祁俊青 于文金 謝濤 任滿亮

摘要：利用云南省1956-2010年55年實(shí)測(cè)氣象資料，對(duì)云南省的氣溫和降水量進(jìn)行了小波周期分析，再計(jì)算16個(gè)代表站點(diǎn)歷年逐日的綜合氣象干旱指數(shù)（ Ci），統(tǒng)計(jì)近60年各站點(diǎn)出現(xiàn)的干旱過(guò)程，分析云南省各地區(qū)干旱發(fā)生的頻率、不同等級(jí)干旱發(fā)生的多年平均天數(shù)，揭示云南省干旱發(fā)生的時(shí)空分布特征。結(jié)果表明：（1）云南省氣溫呈現(xiàn)冷暖年交替變化規(guī)律，存在明顯的4年左右變化主周期，在1980年之后氣溫呈逐步上升的趨勢(shì);降水量變化呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)穩(wěn)定，存在2年左右的變化主周期。（2）空間變化上，全省大范圍地區(qū)都有干旱發(fā)生，干旱分布整體呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增強(qiáng)的特點(diǎn);干旱天數(shù)最多區(qū)域出現(xiàn)在東南部地區(qū)，而西南地區(qū)干旱天數(shù)較少。（3）季節(jié)變化上，春旱較易發(fā)生，干旱頻率的多年平均值達(dá)到60%以上，夏季和秋季干旱頻率相對(duì)小些，而冬旱發(fā)生的頻率最高，但對(duì)人類(lèi)的影響較小。

關(guān)鍵詞：云南;干旱;綜合氣象干旱指數(shù)（C/）;時(shí)空分布

中圖分類(lèi)號(hào)：S565.101

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)： 1000-4440（ 2019） 03-0631-08

新世紀(jì)以來(lái)，全球氣候變化加劇，極端天氣事件頻發(fā)[1]，氣象災(zāi)害造成的損失日益嚴(yán)重，防災(zāi)減災(zāi)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和分析成為研究的熱點(diǎn)[2]。旱災(zāi)是眾多災(zāi)害中對(duì)人類(lèi)的影響較為嚴(yán)重的災(zāi)害之一[3-4]。干旱災(zāi)害是指由于干旱缺水造成的災(zāi)害，是一種復(fù)雜的自然災(zāi)害，其形成原因、發(fā)生程度和造成的影響除去自然環(huán)境因素外[5]，人類(lèi)活動(dòng)干擾作用也日益顯著。干旱災(zāi)害對(duì)自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和許多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)部門(mén)都有深遠(yuǎn)而廣泛的影響[6]。中國(guó)西南地區(qū)本是一個(gè)濕潤(rùn)地區(qū)，但近年來(lái)卻旱災(zāi)頻發(fā)[3-11]，受到人們的普遍關(guān)注，因此對(duì)西南地區(qū)的干旱形成、發(fā)展、特征及演變研究就顯得尤為必要。本研究以云南省為例，對(duì)云南省旱災(zāi)的分布特點(diǎn)、波動(dòng)情況和形成機(jī)制進(jìn)行分析，對(duì)提高云南省干旱災(zāi)害的預(yù)測(cè)水平、防御和減輕干旱災(zāi)害所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

云南省位于北緯20°8′32″～ 29°15′8″和東經(jīng)97°31′39″-106°11′47″，地處中國(guó)西南邊陲[3]的高原地區(qū)，總面積4. 94x10 km。云南北依亞洲大陸，南臨印度洋和太平洋，受全球最強(qiáng)盛的印度季風(fēng)和東亞季風(fēng)的交叉影響，以及青藏高原的影響，加上復(fù)雜多樣的自然地理環(huán)境形成了四季不分明、干濕季節(jié)分明的氣候特點(diǎn)，降水變率較大[11-19]。

1.1 資料

本研究所用氣象資料由國(guó)家氣候中心提供，剔除由于站點(diǎn)變動(dòng)以及缺測(cè)量較大等原因造成的數(shù)據(jù)資料不全的站點(diǎn)。為選擇足夠數(shù)量的典型站，使采用的降水資料能夠代表研究區(qū)降水情況并滿足后續(xù)分析計(jì)算的基本要求，根據(jù)多步迭代估計(jì)方法對(duì)站點(diǎn)最優(yōu)數(shù)量進(jìn)行估計(jì)，從而得出最佳樣本數(shù)量，選取置信水平為95%的Student t檢驗(yàn)得到置信區(qū)間，共選取了云南省16個(gè)站點(diǎn)及其周邊15站（參考站），其分布情況見(jiàn)圖1。數(shù)據(jù)經(jīng)嚴(yán)格訂正，并采用克里克插值法對(duì)缺失站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)缺，研究時(shí)段為1956-2018年。災(zāi)情資料取自《新中國(guó)農(nóng)業(yè)60年統(tǒng)計(jì)資料》[20]，《中國(guó)氣象災(zāi)害大典一云南卷》[21]包括云南省1956-2018年各年的成災(zāi)面積和受旱面積情況。

1.2 方法

1.2.1 綜合氣象干旱指數(shù)計(jì)算所用干旱指標(biāo)是由國(guó)家氣候中心張強(qiáng)等研發(fā)的集標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、濕潤(rùn)度指數(shù)及近期降水量為一體的綜合干旱指數(shù)（Ci）[22]。Ci作為中國(guó)國(guó)家氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，已被業(yè)務(wù)部門(mén)廣泛使用。該指標(biāo)適用于實(shí)時(shí)氣象干旱監(jiān)測(cè)和歷史同期氣象干旱評(píng)估。綜合氣象干旱指數(shù)（ Ci）的計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 云南省近60年來(lái)氣候變化特征

研究發(fā)現(xiàn)，近60年來(lái)云南省的氣溫變化存在著波動(dòng)，冷暖年交替，但整體增溫趨勢(shì)較明顯，增溫趨勢(shì)斜率為0.021 5。整體上分為2個(gè)階段：1980年以前基本保持相對(duì)穩(wěn)定的水平，1980年之后，呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)（圖2），這與全球變暖的整體趨勢(shì)相一致。

云南省1956-2011年平均氣溫的Morlet小波分析結(jié)果顯示，平均氣溫變化有2個(gè)明顯的時(shí)間周期，分別是3-5年和7- 10年的周期。在1965 -1972年、1982-1986年、1992-2010年這3個(gè)時(shí)間段內(nèi)以3-5年的周期為主，在1992- 2010年這段時(shí)間內(nèi)，振蕩穩(wěn)定，周期在2001年之前有減小的趨勢(shì)，之后有增大的趨勢(shì);在2010年等值線沒(méi)有完全閉合，說(shuō)明在未來(lái)的幾年內(nèi)云南省是處于偏暖期的。在1968-1994年間，主要以7-10年的周期為主，研究時(shí)域內(nèi)振蕩穩(wěn)定。1994年之后，以中尺度周期12年為主，7 -10年的周期振蕩消失，從12年的尺度周期看，在2010年等值線還未閉合，即表明在這個(gè)尺度上預(yù)測(cè)未來(lái)的幾年里，云南省處于偏暖期。在小尺度周期上，相應(yīng)存在突變點(diǎn)和冷暖交替。由圖3

通過(guò)對(duì)云南省近60年中降水量波動(dòng)規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，云南省近60年來(lái)降水量雖在一定范圍內(nèi)有所波動(dòng)，但總體上維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，只是近年來(lái)有波動(dòng)振幅變大的趨勢(shì)（圖4）。說(shuō)明近年來(lái)，該區(qū)域極端氣候現(xiàn)象頻率增加，例如，2008年降水尤其多，2009年則降水很少。

通過(guò)降水量Morlet小波分析可以看到，近60年的年降水量存在多個(gè)尺度的周期，比較復(fù)雜。存在4個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度，分別為2年、6-7年、8-10年和15 -17年。其中，2年的周期振蕩基本貫穿整個(gè)研究時(shí)域，表現(xiàn)穩(wěn)定，在2000年后，周期振蕩逐漸消失;6-7年的周期存在于1979年之前，期間周期穩(wěn)定，之后周期振蕩消失，以5年的周期為主，且周期有隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)的趨勢(shì);周期8 - 10年幾乎貫穿整個(gè)研究時(shí)域，從1962年開(kāi)始，周期振蕩比較穩(wěn)定，但是周期有減小的趨勢(shì);15 - 17年的周期振蕩貫穿整個(gè)研究時(shí)域，在這個(gè)尺度上近55年來(lái)云南省的降水大致經(jīng)歷了少一多一少的過(guò)程，而在2010年等值線還未完全閉合，說(shuō)明2010以后的幾年里在該周期上降水量正處于偏少期，幾個(gè)震蕩周期均說(shuō)明在2010年后降水量偏少（圖5）。這些周期決定了降水量在整個(gè)時(shí)域內(nèi)的變化特性。其中2年的擾動(dòng)能量很大，其次是6-7年、8-10年，最后是15 -17年的周期?？梢?jiàn)，2年的周期是主周期。

2.2 云南省近60年來(lái)干旱特征

2.2.1 云南省干旱頻率對(duì)云南省近60年來(lái)由Ci計(jì)算分級(jí)得到的干旱發(fā)生特征進(jìn)行分析得到四季干旱分布頻率圖（圖6）;云南地區(qū)的降水量四季分布極不均勻，這就造成了四季干旱分布的差異。全省春旱發(fā)生的頻率都較高，最低的西北部也達(dá)到60%以上，向南逐漸增大，到楚雄、景東、昆明等中部地區(qū)達(dá)到84%，東南部地區(qū)也達(dá)到81%。春季各地區(qū)降水量?jī)H占年降水量的5%-20%，再加之雨季出現(xiàn)的早晚不定，而春季作物需水量又很大，因此，春季很容易發(fā)生干旱。在全省大部分地區(qū)，有80%的降水集中在夏季和秋季，因此夏季和秋季干旱頻率相對(duì)較小。夏旱頻率最大值發(fā)生在東南部地區(qū)，小于60%，全省平均干旱頻率在40%左右，以西南地區(qū)頻率最小;而秋旱的分布情況基本與夏季相似。全省大部分地區(qū)的夏旱多出現(xiàn)在夏初，當(dāng)夏初旱前是春旱時(shí)，就將有很大可能發(fā)生春夏連旱，夏旱的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，地區(qū)分布多為局部性，影響不大;而秋旱則以晚秋旱影響較大，容易造成作物出苗不齊或作物出苗后由于缺水出現(xiàn)長(zhǎng)勢(shì)不好而減產(chǎn)。全省范圍內(nèi)冬旱頻率都達(dá)到80%以上，這與冬季降水量?jī)H占年降水量的5%左右是密切相關(guān)的，但由于冬季氣溫低蒸發(fā)少，農(nóng)作物需水少，因此冬季干旱很少造成旱災(zāi)，對(duì)人類(lèi)生活、生產(chǎn)活動(dòng)影響不明顯。

2.2.2 云南省干旱時(shí)空分布特征研究結(jié)果顯示，云南全省大部分地區(qū)都有不同程度的干旱發(fā)生，輕旱發(fā)生的天數(shù)最多，其次是中旱，重特旱發(fā)生的天數(shù)較少，一年中全省平均重特旱天數(shù)為24 d左右，中旱44 d左右，輕旱60 d左右，這與前人的研究結(jié)果趨于一致[24]。

云南省歷年和各季節(jié)不同等級(jí)干旱空間分布圖（圖7）顯示，全省全年大部分地區(qū)都有不同程度的干旱發(fā)生，各強(qiáng)度干旱發(fā)生的天數(shù)均較多，輕旱發(fā)生的天數(shù)最多，其次是中旱，重特旱發(fā)生的天數(shù)較少。干旱空間分布整體呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增多的特點(diǎn)。最大干旱天數(shù)均出現(xiàn)在云南省東南部地區(qū)，重特旱天數(shù)的多年平均最大值在28 d以上，中旱天數(shù)的多年平均最大值在50 d以上，輕旱天數(shù)的多年平均最大值在64 d以上。而云南省西北部地區(qū)干旱天數(shù)則較少。一年中全省平均重特旱天數(shù)在24 d左右，中旱天數(shù)在44 d左右，輕旱天數(shù)在60 d左右。

春季重特旱的分布情況為由西北向東南逐漸增多，大部分地區(qū)重旱天數(shù)在7d以上，重特旱的最高值出現(xiàn)在東南大部地區(qū)以及東北角;楚雄一景東一臨滄這一線較易發(fā)生中旱，多年平均值在16 d以上，這一帶的四周干旱天數(shù)逐漸減少;輕旱分布情況也是由西北向東南逐漸增多，符合云南省干旱分布的整體特征，全省大部分地區(qū)都較易發(fā)生輕旱，西北部多年平均值在16 d以下，其他地區(qū)均在17 d以上。綜上所述，云南省春旱的空間分布為：全省大部分地區(qū)較易發(fā)生春旱，以中部和東南部地區(qū)較為嚴(yán)重，西北部地區(qū)較弱，全省范圍多年平均干旱天數(shù)達(dá)到40 d左右。

夏季重特旱分布以西北一東南向較強(qiáng)，多年平均在5d左右，東北部和西南部地區(qū)平均天數(shù)為2-3d;中旱的分布與重特旱相似，以東南部地區(qū)較強(qiáng)，全省多年平均天數(shù)在4d左右;輕旱以西南部地區(qū)較弱，其他地區(qū)多年平均值在10 d以上。云南省夏旱的空間分布為：整體干旱程度較弱，以東南部和西北部地區(qū)稍微偏強(qiáng)，全省范圍多年平均干旱天數(shù)在16 d左右。

秋季全省范圍內(nèi)重特旱和中旱很少發(fā)生，僅在東南部地區(qū)出現(xiàn)，程度較輕;而輕旱以東南部和西北部地區(qū)較多發(fā)生，多年平均天數(shù)在16 d左右。云南省秋旱的空間分布為：全省范圍秋旱很少發(fā)生，以東南部地區(qū)相對(duì)較強(qiáng)，全省范圍多年平均干旱天數(shù)為24 d左右。

冬季重特旱分布呈現(xiàn)東部地區(qū)強(qiáng)、西部地區(qū)弱的形式;中旱呈緯向分布，干旱天數(shù)由南向北逐漸減少;輕旱以中部地區(qū)最為嚴(yán)重，四周逐漸減弱。云南省冬旱的空間分布為：以中南部地區(qū)干旱較易發(fā)生，全省范圍多年平均干旱天數(shù)在40 d左右。2.2.3基于REOF的近60年云南春季降水時(shí)空特征春季是該省干旱的主要季節(jié)，所以對(duì)春季的降水規(guī)律進(jìn)行分析。通過(guò)旋轉(zhuǎn)主成分（ REOF） [25]分析，分析該省的降水變化。使用1961年到2018年3月到5月云南省春季降水資料進(jìn)行REOF分解。由表2可知，前5個(gè)模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率之和約為70%。其中第1模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率為38%，是主要的區(qū)域分布形式。第1模態(tài)和第2模態(tài)見(jiàn)圖8。在第1模態(tài)中，特征向量場(chǎng)都為正值，說(shuō)明降水趨勢(shì)一致，數(shù)值的高值位于南部地區(qū)。特征值的時(shí)間系數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)在上世紀(jì)80年代左右，之后正值居多。說(shuō)明該時(shí)間段內(nèi)降水的空間趨勢(shì)一致性是增強(qiáng)的。第2模態(tài)顯示，南北兩部分地區(qū)為相反的形式，即北部地區(qū)降水少、南部地區(qū)降水多的分布形式。區(qū)域分布的臨界區(qū)為270N- 300N。特征向量值代表的時(shí)間系數(shù)表明在上世紀(jì)80年代后這種形式呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，即北部地區(qū)降水逐漸增多，南部地區(qū)降水減少。第2模態(tài)方差貢獻(xiàn)率只有10%，不作為主要參考。

2.2.4 云南省干旱成災(zāi)驗(yàn)證 通過(guò)查閱中國(guó)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)年鑒、云南省災(zāi)害年鑒等文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，1956-2018年62年來(lái)云南省各種災(zāi)害中旱災(zāi)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，多為季節(jié)性干旱、連季干旱或連年干旱。因此，旱災(zāi)是對(duì)云南省影響范圍最廣的災(zāi)害之一。分析近60年云南省旱災(zāi)資料（圖9）發(fā)現(xiàn)，云南省在20世紀(jì)80年代以前旱災(zāi)較輕，但之后呈現(xiàn)明顯加重趨勢(shì)，且旱災(zāi)發(fā)生頻率增加，平均3年左右就有一大旱年，這也驗(yàn)證了本研究結(jié)果。2000年以來(lái)，云南省旱災(zāi)有加劇的趨勢(shì)，而且發(fā)生頻率增加，這反映了全球變暖對(duì)區(qū)域氣候的影響。

3 結(jié)論

（1）云南省升溫變化趨勢(shì)較明顯，而降水波動(dòng)基本保持穩(wěn)定。1980年以前溫度基本保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平，1980年之后，呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì);冷暖年交替，存在明顯的4年左右變化主周期。降水量變化呈波動(dòng)狀態(tài)的周期分布，相對(duì)穩(wěn)定，存在2年左右的變化主周期。（2）季節(jié)變化上，春旱較易發(fā)生，平均干旱頻率達(dá)到70%，影響也最嚴(yán)重;夏旱和秋旱頻率較小，夏旱主要發(fā)生在夏初，秋旱主要發(fā)生在秋末;而冬旱發(fā)生的頻率最高，但對(duì)人類(lèi)的影響較小。（3）空間變化上，全省大范圍地區(qū)都有干旱發(fā)生，干旱分布整體呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增強(qiáng)的特點(diǎn);干旱天數(shù)最多區(qū)域出現(xiàn)在東南部，而西南區(qū)域干旱天數(shù)較少。除西北部地區(qū)之外，其他區(qū)域春旱均較嚴(yán)重。（4）對(duì)春季云南降水資料進(jìn)行REOF分解后發(fā)現(xiàn)，前5個(gè)模態(tài)的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為69.779%。在第1模態(tài)中，特征向量場(chǎng)都為正值，這說(shuō)明降水趨勢(shì)一致，高值位于南部地區(qū)。特征值的時(shí)間系數(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在上世紀(jì)80年代左右，80年代后正值居多。這說(shuō)明，該時(shí)間段內(nèi)降水的空間趨勢(shì)一致性是增強(qiáng)的。

對(duì)比同緯度鄰近省份廣西和廣東的干旱災(zāi)害情況[25-28]，結(jié)果顯示云南省春季和夏初干旱無(wú)論從頻率還是災(zāi)情嚴(yán)重程度、成災(zāi)面積均高于鄰近省份，呈現(xiàn)不同的災(zāi)害特色。下一步研究方向?yàn)樘接懺颇蠟?zāi)害的成因機(jī)制和災(zāi)情預(yù)測(cè)。

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（責(zé)任編輯：張震林）