1960-2012年寧夏強(qiáng)干旱時(shí)空格局及影響因素分析

張耀宗,張　勃,劉艷艷,張多勇,周　丹

(1.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.隴東學(xué)院 慶陽(yáng)市沙漠化防治研究中心， 甘肅 慶陽(yáng) 745000)

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1960-2012年寧夏強(qiáng)干旱時(shí)空格局及影響因素分析

張耀宗1,2,張勃1,劉艷艷2,張多勇2,周丹1

(1.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.隴東學(xué)院 慶陽(yáng)市沙漠化防治研究中心， 甘肅 慶陽(yáng) 745000)

摘要:利用寧夏19個(gè)氣象站1960-2012年降水、氣溫月數(shù)據(jù)，使用干旱指標(biāo)SPEI，定義了干旱強(qiáng)度指數(shù)，對(duì)近50年寧夏及其4個(gè)氣候區(qū)強(qiáng)干旱時(shí)空格局及影響因素進(jìn)行了分析。得出以下結(jié)論：1960-2012年寧夏及四個(gè)氣候區(qū)SPEI-12氣候傾向率均小于0，干旱化趨勢(shì)明顯，干旱氣候區(qū)干旱趨勢(shì)大于半干旱氣候區(qū)大于半濕潤(rùn)氣候區(qū)。通過干旱強(qiáng)度指標(biāo)確認(rèn)強(qiáng)的干旱事件與《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·寧夏卷》、《寧夏水資源公報(bào)》中的重大干旱事件能很好的對(duì)應(yīng)，強(qiáng)干旱事件在空間上由1980年代之前的區(qū)域規(guī)模發(fā)展到全省規(guī)模且強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。近50年氣候暖干化是強(qiáng)干旱增多的主要原因。ⅡC區(qū)、ⅡB強(qiáng)干旱事件主要受升溫作用影響，ⅠB區(qū)受氣溫升高、降水減少共同影響，ⅠA區(qū)主要受降水減少的影響。ENSO與寧夏強(qiáng)干旱有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，EL Nino事件的影響超過LA Nina事件的影響，ⅡC區(qū)、ⅡB受ENSO事件影響小，EL Nino和LA Nina事件的交替發(fā)生對(duì)強(qiáng)干旱事件影響大。

關(guān)鍵詞:寧夏；干旱強(qiáng)度；時(shí)空格局；SPEI；影響因素

干旱是一種全球普遍發(fā)生的氣象災(zāi)害，會(huì)給人類社會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，致使作物減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)受損[1]。嚴(yán)重干旱往往造成生態(tài)環(huán)境惡化、饑荒、戰(zhàn)亂、文明消失等災(zāi)難[2-3]。在全球背景下，近50年來全球極端干旱區(qū)域的面積增加了2倍以上，干旱發(fā)生的頻率顯著增加[4-6]。干旱災(zāi)害也是中國(guó)的主要災(zāi)害之一，《第二次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告》指出過去60年中國(guó)氣象干旱面積以66%/10年增加，增加趨勢(shì)明顯[7-8]，大量研究表明我國(guó)北方地區(qū)干旱化正在加劇[9-10]，已知的干旱災(zāi)害已對(duì)中國(guó)產(chǎn)生了巨大的影響，尤其對(duì)農(nóng)業(yè)影響大，平均每年受災(zāi)面積達(dá)50%以上，嚴(yán)重干旱年份達(dá)75%以上，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅2000年因干旱糧食損失600×108kg，經(jīng)濟(jì)損失210億元[1,11-12]。

張強(qiáng)等指出干旱災(zāi)害是影響制約西北地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重大自然災(zāi)害，隨著全球變暖西北地區(qū)極端干旱事件發(fā)生頻率和強(qiáng)度均呈增加趨勢(shì)，影響不斷加劇[13]。干旱是寧夏發(fā)生次數(shù)最多，影響面積最廣，危害最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，寧夏素有“三年兩頭旱，五年一小旱，十年一大旱”的說法，干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)影響較大[14]。因此研究寧夏特大干旱發(fā)生的規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)抗旱救災(zāi)，建立干旱預(yù)警體系有重要的意義。

王素艷等研究了Pa、K、SPI、PDSI、CI指數(shù)在寧夏的應(yīng)用，認(rèn)為CI和K指數(shù)效果較好，并對(duì)其進(jìn)行了本地化訂正[15-16]。李紅英等用CI指數(shù)研究指出寧夏近30年來干旱日數(shù)和強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，干旱致災(zāi)因子危險(xiǎn)性從南到北呈增加趨勢(shì)[17-18]，梁旭等對(duì)寧夏干旱成因進(jìn)行了一定探討，由于其物理因子多，復(fù)雜，干旱發(fā)生的機(jī)制、原因尚不十分不清楚[19]。SPEI是2010年新提出的干旱指標(biāo)[20]，經(jīng)過試驗(yàn)在中國(guó)各地有很好的適用性[21-25]。本文應(yīng)用SPEI指數(shù)對(duì)寧夏強(qiáng)干旱事件的時(shí)空格局及其影響因素進(jìn)行探討。

1資料與方法

1.1　研究區(qū)概況

寧夏回族自治區(qū)位于中國(guó)西北地區(qū)東部(圖1)，面積6.64×104km2，地勢(shì)南高北低，平均海拔在1 000 m以上，為典型的大陸性氣候，具有春多風(fēng)沙、夏少酷暑、秋涼較早、冬寒較長(zhǎng)、日照充足、蒸發(fā)強(qiáng)烈等特點(diǎn)，雨雪稀少，年平均降水量300 mm左右。根據(jù)文獻(xiàn)把寧夏分為4個(gè)氣候區(qū)進(jìn)行討論[26]，分別為中溫帶六盤高冷(固原南部)半濕潤(rùn)氣候區(qū)(IA)、中溫帶南華(固原北部)同心、鹽池半干旱氣候區(qū)(IB)、中溫帶銀南丘陵半干旱氣候區(qū)(ⅡB)、中溫帶賀蘭山東側(cè)黃灌(平原)干旱氣候區(qū)(ⅡC)，氣候區(qū)界線見圖1。

圖1　研究區(qū)概況及氣象站點(diǎn)分布圖

1.2　數(shù)據(jù)

寧夏有10個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣象站，分布稀疏，不能滿足研究的需要，本文利用寧夏一般站氣象數(shù)據(jù)把氣象站的數(shù)量增加到19個(gè)，氣象站點(diǎn)的分布如圖1所示。10個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣象站的數(shù)據(jù)來自于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(http://www.escience.gov. cn/metdata/page/ index. html)，還用到了9個(gè)農(nóng)業(yè)氣象站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)充。寧夏干旱事件記錄數(shù)據(jù)來源于《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·寧夏卷》[14]、《寧夏水資源公報(bào)》[29]，SST數(shù)據(jù)來自于NOAA網(wǎng)站。

對(duì)每一氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和訂正。首先，檢查數(shù)據(jù)是否存在缺測(cè)值，對(duì)缺測(cè)值使用均值法和線形回歸的方法進(jìn)行插補(bǔ)。其次，檢查數(shù)據(jù)是否存在異常值，如對(duì)降水的極大值、氣溫的極大值和極小值進(jìn)行甄別，檢查其是否合理。最后對(duì)數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行均一化的處理[27]。由于臺(tái)站搬遷、儀器更換等原因，一些數(shù)據(jù)序列存在斷點(diǎn)。本文使用最大懲罰F檢驗(yàn)和T檢驗(yàn)的方法對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行了一致性檢驗(yàn)，并對(duì)照《寧夏氣象臺(tái)站簡(jiǎn)史》氣象臺(tái)站位置變遷的記錄，對(duì)斷點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)確定變化的站點(diǎn)進(jìn)行均一化處理[28]。

1.3　研究方法

1.3.1標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI)

SPEI在SPI的基礎(chǔ)上同時(shí)考慮了降水和蒸散發(fā)，計(jì)算過程如下[20,25]如示。

第一步計(jì)算潛在蒸散量(PET)。Vicente-Serrano推薦的是Thornthwaite方法：

(1)

式中：PET為潛在蒸散量；T為月平均溫度；H為年熱量指數(shù)。

第二步計(jì)算逐月降水量與蒸散量的差值：

Di=Pi-PETi。

(2)

式中：Di為降水量與蒸散量的差值；Pi為月降水量；PETi為月蒸散量。

第三步采用3個(gè)參數(shù)的log-logistic概率分布對(duì)Di數(shù)據(jù)序列進(jìn)行正態(tài)化，計(jì)算每個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的SPEI指數(shù)：

3)針對(duì)航道通航能力的仿真研究。船舶交通流仿真是以離散事件仿真為基礎(chǔ)而逐漸興起的科學(xué)研究方法，當(dāng)前，MATLAB[6]、ARENA[7]等軟件的熟練應(yīng)用為這一研究提供技術(shù)支持。仿真研究的關(guān)鍵在于仿真模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其中船舶、船舶交通流的生成是要解決的主要問題，當(dāng)前采用蒙特卡洛方法[6]和元胞自動(dòng)機(jī)方法[8]相結(jié)合的方式來解決該問題。仿真方法的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)在于仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析，通常根據(jù)仿真輸出參數(shù)對(duì)航道通航能力進(jìn)行分析與評(píng)估。[6-9]

(3)

參數(shù)α、β、γ的計(jì)算如下：

(4)

(5)

γ=ω0-αΓ[1+1/β]Γ(1-1/β)。

(6)

式中：Γ為階乘函數(shù)，ω0、ω1、ω2為數(shù)據(jù)序列Di的概率加權(quán)矩。

(7)

(8)

式中：N為參與計(jì)算的月份個(gè)數(shù)。

最后對(duì)累計(jì)概率密度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

P=1-F(x)。

(9)

當(dāng)累計(jì)概率P≤0.5時(shí)：

(10)

(11)

式中：常數(shù)c0，c1，c2，d1，d2，d3同SPI計(jì)算過程，c0= 2.516，c1= 0.802，c2= 0.010，d1=1.433，d2= 0.189，d3=0.001[20,25]。

干旱分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　干旱等級(jí)劃分表

1.3.2干旱強(qiáng)度的定義

(12)

式中：Qi代表干旱強(qiáng)度，i代表年內(nèi)SPEI值小于零的月數(shù)，j代表氣象站點(diǎn)數(shù)個(gè)數(shù)。在本文中Qi>0.4表示當(dāng)年為強(qiáng)干旱年份，發(fā)生了強(qiáng)干旱事件。

1.3.3其他方法

本文在研究中SPEI-12的線形變化趨勢(shì)使用了氣候傾向率法，干旱強(qiáng)度的空間顯示中使用Kring插值分析。

2結(jié)果與分析

2.1　 干旱趨勢(shì)變化

圖2分別為寧夏及其4個(gè)氣候區(qū)SPEI時(shí)間序列圖，由圖2可以看出，寧夏及4個(gè)氣候區(qū)變化趨勢(shì)基本同步，干旱化趨勢(shì)明顯，1980年代以來SPEI-12值小于0的次數(shù)明顯增多，說明發(fā)生干旱的次數(shù)增多，近53年SPEI值連續(xù)小于0時(shí)間段有10~12個(gè)，從1960-2012年每個(gè)小于0時(shí)間段

持續(xù)時(shí)間明顯變長(zhǎng)，尤其是1995年以來，表明寧夏干旱化趨勢(shì)不斷增強(qiáng)。用線性趨勢(shì)法分析了寧夏及4個(gè)氣候區(qū)SPEI-12的氣候傾向率，寧夏及4個(gè)氣候區(qū)SPEI-12的氣候傾向率分別為-0.27spei/10年，-0.29spei/10年(ⅡC)，-0.26spei/10年(ⅡB)，-0.24spei/10年(ⅠB)，-0.23spei/10年(ⅠA)，均達(dá)到0.01的顯著性水平，分析可知近53年來SPEI-12的氣候傾向率均小于0，表明寧夏干旱化趨勢(shì)明顯，王素艷等和李紅英等也得出了相似的結(jié)論[15-18]。氣候傾向率絕對(duì)值ⅡC>ⅡB>ⅠB>ⅠA，說明寧夏干旱氣候區(qū)的干旱趨勢(shì)大于半干旱氣候區(qū)大于半濕潤(rùn)氣候區(qū)。

圖2　1960-2012年寧夏及4個(gè)氣候區(qū)SPEI變化圖

圖3　寧夏及4個(gè)氣候區(qū)干旱強(qiáng)度變化

2.2　干旱強(qiáng)度時(shí)間變化過程

寧夏干旱發(fā)生次數(shù)多，頻率高，強(qiáng)干旱事件對(duì)寧夏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，水資源供給，生態(tài)環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活影響巨大[14]。

本文使用前文定義的干旱強(qiáng)度指數(shù)來表示干旱強(qiáng)度大小。從圖3a分析整個(gè)寧夏地區(qū)干旱強(qiáng)度指數(shù)高值有8個(gè)時(shí)間段，1962、1965、1979-1982、1986-1987、1991、1994-1995、1997-2002、2004-2009，這8個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)強(qiáng)干旱事件，分析可知1980年代之前強(qiáng)干旱持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)度小，強(qiáng)度值不超過0.5，1980年代之后強(qiáng)干旱事件發(fā)生頻繁，最強(qiáng)年2008年達(dá)到0.85。圖3b所示，ⅡC區(qū)強(qiáng)干旱有5個(gè)階段，1981年左右、1991、1994、1998-2002，2004-2009，干旱強(qiáng)度指數(shù)最高在2005年；ⅡB區(qū)有6個(gè)時(shí)間段，1980-1982，1987，1991，1994，1997-2002，2004-2009，干旱強(qiáng)度指數(shù)最高的年份為2008年；ⅠB區(qū)干旱強(qiáng)度指數(shù)高值有9個(gè)時(shí)間段1962-1963、1965、1972-1973、1980-1982、1986-1987、

1991-1992、1994-1995、1997-2000、2004-2009，干旱強(qiáng)度指數(shù)最高的年份為2008年；ⅠA區(qū)和其他3個(gè)氣候區(qū)的變化差異較大，強(qiáng)干旱年份出現(xiàn)在1960、1962-1963、1971、1973、1991-1992、1995、1997-1999、2000-2001、2004-2009年，干旱指數(shù)值最高年份在1998年。

通過分析寧夏及各氣候區(qū)1995年以來干旱強(qiáng)度指數(shù)高值持續(xù)出現(xiàn)，且指數(shù)不斷升高。1962-1963、1965-1966、1972-1973、1980-1983年、1991、1994-1995、1997-2000、2001-2002、2004-2006、2008-2009年寧夏及4個(gè)氣候區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)干旱事件。《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·寧夏卷》[14]記錄了2000年之前的干旱事件，大旱年份有1962、1965、1969、1971、1972、1973、1982、1983、1987、1991、1994、1995、1997、1998年、1999、2000年，見表2。除ⅡC和ⅡB兩區(qū)1980年代之前的強(qiáng)干旱不能和寧夏干旱歷史記錄對(duì)應(yīng)外，ⅡC和ⅡB 區(qū)1980年以來及ⅠB和ⅠA區(qū)的強(qiáng)干旱事件都能和歷史記錄相對(duì)應(yīng)。2000年以后的干旱記錄參考了《寧夏水資源公報(bào)》[29]中的水旱災(zāi)害記錄，2006年，2008年寧夏發(fā)生嚴(yán)重干旱，和本文得出的結(jié)果能很好對(duì)應(yīng)。

表2　寧夏大旱發(fā)生歷史記錄

注：2000年之前資料整理自文獻(xiàn)[14]，2004-2009年資料來自文獻(xiàn)[29]

2.3　干旱特征的空間變化過程

通過干旱強(qiáng)度的時(shí)間特征分析選取以下11個(gè)強(qiáng)干旱發(fā)生的時(shí)間段進(jìn)行強(qiáng)干事件空間格局分析，年份為：1962-1963，1965-1966，1972-1973，1982年，1986-1987年，1991，1994-1995年，1997-1999年，2000-2002，2004-2006年，2008-2009年，為了更好表現(xiàn)強(qiáng)干旱事件的空間變化過程，對(duì)11個(gè)典型強(qiáng)干旱年份的強(qiáng)度值進(jìn)行Kring空間插值顯示。

圖4分別為11個(gè)強(qiáng)干旱年份干旱強(qiáng)度值的空間分布圖。分析圖4可知1962-1963年強(qiáng)干旱發(fā)生在IA及固原南部地區(qū)；1965-1966強(qiáng)干旱事件出現(xiàn)在IA與IB區(qū)及ⅡC區(qū)北部；1972-1973年強(qiáng)干旱事件主要在IB區(qū)及IA區(qū)，1981-1982年除六盤山，ⅡC區(qū)北部平羅未發(fā)生強(qiáng)干旱外其他地區(qū)均發(fā)生強(qiáng)干旱；1986-1987年強(qiáng)干旱發(fā)生在IA與IB區(qū)及ⅡB南部區(qū)域；1991年除同心，惠農(nóng)外其他區(qū)域均出現(xiàn)強(qiáng)干旱，1991年之后強(qiáng)干旱的發(fā)生擴(kuò)展到全省；1994-1995年干旱最嚴(yán)重的為ⅡB及ⅠB區(qū)；1998-1999年全省境內(nèi)干旱強(qiáng)度在0.6~0.7之間；2000-2002強(qiáng)干旱高值在ⅡC 與ⅡB 區(qū)；2004-2006年大部地區(qū)干旱強(qiáng)度超過1.5，ⅡC，ⅡB區(qū)干旱強(qiáng)度最大；2008-2009年除寧南山地部分地區(qū)干旱強(qiáng)度小于0.7之外其他均大于0.7。

通過分析近50年來強(qiáng)干旱在空間上由區(qū)域向

全省擴(kuò)展，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。1970年代中期之前主要發(fā)生在IA區(qū)及IB區(qū)南部，到1980年代發(fā)生強(qiáng)干旱的范圍已擴(kuò)展到全省，但不穩(wěn)定，1991之后的歷次強(qiáng)干旱均為全省規(guī)模，且強(qiáng)度逐步增強(qiáng)，干旱強(qiáng)度值2008-2009年達(dá)到最大，最高值出現(xiàn)在ⅡC，ⅡB區(qū)。

2.4　寧夏強(qiáng)干旱事件影響因素分析

2.4.1氣溫、降水對(duì)強(qiáng)干旱事件影響

由以上分析可知1960-2012年以來寧夏強(qiáng)干旱發(fā)生的次數(shù)和強(qiáng)度都在增加，其發(fā)生的原因與氣候變化存在著必然的聯(lián)系。分析寧夏及四個(gè)氣候區(qū)的氣溫距平、降水距平百分率、累計(jì)距平、氣候傾向率發(fā)現(xiàn)，近50年來寧夏氣溫以0.28 ℃/10年的速率上升，達(dá)到了0.01的顯著性水平；降水以5 mm/10年的速率減少。4個(gè)氣候區(qū)氣溫的氣候傾向率分別為0.43 ℃/10年、0.37 ℃/10年、0.23 ℃/10年、-0.05 ℃/10年；降水的氣候傾向率分別為-2.9 mm/10年、-6.4 mm/10年、-16.7 mm/10年、-14.7 mm/10年，升溫趨勢(shì)明顯，通過了0.01的顯著性水平，可見寧夏氣候總體上為暖干化趨勢(shì)，這和李艷春、鄭光芬、陳曉光等人的研究結(jié)論一致[30-33]，Ⅰ區(qū)現(xiàn)出冷干的趨勢(shì)，但降溫趨勢(shì)不顯著。寧夏及ⅡC區(qū)、ⅡB區(qū)、ⅠB區(qū)氣溫突變年份為1986年，ⅠA區(qū)無明顯的突變點(diǎn)，但在1972年和1996年出現(xiàn)兩次氣溫的躍升，鄭光芬，陳曉光等也證明寧夏氣溫1986年發(fā)生突變，之后增加顯著，1980年代之后降水明顯減少，寧夏南部山區(qū)和整個(gè)寧夏變化不同步，這和本文的研究結(jié)果相一致[30,33]。寧夏的干旱化趨勢(shì)和寧夏氣候變化趨勢(shì)是一致的，氣候的整體暖干化趨勢(shì)是強(qiáng)干旱持續(xù)增強(qiáng)的原因。

圖4　典型年份干旱強(qiáng)度值分布圖

年份ⅡC區(qū)ⅡBⅠBIA氣溫距平/℃降水距平百分率/%氣溫距平/℃降水距平百分率/%氣溫距平/℃降水距平百分率%氣溫距平/℃降水距平百分率%1962-1.06-13-0.910-0.3001.37-11963-0.69-15-0.52-15-0.06-61.29-191965-0.71-38-0.42-280.10-21.48-141972-0.35-29-0.48-10-0.21-29-0.23-121973-0.01590.0770.46210.45141980-0.32-49-0.12-45-0.25-15-0.2031981-0.12-37-0.26-8-0.354-0.281519820.23-410.27-450.04-37-0.17-291986-0.58-27-0.39-21-0.33-19-0.26-1719870.75-31.05-280.90-260.77-919940.73-140.6790.5950.48-51995-0.0128-0.04250.27110.19-2019981.66141.48251.2411.34-119991.41-91.1800.74-140.89-720050.68-530.46-510.53-130.021020061.78111.61-261.51-161.07-1420080.78130.25-250.33-190.53-1920091.53-11.22-220.99-261.07-17

注：顏色加深表示該年份發(fā)生強(qiáng)干旱

表3所示為各氣候區(qū)發(fā)生強(qiáng)干旱年份氣溫距平和降水距平百分率的統(tǒng)計(jì)。ⅡC區(qū)1986年之前只有1982年氣溫距平大于0，1987年之后氣溫上升迅速，2006年氣溫距平1.78 ℃，1986年之后14個(gè)年份降水距平百分率大于0，ⅡC區(qū)發(fā)生強(qiáng)干旱的9個(gè)年份中6個(gè)年份降水距平百分率小于0，3個(gè)年份氣溫距平小于0，1980年降水距平百分率達(dá)-49%，分析可知?dú)鉁厣邔?duì)IIC區(qū)強(qiáng)干旱事件影響較大；ⅡB區(qū)發(fā)生強(qiáng)旱的10個(gè)典型年份中，8個(gè)年份降水距平百分率<0，最小值在2005年值為-51%，氣溫距平為0.46 ℃，最大值在1998年降水距平百分率為25%，氣溫距平1.46 ℃，可見升溫對(duì)ⅡB區(qū)強(qiáng)干旱事件影響較大，分析可知ⅡC區(qū)與ⅡB區(qū)1980s之前無強(qiáng)干旱事件，主要原因是1980s之前氣溫相對(duì)較低。

ⅠB區(qū)發(fā)生強(qiáng)干旱的17個(gè)年份中，降水距平百分率小于0有12個(gè)年份，降水距平百分率最小值1982年，值為-37%，氣溫距平0.04 ℃，降水距平百分率最大值1973年，氣溫距平為0.46 ℃。ⅠA區(qū)發(fā)生強(qiáng)干旱事件的年份降水距平百分率均小于0，降水小于3%即可造成強(qiáng)干旱，降水對(duì)ⅠA強(qiáng)干旱事件影響較大。

2.4.2ENSO事件與寧夏強(qiáng)干旱事件分析

ENSO是強(qiáng)的氣候變化信號(hào)，對(duì)西太平洋副高、東南季風(fēng)和西南季風(fēng)有顯著影響[34]，進(jìn)而影響中國(guó)降水、氣溫等氣候要素，并對(duì)臺(tái)風(fēng)數(shù)和登陸臺(tái)風(fēng)數(shù)產(chǎn)生影響[35]，導(dǎo)致中國(guó)氣候異常，厄爾尼諾年中國(guó)東部降水普遍偏少，次年中國(guó)東部長(zhǎng)江以南降水普遍增多，同時(shí)ENSO與東北地區(qū)冷夏關(guān)系顯著[35]。信忠保等指出ENSO對(duì)寧夏不同季節(jié)降水的影響差異較大，ELNino發(fā)生4個(gè)月后，夏、秋、冬三個(gè)季節(jié)降水都偏多，但春季降水會(huì)減少，寧夏年降水偏少28 mm，占常年降水量的10%，而LA Nina發(fā)生期間，年降水偏多24 mm，占年降水量9%，降水的變化勢(shì)必導(dǎo)致旱澇的變化，ENSO對(duì)寧夏地區(qū)強(qiáng)干旱事件的影響是顯而易見的[36]。表4為厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)生的年份與寧夏4個(gè)氣候區(qū)強(qiáng)干旱的對(duì)照表。分析可知，ⅡC區(qū)、ⅡB區(qū)干旱發(fā)生的年份與ENSO無很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明這兩個(gè)區(qū)域強(qiáng)干旱事件受ENSO影響小；ⅠB、ⅠA與ENSO事件有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，ELNino和強(qiáng)干旱事件的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。ELNino和LA Nina事件的接連發(fā)生，對(duì)強(qiáng)干旱的影響大，尤其是2004年以來ELNino和LA Nina事件的交替出現(xiàn)對(duì)強(qiáng)干旱的發(fā)生有很大的促進(jìn)作用。

表4　ENSO事件與4個(gè)氣候區(qū)強(qiáng)干旱事件對(duì)照表

注：表中暖時(shí)間和冷事件的時(shí)間參考了文獻(xiàn)[23，36]。

3結(jié)論

(1)1960-2012年以來寧夏及其4個(gè)氣候區(qū)干旱化趨勢(shì)明顯，SPEI-12氣候傾向率均小于0，且通過顯著性檢驗(yàn)，氣候傾向率絕對(duì)值ⅡC>ⅡB>ⅠB>ⅠA，表明干旱氣候區(qū)的干旱趨勢(shì)大于半干旱氣候區(qū)大于半濕潤(rùn)氣候區(qū)。

(2)通過干旱強(qiáng)度指數(shù)確認(rèn)強(qiáng)干旱年份有：1962、1965、1972-1973、1982-1983、1986-1987、1991、1994-1995、1997-2002、2004-2009年。與《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·寧夏卷》、《寧夏水資源公報(bào)》中的重大干旱事件能很好地對(duì)應(yīng)，強(qiáng)干旱事件由1980年代之前的區(qū)域規(guī)模發(fā)展到全省規(guī)模且強(qiáng)度不斷增加。

(3)近50年來寧夏氣候向暖干化方向發(fā)展，尤其1986年以來增溫顯著，氣候暖干化是寧夏近50年來強(qiáng)干旱增多的主要原因。不同氣候區(qū)強(qiáng)干旱事件對(duì)氣溫、降水變化的敏感性存在差異，ⅡC區(qū)、ⅡB強(qiáng)干旱事件主要受升溫影響，ⅠB受氣溫升高、降水減少共同影響，ⅠA區(qū)主要受降水減少影響。

(4)ENSO對(duì)寧夏氣候有顯著的影響，ENSO與寧夏的強(qiáng)干旱事件有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，ELNino事件的影響超過LA Nina事件的影響，ⅡC、ⅡB區(qū)受ENSO事件影響小，ELNino和LA Nina交替發(fā)生對(duì)強(qiáng)干旱事件影響大。

4討論

本文在研究的過程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了均一化檢驗(yàn)和訂正，提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。使用SPEI對(duì)寧夏1960-2013年的干旱趨勢(shì)，強(qiáng)干旱事件進(jìn)行了分析研究，近50年來寧夏干旱趨勢(shì)明顯增強(qiáng)，強(qiáng)干旱事件增多，這和多位學(xué)者研究得出的西北地區(qū)、華北地區(qū)、和北方干旱變化的整體趨勢(shì)是一致的[9-10,20-25,37]，說明寧夏干旱化是在北方地區(qū)干旱化的大背景下發(fā)生的，但寧夏不同氣候區(qū)干旱變化的趨勢(shì)有差異，主要表現(xiàn)為南部濕潤(rùn)氣候區(qū)和其他干旱半干旱區(qū)的差異，主要原因可能為南部山區(qū)干旱的致災(zāi)因子相對(duì)較小[17,38]。本文檢測(cè)到的寧夏強(qiáng)干旱事件能和歷史記錄中的嚴(yán)重干旱事件很好地對(duì)應(yīng)，說明應(yīng)用SPEI監(jiān)測(cè)寧夏干旱，尤其是強(qiáng)干旱事件有很好的適用性，由于SPEI本身的最小研究尺度到月，不能更加細(xì)微地刻畫寧夏強(qiáng)干旱的發(fā)生過程，需要在以后的研究中不斷改進(jìn)。影響干旱的物理機(jī)制復(fù)雜，其發(fā)生的物理過程目前尚不十分清楚，本文僅從降水和溫度的變化分析了寧夏發(fā)生強(qiáng)干旱的原因，對(duì)比了ENSO事件和寧夏的強(qiáng)干旱事件，發(fā)現(xiàn)有很好的一致性，但存在區(qū)域差異，在今后的研究工作中需要對(duì)強(qiáng)干旱發(fā)生的機(jī)制，強(qiáng)干旱的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和防范措施進(jìn)行更進(jìn)一步的研究[39]。

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Spatial and Temporal Pattern of Strong Drought and Its Influence Factors in Ningxia from 1960-2012

Zhang Yaozong1, 2, Zhang Bo1, Liu Yanyan2, Zhang Duoyong2and Zhou Dan1

(1.CollegeofGeographyandEnvironmentalScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,China;

2.QingyangCentrefortheManagementandCombatofDesertification,LongdongUniversity,

Qingyang745000,China)

Abstract:Based on data of monthly rainfall and temperature of 19 weather stations in Ningxia from 1960 to 2012, we use the SPEI to detect the drought trend. Spatial and temporal pattern of strong drought and the influenced factors in Ningxia and its 4 climate zone are analyzed and the following conclusions are got: the climate tendency rate of SPEI-12 was less than 0. It showed that drought trend were obvious in Ningxia and its 4 climate zone from 1960-2012. The drought trend in arid zones was more obvious than semi-arid climate zone which was more obvious than in semi humid climate zone. The strong drought years confirmed by intensity indicators had a good correspondence with strong drought events noted by Ningxia Disaster Bulletin and Ningxia Water Resources Bulletin. Strong drought area was from regional scale to the scale of province from 1980s. Warming and drying climate was the main reason for the increased strong drought. Strong drought events were mainly influenced by temperature increased in ⅡC and ⅡB Zone,ⅠB zone was influenced by temperature rising and precipitation decrease,ⅠA was mainly affected by precipitation reduction. The corresponding relationship between ENSO and strong drought was well, effect of EL Nino events was over effect of LA Nina events,ⅡB and ⅡC zone was no significantly influenced by ENSO events, EL Nino and LA Nina events occurred alternately had important influence on strong drought events.

Key words:Ningxia; drought intensity; spatial and temporal pattern; SPEI; influenced factors

通訊作者：張勃(1963-)，男，甘肅華池縣人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事區(qū)域環(huán)境與資源開發(fā)研究. E-mail：zhangbo@nwnu.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：張耀宗(1982-)，男，甘肅華池縣人，博士研究生，講師，主要從事氣候變化與地表過程研究. E-mail:yaozongzhang@163.com

基金項(xiàng)目：高校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研 (20136203110002)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31460090)；生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科(5002-021)；國(guó)家社科基金一般項(xiàng)目(13BZS084)；隴東學(xué)院青年科技創(chuàng)新項(xiàng)目(XYSK1501)

收稿日期：2015-05-21修回日期：2015-07-20

中圖分類號(hào)：X43;P429

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)01-0120-08

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.023