麥雪湖，梁華玲，麥文強，程銀琳

(1.廣東省東莞市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 東莞 523000；2.廣東省佛山市氣象局，廣東 佛山 528000)

1 引言

干旱類型通常被分為農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱、氣象干旱和社會經(jīng)濟干旱，其中氣象干旱的發(fā)生是最直接和最頻繁的，也是其他類型干旱發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)。氣象干旱指數(shù)是干旱監(jiān)測與研究的核心[1]。學者們已發(fā)展了眾多的氣象干旱指數(shù)，用以分析和監(jiān)測干旱的變化并對我國的干旱變化進行研究[2-8]。逐日氣象干旱指數(shù)(DI)是王春林基于標準化前期降水指數(shù)(SAPI)和常年平均相對濕度高指數(shù)(M)構(gòu)建的[9]。DI干旱指標已通過廣東省氣象局業(yè)務(wù)準入評審，成為廣東省氣象部門現(xiàn)行氣象干旱指標標準。佛山處于亞熱帶，雨量雖較充足，但由于降水分布不均，同時太陽輻射強，氣溫高，蒸發(fā)和作物蒸騰量大，因此季節(jié)性、區(qū)域性氣象干旱也時有發(fā)生，但在目前的氣象監(jiān)測和預(yù)報業(yè)務(wù)中，對于氣象干旱的監(jiān)測與評估工作開展仍較少。本文擬利用DI指數(shù)對佛山市近59 a氣象干旱特征進行分析，以期掌握佛山市氣象干旱的變化趨勢，為佛山市氣象干旱預(yù)測和加強氣象防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學依據(jù)。

2 資料和方法

本文使用的資料來自于廣東省氣候中心的逐日氣象干旱指數(shù)DI，基于DI的氣象干旱等級標準如表1。

表1 氣象干旱等級標準Tab.1 Meteorological drought grade

根據(jù)DI指數(shù)分別統(tǒng)計佛山3個國家氣象觀測站(三水、南海、順德)的1959—2017年各個氣象干旱等級的日數(shù)，把輕旱及以上等級的總?cè)諗?shù)作為總的干旱日數(shù)，用3站平均表征佛山市，采用“二項式系數(shù)加權(quán)平均法”[11]進行趨勢分析，結(jié)合M-K檢驗和小波分析等方法分析氣候突變和周期變化，對佛山市氣象干旱變化趨勢進行分析研究。

3 氣象干旱變化趨勢分析

3.1 年氣象干旱日數(shù)變化趨勢分析

佛山市1959—2017年共有氣象干旱日數(shù)5 070.3 d，年平均85.9 d，年極端最大為182 d(1963年)，年極端最小為2.3 d(1975年)。圖1描述了59 a佛山年氣象干旱日數(shù)的變化，實線表示原始序列，虛線為經(jīng)過二項式系數(shù)加權(quán)平均的11 a平滑序列，點線為平滑序列的線性回歸趨勢。線性回歸分析中相關(guān)系數(shù)R為0.643，通過了0.001的顯著性水平檢驗，傾向值b為負值，表明近59 a以來，佛山年氣象干旱日數(shù)呈減少變化的趨勢。由平滑曲線可以看到，除了20世紀80—90年代年氣象干旱日數(shù)經(jīng)歷了一個平穩(wěn)期，年氣象干旱日數(shù)整體呈波動式減少。

圖1 1959—2017年佛山年氣象干旱日數(shù)變化Fig.1 Variation of anomaly meteorological drought days in Foshan from 1959 to 2017

與傳統(tǒng)的滑動平均法相比，二項式系數(shù)加權(quán)平均平滑后的新序列與原序列相等，其當前項系數(shù)最大，向前向后逐漸減少，保存了當前項自身及附近項的相對特征，其平滑效果接近小波分析[11]。對比11 a與19 a的平滑曲線(圖略)，二者比較一致，而11 a平滑主要濾掉了11 a以下的周期，19 a平滑主要濾掉了19 a以下的周期，綜合表明佛山氣象干旱的長期氣候變化主要是20 a以上的長周期或10 a以下的短周期為主，11～19 a的周期不存在或不明顯。

3.2 年氣象干旱日數(shù)周期分析

利用Morlet小波分析對佛山年氣象干旱日數(shù)的周期特征進行分析。由小波系數(shù)實部圖可以看到，佛山年氣象干旱日數(shù)在59 a的演變過程中存在準20 a大周期，出現(xiàn)多和少交替的準3次振蕩；1980年前存在準3 a的短周期，出現(xiàn)準6次振蕩；1980年后轉(zhuǎn)變?yōu)闇? a的周期，出現(xiàn)準5次振蕩。由小波系數(shù)模的方差貢獻看，存在3處明顯的峰值，分別對應(yīng)著3 a、7 a及20 a的周期時間尺度，其中最大峰值對應(yīng)20 a的周期尺度，表明20 a的周期有著最強的振蕩，是年氣象干旱日數(shù)變化的首個主周期。這與小波系數(shù)實部分析的結(jié)果一致，同時與前文二項式系數(shù)加權(quán)平滑對周期的分析結(jié)果相吻合。

圖2 年氣象干旱日數(shù)小波系數(shù)實部(左)和模的方差貢獻(右)Fig.2 Real part of wavelet coefficient of anomaly meteorological drought days (left) and variance of norm (right)

3.3 年氣象干旱日數(shù)氣候突變分析

圖3 年氣象干旱日數(shù)的Mann-Kendal檢驗Fig.3 Mann-Kendal test of anomaly meteorological drought days

Mann-Kendal非參數(shù)突變檢驗是目前突變性檢驗方法中理論基礎(chǔ)較強且應(yīng)用較多的一種，它不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，具有檢驗范圍寬、定量化程度高、人為性小等優(yōu)點。由圖3中UF曲線可見，從20世紀70年代起，佛山地區(qū)的年氣象干旱日數(shù)呈減少趨勢，2015年后這種減少趨勢更為明顯(超出-1.96的臨界值)，表明氣象干旱日數(shù)減少的趨勢是顯著的。從UF和UB的交點情況看，在2010—2011年有4個交叉點，均位于顯著性檢驗水平范圍內(nèi)，認為該時間段為突變點，即2010—2011年是氣象干旱日數(shù)突變減少的開始時段。

4 小結(jié)

根據(jù)逐日氣象干旱指數(shù)DI指數(shù)統(tǒng)計佛山1959—2017年氣象干旱日數(shù)，采用“二項式系數(shù)加權(quán)平均法”進行趨勢分析，結(jié)合M-K檢驗和小波分析等方法分析氣候突變和周期變化，對佛山市59 a的氣象干旱日數(shù)變化趨勢進行分析研究。結(jié)果表明：

①近59 a以來，佛山年氣象干旱日數(shù)呈減少的趨勢，除了20世紀80—90年代年氣象干旱日數(shù)經(jīng)歷了一個平穩(wěn)期，年氣象干旱日數(shù)整體呈波動式減少。

②佛山年氣象干旱日數(shù)存在準3 a、7 a及20 a的周期時間尺度，準3 a的短周期存在于1980年前，準7 a的周期出現(xiàn)在1980年后， 20 a的周期有著最強的振蕩，是年氣象干旱日數(shù)變化的首個主周期。

③ Mann-Kendal檢驗表明，從20世紀70年代起，佛山地區(qū)的年氣象干旱日數(shù)呈減少趨勢，2015年后年氣象干旱日數(shù)呈顯著減少的趨勢，2010—2011年是氣象干旱日數(shù)突變減少的開始時段。

造成干旱的原因既與氣象等自然因素有關(guān)，也與人類活動及應(yīng)對干旱的能力有關(guān)。本文得到的結(jié)論僅是針對氣象干旱來分析，并不能完全代替干旱實況，因此在日常的干旱災(zāi)害分析研判中仍需要結(jié)合多方面的因素來綜合考慮。