下特征：①典型旱年和典型澇年7～8月降水距平百分率的絕對值在30%以上，而旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)較小。其中干旱最重為2011年，其7月和8月降水分別偏少69.8%和57.85%。洪澇最重為1999年，其7月和8月降水分別偏多61.06%和35.75%。②典型旱轉(zhuǎn)澇和典型澇轉(zhuǎn)旱的旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的絕對值1.1以上，而7～8月降水距平百分率的絕對值較小。其中旱轉(zhuǎn)澇最明顯為1988年，其旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)為最大正值，為3.1，7月降水偏少41.39%，8月降水偏多72.45%。澇轉(zhuǎn)旱最明顯為1997年，其旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)為最大負(fù)值，為-2.23，7月降水偏多37.2%，8月降水偏少47.82%。

表2 貴州省盛夏降水典型年統(tǒng)計(jì)表

2.3 貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)頻次

當(dāng)某站IDFA>1(IDFA<-1)，且7月降水距平百分率<-15%(>15%)，8月降水距平百分率>15%(<-15%)，7月降水距平百分率與8月降水距平百分率之差的絕對值>50%，判定該站出現(xiàn)旱轉(zhuǎn)澇事件(澇轉(zhuǎn)旱)。按照這一標(biāo)準(zhǔn)首次統(tǒng)計(jì)了貴州省1981～2017年盛夏期間78站發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻次及平均旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度指數(shù)的空間分布(圖3)，由圖可知，澇轉(zhuǎn)旱頻次的大值區(qū)位于遵義市南部、黔東南州北部(圖3a)，表明該區(qū)域易發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件；澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度指數(shù)的大值區(qū)位于畢節(jié)市中西部、六盤水市北部(圖3b)，可能是由于對應(yīng)區(qū)域的頻次較少造成，表明該地區(qū)雖然不易發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件，但其澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度指數(shù)卻最強(qiáng)；澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度指數(shù)次大值中心位于遵義市北部，而對應(yīng)區(qū)域的頻次較大(圖3a)，表明該地區(qū)易發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件，且澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度指數(shù)也強(qiáng)。

旱轉(zhuǎn)澇頻次的大值區(qū)位于遵義市北部、黔東南州北部、銅仁市東部、安順市東部、黔南州北部(圖3c)，表明該區(qū)域易發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇事件；旱轉(zhuǎn)澇強(qiáng)度指數(shù)的大值區(qū)位于六盤水市南部、黔西南州北部(圖3d)，同樣可能是由于對應(yīng)區(qū)域的頻次較少造成，表明該地區(qū)雖然不易發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇事件，但其旱轉(zhuǎn)澇強(qiáng)度指數(shù)卻最強(qiáng)；澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度指數(shù)次大值中心位于銅仁市東部、黔東南州北部，而對應(yīng)區(qū)域的頻次較大(圖3c)，表明該地區(qū)易發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇事件，且旱轉(zhuǎn)澇強(qiáng)度指數(shù)也強(qiáng)。

3 結(jié)論

為客觀判定貴州省盛夏的旱澇急轉(zhuǎn)事件，本文利用1981～2017年7～8月貴州省78站逐月降水資料，計(jì)算并分析了貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)(IDFA)的時空演變特征，得到以下結(jié)論。

(1)貴州省盛夏IDFA與大部地區(qū)站點(diǎn)的IDFA的相關(guān)性較好，表明可將貴州省盛夏IDFA作為全省旱澇急轉(zhuǎn)分析標(biāo)準(zhǔn)。1981～2017年貴州省盛夏旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的變化趨勢并不明顯，但年代際變化特征明顯。在上世紀(jì)80年代，IDFA以正值為主，表明該時段以旱轉(zhuǎn)澇事件為主，90年代至21世紀(jì)10年代初，IDFA以負(fù)值為主，表明該時段內(nèi)以澇轉(zhuǎn)旱事件為主，之后又以旱轉(zhuǎn)澇事件為主。

(2)根據(jù)7、8月降水距平百分率實(shí)況結(jié)果來看，單獨(dú)用IDFA來判定旱澇急轉(zhuǎn)典型年并不完全準(zhǔn)確，典型旱澇急轉(zhuǎn)年的定義標(biāo)準(zhǔn)為：IDFA絕對值大于1，其7、8月降水距平百分率絕對值在15%以上，且7、8月百分率之差的絕對值在50%以上。

(3)利用訂正后典型旱澇急轉(zhuǎn)年的定義標(biāo)準(zhǔn)，對1981～2017年78站發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻次及平均旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度指數(shù)的空間分布進(jìn)行分析，結(jié)果表明：貴州省澇轉(zhuǎn)旱頻次的大值區(qū)位于遵義市南部、黔東南州北部，表明該區(qū)域易發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件；旱轉(zhuǎn)澇頻次的大值區(qū)位于遵義市北部、安順市東部至黔東南州北部一帶，表明該區(qū)域易發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇事件。澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度指數(shù)的大值區(qū)位于畢節(jié)市中西部、六盤水市北部；旱轉(zhuǎn)澇強(qiáng)度指數(shù)的大值區(qū)位于六盤水市南部、黔西南州北部。