高 婧，井立紅，陳 靜，李?；?，井立軍

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.沙灣市氣象局，新疆 沙灣 832100；3.塔城地區(qū)氣象局，新疆 塔城 834700；4.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002）

干旱是全球普遍存在的一種自然災(zāi)害，也是會(huì)對(duì)人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)造成重大損失和影響極為嚴(yán)重的一種自然災(zāi)害[1]。全球自然災(zāi)害以洪水、干旱和風(fēng)暴的危害性較大，1900—2018 年干旱造成的死亡人數(shù)最多，占全部因?yàn)?zāi)死亡人數(shù)的36%[2]。干旱大致分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[3]，氣象干旱表現(xiàn)為降水明顯少于正常狀態(tài)[4]，是其他類型干旱發(fā)生的前兆和誘發(fā)因素，可引起社會(huì)自然資源的惡化，進(jìn)而引發(fā)一系列社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題。對(duì)氣象干旱進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，可為其他類型干旱提供預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)管理。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)干旱的研究主要集中在基于水分平衡原理、概率分布和遙感監(jiān)測(cè)等相關(guān)指數(shù)對(duì)某一研究區(qū)域干旱頻率和程度進(jìn)行評(píng)估方面，不同干旱指數(shù)適用范圍和應(yīng)用效果也不盡相同。21 世紀(jì)氣候變化影響下，全球?qū)⒖赡苊媾R干旱頻率和強(qiáng)度增加的前景[5]，中國(guó)綠洲（除河套平原）的極端干旱事件發(fā)生頻次呈遞減趨勢(shì)，極端濕潤(rùn)事件發(fā)生頻次呈遞增趨勢(shì)，降水是中國(guó)綠洲地表干濕狀況的主導(dǎo)氣象因子[6]；中國(guó)氣候變濕較明顯的區(qū)域主要位于西部地區(qū)，包括新疆大部、青海西部、甘肅和內(nèi)蒙西部、西藏西北部等地[7]，特別是20 世紀(jì)90 年代初期以來(lái)，西北干旱區(qū)暖濕化進(jìn)程加劇[8]，未來(lái)西北西部降水仍呈增加趨勢(shì)[9]；新疆北部為氣候向暖濕轉(zhuǎn)型的顯著區(qū)域，降水呈增加趨勢(shì)，水面蒸發(fā)和潛在蒸散量呈下降趨勢(shì)，干旱程度總體呈減輕趨勢(shì)，干旱狀況得到一定程度的緩解[10-11]，干旱程度在1987 年前后發(fā)生突變，1988 年以來(lái)干旱整體偏輕，春、夏、秋季干旱程度均呈顯著減弱趨勢(shì)[12]。

每種干旱指數(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和局限性，新疆干濕變化主要受降水量的影響[13]，標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）用于量化不同時(shí)間尺度降水虧缺，它將降水記錄轉(zhuǎn)化為正態(tài)分布，克服了使用非標(biāo)準(zhǔn)化分布造成的差異，具有計(jì)算簡(jiǎn)易、空間可比性強(qiáng)、時(shí)間尺度可變等優(yōu)勢(shì)，被世界氣象組織（WMO）推薦為世界范圍通用的氣象干旱指標(biāo)[14]，SPI被廣泛應(yīng)用于干旱氣候?qū)W、干旱預(yù)報(bào)和農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域[15]。干旱是塔城地區(qū)主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，本文基于SPI指數(shù)運(yùn)用最小二乘法、Mann-Kendall（M-K）檢驗(yàn)方法等[16]從氣象干旱角度分析塔城地區(qū)季節(jié)性干旱發(fā)生頻率、影響范圍和干旱強(qiáng)度的時(shí)空演變特征，旨在為抗旱減災(zāi)、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)布局和科學(xué)管理提供參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

塔城地區(qū)位于新疆西北部，82°16′～87°21′E，43°25′～47°15′N，南北縱距437 km，東西橫距394 km，地跨準(zhǔn)噶爾盆地西北地帶及準(zhǔn)噶爾西部山區(qū)，地勢(shì)南北高、中間低。境內(nèi)有盆地、平原、山地、丘陵、沙漠、戈壁等多種地貌，地形高差懸殊，地勢(shì)多變。年平均氣溫為3.9～8.7 ℃，年降水量為115～298 mm，屬中溫帶大陸性干旱氣候。參照文獻(xiàn)[17]劃分方法，將塔城地區(qū)7 個(gè)縣（市）及克拉瑪依市、炮臺(tái)鎮(zhèn)簡(jiǎn)稱“塔城地區(qū)”（圖1）。

圖1 塔城地區(qū)氣象站點(diǎn)分布

1.2 資料來(lái)源

塔城地區(qū)9 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1961 年1 月—2021 年2 月逐月降水量資料來(lái)源于新疆維吾爾自治區(qū)氣象信息中心。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。

1.3 研究方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）

SPI由Mckee 等[14]提出，假設(shè)降水量的分布服從不完全的Γ 分布，通過(guò)概率密度函數(shù)求解累積概率，再將累積概率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用標(biāo)準(zhǔn)化降水累積概率分布來(lái)劃分干旱等級(jí)。該指標(biāo)適用于不同地區(qū)不同時(shí)間尺度干旱的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。本文選用12 個(gè)月和3 個(gè)月時(shí)間尺度的SPI值分析年尺度和季節(jié)尺度的干旱時(shí)空演化特征。標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)干旱等級(jí)劃分[18]，-0.5＜SPI為無(wú)旱，-1.0＜SPI≤-0.5 為輕旱，-1.5 ＜SPI≤-1.0 為中旱，-2.0 ＜SPI≤-1.5 為重旱，SPI≤-2.0 為特旱。

1.3.2 干旱評(píng)估指標(biāo)

干旱頻率用來(lái)評(píng)價(jià)某一站點(diǎn)在參與計(jì)算時(shí)段內(nèi)發(fā)生干旱的頻繁程度，計(jì)算公式為：

式中：Fi為i 站發(fā)生干旱的頻率，N 為參與計(jì)算的氣象資料年數(shù)，n 為發(fā)生干旱的年數(shù)。

干旱站次比為某區(qū)域內(nèi)發(fā)生干旱的站數(shù)占該區(qū)域總站數(shù)的比例，可用來(lái)評(píng)價(jià)干旱影響范圍的大小，計(jì)算公式為：

式中：j 為年份，m 為發(fā)生干旱的站數(shù)，M 為參與評(píng)估的區(qū)域內(nèi)的總站數(shù)。本文參照文獻(xiàn)[19]定義，Pj＜10%時(shí)為無(wú)明顯干旱發(fā)生；10%≤Pj＜25%時(shí)為局域性干旱；25%≤Pj＜35%時(shí)為部分局域性干旱；35%≤Pj＜50%時(shí)為區(qū)域性干旱；Pj≥50%時(shí)為全域性干旱。

干旱強(qiáng)度用來(lái)評(píng)價(jià)干旱的嚴(yán)重程度，單站某時(shí)段的干旱強(qiáng)度可用SPI值反映，某區(qū)域內(nèi)多年干旱程度計(jì)算公式為：

式中：Kij為j 年發(fā)生干旱的i 站SPI值，m 為發(fā)生干旱的站數(shù)。0.5≤Sij＜1.0 時(shí)為輕度干旱，1.0≤Sij＜1.5時(shí)為中度干旱，Sij≥1.5 時(shí)為重度干旱，Sij越大，干旱越嚴(yán)重。

2 分析結(jié)果

2.1 干旱空間變化特征

2.1.1 年尺度干旱頻率

近60 年塔城地區(qū)年尺度干旱頻率（圖2）顯示，各站年干旱（輕旱及以上，下同）發(fā)生頻率為21.67%～38.33%，平均為30.37%，年干旱頻率在35.00%以上的站點(diǎn)有烏蘇和塔城，干旱頻率在25.00%以下的站點(diǎn)有額敏和托里。不同干旱等級(jí)中，輕旱發(fā)生頻率為3.38%～23.33%，額敏最少，塔城最多；中旱發(fā)生頻率為5.00%～15.00%，裕民和沙灣最少，烏蘇最多；重旱發(fā)生頻率為1.67%～6.67%，平均為4.26%，和布克賽爾和沙灣最多；特旱發(fā)生頻率為1.67%～5.00%，額敏發(fā)生最多。塔城地區(qū)降水受地形地貌、海拔和山脈走向等因素影響而導(dǎo)致降水概率分布不同，造成各地干旱發(fā)生頻率存在一定的差異性。

圖2 1961—2020 年塔城地區(qū)各站年尺度干旱頻率

2.1.2 季節(jié)性干旱頻率

塔城地區(qū)各站干旱發(fā)生頻率（圖3）顯示，各站季節(jié)性干旱發(fā)生頻率為25.00%～38.33%，夏旱發(fā)生頻率最高，冬旱最低。四季中，春旱發(fā)生頻率為28.33%～33.33%，和布克賽爾和托里發(fā)生頻率最低，裕民和炮臺(tái)最高；夏旱發(fā)生頻率為26.68%～36.67%，托里最低，塔城和烏蘇最高；秋旱發(fā)生頻率為25.00%～35.00%，克拉瑪依最低，烏蘇最高；冬旱發(fā)生頻率為25.00%～38.33%，烏蘇最低，和布克賽爾最高。塔城地區(qū)各站不同等級(jí)季節(jié)性干旱的發(fā)生頻率差異相對(duì)較小，均以輕旱和中旱為主，輕旱發(fā)生頻率為12.59%～16.67%，夏季最多，冬季最少；中旱發(fā)生頻率為9.07%～10.19%，夏季最多，春季最少；重旱發(fā)生頻率為5.00%左右，秋季最多，夏季最少；特旱發(fā)生頻率不足3.00%，春季最多，秋季最少。

圖3 1961—2020 年塔城地區(qū)干旱頻率空間分布

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI的傾向率空間分布

由表1 可知，近60 年塔城地區(qū)年尺度SPI呈上升趨勢(shì)，66.67%的站點(diǎn)通過(guò)0.05 的顯著性檢驗(yàn)，其中裕民、克拉瑪依和烏蘇SPI為0.19～0.23/10 a（P＜0.01），干旱減弱趨勢(shì)顯著。四季中，春季大部分站點(diǎn)SPI呈不顯著上升趨勢(shì)，其中和布克賽爾和烏蘇上升趨勢(shì)顯著；夏季除塔城SPI不顯著下降外，其余站點(diǎn)均呈不顯著上升趨勢(shì)；秋季各站SPI均呈上升趨勢(shì)，其中克拉瑪依、炮臺(tái)和烏蘇以0.15～0.19/10 a 的速率顯著上升；冬季絕大部分站點(diǎn)SPI呈著上升趨勢(shì)，有5 站SPI極顯著上升，可見(jiàn)冬季干旱減弱的幅度在四季中最大。

表1 1961—2020 年塔城地區(qū)各站SPI 傾向率/10 a

2.2 干旱時(shí)間變化特征

由圖4a 可知，近60 年塔城地區(qū)年平均SPI為-1.84～2.22，1997 年最小，2016 年最大。年尺度SPI呈波動(dòng)上升趨勢(shì)[0.15/10 a（P＜0.01）]，表明干旱狀況總體有所減緩。M-K 突變檢驗(yàn)（圖5a）表明，年尺度SPI經(jīng)歷了上升、下降、上升的變化過(guò)程，1987 年之后SPI呈上升趨勢(shì)，UF 和UB 曲線在置信區(qū)間相交于1987 年（突變開(kāi)始時(shí)間），并在2004 年超過(guò)0.05 顯著性水平臨界線，表明干旱減弱的突變顯著。這與吳秀蘭等[12]基于MCI指數(shù)的新疆干旱程度在1987年發(fā)生突變的結(jié)論一致。

圖4 1961—2020 年塔城地區(qū)年（a）、春（b）、夏（c）、秋（d）及冬（e）季SPI 變化

圖5 1961—2020 年塔城地區(qū)年（a）、春（b）、夏（c）、秋（d）及冬（e）季SPI 值M-K 檢驗(yàn)

為揭示不同季節(jié)干旱的變化情況，以季節(jié)尺度SPI分析各季干旱的時(shí)間演變特征（圖4b～4e、圖5b～5e）。塔城地區(qū)四季SPI值均表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，冬季增幅最大，氣候傾向率為0.21/10 a，秋季次之；春季和夏季SPI增大趨勢(shì)不顯著。塔城地區(qū)春季SPI值為-1.84～1.64，1989 年最小，2010 年最大。20 世紀(jì)60 和70 年代年際振蕩較大，自90 年代初期開(kāi)始SPI呈持續(xù)緩慢上升趨勢(shì)，經(jīng)M-K 和滑動(dòng)t 檢驗(yàn)分析，無(wú)顯著突變點(diǎn)；夏季SPI值為-1.51～1.67，1974 年最小，2013 年最大，在1988 年發(fā)生由少到多的突變，1997 年之后呈持續(xù)上升趨勢(shì)；秋季SPI值為-1.81～1.72，1997 年最小，2015 年最大，1979 年開(kāi)始呈上升趨勢(shì)，1986 年前后發(fā)生突變，并在1997 年超過(guò)0.05顯著性水平臨界線；冬季SPI值為-2.12～2.52，1967年最小，2015 年最大，1986 年發(fā)生突變，并在1997年之后上升趨勢(shì)加劇，超過(guò)0.05 的顯著性水平臨界線，冬旱減弱趨勢(shì)在四季中最顯著。研究表明，中國(guó)西北地區(qū)年空中水汽含量自1986 年開(kāi)始呈上升趨勢(shì)[20]，以1986 年為界，新疆由普遍干旱期轉(zhuǎn)為相對(duì)濕潤(rùn)期[21]。塔城地區(qū)年和夏、秋、冬季SPI在20 世紀(jì)80年代中期發(fā)生突變，空中水汽含量（降水量）增加是干旱發(fā)生減弱突變的主導(dǎo)因素。

2.3 干旱站次比（影響范圍）和干旱強(qiáng)度

2.3.1 年尺度干旱站次比和干旱強(qiáng)度

由公式（2）計(jì)算得到年干旱站次比（圖6a），近60 年塔城地區(qū)干旱站次比呈顯著減小趨勢(shì)，傾向率為-5.34%/10 a，表明干旱發(fā)生范圍呈不斷縮小趨勢(shì)。干旱站次比在20 世紀(jì)80 年代中期之前較大，之后在波動(dòng)中持續(xù)減小。塔城地區(qū)主要以局域性和全域性干旱為主，占比達(dá)60%，其中局域性干旱發(fā)生頻率最高，為21 次，1970—1973 年連續(xù)4 a 出現(xiàn)局域性干旱；全域性干旱發(fā)生15 次，其中1967、1974和1997 年所有站點(diǎn)均發(fā)生不同程度的干旱；部分區(qū)域性干旱發(fā)生6 次；區(qū)域性干旱最少，僅出現(xiàn)3 次。從塔城地區(qū)干旱站次比的年代際變化（表2）可知，20 世紀(jì)70 年代—21 世紀(jì)00 年代站次比呈逐漸減小趨勢(shì)，21 世紀(jì)10 年代又有增大傾向。

表2 塔城地區(qū)年、季干旱站次比和干旱強(qiáng)度年代際變化

圖6 1961—2020 年塔城地區(qū)年尺度干旱站次比（a）和干旱強(qiáng)度（b）變化

由公式（3）計(jì)算得到年干旱強(qiáng)度（圖6b），近60年塔城地區(qū)干旱強(qiáng)度以-0.11/10 a 的速率顯著減弱，干旱強(qiáng)度的總體變化趨勢(shì)與干旱站次比基本一致，平均干旱強(qiáng)度為0.74，波動(dòng)范圍為0.00～1.84，其中輕度干旱發(fā)生頻數(shù)最高，為30 次，主要發(fā)生在20世紀(jì)60、70 和90 年代；中度干旱發(fā)生12 次（1962、1965、1967、1973、1975、1982—1983、1985、1991、2008、2011 和2020 年）；重度干旱發(fā)生3 次，出現(xiàn)在1974、1984 和1997 年，干旱強(qiáng)度分別為1.77、1.71 和1.84（最大）。干旱強(qiáng)度年代際變化表現(xiàn)為20世紀(jì)70 年代平均干旱強(qiáng)度最大，20 世紀(jì)60 年代次之，21 世紀(jì)00 年代最小。

2.3.2 季節(jié)性干旱站次比和干旱強(qiáng)度

2.3.2.1 春旱

由圖7a 可知，塔城地區(qū)春旱站次比的變化范圍為0%～100%，站次比＞10%的年份所占比例達(dá)68.33%，其中局域性春旱發(fā)生頻數(shù)最多，共計(jì)18次，1972—1973、2003—2004 年出現(xiàn)連年局域性春旱；全域性春旱發(fā)生15 次，1962、1967、1975、1989和1991 年站次比達(dá)到100%；部分區(qū)域性和區(qū)域性春旱分別發(fā)生7 次和1 次。由表2 可知，春旱站次比20 世紀(jì)60 年代最大，21 世紀(jì)00 年代最小。在干旱強(qiáng)度方面，春旱平均強(qiáng)度為0.69，波動(dòng)曲線與春旱站次比基本一致，其中輕度春旱發(fā)生20 次，20 世紀(jì)70年代中后期發(fā)生頻繁；中度春旱發(fā)生18 次，20 世紀(jì)60 年代和21 世紀(jì)10 年代較多，分別出現(xiàn)5 和4次；重度春旱發(fā)生3 次，分別出現(xiàn)在1977 年（干旱強(qiáng)度為2.13，最大）、1989 和1991 年。春旱強(qiáng)度20 世紀(jì)70 年代最大，21 世紀(jì)00 年代最小。塔城地區(qū)春旱站次比和強(qiáng)度呈不顯著減小趨勢(shì)，線性傾向率分別為-4.37%/10 a 和-0.06/10 a，表明干旱影響范圍略有減小，強(qiáng)度略微減弱。

圖7 1961—2020 年塔城地區(qū)春（a）、夏（b）、秋（c）及冬（d）季干旱站次比和干旱強(qiáng)度變化

2.3.2.2 夏旱

由圖7b 可知，塔城地區(qū)夏旱發(fā)生頻率在四季中最高，達(dá)到81.67%，其中局域性夏旱發(fā)生24 次，1966—1968、1983—1985、1990—1992、2001—2003和2010—2012 年均為連續(xù)3 a 出現(xiàn)局域性夏旱。全域性夏旱發(fā)生18 次，1974—1979 年連續(xù)6 a 出現(xiàn)全域性夏旱；部分區(qū)域性夏旱發(fā)生7 次，無(wú)區(qū)域性夏旱發(fā)生。夏旱站次比20 世紀(jì)70 年代發(fā)生范圍最大，20 世紀(jì)60 年代最小。在干旱強(qiáng)度方面，夏旱平均強(qiáng)度為0.82，亦為四季中最大，其中輕度夏旱發(fā)生29次，占比48.33%，連續(xù)2 a 以上輕度夏旱發(fā)生8 次；中度夏旱發(fā)生16 次，1965—1966、1996—1997 和2018—2019 年出現(xiàn)連年中度夏旱；重度夏旱發(fā)生4次，分別出現(xiàn)在1974、1976、1984（干旱強(qiáng)度為1.70，最大）和1989 年。夏旱強(qiáng)度20 世紀(jì)70 年代最大，20世紀(jì)60 年代最小。夏旱站次比和強(qiáng)度的傾向率分別為-0.17%/10 a 和-0.01/10 a，在四季中減幅最小，可見(jiàn)夏旱的減輕程度十分微弱。

2.3.2.3 秋旱

塔城地區(qū)局域性秋旱發(fā)生19 次，20 世紀(jì)80 年代和90 年代發(fā)生最為頻繁，共計(jì)11 次；全域性秋旱發(fā)生13 次，其中1971 和1997 年站次比達(dá)到100%（圖7c）；部分區(qū)域性和區(qū)域性秋旱分別為6 和5次。秋旱站次比年代際變化表現(xiàn)為20 世紀(jì)70 年代最大，21 世紀(jì)10 年代最小。在干旱強(qiáng)度方面，秋旱平均強(qiáng)度為0.77，其中輕度秋旱發(fā)生20 次，主要集中在1990—2003 年，期間共發(fā)生9 次，連續(xù)2 a 以上輕度秋旱發(fā)生5 次；中度秋旱發(fā)生15 次，1966—1970、1973—1974、1977—1978 和2005—2007 年出現(xiàn)連年秋旱；重度秋旱發(fā)生8 次，分別出現(xiàn)在1971、1975、1984、1985、1991、1997、2013 和2018 年（1.87，最大），且后4 次干旱強(qiáng)度（平均值為1.76）明顯大于前4 次（平均值為1.56），可見(jiàn)重度秋旱事件的強(qiáng)度有增大傾向，極端干旱事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有增大的可能性。秋旱強(qiáng)度年代際差異相對(duì)較小，20 世紀(jì)60 年代最大，21 世紀(jì)00 年代和10 年代最小。秋旱站次比和強(qiáng)度分別以-3.74%/10 a 和-0.08/10 a 的速率不顯著減小，表明秋旱范圍略有減小，強(qiáng)度略有減弱。

2.3.2.4 冬旱

塔城地區(qū)局域性冬旱發(fā)生21 次，20 世紀(jì)70 年代初—90 年代中期發(fā)生較頻繁，其中1988—1992年連續(xù)5 a 發(fā)生局域性冬旱；全域性冬旱發(fā)生12次，20 世紀(jì)60 年代和80 年代前期發(fā)生較多，1995年之后無(wú)全域性冬旱發(fā)生；區(qū)域性冬旱和部分區(qū)域性冬旱分別發(fā)生7 和3 次。冬旱站次比的年代際差異較大，20 世紀(jì)60 年代最大（51.11%），21 世紀(jì)00年代最?。?0.00%）（圖7d）。在干旱強(qiáng)度方面，冬旱平均強(qiáng)度為0.73，其中輕度冬旱發(fā)生23 次，1964—1965、1971—1972、1975—1976、1984—1985、1988—1989、1991—1992、1997—1998 和2003—2004 年均為連續(xù)2 a 發(fā)生輕度冬旱；發(fā)生中度冬旱17 次，1997 年之前約有1/3 的年份發(fā)生了中度冬旱，之后明顯減少，與前文冬季SPI在1997 年達(dá)到顯著增大的時(shí)間相對(duì)應(yīng)；重度冬旱發(fā)生3 次，分別出現(xiàn)在1962、1967（1.97，最大）和1982 年。冬旱強(qiáng)度年代際變化表現(xiàn)為20 世紀(jì)60 年代—21 世紀(jì)00 年代依次減小，21 世紀(jì)10 年代略有增大。冬旱站次比為-7.79%/10 a，冬旱強(qiáng)度為-0.11/10 a，可見(jiàn)冬季干旱程度減輕趨勢(shì)在四季中最顯著。

3 討論

目前沒(méi)有一種指數(shù)能夠完全定量地描述干旱的時(shí)空特征，且適用于不同區(qū)域干旱特征的表征及其對(duì)環(huán)境和社會(huì)影響的評(píng)估，即使對(duì)同一個(gè)研究對(duì)象，不同干旱指數(shù)所得結(jié)果亦存在明顯差異。這是全球干旱化的趨勢(shì)變化研究存在諸多爭(zhēng)議[22-23]的原因。在全球范圍內(nèi)，由于降水減少和氣溫升高，過(guò)去近60 年和21 世紀(jì)主要以干旱化趨勢(shì)為主[24]；部分區(qū)域由于降水增加，干旱程度減輕，如斯堪的納維亞、白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯[25]。已有的關(guān)于新疆區(qū)域干旱的研究為塔城地區(qū)干旱變化提供了事實(shí)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。如慈暉等[26]對(duì)多種氣象干旱指數(shù)在新疆干旱評(píng)價(jià)中的應(yīng)用對(duì)比研究表明，SPI（SPEI，標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)）對(duì)降水（氣溫）響應(yīng)較快，導(dǎo)致對(duì)干旱的判斷偏輕（重），但干濕趨勢(shì)變化總體特征一致；PDSI（Palmer 干旱指數(shù)）對(duì)干濕變化響應(yīng)較慢。整體上，新疆干旱發(fā)生具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性特征，年季干旱影響范圍均呈縮減趨勢(shì)。郭冬等[27]對(duì)不同干旱指數(shù)在新疆區(qū)域適用性進(jìn)行研究，PDSI和MCI（氣象干旱綜合指數(shù)）變化趨勢(shì)表明新疆干旱程度呈減輕趨勢(shì)，SPEI指數(shù)僅在東疆和南疆東部區(qū)域表現(xiàn)出干旱程度有加重趨勢(shì)。與歷史災(zāi)情對(duì)比顯示，MCI指數(shù)在新疆地區(qū)的適用性優(yōu)于其他指數(shù)。

基于SPI的塔城地區(qū)干旱變化與新疆地區(qū)[12，26-28]的干旱變化特征大體一致，干旱狀況得到一部分緩解，但這不改變塔城地區(qū)干旱的氣候本質(zhì)，塔城地區(qū)未來(lái)水資源狀況依然不容樂(lè)觀。近60 年塔城地區(qū)呈現(xiàn)增暖增濕趨勢(shì)，考慮其他氣象要素對(duì)干旱的影響，對(duì)9 站年日照時(shí)數(shù)、低云量、平均風(fēng)速和直徑20 cm蒸發(fā)量分析顯示，9 站僅裕民站日照時(shí)數(shù)不顯著增加，其余站均呈減少趨勢(shì)；各站低云量（平均風(fēng)速）呈極顯著增多（減?。┶厔?shì)；77.78%的站點(diǎn)蒸發(fā)量呈減少趨勢(shì)，以上要素的變化趨勢(shì)與蘇宏超[13]、張山清等[29]研究的關(guān)于新疆區(qū)域的變化趨勢(shì)大體一致。賈艷青[30]也發(fā)現(xiàn)中國(guó)北方地區(qū)風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)減少使?jié)撛谡羯⒘肯陆档淖饔贸^(guò)氣溫和相對(duì)濕度對(duì)潛在蒸散上升的作用。

通過(guò)對(duì)比各站年、季節(jié)SPI的變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，塔城地區(qū)年降水量＜200 mm 的干旱區(qū)（和布克賽爾、克拉瑪依、炮臺(tái)和烏蘇）SPI增大幅度較大，即干旱減輕趨勢(shì)較研究區(qū)域內(nèi)的半干旱區(qū)更加明顯，這是對(duì)HUANG 等[31]指出的中亞干旱區(qū)面積在縮小的響應(yīng)，也是中亞干旱區(qū)縮小進(jìn)程的一部分。有研究表明，西北西部（新疆）的濕潤(rùn)化進(jìn)程并未因氣溫的升高而停止[30]，20 世紀(jì)80 年代中后期以來(lái)，新疆呈“暖濕化”特征，但1997 年之后有70%以上的區(qū)域呈變干趨勢(shì)，發(fā)生了“濕干轉(zhuǎn)折”，但塔城地區(qū)仍以增濕為主[32]。由于干旱成因復(fù)雜，特別是季節(jié)性干旱，不僅要考慮前期降水，還要考慮降水對(duì)后期的影響程度。近60 年塔城地區(qū)氣溫顯著增暖，變暖驅(qū)動(dòng)水循環(huán)過(guò)程加快，從而導(dǎo)致降水量顯著增加，暖濕化進(jìn)程加劇，四季中尤其以冬季趨暖增濕最顯著，冬旱發(fā)生程度明顯減輕，同時(shí)冬季有效雪層、積雪深度增厚，利于翌年冬小麥和牧草的返青及生長(zhǎng)，降低了春旱發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

SPI能很好地體現(xiàn)塔城地區(qū)干旱的年際變化，王舒等[28]指出SPI和SPEI在北疆平原谷地區(qū)域的適用性較好?；赟PI得到的塔城地區(qū)干旱情況與實(shí)際干旱災(zāi)情記錄基本一致，特別是中度以上干旱、全域性干旱基本都能在文獻(xiàn)[33]和災(zāi)情普查結(jié)果上得到印證，SPI在塔城地區(qū)適用性較好，但基于降水單要素指標(biāo)評(píng)估干旱存在片面性，今后還需開(kāi)展多種干旱指數(shù)在塔城地區(qū)的適用性研究。

4 結(jié)論

利用塔城地區(qū)9 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站近60 年逐月降水資料，基于SPI干旱指數(shù)探討塔城地區(qū)干旱的演化特征，得到以下結(jié)論：

（1）近60 年塔城地區(qū)各站年干旱發(fā)生頻率為21.67%～38.33%，季節(jié)性干旱發(fā)生頻率為25.00%～38.33%，主要以輕旱和中旱為主，占比約為24.00%。年、夏、秋和冬季SPI在20 世紀(jì)80 年代中期發(fā)生突變，與新疆干濕轉(zhuǎn)折時(shí)間相吻合。

（2）干旱影響范圍方面，各季節(jié)均以局域性干旱和全域性干旱為主，夏旱發(fā)生最頻繁，冬旱發(fā)生最少；干旱強(qiáng)度方面，各季以輕度干旱和中度干旱為主，夏旱強(qiáng)度最大，春旱最小。各季干旱站次比和干旱強(qiáng)度均呈減小趨勢(shì)，表明季節(jié)性干旱程度整體有所減輕。

（3）塔城地區(qū)干旱程度總體呈減輕趨勢(shì)，冬季尤為顯著，有66.67%的站點(diǎn)SPI顯著增大，77.78%的站點(diǎn)SPI增幅在四季中最大，冬旱站次比與強(qiáng)度減幅在四季中亦最大。

（4）基于降水的SPI能較好地揭示降水及干旱的時(shí)空分布，但塔城地區(qū)正經(jīng)歷增暖趨濕的過(guò)程，忽略溫度等要素的影響，很可能導(dǎo)致對(duì)旱情嚴(yán)重程度的判斷偏輕。為此，開(kāi)展多種干旱指數(shù)在塔城地區(qū)的適用性分析和本地化修訂將是今后的重點(diǎn)工作，旨在提高干旱監(jiān)測(cè)的精確化和定量化水平，對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃、合理規(guī)避可能的氣候風(fēng)險(xiǎn)和有效防御干旱意義深遠(yuǎn)。