劉嘉勁，祝劍亦，李媛，郭素云，李少遠(yuǎn)，白莉娜

（1.汕尾市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東汕尾 516600；2.連州市氣象局，廣東連州 513400；3.中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所，上海 200030）

干旱是常見(jiàn)的自然災(zāi)害，影響面積廣、影響人數(shù)多、造成經(jīng)濟(jì)損失大。開(kāi)展干旱的評(píng)估、監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)研究，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。干旱形成機(jī)制復(fù)雜，影響廣泛，故確定干旱指標(biāo)則是研究干旱的基礎(chǔ)，而具有普適性的干旱指數(shù)并不存在，不同干旱指數(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。多年來(lái)，已有很多學(xué)者基于不同的干旱指標(biāo)對(duì)不同尺度區(qū)域的干旱變化進(jìn)行了研究［1-7］。本研究所應(yīng)用的逐日氣象干旱指數(shù)（DI）是由王春林［8］基于標(biāo)準(zhǔn)化前期降水指數(shù)（SAPI）和常年平均相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)（MI）構(gòu)建的。DI已通過(guò)廣東省氣象局業(yè)務(wù)準(zhǔn)入評(píng)審，成為廣東省氣象部門(mén)現(xiàn)行氣象干旱指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

清遠(yuǎn)連州處于亞熱帶，雨量雖較充足，但由于降水空間和時(shí)間分布不均，同時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)，氣溫高，蒸發(fā)和作物蒸騰量大，因此季節(jié)性、區(qū)域性氣象干旱也時(shí)有發(fā)生，目前的氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，對(duì)于氣象干旱的監(jiān)測(cè)與評(píng)估工作開(kāi)展仍較少。本研究擬利用逐日DI指數(shù)對(duì)連州市近56年氣象干旱特征進(jìn)行分析，以期掌握連州市氣象干旱的變化趨勢(shì)，為連州市氣象干旱預(yù)測(cè)和加強(qiáng)氣象防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

本研究使用的資料來(lái)自于廣東省氣候中心的逐日氣象干旱指數(shù)DI，基于DI的氣象干旱等級(jí)劃分如表1所示。

表1 干旱等級(jí)逐日干旱指標(biāo)

干旱過(guò)程的確定：氣象干旱指數(shù)連續(xù)10 d為輕旱以上等級(jí)，則被認(rèn)為發(fā)生一次干旱過(guò)程；干旱過(guò)程的結(jié)束：在干旱過(guò)程中，當(dāng)干旱指數(shù)連續(xù)10 d為無(wú)旱等級(jí)時(shí)，則認(rèn)為干旱過(guò)程結(jié)束。干旱過(guò)程開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間為干旱持續(xù)時(shí)間；干旱過(guò)程持續(xù)時(shí)間內(nèi)所有天的干旱指數(shù)輕旱以上的干旱等級(jí)之和，為該干旱過(guò)程的強(qiáng)度，數(shù)值越小代表干旱過(guò)程越強(qiáng)。本研究主要以年和季節(jié)作為研究時(shí)段，其中定義3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月—翌年2月為冬季。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)連州市國(guó)家氣象觀測(cè)站的1963—2018年的逐日氣象干旱DI指數(shù)，并采用線性回歸方法進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)合M-K突變檢驗(yàn)和小波分析等方法分析氣候突變和周期變化，對(duì)連州市氣象干旱日數(shù)及強(qiáng)度變化進(jìn)行分析。

2 氣象干旱特征分析

2.1 氣象干旱日數(shù)的逐月分布及與雨量的關(guān)系

經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，連州市1963—2018年的月平均降水量與連州氣象干旱日數(shù)存在反比的關(guān)系（圖1），相關(guān)系數(shù)為-0.816，通過(guò)信度為0.7的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明兩者具有很強(qiáng)的相關(guān)性。由圖1可見(jiàn)，11—12月連州市氣象干旱日數(shù)明顯偏多，而雨量則明顯偏少；同時(shí)也可以看到連州市降雨量存在明顯的季節(jié)性差異，春季雨量最多，為6 36.5 mm，秋季最少，為200.3 mm，相差4 00 mm以上；連州氣象干旱日數(shù)在季節(jié)分布上也同樣存在明顯的差異，出現(xiàn)在秋季的氣象干旱日數(shù)達(dá)1 202 d，春季的干旱日數(shù)僅為220 d，相差近1 000 d。因此，連州處于亞熱帶地區(qū)，雖然雨量充足，但由于降雨季節(jié)分布差異很大，也經(jīng)常出現(xiàn)季節(jié)性的氣象干旱。

圖1 1963—2018年連州市氣象干旱日數(shù)與雨量月變化

2.2 氣象干旱過(guò)程

持續(xù)性的干旱會(huì)進(jìn)一步加重干旱的影響程度，統(tǒng)計(jì)可知，1963—2018年連州市出現(xiàn)輕旱等級(jí)以上的干旱過(guò)程共80次，平均每年出現(xiàn)1.43次，其中持續(xù)時(shí)間為10～30 d的干旱過(guò)程出現(xiàn)了49次（占61.25%）；30～60 d的干旱過(guò)程為23次（占28.75%）；60～90 d的干旱過(guò)程有6次（占7.5%）；90 d以上的干旱過(guò)程僅有2次（占2.5%），這說(shuō)明連州市的干旱過(guò)程持續(xù)時(shí)間以10～30 d為主，30～60 d次之。60～90 d的干旱過(guò)程10年一遇，90 d以上干旱過(guò)程30年一遇。通過(guò)季節(jié)分類干旱過(guò)程則分別為：春旱8次、夏旱11次、秋旱22次、冬旱22次，秋冬連旱11次、夏秋連旱3次，春夏連旱、冬春連旱和夏秋冬連旱各1次。并且在80次持續(xù)干旱事件中秋旱、冬旱和秋冬旱共有55次，占總數(shù)68%以上，這說(shuō)明連州容易出現(xiàn)干旱過(guò)程的季節(jié)主要集中在秋冬季，春夏季次之，這與連州雨量的季節(jié)分布也相對(duì)應(yīng)。

2.3 氣象干旱日數(shù)年際變化特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，連州市1963—2018年年氣象干旱總?cè)諗?shù)2 939 d，平均每年52.5 d，極端最多出現(xiàn)在1963年為183 d，而年氣象干旱日數(shù)為0 d的年份則有1973、1975、2015年。圖2為連州市近56年年氣象干旱日數(shù)的趨勢(shì)變化，線性回歸相關(guān)系數(shù)R為0.565，通過(guò)信度為0.001的顯著性水平檢驗(yàn)，表明近56年以來(lái)，連州市年氣象干旱日數(shù)總體呈減少的趨勢(shì)。

圖2 1963—2018年連州市年氣象干旱日數(shù)變化

利用Morlet小波分析對(duì)連州市年氣象干旱日數(shù)的周期特征進(jìn)行分析（圖3），可以看到，連州市年氣象干旱日數(shù)在近56年的演變過(guò)程中存在準(zhǔn)3、7、14、22年左右的周期尺度。由小波系數(shù)模的方差貢獻(xiàn)（圖略）看，最大峰值對(duì)應(yīng)準(zhǔn)22年的周期尺度，表明準(zhǔn)22年的周期存在最強(qiáng)的振蕩，是年氣象干旱日數(shù)變化的主周期，并在近56年間出現(xiàn)多和少交替的準(zhǔn)3次振蕩。

圖3 1963—2018年連州市年氣象干旱日數(shù)小波系數(shù)

由于Mann-Kendall非參數(shù)突變檢驗(yàn)不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，并且適用于類型變量和順序變量，計(jì)算也比較簡(jiǎn)單，所以是目前突變性檢驗(yàn)方法中理論較強(qiáng)且應(yīng)用范圍較廣的一種方法［6］。圖4為連州市56年年氣象干旱日數(shù)M-K突變檢驗(yàn)分析，由圖4中的UF曲線可見(jiàn)，總體上連州市年氣象干旱日數(shù)呈減少趨勢(shì)，特別是在20世紀(jì)70年代期間這種減少趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出-1.96的臨界值，說(shuō)明此時(shí)連州市年氣象干旱日數(shù)的減少趨勢(shì)十分顯著。另外UF與UB曲線分別在1964、1984、2013年出現(xiàn)交點(diǎn)，且都位于顯著性檢驗(yàn)水平范圍之內(nèi)，故可認(rèn)為這3個(gè)時(shí)間為連州市年氣象干旱日數(shù)的突變點(diǎn)，其中1964—1983年氣象干旱日數(shù)偏少；1984—2012年偏多；2013年之后轉(zhuǎn)為偏少。

圖4 1963—2018年連州市年氣象干旱日Mann-Kendall檢驗(yàn)

2.4 氣象干旱強(qiáng)度年際變化特征

將該年的氣象干旱過(guò)程的DI指數(shù)之和作為該年的氣象干旱強(qiáng)度，數(shù)值越小代表干旱過(guò)程強(qiáng)度越強(qiáng)。圖5為連州市近56年的干旱強(qiáng)度趨勢(shì)變化，可以看到，1963—2018年連州市年干旱強(qiáng)度存在減弱變化趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)R為0.532，通過(guò)信度為0.001的顯著性水平檢驗(yàn)，這與連州市氣象干旱日數(shù)的變化趨勢(shì)相似。其中在20世紀(jì)60年代中期、90年代前期以及在21世紀(jì)10年代的干旱強(qiáng)度則明顯較強(qiáng)。極端最大的年份是1963年，其他依次是1966、1989、1991、2004年。在對(duì)年氣象干旱強(qiáng)度進(jìn)行小波分析（圖略）和MK突變檢驗(yàn)（圖略）后，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果與年氣象干旱日數(shù)的趨勢(shì)變化相似。

圖5 1963—2018年連州市年氣象干旱強(qiáng)度趨勢(shì)

3 結(jié)論

1）近56年連州市出現(xiàn)輕旱等級(jí)及以上的干旱過(guò)程共80次，平均每年出現(xiàn)1.43次，干旱過(guò)程主要以10～30 d的持續(xù)時(shí)間為主，容易出現(xiàn)干旱過(guò)程的季節(jié)，集中在秋冬季，春夏季較少，與降雨量的季節(jié)變化成反比。

2）近56年連州市年氣象干旱日數(shù)為2 939 d，平均每年52.5 d，極端最多為183 d（1963年），線性回歸分析顯示呈減少趨勢(shì)。

3）Morlet小波分析對(duì)連州市年氣象干旱日數(shù)的周期特征進(jìn)行分析顯示，存在準(zhǔn)3、7、14及22年的周期尺度，其中準(zhǔn)22年的周期有著最強(qiáng)的振蕩，是年氣象干旱日數(shù)變化的主周期，并在近56年間出現(xiàn)多和少交替的準(zhǔn)3次振蕩。

4）M-K突變檢驗(yàn)表明，總體上連州市年氣象干旱日數(shù)呈較少趨勢(shì)，特別是在20世紀(jì)70年代期間連州市年氣象干旱日數(shù)的減少趨勢(shì)十分顯著。1964、1984、2013年這3個(gè)時(shí)間為連州市年氣象干旱日數(shù)的突變點(diǎn)。

5）對(duì)近56年連州市年氣象干旱強(qiáng)度進(jìn)行線性回歸分析、Morlet小波分析和M-K突變檢驗(yàn)，結(jié)果顯示其變化趨勢(shì)、周期變化和檢驗(yàn)結(jié)果與年氣象干旱日數(shù)相似。