田富國+徐建新

摘 要：干旱災(zāi)害是全球最為常見的自然災(zāi)害，貴州省是我國的干旱高發(fā)地區(qū)之一。文章基于貴州省各站點(diǎn)近20年的逐月降雨資料，以標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)SPEI作為干旱識別指標(biāo)，采用基于Copula的干旱頻率分析方法對貴州省各站點(diǎn)近20年進(jìn)行了干旱識別及干旱頻率分析；計(jì)算了其干旱頻率、干旱歷時(shí)、干旱歷時(shí)最大值、干旱烈度、干旱烈度最大值和干旱始末等干旱變量。研究結(jié)果揭示了貴州省干旱在時(shí)間維度和空間維度的變化及分布規(guī)律、各季節(jié)旱的分布特征規(guī)律等，其對貴州省抗旱減災(zāi)具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：干旱頻率；干旱烈度；時(shí)空規(guī)律；貴州省

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究方法

1.1 研究區(qū)基本情況

貴州省地處我國西南腹，是一個(gè)高起于四川盆地、廣西丘陵和湘西丘陵之間的巖溶山區(qū)，境內(nèi)地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜。貴州屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，大部分地區(qū)雨量充沛，年均降水量為1143.6mm，但其降水時(shí)空分布不均衡，同時(shí)貴州省具有復(fù)雜的喀斯特地貌，這使得貴州省成為我國的干旱高發(fā)區(qū)。

所用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)貴州省境內(nèi)19個(gè)氣象站點(diǎn)1993-2012年的逐月降水資料，來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)站和貴州省水利科學(xué)研究院，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠且具有代表性，可真實(shí)反映貴州省相對應(yīng)時(shí)段內(nèi)的實(shí)際情況。貴州省境內(nèi)19個(gè)氣象站點(diǎn)分布情況見圖1。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱頻率分析方法

干旱發(fā)生頻率及重現(xiàn)期研究主要采用基于Copula的干旱特征變量分析方法。干旱特征變量分布中，干旱烈度S及干旱歷時(shí)D大致復(fù)合Gamma分布和指數(shù)分布。且可以用適線法去調(diào)試進(jìn)而確定其分布函數(shù)的相關(guān)參數(shù)，以解決因?yàn)楦珊堤卣髯兞繑?shù)據(jù)的有限性及局限性而引起的計(jì)算差異及與事實(shí)不符的問題。而當(dāng)要運(yùn)用兩個(gè)特征變量來表示某一干旱情況、分析其頻率等時(shí)，那么就需要衡量兩干旱特征變量間的關(guān)聯(lián)，也就是處理兩特征變量間的聯(lián)合概率分布函數(shù)。

研究表明，Copula理論是解決這一問題直接、便捷的一種方法，而其中的Archimedean Copula 函數(shù)因其形式簡潔、計(jì)算方便被大量運(yùn)用，這其中最常用的Archimedean copula函數(shù)有Gumbel-Hougaard（GH）、Clayton和Frank Copula。假設(shè)用干旱歷時(shí)和干旱烈度二者來表述某一干旱情況、分析其干旱特性時(shí)，那么可令u=Fd（d），v=Fs（s），則它們可分別表示為：

1.2.2 干旱的識別及計(jì)算

干旱事件識別是在選擇適當(dāng)時(shí)間尺度的基礎(chǔ)上，采用某一指標(biāo)，此指標(biāo)可為單一指標(biāo)亦可為綜合指標(biāo)，對干旱的具體情況進(jìn)行判別，進(jìn)而確定該干旱的特征變量序列。本文采用游程理論對干旱事件進(jìn)行識別。根據(jù)游程理論原理和干旱事件識別過程，用試值法確定閾值的選取，通過比選不同閥值對干旱事件的識別效果，最終確定本文采用的干旱閥值分別為：R0為0，R1為-0.5，R2為-1.0?？紤]已有站點(diǎn)及地市的數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)SPEI作為干旱識別指標(biāo)，計(jì)算干旱頻率、干旱歷時(shí)、干旱烈度和干旱起止時(shí)間，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂饕魑锏牟煌L期，統(tǒng)計(jì)跨越作物不同生長期的干旱事件，按照干旱事件發(fā)生的起止時(shí)間、歷時(shí)長度以及跨越的不同生長季進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。其中貴州各站點(diǎn)及地市的干旱過程識別及頻率計(jì)算表在此不再贅附。

2 結(jié)果與分析

各站點(diǎn)近20年干旱分析：

根據(jù)貴州省境內(nèi)19個(gè)站點(diǎn)1993-2012年的逐月降水資料，基于SPEI研究貴州省內(nèi)各站點(diǎn)近20年來的干旱事件，進(jìn)一步分析其干旱頻率、干旱歷時(shí)、干旱烈度等特征變量及其各季節(jié)旱的時(shí)空分布特征。分析計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表可知，貴州省各站點(diǎn)在過去的近20年間，干旱發(fā)生次數(shù)在21-37次之間，各站點(diǎn)發(fā)生干旱的次數(shù)、頻率相差比較明顯，在1993-2012年這近20年間，貴州省境內(nèi)各站點(diǎn)中位于黔南州的羅甸是干旱發(fā)生次數(shù)最少的站點(diǎn)，其發(fā)生干旱的頻率也相對較低；而位于貴州省北部遵義市的站點(diǎn)桐梓干旱發(fā)生頻次相對較高為37次。各站點(diǎn)發(fā)生干旱的歷時(shí)在43-70個(gè)月之間，二者相差27個(gè)月之久，這說明各站點(diǎn)的干旱歷時(shí)有較大差異，也說明貴州省近20年來平均每年發(fā)生2-3個(gè)月的干旱。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，貴州省境內(nèi)各站點(diǎn)的干旱烈度相差也比較大，存在的地區(qū)差異性比較明顯，干旱烈度最大的站點(diǎn)是位于黔東南州的三穗，其值為49.20；各站干旱烈度最小的位于畢節(jié)市的黔西，其值為30.19。因此貴州省內(nèi)干旱的分布具有時(shí)空不一致性，各站點(diǎn)的干旱強(qiáng)度存在較大差異。

為便于研究貴州省內(nèi)各站點(diǎn)干旱情況的空間分布特征，基于貴州省境內(nèi)的19各站點(diǎn)以及貴州省周邊的的23個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用ARCGIS采用反距離插值繪制出了貴州省各站點(diǎn)近20年來的干旱次數(shù)空間分布圖、干旱歷時(shí)空間分布圖及年均干旱烈度空間分布圖，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2分析結(jié)果顯示：在近20年來，貴州省各站點(diǎn)的干旱頻次存在較大差異，干旱頻次較高的區(qū)域有遵義市東南部、銅仁市西南部以及黔南州和黔東南州北部所組成的貴州東部地區(qū)和黔西南部分地區(qū)；干旱頻次較低的區(qū)域是遵義市的西北部。其他地區(qū)的干旱頻次大體相當(dāng)。從空間分布規(guī)律上來看，貴州省各站點(diǎn)的干旱頻次整體呈自東北、西南依次向其周邊遞減的分布規(guī)律。

圖3分析結(jié)果顯示：在近20年來，貴州省各點(diǎn)站的干旱歷時(shí)亦存在較大差異，干旱歷時(shí)最長的地市是遵義市西北部、銅仁東北部、黔東南州北部以及黔西南州大部等；而遵義市北部等區(qū)域的干旱歷時(shí)較短。加之銅仁市、黔東南州北部和黔西南州的干旱頻次為各站點(diǎn)之較高，可知銅仁市、黔西南州以及黔東南州為貴州省干旱易發(fā)地區(qū)。

從圖4結(jié)果分析來看，貴州省各站點(diǎn)近20年來的年均干旱烈度亦有較大的差異，其范圍為1.51-2.46mm。其中遵義市北部的年均干旱烈度處于較低水平，而黔東南州北部、黔西南州大部的年均干旱烈度處于較高水平?？芍髡军c(diǎn)的干旱強(qiáng)度存在較大差異。在空間分布上，各站點(diǎn)近20年來的年均干旱烈度大致呈以黔東南州北部和黔西南地區(qū)為中心向周邊地市遞減分布規(guī)律。

為便于研究貴州省內(nèi)各站點(diǎn)各季節(jié)干旱情況的空間分布特征，基于貴州省境內(nèi)的19各站點(diǎn)以及貴州省周邊的的23個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用ARCGIS采用反距離插值繪制出了貴州省各站點(diǎn)近20年來各季節(jié)的干旱歷時(shí)空間分布圖，如圖5所示，分析表明：

（1）在過去的近20年間，貴州省內(nèi)各站點(diǎn)的各季節(jié)干旱發(fā)生的時(shí)長差距較大，春夏秋冬各季節(jié)干旱分布在6-23個(gè)月、9-20個(gè)月、11-24個(gè)月、8-18個(gè)月之間。因此各站點(diǎn)的個(gè)季節(jié)干旱發(fā)生不均衡，地域差異較大。

（2）與貴州省各站點(diǎn)的各季節(jié)干旱相比，站點(diǎn)桐梓的春旱、三穗的夏旱、畢節(jié)的秋旱和習(xí)水的冬旱歷時(shí)最長，分別占同一時(shí)期貴州全省各站點(diǎn)春旱、夏旱、秋旱和冬旱歷時(shí)的8.27%、7.84%、6.98%和7.76%。

（3）從空間分布上來看，貴州省的春旱歷時(shí)呈東北高西南低的規(guī)律分布，而夏旱歷時(shí)呈東高西低的分布規(guī)律，秋旱歷時(shí)呈西南高東北低的規(guī)律分布。

3 結(jié)束語

在全面收集貴州省境內(nèi)19個(gè)氣象站點(diǎn)1993-2012年逐月降水資料的基礎(chǔ)上，以標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)SPEI作為干旱識別指標(biāo)，采用基于Copula的干旱頻率分析方法對貴州省各站點(diǎn)近20年進(jìn)行了干旱識別及干旱頻率分析，同時(shí)也分析了其個(gè)季節(jié)旱的分布特征，基于以上分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）貴州省各區(qū)域的干旱分布具有時(shí)空不一致性，干旱烈度頻次、干旱歷時(shí)等干旱特征變量在地域上存在較大差異。

（2）貴州省各區(qū)域中銅仁市、黔南州市以及遵義市的干旱頻次、干旱歷時(shí)和年均干旱烈度等均處于較高水平。故銅仁市、黔南州以及遵義市為貴州省干旱易發(fā)地區(qū)，且干旱強(qiáng)度較大、干旱較為嚴(yán)重。

（3）貴州省干旱災(zāi)害的季節(jié)特征是西部地區(qū)以春旱、冬旱為主，而中東部地區(qū)則以夏旱為主，而黔西南州為貴州省的秋旱易發(fā)地區(qū)。

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作者簡介：田富國（1992-），男，漢族，河南駐馬店人，碩士研究生，單位：華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院農(nóng)業(yè)水土工程專業(yè)，研究方向：區(qū)域水資源高效利用。