基于CI指數的衡陽縣2013年干旱特點分析

王 巍，陽文亮，甘武陽，郎德林，張 磊

(湖南省衡陽縣氣象局，湖南 衡陽 424000)

基于CI指數的衡陽縣2013年干旱特點分析

王 巍，陽文亮，甘武陽，郎德林，張 磊

(湖南省衡陽縣氣象局，湖南 衡陽 424000)

利用衡陽縣觀測站1960—2013年逐日平均、最高(低)氣溫、降水量等氣象資料，統計出該區域2013年逐日綜合氣象干旱指數(CI指數)、積溫等數據，并對其進行日、月變化分析及歷年對比。結果表明：2013年衡陽縣干旱是在全球變暖背景下出現的極端氣候事件，年內有兩次干旱過程，過程數略偏少，第2次過程持續時間長達149 d，干旱強度為-235.1，僅次于1964年；本次干旱發展及消失過程迅速，中段持續時間長，以中等及以上干旱為主，越嚴重的干旱日，較歷年偏多越顯著；全年達到CI干旱等級日數偏多，共有162 d，7月3日—8月14日，出現了該地區有氣象記錄以來的最長連續高溫日數(43 d)；衡陽縣全年熱量充沛，月積溫以正距平為主，3月積溫偏多最明顯(32.9%)；CI指數干旱等級越高，其對降水敏感性越強。

CI指數；高溫過程；高溫強度；2013干旱

1 前言

2013年7—8月，湖南省衡陽縣出現了歷史罕見的高溫酷熱天氣，35℃以上高溫持續43 d，其中40℃以上高溫3 d。全縣因旱導致早稻欠收、一季稻絕收、晚稻無法栽種，農業直接經濟損失達1.9億元。關于這次高溫干旱成因，專家們從大氣環流形勢、海溫及洋流變化等方面進行了廣泛研究，并達成共識[1-4]：夏季臺風活動異常偏少，副高持續加強西伸，副高西側持續穩定控制我國南方大部分地區，導致該地區持續受異常下沉運動控制，對流活動受到抑制，造成持續高溫事件。

對于干旱發生、發展、結束及持續時間這一過程變化可以用綜合氣象干旱指數CI(Compound Index)進行描述[5]，它是以標準化降水指數、濕潤度指數及近期降水量為基礎設計的，同時考慮了降水和潛在蒸散兩項因子，與單純利用降水量的干旱指標相比更具說服力，指數的物理機制明確，便于深入探討干旱發生的規律。吳哲紅[6]用多種干旱指數分析貴州安順干旱發現，CI指數可體現大部分地區農業干旱的實際情況，謝五三等[7]的研究表明，CI指數在淮河流域具有較好的區域適應性，基于CI指數計算得到的歷年干旱日數與受災面積和成災面積的相關性通過了0.01的顯著性水平檢驗。

大部分學者在使用CI指數時，通常是對年代際以上的長時間序列進行研究，而對單個年份的干旱狀況分析還不多。基于CI指數對農業干旱有較好的指示意義，本文用它對衡陽縣2013年特大干旱進行分析，并與歷年值對比，以期揭示此次特大干旱過程的特點及變化規律。

2 資料與方法

2.1 資料來源及說明

本文利用衡陽縣觀測站1960—2013年逐日氣溫、降水量統計逐日CI指數。CI指數氣候值基于1981—2010年數據統計所得，逐日氣溫、降水量值通過了湖南省氣候中心質量控制。

2.2 計算方法

本文參考《氣象干旱等級》國家標準(GB/T 20481～2006)[8]中CI計算方法，利用近30 d(相當月尺度)和近90 d(相當季尺度)降水量標準化降水指數，以及近30 d相對濕潤度指數綜合得出，計算公式如下：

CI=aZ30+bZ90+cM30

(1)

式中Z30、Z90分別為近30 d和近90 d標準化降水指數SPI；M30為近30 d相對濕潤度指數；a為近30 d標準化降水系數，平均取0.4；b為近90 d標準化降水系數，平均取0.4；c為近30 d相對濕潤度系數，平均取0.8。通過公式(1)，利用前期平均氣溫、降水量可以滾動計算出每天CI值。根據CI值劃分各氣象干旱等級，見表1。

表1 綜合氣象干旱指數(CI)等級

干旱過程是指當綜合氣象干旱指數CI連續10 d為輕旱以上等級，則確定為發生1次干旱過程。干旱過程內每日的CI指數為輕旱以上的干旱等級之和，表示干旱過程強度，其值越小干旱過程越強[9]。一年中如有多次干旱過程，統計時以持續時間最長一次干旱過程的CI值之和作為當年的干旱強度。某時段積溫為期間逐日平均氣溫累計所得，氣候值統計時段是1981—2010年。

3 結果分析

3.1 干旱過程、強度分析

根據《氣象干旱等級》標準，2013年衡陽縣出現2次干旱過程，第1次過程出現在3月9—19日，持續時間短，影響甚微，未造成干旱。第2次過程出現在6月15日—11月10日長達149 d。衡陽縣歷年平均干旱過程為2.3次，年最多有5次，2013年干旱過程數較歷年略偏少。但干旱過程日數較歷年偏多199.4%，是有氣象記錄以來干旱過程次長年份，最長出現在1964年，有161 d。

2013年干旱強度為-235.1，歷年平均為-66.5，偏大253.4%，其干旱強度僅次于1964年(-267.3)。

圖1 衡陽縣1960—2013年干旱過程日數及干旱強度變化曲線

圖1是衡陽縣歷年干旱日數及干旱強度變化曲線，過程日數和干旱強度呈對稱性變化，過程日數越多，強度越強。近11 a來(2003—2013年)，干旱過程日數以偏多、強度以偏強為主，只有2006、2008和2012年在均值以下，表明在全球變暖大背景下，干旱趨勢更加明顯，而2013年為該區域的干旱高峰期。

3.2CI指數各等級頻率分布及日變化

根據綜合氣象干旱指數等級指標(表1)，2013年衡陽縣特旱、重旱、中旱、輕旱出現頻率分別為3.6%、9.9%，16.7%、14.2%(圖2)，干旱日數占全年的44.4%，有162d。在達到干旱量級的日數中，有37.6%是中旱，32.1%為輕旱，重旱和特旱分別為22.2%和8.0%。

圖2 2013年各級別干旱及無旱日出現頻率

干旱不同于洪水、臺風、地震等自然災害，一旦形成或發生就很容易觀測到，其發生非常緩慢，災前無明顯的征兆，有時甚至直到災害已形成人們還未能意識到一次干旱已構成了危害，只有災后評估時才能明確界定[10-11]。通過對衡陽縣2013年逐日CI指數變化(圖3)，就能清晰地反映當年干旱變化過程。衡陽縣2013年干旱主要集中在6月中旬后期至11月上旬末，其中7月28日—8月11日為特旱日集中時段，7月29日和8月8日CI值為-3.0，是全年干旱最嚴重的時間點。重旱發生在2個時段，分別是7月2日—7月27日和8月12日-8月22日。

圖3 衡陽縣2013年CI指數逐日變化曲線

2013年輕旱日發生干旱頻率僅為總干旱日數的14.2%，這說明以下3點：當年的干旱過程數偏少；輕度向中旱發展較快；干旱過程結束迅速。2013年第2次干旱過程中，輕旱發展到中旱歷時9 d，中旱發展到重旱歷時8 d，這次干旱過程結束在11月11日，當日出現了43.7 mm暴雨，直接由中旱轉為正常。逐日降水與CI指數對比發現，CI指數對降水的敏感度在不同干旱等級中存在差異，干旱等級越高，其對降水的敏感性越強。8月2—3日，該區域出現了累計8.1 mm陣性降水，3日最高氣溫為35.9℃，但干旱等級迅速由特旱轉為重旱。而在8月15—19日，連續出現5 d降水，18日降水為7.9 mm，干旱等級不變，仍為重旱。

3.3 高溫日及積溫變化

2013年衡陽縣累計出現35℃以上高溫69 d，其中7月最多(30 d)，占全年高溫日數的43.5%，其次是8月(21 d)，5、6、9月分別為2 d、8 d、8 d。5—9月高溫日數較歷年分別偏多174.0%，193.0%，86.0%，70.3%，144.6%，全年偏多94.0%；38℃以上高溫集中在7月(6 d)和8月(12 d)，較歷年分別偏多127.7%、386.5%，全年偏多264.9%；40℃以上高溫3 d，出現在8月，歷年平均僅0.3 d，2013年偏多達900%。以上分析表明，在2013年高溫天氣中，氣溫越高，其日數偏多越明顯。

2013年持續最長高溫出現在7月3日—8月14日，累計43 d，這也是衡陽縣有氣象記錄以來持續時間最長的一段，其較次多的1963年、1971年還偏多13 d，衡陽縣歷年最長持續高溫平均為11 d，平均出現時間在7月22日—8月2日。

衡陽縣2013年熱量充沛，年積溫為7 032.3℃，較歷年偏多6.5%。全年僅4、9月積溫略偏少(-1.3%)，其它月份均為正距平。盡管2013年7、8月多高溫日，由于這2月的平均熱量基數大，其積溫偏多并不十分突出，分別為7.9%和 7.2%。倒是氣溫相對偏低的1、3月積溫偏多較明顯，達到了16.9%和32.9%。

4 結論

通過對衡陽縣2013年逐日綜合干旱指數分析，結合年高溫日及積溫變化研究，結果表明這是一次歷史罕見的高溫熱害天氣過程，具有以下特點：

① 2013年衡陽縣的干旱過程相對偏少但過程持續時間長。全年有2次干旱過程，其中第2次過程持續時間長達149 d，是有氣象記錄以來干旱過程次長年，其干旱強度為-235.1，較歷年干旱強度偏大253.4%，2013年衡陽縣干旱強度和干旱持續時間均處于高峰期。

② 衡陽縣2013年CI干旱日偏多，CI指數全年有162 d達到輕度及以上標準，其中輕旱、中旱、重旱和特旱出現比例分別為32.1%、37.6%、22.2%和8.1%。輕旱日數相對偏少，表明2013年衡陽縣干旱發展、結束過程迅速。

③ 2013年衡陽縣高溫日數69 d，7月最多(30 d，43.5%)，其次是8月(21 d，35.6%)。不同等級的高溫日數與歷年比較，高溫等級越高，其偏多越顯著。最高氣溫≥40℃、≥38℃、≥35℃出現日數較歷年偏多900.0%、264.9%和94.0%。2013年高溫持續天數為有氣象觀測以來的最長(43 d)。

④ 衡陽縣全年熱量充沛，積溫達7 032.3℃，較歷年偏多6.5%，3月積溫偏多最明顯(32.9%)，而全年最炎熱的7、8月，偏多不十分突出，分別為7.9%和7.2%。

⑤CI指數對降水的敏感性在不同干旱等級中存在明顯差異。CI干旱指數等級越高，其對降水敏感性越強，干旱等級變化越迅速，在相對低的干旱等級中，則其對降水反應相對遲鈍。

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2014-07-29

王巍(1972—)，男，工程師，主要從事災害調查評估工作。

國家自然科學基金資助項目(41171075) ；衡陽縣氣象局2014年專項資金(201401)。

1003-6598(2015)02-0045-03

P426

B