基于相对湿润度指数的西南地区季节性干旱时空分布特征

　　摘要：西南地区是中国重要农业生产区，季节性干旱是该区域最主要的农业气象灾害，研究季节性干旱时空分布特征对西南地区防旱减灾具有重要意义。该文收集西南地区4个省（市）共97个代表气象站50a（1959年－2008年）的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等气象资料，选用国家标准中相对湿润度指数（M）作为干旱指标，以年、季为时间尺度，研究西南地区干旱频率和强度的空间分布特征，并分析近50a干旱强度和发生范围的年际变化规律。结果表明：西南地区年尺度干旱频率呈西部高，东部低的带状分布，高发区位于川西高原、川西南山地、云南西北部和中北部的山地、高原及河谷地带，发生频率在3年2遇以上；年干旱强度以中旱以上为主。不同季节干旱频率差异大：冬旱发生频率最高，春旱次之，秋旱较低，夏旱最低；干旱强度方面，冬旱强度最大，春旱次之，秋旱较小，夏旱最小；总体而言，干旱发生频率高的地方干旱强度也大。从年际变化看，西南地区总体上略有变湿的趋势，年干旱强度明显减弱，其中春旱、秋旱有减轻趋势，夏旱和冬旱有所增强；但近10a，年干旱强度增大明显，夏旱、秋旱、冬旱也明显上升，这与西南地区近几年干旱频繁发生相吻合。

　　关键词：干旱，气象，水份，西南地区，时空分布特征，干旱强度

　　0、引言

　　西南地区是中国重要的农业生产区，但气象灾害多发、重发。季节性干旱是西南地区发生频率最高、持续时间最长、危害范围最广、经济损失最大的农业自然灾害。2005年云南异常春旱、2006年川渝特大伏旱、2009年秋-2010年春西南地区罕见秋冬春连旱、2011年西南地区秋冬连旱等，都给当地农业生产和社会经济造成严重影响。

　　过去，干旱研究主要集中于北方地区或东部季风区。在气候变暖背景下，西南地区季节性干旱呈多发重发趋势，日益引起学者们的关注。田宏等根据土壤水分盈亏原理，建立了具有清晰物理意义的四川盆地干旱动态评估指标。刘雪梅等应用夏旱强度指数和修正的帕尔默指数等指标，对贵州夏旱的类型、发生频率、持续时间、地区分布等特征作了研究，总结出贵州夏旱的主要特征并进行了夏旱分区。李树恒认为西南地区季节性干旱可能在“北涝南旱”背景下继续加重。贺晋云等从年、月尺度，用地表湿润指数探讨了西南地区极端干旱变化特征。刘建刚等通过典型个例分析，发现西南干旱有缓慢加重的趋势。但全面系统分析西南地区季节性干旱时空分布特征的文献尚不多见。

　　在干旱指标研究方面，目前已有许多指标得到应用。降水量距平百分率（Pa）、土壤相对湿度指数（R）、湿润指数或干燥度、标准化降水指数（SPI）等指标应用较多，并业务化。相对湿润度指数（M）综合降水与需水信息，是比较理想的区域站干旱监测指标，但目前只在一定区域得到应用。本文以相对湿润度指数（M）作为干旱指标，以年、季为时间尺度，从发生频率和强度角度反映西南地区季节性干旱时空演变规律，为制定防旱减灾措施提供理论依据。

　　1、材料和方法

　　1.1研究区域背景

　　本文研究的西南地区包括云南、贵州、四川3个省和重庆市，地跨97.4°E～110.2°E、21.2°N～34.4°N，海拔高度多在150～5000m，国土面积约115万km2，耕地面积约1900万hm2。西南地区跨越青藏高原、云贵高原两大高原和四川盆地等，地形地貌极为复杂，境内高原、山地、丘陵、平原、河谷均有分布。独特的地理位置和复杂的地形地貌孕育出多种多样的气候类型和极其丰富的生物资源。

　　1.2资料来源

　　气象数据来源于国家气象信息中心，包括西南地区4个省（市）中空间代表性好、资料年限长、中间缺测资料少的97个全国共享基本气象站，1959年－2008年共50a的逐日降水量、气温（平均、最高、最低）、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等要素。

　　1.3相对湿润度指数（M）及其计算方法

　　相对湿润度指数（M）适用于作物生长季节旬以上尺度的干旱监测和评估，是某时段的降水量与同时段内可能蒸散量之差再除以同时段内可能蒸散量，计算如下：MPPEPE..（1）式中，P为某时段的降水量，mm；PE为某时段的可能蒸散量，mm，采用FAO（1998）推荐的Penman-Monteith公式计算（Allenetal.,1998），即PE=ET0。即：2a020.408()900(-)(273)(10.34)nsETRGueeTu...（2）其中ET0为参考作物蒸散量，mm/d；Rn为到达作物表面的净辐射，MJ/(m2·d)；G为土壤热通量密度,MJ/(m2·d)；γ为湿度计常数，kPa/℃；T为离地2m高处的空气平均温度，℃；u2为离地2m高处的风速，m/s；ea为空气饱和水汽压，kPa；es为空气实际水汽压，kPa；Δ为饱和水汽压与空气温度关系曲线的斜率，kPa/℃。

　　1.4相对湿润度指数（M）在西南地区干旱特征分析中应用

　　1.4.1干旱分级订正

　　国家标准《气象干旱等级》[18]中提出了干旱分级指标，但未对该分级应用的时间尺度作说明。显然，不同时间尺度不可能通用同一个分级指标，而且不同区域的降水和蒸散比差异明显，因此需要对分级指标进行订正。相对湿润度指数主要考虑2个因素，即降水与蒸散。西南地区经纬度、地形地貌和气候类型跨度大，不同区域和不同季节降水和蒸散比差异大。

　　结合西南地区的实际情况，将年和季的降水、蒸散数据分异归类，参考国家标准《气象干旱等级》中降水距平百分率指标及前人的研究成果，对相对湿润度指数分级做如下订正。

　　1.4.2干旱特征分析指标

　　1）干旱频率（Pi）：表示干旱发生频繁程度，即干旱发生年数与总资料年之比。干旱频率是指轻度或轻度以上干旱发生频率，中旱频率是中度或中度以上干旱频率，以此类推；下文干旱站次比也类似。

　　2）干旱强度（平均相对湿润度指数）：干旱强度（H）用来评价干旱严重程度，单站某时段内的干旱强度一般可直接由相对湿润度指数（或其等级值）大小反映，指数数值越小，表示干旱越严重。

　　当指数≥0时无干旱，该区域或站点的指数值按0处理。某站发生干旱时的相对湿润度指数的多年平均值表示该站平均干旱强度，即：11miiHMn...（3）式中，n为某站（或区域内）发生干旱的年数，Mi为发生干旱时的相对湿润度指数（M）值。公式（3）也可计算某一年区域范围内所有发生干旱气象站的相对湿润度指数的平均值，反映某年该区域的平均干旱强度。

　　3）干旱站次比（Pj）：某一区域内干旱发生站数占全部站数的百分比，用于评价干旱影响范围的大小及其严重程度，具体计算公式见参考文献。

　　1.5空间分布图的生成