黔東南干旱的時空特征分析及其氣候區劃

楊 帆，陳 波，余代輝，張 超

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000；2.貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

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黔東南干旱的時空特征分析及其氣候區劃

楊 帆1，陳 波2，余代輝1，張 超1

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000；2.貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

利用黔東南1981—2012年16個縣市的干旱受災數據，通過主成分分析和旋轉主成分分析方法對黔東南農業氣象干旱進行分析。結果表明：黔東南農業氣象干旱在空間上表現為較高的整體一致性，州中西部與其余地區，州南部與州北部具有反向變化的特征。32 a來，黔東南干旱總體呈加重趨勢，其中2010—2011年發生了極端干旱事件，中西部與其余地區因干旱導致的受災強度反向變化特征呈微弱下降的趨勢，而南北反位相變化特征越發突出。黔東南農業氣候干旱可以劃分為3個明顯的相關區域，分別為黔東南西北部、東北部以及中南部，州東北部及中南部總體而言干旱呈加重的趨勢，而州西北部干旱呈緩解趨勢，其中干旱年際變率最大的是中南部。

干旱；主成分分析；旋轉主成分分析；氣候區劃

1 引言

在貴州，氣象災害給農業生產造成的損失占各種自然災害的80%以上[1]。20世紀，谷曉平等[2]在對農業氣象災害風險研究時就已提出干旱是貴州省影響最大、波及面積最廣的氣象災害，隨后，蘇躍等[3-4]通過分析1950—2003年貴州災害資料，也進一步證明了這一點。黔東南苗族侗族自治州(以下簡稱黔東南)位于貴州省東南部，地處云貴高原向湘桂丘陵盆地的過渡地帶，地勢西高東低，山地、丘陵相間，使得境內干旱具有錯綜復雜的特點。目前已有學者從氣象干旱的角度出發研究黔東南干旱，如顧欣等[5-6]統計1961—2009年黔東南四季最大連續無雨日數，用各季節極端干期日數來討論黔東南干旱，結果表明黔東南各季節極端干期日數最多出現在秋季，并且時空分布存在差異大，在大尺度天氣系統控制下，各季節極端干期日數事件的步調基本一致，而中東部發生異常的頻次較高。本文利用黔東南州民政局提供的數據，主要從干旱導致的實際受災面積出發，分析研究黔東南干旱的時空分布特征，并進行干旱氣候區劃，以期為后期確定區域化的干旱監測指數提供一定的參考。

2 資料與方法

利用黔東南州民政局提供的1981—2012年境內16個縣市的干旱災情數據，計算各縣市的逐年干旱受災率序列，計算方法為：干旱受災率=(干旱受災面積/播種面積)×100%，其中受災面積是指因自然災害破壞力而遭受損失的農作物播種面積。對標準化的干旱受災率進行主成分(EOF)和旋轉主成分(REOF)[7]分析，并用North等[8]提出的計算特征值誤差范圍的方法進行顯著性檢驗，分析黔東南農業干旱的時空分布特征，進一步得出合理的干旱氣候區劃。

3 黔東南干旱的時空分布特征

3.1 黔東南干旱空間分布

對黔東南干旱受災率用主成分(EOF)分析，各主成分的個別方差貢獻率以及相應的累積方差如表1所示。從結果看出，收斂比較快，其中第 1主成分所占的方差比例最大為73.93%，主成分的方差所占比例依次遞減，從第7主成分開始，方差貢獻率<2%。為保證EOF分解的可靠性，進一步用North等提出的方法進行顯著性檢驗，結果為前3個EOF特征向量滿足要求，表明這3個共同解釋了84.31%總方差的主成分已經能夠較好地表征黔東南干旱受災率的空間分布特征。

圖1為黔東南年尺度的干旱受災率進行EOF 分解后的前3個載荷向量的空間分布圖。第一載荷向量場上(圖1a)，整個黔東南區域為一致的正值分布，這表明實際的干旱從空間異常上來講，具有很好的一致性，說明黔東南干旱一般受天氣尺度的系統影響，表現為一致的干旱或濕潤，這是黔東南旱澇異常的第一氣候特征。進一步可以看出，載荷向量最大值為州中南部的劍河與黎平為0.28，這2個縣即是黔東南旱澇異常最敏感的區域，其次為榕江0.27。

第2載荷向量場(圖1b) 表現為黔東南中西部明顯與其余地區反向變化的特征，具體來說，麻江、丹寨、雷山、凱里、黃平為正值區，最大值為麻江0.79，劍河、黎平為0，其余縣為負值，最小負值為從江-0.18。主要原因是受滇黔靜止鋒影響，由于黔東南西高東低地形，當受東北路徑冷空氣影響時，冷空氣在西進的過程中，白天受山脈阻擋，常使得鋒后降水比鋒前明顯，而夜間冷空氣勢力強盛，靜止活躍鋒生并向西移動，雨區才會向西擴展。此載荷向量的方差貢獻率為6.18%。

第3載荷向量場(圖1c)基本表現為南北反位相的特征，北部麻江、黃平、鎮遠、岑鞏、三穗、天柱、臺江為負值，其余為正值。這可能與冷空氣分別以東北路徑和西部路徑同時夾擊影響有關。此載荷向量的方差貢獻率為4.20%。

圖1 黔東南年尺度的干旱受災率進行EOF 分解后的第1(a)、 第2(b)、 第3(c)載荷向量場

3.2 黔東南干旱時間變化特征

為了解黔東南干旱的時間變化特征，對黔東南干旱受災率的前3個載荷向量場對應的時間系數曲線進行線性趨勢及六階擬合分析，如圖2所示。

第1時間系數(圖 2a)線性趨勢總體呈上升趨勢，傾向率為0.4/10 a，結合圖 1a分析，表明 1981—2012年黔東南干旱整體來講，呈加重趨勢。由時間系數的六階擬合曲線反映出，20世紀80年代直至20世紀末，第1時間系數在波動中緩慢下降，而后開始明顯上升。從系數序列曲線看出，2011年為時間系數序列的正極值年，2010年為次正極值年，結合圖1a反映出2010—2011連續2 a全州出現了極端干旱事件。

圖2 黔東南干旱受災率的第1(a)、第2(b)、第3(c)載荷向量場對應的時間系數、線性趨勢及六階擬合曲線

第2時間系數(圖 2b)線性趨勢呈微弱的下降趨勢，傾向率僅為-0.08/10 a，說明黔東南中西部與其余地區因干旱導致的受災強度呈反向變化的特征呈微弱下降的趨勢。由六階擬合曲線反映出，時間系數在20世紀80—90年代中期呈緩慢上升的趨勢，接著直至2005年明顯下降，近幾年又明顯上升。在這一系數序列中，1998是最大正值年，2003為負極值年。

第3時間系數(圖 2c)線性趨勢總體呈上升趨勢，傾向率為0.36/10 a。結合圖1c可知，黔東南旱澇異常南北反位相變化的特征呈上升的趨勢。由六階擬合曲線呈多波動型的特點， 2011年為正極值年，1989年為負極值年。

4 黔東南干旱氣候區劃及各干旱區年際變化特點

4.1 黔東南干旱氣候區劃

3.1討論的是黔東南干旱總體空間異常結構，可以看出黔東南農業氣象干旱在空間上表現為較高的整體一致性，但州中西部與其余地區，州南部與州北部具有反向變化的特征。為進一步突出境內各地域的干旱氣候變化特征，在主成分分析的基礎上對前3個主成分及對應的載荷向量進行旋轉，旋轉后的結果如圖3所示。

圖3 黔東南年尺度的干旱受災率在EOF基礎上取前3向量進行REOF 旋轉后的第1(a)、第2(b)、第3(c)載荷向量

取旋轉后載荷向量元素值絕對值>0.30(通過α0.01的顯著性檢驗)的區域來劃分主要干旱的地域相關區域，由此3個旋轉載荷向量場來確定黔東南干旱的3個主要空間異常相關區域如下圖4所示。

圖4 黔東南干旱相關區域圖

Ⅰ區：州東北部，中心在三穗，中心旋轉載荷向量值為0.78(圖3a)，包括錦屏、天柱、三穗、鎮遠、岑鞏。前面已經討論過，黔東南地形總體而言西高東底，當冷空氣從東北路徑影響黔東南時，會受地形阻擋使得冷空氣西進受阻，進而使得鋒后即州東北部降水較鋒前明顯，使得Ⅰ區干旱特征有別于另兩個區域，這與引言部分提到的顧欣[5]等的結論比較接近。

Ⅱ區：州西北部，中心為麻江，中心旋轉載荷向量值為正的0.96(圖3b)，包括臺江、凱里、麻江、黃平、施秉。當西風帶低槽自西北向東南移動的過程中，受黔東南中部雷公山阻擋抬升，州西北部屬于西風帶系統的迎風坡，地形抬升作用會加強西風帶系統帶來的降水，而Ⅰ區卻大都屬于西風帶系統的背風坡，故這兩個區域，也就具有了不同的干旱特征。

Ⅲ區：州中南部，中心在雷山，中心旋轉載荷向量值為-0.82(圖3c)，包括從江、榕江、丹寨、黎平、雷山、劍河。前面在討論EOF分解第1載荷向量時已經提到，以劍河、黎平為代表，Ⅲ區是黔東南旱澇異常最敏感的區域，黔東南屬于亞熱帶季風氣候區，也即是說這里是黔東南受季風影響最大的區域。參考文獻[9]，受雷公山阻擋，Ⅲ區是南支系統的迎風坡，同樣地形抬升作用會加劇南支系統系所帶來的降水，使得這里的干旱特征與Ⅰ區、Ⅱ區有較大區別。

4.2 黔東南各干旱區干旱年際變化特點

圖5為4.1中所劃分的3個干旱氣候區的干旱受災率的變化曲線及其對應的線性趨勢和六階擬合線，從中可看出，Ⅰ區、Ⅲ區總體而言干旱呈加重的趨勢，其線性傾向率分別為0.01/10 a與0.029/10 a，而Ⅱ區受旱程度則在緩慢下降，傾向率為-0.001/10 a。從六階擬合線來看變化情況，變率最大的是Ⅲ區，其次是Ⅰ區，Ⅱ區最小。

圖5 1981—2012年黔東南I區(a)、II區(b)、III區(c)干旱受災率的曲線、線性趨勢及六階擬合曲線

5 結論

①黔東南干旱的空間分布具有較高的一致性，其第1主成分方差貢獻占總體方差的73.93%。由于地理位置、地形、冷空氣入侵路徑、天氣系統等的影響引起干旱變化的空間分布差異，主要表現為州中西部明顯與其余地區反向變化以及南北反位相變化的特征，分別占總體方差的6.18%與4.20%。

②1981—2012年黔東南干旱整體呈加重趨勢，其中2010—2011年全州出現了極端干旱事件。黔東南中西部與其余地區因干旱導致的受災強度呈反向變化的特征呈微弱下降的趨勢；旱澇異常南北反位相變化的特征呈趨于明顯的趨勢。

③根據旋轉主分量載荷向量的分布及其間的相關性，大致可將黔東南干旱劃分為3個基本相關的區域，即黔東南東北部、西北部以及中南部。州東北部及中南部總體而言干旱呈加重的趨勢，而州西北部干旱呈緩解趨勢，其中干旱年際變率最大的是中南部。

[1] 許炳南.貴州主要農業自然災害及其防御對策[J].災害學，2000，15(3)：61-66.

[2] 谷曉平，吳俊銘，武文輝.貴州省農業氣象災害風險研究[J].貴州氣象，1997，4(21)：3- 6.

[3] 廖婧琳，蘇躍，馮澤蔚，等.54年來農業自然災害對貴州農業經濟的影響分析[J].安徽農業科學，2008，36(25)：11 114-11 117.

[4] 蘇躍，廖婧琳，馮澤蔚，等.54年來貴州旱災及其對糧食生產的影響[J].貴州農業科學，2008，36(1)：51-53.

[5] 顧欣，楊邵洪，閔新平，等.黔東南地區各季節極端干期的變化特征分析[J].中國農業氣象，2011，32(2)：296-302.

[6] 顧欣，楊邵洪，黃大衛，等.黔東南地區各季節極端干期日數的時空分布特征[J].高原氣象，2012，31(2)：463-469.

[7] 李躍清.相空間EOF方法極其在氣候診斷中的應用[J].高原氣象，2001，20(1)：88-93.

[8]NORTH J R，BELL T，CAHALAN R，et al.Sampling errors in the estimation of empirical orthogonal function[J].Mon Wea Rev，1982，110：699-706.

[9] 顧欣，田楠，潘平珍.黔東南暴雨氣候特征及其地形影響[J].氣象科技，2006，34(4)：441-445.

2015-04-17

楊帆(1986—)，女，助工，主要從事短期天氣預報工作。

新的氣象干旱綜合檢測指標(MCI)在黔東南本地化應用研究(黔氣科合 QN[2014]18號)。

1003-6598(2015)06-0046-04

P466

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