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贵州省干旱时空变化特征及其对气候变化的响应


0 1 5年8月  2
( ) 文章编号 : 3 0 1 1 6 7 2 3 1 7 2 0 1 5 0 8 0 7 2 0 - - -

灌溉排水学报 o u r n a l o f I r r i a t i o n a n d D r a i n a e J         g g

4 卷第 8 期    第3


贵州省干旱时空变化特征及其对气候变化的响应
陈学凯1,徐建新1,雷宏军1,胡娟萍1, 张泽中1,黄 鑫1,商崇菊2,杨 静2
( ) 华北水利水电大学 水利学院 ,郑州 4 贵州省水利科学研究院 ,贵阳 5 1. 5 0 0 1 1; 2. 5 0 0 0 2
基于贵州省1 摘   要 :为了探究在气候变化背景下不同时间尺度 的 干 旱 变 化 特 征 , 9个代表气象站1 9 6 0—2 0 1 3年 , 气象资料 , 采用标准降水蒸散指数 ( 分析了贵州省年度 、 P E I) 4 个季节以及秋收作物生长季的时空 分 布 特 征 和 发 S 生规律及其对气候变化的响应 。 结果表明 , 年度 、 春季、 夏季和秋季的干旱情况呈加重趋势且具有长期持续性; 除 冬旱外 , 年度和其余季节的干旱站次比扩大 , 以局域性和全域性干旱为主 , 干旱 强 度 增 强 , 以轻度和中度干旱为主; 春季和夏季是贵州省干旱的高发时段 , 春季最易旱区 集 中 在 黔 西 北 地 区 , 夏季最易旱区分布在黔东北和黔东南地 干旱易发区 区; 整个研究时域内秋收作物生长季的干旱化趋势 上 升 , 尤其是在2 0 0 1年 以 后 中 干 旱 情 况 明 显 加 重; 呈由东向西的转移趋势 ; 影响贵州省干旱的主要气象要素是降水 、 相对湿度和日照时数 , 其次是温度 。 关   键   词 :干旱 ;时空特征 ;标准降水蒸散指数 ;贵州省 : / 中图分类号 : 4 2 9; S 4 2 3     文献标志码 :A     d o i 1 0. 1 3 5 2 2 . c n k i . s . 2 0 1 5. 0 8. 0 1 5 P j g g p : ] 徐建新 , 雷宏军 , 等. 贵州省干旱时空变化特征及其对气候变化的响应[ 灌 溉 排 水 学 报, 陈学凯 , 0 1 5, 3 4( 8) J . 2 2 1. 7 8 -

影响范围大 , 持续时间长 , 已成为世界上影响最广 、 对农业生产造成损失最    干旱灾害由于其发生频率高 , [ 1] 为严重的自然灾害之一 。 中国地处东亚季风区且具有特殊的地理环 境 , 是受干旱灾害威胁最为严重的国
2] 。 据统计 , 家之一 [ 我国粮食因旱年均减 产 量 和 经 济 损 失 占 气 象 灾 害 造 成 损 失 的 5 年均农作物受 0% 左 右 , [ 3] 2 , 粮食损失约 1 尤其是在 2 受旱面积和因旱成灾面 旱面积高达 2 0 0万 h m 2 0亿 k 0 世纪 8 0 年代之后 , 2   g ; 4] 5] 。近1 , 西南地区的干 积均呈现显著增加趋势 [ 干旱事件多发区 逐 渐 从 我 国 北 方 向 西 南 地 区 蔓 延 [ 0 年来 , ] 8 6 - , 但多侧重于以整个西南地区为研究对象 , 旱研究取得了丰硕成果 [ 在时间尺度的选择上也较为单一 , 从而

缺乏对特定区域不同时间尺度 , 尤其是对主要农作物生长期的干旱情况进行全 面 系 统 的 分 析 。 干 旱 灾 害 是 制约贵州省农业乃至国民 经 济 可 持 续 发 展 的 最 严 重 自 然 灾 害 之 一 , 例如2 0 0 9—2 0 1 0 年 西 南 大 旱、 0 1 1和 2
9] 。因 此, 社 会 发 展 以 及 农 业 经 济 造 成 了 极 大 的 负 面 影 响[ 有必要 2 0 1 3 年贵州省严重夏旱给当地居民 生 活 、 研究贵州省干旱的时间变化趋势和空间分布特征及影响因素 , 为当地制定抗旱减灾 措 施 提 供 理 论 依 据 显 得

尤为迫切 。

1  材料与方法
1. 1  研究区概况和资料来源 贵州省位于我国西南部 , 处于高原向丘陵过渡地带 , 地处青藏高原东南侧 、 云贵高原东斜坡上 , 地貌类型 绝大部分地区属雨养农业区 , 复杂多样 , 其山地占贵州省面积的 6 其粮食生产对年内降水分布的均匀 1. 7% , 年均降水 量 性具有很强的依赖性 。 贵州省属亚热带湿润季风气候 , 9 6 0—2 0 1 3 年多年平均气温为 1 5. 3 ℃, 1
0 1 0 1 5 3 7 2    收稿日期 : - - ; ; ; ) ) 国家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 河南省科技攻关计划项目( 华 1 4 2 1 0 2 1 1 0 0 5 8) 2 0 1 3 0 1 0 3 9 5 1 3 0 9 0 9 8    基金项目 :水利部公益性行业科研专项 ( ) 北水利水电大学创新计划项目 ( S C X 2 0 0 4 0 5 9 H : , 男, 硕士研究生 。 研究方向为区域水资源高效利用 。E-m 9 9 0 a i l c x k k a i x u a n 6 3. c o m 1 -)    作者简介 :陈学凯 ( @1 : , 男, 教授 。 主要从事区域水资源高效利用及灌排发展战略研究 。E-m 9 5 4 a i l x u i a n x i n c w u. e d u. c n 1 -)    通讯作者 :徐建新 ( @n j

2 7

为1 空间上由东南 向 西 北 呈 递 减 趋 势 , 加之贵州省具 1 4 3. 6mm, 4—9 月降水量占全年降水量的 7 5% 以上 ,   有复杂的喀斯特地貌 , 使其成为气象灾害甚至是旱灾的高发地区 。   气象数据来源于中国气象数据共享服务网站 / / / / / ( a e i n t t e s c i e n c e . o v . c n m e t d a t a www. h - p g p: g ) 提供的 1 考虑到 d e x. h t m l 9 5 1—2 0 1 3 年 日 值 数 据 集, 由于站点明显 迁 移 及 记 录 缺 失 等 因 素 对 研 究 结 果 造 成的影响 , 根据样本一致性 、 代表性及 可 靠 性 的 要 求 , 对原始数据进行了较为严格的质量控制 , 以保证研究 结果的可信度 , 具体 站 点 分 布 见 图 1。 贵 州 省 及 各 州 市的粮食生产资料来源于贵州省统计年鉴 。 2  研究方法 1. 是基于标 准 化 降 水 指 S P E I)    标准降水蒸散指数 ( 的基础上 , 数( 考虑水分亏缺量和积累效应二因 S P I) 之 差 作 为 输 入 量, 素, 利用降水和 潜 在 蒸 发 量 ( P E T)
1 0] 。 在全球气候变 暖 的 背 景 下 , 以二者差值偏离平均状态的程度表征区域干旱情况 [ S P E I 既考虑了温度变

图 1  贵州省气象站点分布

化的因素 , 的优点 , 引入了地表蒸散变化 , 又融合了 S 是一个比较科学的干旱指数 。 PD P I 和帕尔默指数 ( S I)

S P E I 的干旱等级划分如表 1 所示 。
表 1 S P E I 干旱指数等级划分
干旱等级 极端干旱 ≤ -2 重度干旱 -2~ -1. 5 中度干旱 -1. 5~ -1 轻度干旱 -1~ -0. 5 正常年份 -0. 5~0

P E I S

以下简称 兹针对贵州省年度( 2 月, 1—1    为了 科 学 评 价 贵 州 省 不 同 时 间 尺 度 的 干 旱 变 化 情 况 , ) ) ) 、 、 、 春季 ( 夏季 ( 秋季 ( 以下简称 M 以下简称 A D S 1 S 3 S 3 e c P E I 2 a P E I u P E I 1 3—5 月 , 6—8 月 , 9—1 - - - - y- g- ) 、 以及秋收作物生长季 ( 月, 以下简称 N 冬季 ( 以下简称 F S 3 S 3) o v P E I 2 月 — 次年 2 月 , e b P E I 1 4—9 月 , - - - - ) 的S 以下简称 S S 6 e P E I P E I 时间序列 进 行 分 析 。 建 立 秋 收 作 物 气 象 产 量 和 产 量 损 失 的 关 系 模 型 以 及 - p- 从不同角度选取干旱站次比 、 验证 S 干旱强 S P E I 在典型干旱年份中的分布情况 , P E I 在贵州省的适用性 ; , ] 为便于分析 , 度以及干旱发生频率作为干旱评估指标 , 具体计算及划分标准见文献 [ 将轻旱及轻旱以上年 4
[1] 份记为有旱 , 中旱及中旱以上年份记为中旱 , 其他干旱级别以此类推 ; 采用气候倾向率 、 e n d a l l趋势检 验 1 K [2] 1 3] 分析 S 反映 S 基于分形理论 , 利用 H 运用小波分析理论 [ P E I 的变化趋势 ; u r s t指数 1 P E I 变化的持续性 ;

) 探讨 S 绘制干旱频率的空间分布图 , 在A 基于克里格插值方法 ( P E I 的周期变化 ; r c i s 1 0. 0 环境下 , r i i n K g g g 分析不同时间尺度下干旱变化的空间分布特征 ; 最后将 S 探寻 P E I 与贵州省主要气候要素进行相关性分析 , 影响干旱的主要气象要素 。

S 6 与秋收作物减产率的相关分析   9 6 0—2 0 1 2 年贵州省秋收作物产量的变化      图 3  贵州省 S e P E I    图 2 1 - p-

2  结果与分析
2. 1 S P E I 适用性分析 1. 1 S P E I 与秋收作物减产率相关性分析 2. 贵州省秋收作物产量总体呈上升趋势 。 基于产量系统分析法 , 贵州省 9 6 0—2 0 1 2年, 1    从图 2 可以看出 , 7 3

) 秋收作物气象波动指数为 0. 这说 明 气 象 因 素 是 影 响 贵 州 省 秋 占实际产量变异系数 ( 的3 7. 3% , 1 0 4, 2 8 0 0. 收作物产量波动的主要因子之一 。 综合表 2 和图 3 可知 , 贵州省及各州 ( 市) 秋收作物减产率与 S S 6 e P E I - - p 正相关 , 且相关系数均通过了 9 说明秋收作物生长季内的水分供需状况对其产量影响较 9% 的置 信 度 检 验 , 大, 一定程度上验证了将 S P E I 应用于贵州省秋收作物生长季干旱监测中的可靠性 。
市) 表 2 1 9 6 0—2 0 1 2 年贵州省各州 ( e P E I S S 6 与秋收作物减产率相关系数 - p-
地区 相关系数 贵阳市 0. 5 9   铜仁市 0. 5 5   遵义市 0. 7 1   安顺市 0. 7 3   毕节市 0. 6 6   六盘水市 0. 6 2   黔西南州 0. 5 1   黔东南州 0. 5 5   黔南州 0. 7 4

2. 1. 2 S P E I 在典型干旱年份中的验证 全省因旱受灾人口 0 1 3 年贵州省发生严重夏旱 ,   2
2 。兹 农作 物 受 旱 面 积 1 达2 5 3. 8 5 万人 , 3 4. 2 5万 h m

以2 计算各站点 0 1 3 年 贵 州 夏 旱 作 为 典 型 干 旱 年 份, 见图4。 S P E I 并绘制2 0 1 3 年贵州省夏季干旱分布图 , 贵州省大部分地区处于重旱    从图 4 可 以 看 出 ,
1 4] 基 本 一 致, 区, 这与 已 有 研 究 结 果 [ 进一步说明了

S P E I 对贵州省干旱情况有较好的表征能力 。 季尺度 S 2  年 、 P E I 趋势性分析 2.
根据 贵 州 省 年 、 季尺度的S 计算 P E I 时 间 序 列, 不同 时 间 尺 度 的 S 并基于 K P E I 趋 势 变 化 系 数, e n - 结 果 见 表 3。 从 表 3 可 d a l l法进行趋 势 显 著 性 检 验 ,
图 4 2 0 1 3 年贵州省夏旱分布图

以看出 , 在整个研究时域内 , 除冬季干旱程度有所缓解外 , 其余时间尺度均有所加重 。 从各年代际变化上看 , 均经历了增 — 减 — 增 — 减的局部变化过程 , 尤以在 D S 1 S 3的S e c P E I 2和 A u P E I P E I 变化趋势相吻合 , - - - g- ; 各 P<0. M S 3、 F S 3的S 0 9 8 0—1 9 8 9 年度干旱加重幅度显著 ( 5) a P E I e b P E I P E I 变 化 趋 势 表 现 一 致, 1 - - - y- 年代干旱均不同程度加重 ; 秋季干旱除 1 其 余 年 代 均 有 所 缓 解; 进入2 9 8 0—1 9 8 9 年干旱程度有 所 加 重 , 1世 纪后 , 年度及春 、 夏、 冬季干旱趋于严重化 , 春旱会引起土壤内相对湿度和墒情 较 低 , 影响春耕播种以及冬小 麦返青 , 夏旱直接影响玉米 、 水稻等秋收作物的生长关键期 , 因此一定规模的干旱将严重影响当地农业生产 。 说明除冬季外 , 未来一段时间内 贵州 从整个研究时域上看 , 年、 季尺度 S P E I 时间序列的 H u r s t 均大于 0. 5, 省干旱有加重态势 。
表 3 1 季尺度 S 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省年 、 P E I 趋势系数  
年份 年度 春季 夏季 秋季 冬季 9 6 0—1 9 6 9 1   7 7 7 1.   1 4 9 -0. 3 9 8 2.
** -1 ( ) 1 0 a

1 9 7 0—1 9 7 9   0. 9 2 0 -0. 4 5 8 1. 3 5 9 0. 4 7 1 -0. 7 3 8

1 9 8 0—1 9 8 9   -1. 2 0 8* -1. 3 2 8 -0. 2 1 6   -0. 0 2 7   -1. 3 0 9

1 9 9 0—1 9 9 9   1. 4 4 7 -0. 6 4 0 1. 9 9 7 0. 0 7 1   -1. 6 5 5

2 0 0 0—2 0 1 3   -0. 8 8 8 -0. 7 6 9 -0. 7 8 3 0. 5 6 8 -0. 1 1 6  

1 9 6 0—2 0 1 3   -0. 0 5 3   -0. 1 2 1   -0. 0 4 9   -0. 1 8 0   0. 1 1 3  

H u r s t 9 6 0—2 0 1 3 1
0. 6 1 0 0. 7 8 3 0. 5 9 2 0. 7 4 0 5 0. 6 7

0 3 1 0.   5 9 1 -0.

下同 。 5% 、 9 9% 的置信度检验 , ** 分别表示通过了 9   注  * 、

2. 3  年尺度干旱特征 3. 1  干旱的时间变化特征 2. 为形象 、 直观地描述年度干旱的时间变化特征 , 将贵州省 1 9 6 0—2 0 1 3 年干旱站次比和强度绘于图 5。 贵州省年度干旱发生范围在波动中呈不断扩大趋势 ; 干旱站次 比 在 9 6 0—2 0 1 3年, 1    从干旱站次比来看 , 年际差异较大 , 最高值出现在2 平均为 3 共有 7a 干旱站 次 比 为 0. 0% ~9 4. 7% 之间变化 , 2. 2% , 0% , 0 1 1 0. 年, 为9 共有 9a 发生局域性干旱 ; 4. 7% 。 研究时域内 , 2 0 世纪 7 0 年代和 2 1 世 纪初分别有 2a 发 生 部 分 区 域性干旱 ; 区域性干旱多发生在 2 有 8a 出 现 区 域 性 干 旱 ; 研究区共有1 0 世纪 8 0、 9 0 年代和 2 1 世 纪 初, 6a , 发生全域性干旱 ( 其中进入2 一半以上的站点发 生 干 旱 ) 大 范 围 干 旱 发 生 事 件 频 繁 发 生, 1 世 纪 后, 0 0 0— 2 是1 的 1. 说明近1 贵州省干旱影响范 2 0 1 3 年平均干旱站次比 ( 2. 9% ) 9 6 0—1 9 9 9年( 2 8. 4% ) 5 倍, 0 年 来, 4 。 围呈扩大化趋势 7 4

图 5 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省年度干旱站次比与干旱强度变化特征

属 轻 度 干 旱, 平 均 值 为 0. 整体 9 6 0—2 0 1 3 年干旱强度在 0~1. 7 4之 间 变 化, 8 9, 1    从干旱发生强度来看 , ( 发生重旱 。 干旱站次比和 上干旱强度有加重趋势 。 其中 , 2a 发生轻旱 , 3a 发生中旱 , 2 0 1 1、 2 0 1 3 年) 2 2 2a 强度的多年变化曲线总体上保 持 一 致 , 即 二 者 正 相 关。如 2 0 0 9—2 0 1 0年 西 南 大 旱、 0 1 1和2 0 1 3年贵州夏 2 季干旱 , 其发生范围皆为全域性干旱 , 干旱程度也均为中旱以上 。 综上 , 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省年度干旱 以全 1 ) ) ) 。 ( ( , ( 域性干旱 2 9. 6 3% 和局域性干旱 2 0. 3 7% 为主 强度主要表现为轻度 4 0. 7 4% 和中度干旱 ( 2. 4 9% ) 4 2. 3. 2  干旱的空间分布特征 为直观形象地展示 年 度 干 旱 频 率 空 间 分 布 , 基于研究区 1 9 个地面 气 象 站 点 的 S P E I 计算各 站点年度 干 旱 发 生 频 率 , 绘制1 9 6 0—2 0 1 3年贵 , 同时采用自然间断 州省干旱频率 分 布 图 ( 图 6) 点分级方法将干旱频率 从 高 到 低 分 为 最 易 旱 区 、 易旱区 、 一般旱区以及轻旱区 。 由图 6 可 知 , 空 间 上, 9 6 0—2 0 1 3年贵州省 1 年度干旱整体由西南向 东 北 递 减 , 干旱发生频率 在2 平 均 为3 8. 3 7% ~3 8. 6 4% 之 间 , 3. 4 0% 。 干 旱发生频率地区差异较 为 明 显 , 最易旱区集中在 黔西北 、 黔西 南 地 区 , 包 括 威 宁、 盘 县、 兴义以及 望谟一带 , 干旱频率在 3 毕节市中部 、 安 7% 以上 ;
图 6 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省年度干旱频率空间分布

, 处于易旱区 ; 顺市东北部以及黔南州西南部地区干旱发生频率也相对较高 ( 轻旱区处于黔北地 3% ~3 7% ) 3 区, 涉及到遵义市以及铜仁市的思南一带 , 发生频率在 3 0% 以下 。 4  季尺度干旱特征 2. 4. 1  干旱时间变化特征 2. 为直观形象地描述季节干旱的时间变化特征 , 将贵州省 1 9 6 0—2 0 1 3 年季节干旱站次比和强度变化曲线 分别绘于图 7 和图 8。 在 0% ~9 平均为 图8 可 知, 春 旱 。1 9 6 0—2 0 1 3 年 春 旱 站 次 比 呈 增 加 趋 势, 5% 之 间 波 动 , 1)    由图 7、 , 其变化趋势率为 2. 春旱站次比最大值出现在 1 1. 9% , 5%/ 1 0 a 9 9 1 年。有 1 4a 发 生 全 域 性 春 旱 , 3 6a 发 生 区域性干旱 ; 这与贵州省近几年实际春旱发生 0 0 1、 2 0 0 6—2 0 0 7、 2 0 1 0—2 0 1 1 年发生全域 性 或 区 域 性 春 旱 , 2 其余年份无明显干旱发生 。 年份相吻合 , 0a发生局域性干旱 , 6a发生局部区域性干旱 , 2 整体呈加重趋势 。 有 2 春季干旱强度在 0~1. 平均为 0. 7 7 之间 , 8 9, 5a发生轻旱 , 4a发生中度及以上 2 干旱 , 其中1 9 6 3、 2 0 1 1 年 发 生 了 重 旱 。1 9 6 0—2 0 1 3年春季发生局域性干旱和全域性干旱的比例分别为 。 干旱强度表现为轻度 ( 和中度 ( 7. 0 4% 和 2 5. 9 3% , 6. 3 0% ) 0. 7 4% ) 3 4 4 ) 夏旱站 夏旱 。1 在 0% ~1 平均为3 9 6 0—2 0 1 3 年夏旱站次比呈 缓 慢 增 加 趋 势 , 0 0% 之 间 变 化 , 2. 1% , 2 所有站点均发生了干旱 。 有 1 次比最大值出现在 1 其中 5a 是 发生在 2 9 7 2年, 4a发生了全域性夏旱 , 0 0 5— 2 0 1 3 年期间 , 8a发生局域性夏旱 。 5、 6a 分别发生区域性和局部区域性夏旱 , 1 7 5

图 7 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省不同季节干旱站次比的历年变化

图 8 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省不同季节干旱强度历年变化

平均为 0. 0 9, 8 4。 其中 1 9 7 2、 1 9 8 1、 2 0 1 1、 2 0 1 3 年发生重度夏旱 , 1 5a 发    夏季干旱强度波动范围为 0~2. 生中旱 , 与春旱类似 , 8a发生轻旱 。 总体上夏季干旱强度变化不明显 ; 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省以全域性 干旱 2 1 、 。 ( 为主 , 和中度 ( 局域性干旱 ( 干旱强度主要为轻度 ( 5. 9 3% ) 3. 3 3% ) 1. 8 5% ) 7. 7 8% ) 2 3 5 2 , ) 在 季 节 中 增 长 最 快, 秋旱 。1 增 长 速 率 为 3. 其 9 6 0—2 0 1 3 年秋旱站次比呈较明显增加 趋 势 , 8%/ 1 0 a   3 这在 2 值在 0. 平均为 3 为9 0% ~9 4. 7% 之间波动 , 2. 6% , 2 0 0 9 年秋旱站次比最大 , 4. 7% , 0 0 9—2 0 1 0 年西南 五省夏秋冬春连旱中得到验证 。 有 1 多集中在 2 尤 5a发生了全域性秋旱 , 0 世纪 6 0 年代以及 9 0 年 代以后 , 以2 1 世纪初发生了 6 次全域性秋旱最为突出 , 9 7 8 年和 1 9 8 9 年发生局部区域 性干 8a发生了区域性秋旱 , 1 旱, 6a发生局域性干旱 。 1 7 6

平均为 0. 有2 9 6 0—2 0 1 3 年秋旱强度在 0~1. 8 3 间波动 , 8 1。2 0 0 9 年为重度秋旱 , 0a的干旱强度大于   1 为中旱 , 有1 其余2 研究时域内秋旱强度呈逐渐上升趋 1a未发生明显强度 的 干 旱 , 2a 为 轻 旱 。 总 体 上 , 1, 和全域性干旱( 为 主, 势 。 综上 , 干旱强度体现为 9 6 0—2 0 1 3 年秋旱主要以局域 性 干 旱 ( 9. 6 3% ) 7. 7 8% ) 1 2 2 和中度 ( 特征 。 轻度 ( 0. 7 4% ) 7. 0 4% ) 3 4 ) 年 际 间 波 动 幅 度 较 大, 最 冬旱 。1 平均为3 9 6 0—2 0 1 3 年冬旱发生站次 比 在 0% ~1 0 0% 之 间 , 3. 9% , 4 有1 大值出现在 2 站次比达到 1 有1 8a 的 冬 季 没 有 观 测 到 明 显 干 旱 发 生 , 0 0 9年, 0 0% , 6a 发 生 了 全 域 性 干 旱, 贵州省冬旱有所缓解 。 4、 7a分别发生了区域性和部分区域性干旱 , 9a发生了局域性干旱 。 总体上 , 冬旱强度在 0~1. 整体呈缓慢下降趋势 , 6 6 之间波动变化 , 6a 发生中度及以上干旱 , 4a 发 生 了 轻 度 1 2 为 主, 和中 干旱 。 综上 , 强度主要表现为轻度( 9 6 0—2 0 1 3 年研究区冬旱以 全 域 性 干 旱 ( 9. 6 3% ) 4. 4 4% ) 1 2 4 。 度( 5. 9 3% ) 2 4. 2  干旱空间分布特征 2. —2 。 为形象直观地展示季节干旱频率空间分布 , 将1 9 6 0 0 1 3 年贵州省季节干旱频率变化分布绘制于图 9

图 9 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省各季节干旱频率空间分布

) 春旱 。1 平均为 3 9 6 0—2 0 1 3 年研究区春旱发生频率在 2 6. 9 2% ~3 8. 4 6% 之间 , 2. 0 7% 。 1    由图 9 可知 , 其中黔西北的威宁 、 毕节一带干旱发生频率最高 , 其频率均在 3 为最易旱区 ; 黔西南州西部的兴义 、 7% 以上 , 毕节市西部的黔西 、 六盘水市以及遵义市 西 北 部 的 习 水 、 桐 梓 一 带 处 于 干 旱 易 发 区, 发生频率在3 1. 7 2% ~ 而黔东北的铜仁市 和 黔 东 南 州 春 旱 发 生 频 率 较 低 , 仅在2 为 轻 旱 区。 3 4. 8 4% 之间 ; 6. 9 2% ~2 9. 3 1% 之 间 , 总体上 , 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省春旱发生频率呈西高东低的分布态势 。 1 ) 最易旱区分布在遵义市 夏旱 。 贵州省夏旱发生频率在 3 平均为 3 0. 5 7% ~4 4. 5 9% 之间变化 , 8. 6 6% , 2 ; 、 、 , 中东部 黔南州北部以及铜仁市 黔东南州的大面积土地 频率约为 4 贵阳市中部以及 黔南 4% 遵义市西部 、 州大部为易旱区 , 发生频率在 3 而轻旱区主要位于黔西北的威宁和黔西南的盘 县 、 兴 7. 1 8% ~4 1. 5 1% 之间 , 义、 望谟一带 , 干旱频率在 3 夏季是贵州省干旱的多发季节且影响范围广 、 频率高 。 3% 以下 。 可见 , ) 秋旱 。 研究区秋旱发生频率在 3 介于 2 其中最易旱区位于黔东南州 2% 左右 , 5. 0 3% ~3 6. 8 1% 之 间 , 3 以及贵州省东南部边缘河谷地 区 的 罗 甸 、 独 山 一 带, 干旱频率在3 轻旱区分布在黔西的高海拔地 5% 以 上 ; 区, 最小值出现在盘县 , 干旱发生频率为 2 5. 0 3% 。 ) 冬旱 。 与春旱类似 , 冬旱发生频率大体呈西南向东北递减趋势 , 但干 旱 发 生 频 率 在 季 节 中 最 低 , 干旱 4 7 7

频率在 2 平均为 2 为冬旱 0. 7 6% ~2 8. 9 5% 之间 , 4. 7 0% 。 黔西北和黔西南地区的干旱频率在 2 6. 0 0% 以 上 , 最易发区 ; 低发区位于铜仁市 、 遵义市大部以及黔东南州的三穗一带 , 干旱发生频率较低 , 仅为 2 1. 1 5% 。 2. 5  秋收作物生长季干旱特征 5. 1  秋收作物生长季内 S P E I 年际变化 2. ( ) 是贵州省 1 图1 可以看出S S 6 的年际变 化 趋 势, S 6呈缓慢下降趋 0 a 9 6 0~2 0 1 3年S e P E I e P E I - - p- p- / , 干旱趋势增强但不明显 ; 从 3a滑动平均来看 , 在研究时域内秋收作物生长季 势, 趋势倾向率为 -0. 0 4 1 0 a 干 旱情况在2 0 世纪7 0 年代初 、 0 年代以及2 1 世纪初的近1 0 年中有加重的趋势 。 为了更准确把握近5 4年 8 ) 图1 来, 秋收作物生长季内的干旱变化规律 , 和 MK 突变检验 ( 对S 图 S 6 进行小波周期分析 ( e P E I 0( b) - p- ) ; 、 ( ) ) , 并以2 结果发现 , 第2、 S S 6 存在明显的周期变化 , 0( c e P E I 2a 为第1 周期 , 2a d 1 3 周期分别为5、 1 - p- 在α=0. 即秋收作物生长季干旱情况在1 0 5 的检验区间内 , 9 9 1 年和2 0 0 1年, 9 9 1 年和 2 条统计曲线相交于1 — — 、 — 。 , 年发生突变现象 年 年 根据突 变 结 果 将 研 究 时 域 分 为 和 0 0 1 9 6 0 1 9 9 0 0 0 1 2 0 1 3年3 1 9 9 1 2 0 0 0 2 1 2 ( ) ) , 个时段进行趋势性分析 ( 可以看出 , 图1 在1 但变化 不 S S 6 有缓慢的上升趋势 , 0 d 9 6 0—1 9 9 0年, e P E I - p- 说明干旱有所缓解 , 明显 ; 在1 而在 2 S S 6 呈明显增加趋势 , S S 9 9 1—2 0 0 0年, e P E I 0 0 1—2 0 1 3年, e P E I - - p- p- 表明干旱逐步加重 。 总之 , 在整个分析时段内 , 秋收作物生长季干旱情况变化不 大 , 6 出现明显下降的现象 , 但是在进入 2 干旱情况明显加重 。 1 世纪的 1 0 年中 ,

图1 周期分析及突变检验 0 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省秋收作物生长季干旱的年际变化 、

2. 5. 2  干旱时间变化特征 为形象直观地描述秋收作物生长季干旱的时间变化特征 , 将1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省秋收作物生长季干旱 站次比和强度绘于图 1 1。

图1 1 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省秋收作物生长季干旱站次比与干旱强度变化特征

8 7

。 趋 势 倾 向 率 为 2. 秋收作物生长季干旱站次比 总 体 呈 增 加 趋 势 , 平均为3 1 可知 , 2. 2% , 2%/ 1 0 a    由图 1 年际间变化较大 , 但也有 2 有1 有1 2a 未发生明显干旱 , 5a发生局域性干旱 , 2a发生区域性或全域性干旱 , / 最为突出 。 其中 1 尤以 2 9 6 3、 1 9 8 1、 2 0 0 9、 2 0 1 1 年有 4 0 1 1 年干旱站次比 ( 0 0% ) 5 以上的站点发生了干旱 , 1 整体有波动加重趋势 。1 平均为 0. 9 7 之间波动变化 , 8 8, 9 6 3、 2 0 1 1和    秋收作物生长季干旱强度在 0~1. 有1 近5 贵州省秋收作物生长季干旱以局 2 0 1 3 年发生了重旱 , 9a发生了中旱 , 5a发生轻旱 。 综上 , 4 年来 , 2 和全域性干旱 ( 为主 , 和中度 ( 干旱 。 强度表现为轻度 ( 域性干旱 ( 7 . 7 8 %) 4 . 0 7 %) 9 . 3 0 %) 5 . 1 9 %) 2 4 3 2 5. 3  干旱空间分布特征 2. 为形象直观地展示秋收作物生长季干旱频率空间分布 , 将1 9 6 0—2 0 1 3 年秋收作物生长季干旱频率空间 分布图绘于图 1 2。 研究区秋收作物生长季干 2 可 知,    由图 1 旱发生 频 率 在 2 平均 5. 7 8% ~3 7. 0 4% 之 间 , 在 贵 州 省 东 部 的 铜 仁 市、 约为 3 黔东 1. 7 7% , 南 州 地 区 以 及 黔 西 的 威 宁 一 带, 干旱频率在 干 旱 频 率 相 对 较 高, 为干旱最易发 4% 以 上 , 3 区; 从 北 部 地 区, 西 经 毕 节, 向 中 部 连 接 贵 阳、 安顺大面积土 地 并 延 伸 至 南 部 地 区 干 旱 发 生 频率相对较 低 , 为 干 旱 低 发 区, 平均干旱发生 频率在 2 7. 0 0% 左右 。 总体上 , 9 6 0—2 0 1 3年 1 贵州省秋收作 物 生 长 季 干 旱 频 率 空 间 分 布 呈 哑铃状分布 , 即 东、 西部地区干旱发生频率较
图1 2  秋收作物生长季干旱频率空间分布

高, 但中部偏西地区干旱发生频率较低 。 相比 于1 9 6 0—1 9 9 0 年, 2 0 0 1—2 0 1 3年干旱频率重

且大致位置在贵阳市境内 。 心坐标向西 、 向南移动约 4 1、 6k m, 2. 6  干旱特征对气候变化的响应 冬季降水有缓慢的上升趋势外 , 从表 4 可以看出 , 其他时段内降水量 均呈 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省除夏季 、 1 下降趋势 , 其中春季和 秋 收 作 物 生 长季内降水量下降趋势通过了 α=0. 年度 、 0 1 的显著性检验 ; 4 个季节 以 及秋收作物生长季的温度均上升趋势 , 这与全球气候变暖的大背景相吻合 , 年度和秋收作物生长季内温度上 升比较显著 , 通过了α=0. 相对湿度和日照时数在年度 、 0 1 的显著性检验 ; 4 个季节以及秋收作物生长季都 表现为下降趋势 , 其中相对湿度在年度 、 秋季和秋收作物生长季内呈显著下降趋势 , 日照时数在年度 、 夏季和 秋收作物生长季内下降趋势比较显著 , 且均通过了α=0. 年度 、 春季和冬季的风速降 低 , 春 0 1 的显著性检验 ; 季风速下降比较显著 , 通过了α=0. 夏季 、 秋季以及秋收作物生长季内的风速呈上升趋势 , 0 1 的显著性检验 , 其中夏季风速上升趋势通过了α=0. 0 1 的显著性检验 。
表 4 1 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省干旱对气候变化的响应
指    标 年度 春季 气候要素的年际 -1 ) ( 变化趋势/ 0 a 1 夏季 秋季 冬季 生长季 年度 春季 降水量/ mm 1. 7 2 5* -2 1. 8 4 7 -1
**

温度/℃ 1 1 1* * 0. 0. 0 3 6 0. 0 7 9* 1 6 2 0.


相对湿度/% 4 8 5* * -0. -0. 5 0 8


日照时数/ h 2. 4 8 3* * -4 0. 8 0 1 -1


-1) ( 风速/ m·s

-0. 0 0 5 0 4 0* * -0. 0 3 0* * 0. 0. 0 0 6 -0. 0 1 4 0. 0 0 8 2 9 2* -0. 3 3 1* -0. 3 2 8* -0. -0. 2 1 2 3 1 0* -0. 3 5 1* -0.

2 3 7 1.   1. 8 3 2 -1


4 6 4* -0. 6 7 5 -0.
**

2. 0 1 1* * -2 -3. 5 5 1   -6. 6 7 8 0. 3 4 2* * -3 4 0 5 -0.
**

6 9 2 0.   7. 5 7 9* * -1 8 6 7 0.
**

0. 1 3 5 0 8 0* * 0. 4 2 8 -0.
**

-0. 3 0 6 6 1 2* * -0. 6 1 9 0.
**

8 7 7* * 0. 9 5 5 0.
**

3 2 9* -0. 5 0 9 -0.
**

6 3 3* * 0. 7 8 2 0.
**

3 8 4* * -0. 7 1 2 -0.
**

S P E I 与气候要素的 相关系数

夏季 秋季 冬季 生长季

8 7 9* * 0. 8 6 2* * 0. 8 9 0* * 0.

-0. 2 5 9   3 8 1* * -0. 5 2 5* * -0.

0. 6 6 2* * 6 8 8* * 0. 7 0 9* * 0.

4 4 7* * -0. 7 3 9* * -0. 5 5 5* * -0.

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相对 湿 度 及 日 照 时 数 与 相 应 时 段 内 的 S P E I 时 间 序 列 相 关 性 较 好。 降 水 量 和 相 对 湿 度 与    降水量 、 相关性均通过了α=0. 其中 , 降 水 量 与 年 度、 S P E I 正相关 , 0 1 的显著性检验 ; 4个季节以及秋收作物生长季 夏季和秋收作物生长季 S 都在 0. 尤以夏季最高 , 达 0. 内S P E I 的相关系数最高 , 5 5; P E I 与相对 湿 8 以上 , 9 即随着降水量和相 对 湿 度 的 减 少 , 干旱越容 度的相关系数较高 , 分别达到了 0. S 8 2、 0. 7 0 9; P E I 相 应 降 低, 7 易发生 。 日照时数与 S 通过了α=0. 即随着日照时数的减少 , 干 S P E I 负相关 , 0 1 的显著性检验 , P E I 变大 , 春季最小 , 为 0. 温度与 S 旱越不易发生 ; 其中冬季的相关系数绝对值最大 , 达 0. 3 9, 8 4。 此外 , P E I 也存在 3 7 一定的相关性 , 年度 、 夏季 、 冬季和秋收作物生长季的相关系数都通过了α=0. 表现为显 著 0 1 的显著性检验 , 负相关性 , 即随着温度的升高 , 干旱越容易发生 。 相比而言 , 风速对贵州省干旱影响效果不大 。 S P E I 降低 , 综上 , 受全球气候变暖的影响 , 贵州省平均温度呈上升趋势 , 而相对湿度和日照时数则表现为下降趋势 , 年度 、 春季 、 秋季以及秋收作物生长季内的降水量有减少趋势 ; 降水量 、 相对湿度和日照时数是影响贵州省年 度、 其次在年度 、 夏季 、 冬季以及秋收作物生长季 4 个季节以及秋收作物生长季内干旱情况的主要气象要素 , 内温度与 S P E I 显著负相关 。

3  结   论
) 1 S P E I 干旱指数适用于研究贵州省干旱分析 。 ) 时间上 , 年度 、 春季 、 夏季 、 秋季以及秋收作物生长季的 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省除冬旱程度有所缓解外 , 2 1 干旱情况均存在不同程度加重 , 干旱站次比范围扩大 , 以局域性干旱和区域性干旱为主 , 干旱强度增强 , 以轻 说明在未来的一段时间内 , 度和中度干旱为主 ; 干旱情况将持续加重 ; 秋收作 物 S P E I 序列具有长期记忆性 , 生长季干旱在 1 并具有 2 其中 2 9 9 1 年和 2 0 0 1 年发生突变 , 2、 5、 1 2a 的周期变化 , 2a 为 第 一 主 周 期 , 0 0 1— 2 秋收作物生长季干旱明显加重 。 2 0 1 3年, ) 空间上 , 年度 、 春季和冬季的干旱易发区位于黔西北和 9 6 0—2 0 1 3 年贵州省干旱具有显著区域特征 , 3 1 黔西南地区 , 总体呈西高东低的分布态势 ; 而夏季和冬季的干旱易发区位于黔东 南 和 黔 东 北 地 区 , 整体为东 高西低的分布特征 ; 秋收作物生长季干旱易发区集中在黔东和黔西北的威宁一带 , 近1 干旱易发区有 0 年来 , 从东部向西部转移的趋势 。 因此 , 今后贵州省西部地区将成为干旱防御的重点区域 ; 从季节干旱发生频率大 小来看 , 春季和夏季是贵州省干旱的易发时段 。 ) 相对湿度以及日照时数显著相关 , 即影响贵州省干旱的主要气象要素是降水量 、 相 S P E I 与降水量 、 4 对湿度以及日照时数 。
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S a t i a l a n d T e m o r a l D i s t r i b u t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f D r o u h t a n d I t s                 p p g R e i o n a l R e s o n s e t o C l i m a t e C h a n e i n G u i z h o u P r o v i n c e               g p g
1 1 1 1 , ,HU CHE XU L N X u e k a i J i a n x i n E I H o n u n J u a n i n    ,       g j p g, 1 1 2 2 , , S YANG Z HANG Z e z h o n X i n HANG C h o n u J i n         g ,HUANG g j g

( , , , ; 1 . S c h o o l o f W a t e r C o n s e r v a n c N o r t h C h i n a U n i v e r s i t o f W a t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r Z h e n z h o u 4 5 0 0 4 5 C h i n a                       y y g   , ) 2. W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h I n s t i t u t e o f G u i z h o u P r o v i n c e G u i a n 5 5 0 0 0 2, C h i n a             y g  

: , A b s t r a c t D a i l m e t e o r o l o i c a l d a t a c o l l e c t e d f r o m 1 9s t a t i o n s w i t h i n G u i z h o u r o v i n c e o v e r 1 9 6 0—2 0 1 3,                 y g p   , e S i w e r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e s t a n d a r d r e c i i t a t i o n v a o r a t i o n i n d e x( P E I) n a n n u a l s e a s o n a l a n d s i x - -                     p p p m o n t h t i m e s c a l e s . T h e s a t i a l a n d t e m o r a l d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f d r o u h t a n d r e i o n a l r e s o n s e                         p p g g p l o b a l t o c l i m a t e c h a n e i n G u i z h o u r o v i n c e i n r e c e n t 5 4y e a r s( f r o m 1 9 6 0t o 2 0 1 3)w e r e a n a l z e d u n d e r                           g g p y : c l i m a t e c h a n e . R e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e d r o u h t s t a t i o n s r o o r t i o n s a n d d r o u h t i n t e n s i t i e s a t t h e a n -                         g g p p g , , n u a l s r i n s u mm e r a n d a u t u m n s c a l e s e x h i b i t e d u w a r d t r e n d o v e r t h e a s t 5 4y e a r s w i t h a b e t t e r c o n t i -                             p g p p ; n u i t i n t h e f u t u r e T h e d r o u h t s t a t i o n s r o o r t i o n s a e a r e d a s t h e f e a t u r e s o f t h e l o c a l a n d a l l r e i o n a l                               y g p p p p g   , d r o u h t a n d t h e d r o u h t i n t e n s i t s h o w e d a m o d e r a t e l e v e l a t s e a s o n a l a n d a n n u a l s c a l e s .D r o u h t o c -                         g g y g   c u r r e d i n h i h f r e u e n c a t s t a e o f s r i n a n d s u mm e r . S r i n d r o u h t h a e n e d f r e u e n t l i n n o r t h w e s t                     g q y g p g p g g p p q y         , , a r t s . o f G u i z h o ui n c o n t r a s t w h i l e s u mm e r d r o u h t h a e n e d f r e u e n t l i n t h e n o r t h e a s t a n d s o u t h e a s t                       p g p p q y   , , D u r i n t h e c r o r o w t h s t a e t h e r e i o n h a d a d r o u h t t r e n d e s e c i a l l a s e r i o u s d r o u h t t e n d e n c a f t e r                     g p g g g g p y g y         , r 2 0 0 1. S a t i a l l h e h i h f r e u e n c o f c r o o w i n s e a s o n s d r o u h t r e i o n t e n d e d t o m o v e t o t h e w e s t . -                       g p yt g q y p g g g     P r e c i i t a t i o n, r e l a t i v e h u m i d i t a n d t h e a c c u m u l a t i v e s u n s h i n e w e r e t h e m a i n f a c t o r s a f f e c t i n t h e m e t e o r o -                     p y g     l r o v i n c e . o i c a l d r o u h t i n G u i z h o u         p g g : ; ; S w o r d s d r o u h t t e m o r a l a n d s a t i a l d i s t r i b u t i o n r o v i n c e K e P E Ii n d e x; G u i z h o u     g p    p p y   责任编辑 : 刘春成

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