貴州省干旱特性規律研究

田富國+徐建新

摘 要：干旱災害是全球最為常見的自然災害，貴州省是我國的干旱高發地區之一。文章基于貴州省各站點近20年的逐月降雨資料，以標準化降水蒸散指數SPEI作為干旱識別指標，采用基于Copula的干旱頻率分析方法對貴州省各站點近20年進行了干旱識別及干旱頻率分析；計算了其干旱頻率、干旱歷時、干旱歷時最大值、干旱烈度、干旱烈度最大值和干旱始末等干旱變量。研究結果揭示了貴州省干旱在時間維度和空間維度的變化及分布規律、各季節旱的分布特征規律等，其對貴州省抗旱減災具有一定的指導價值。

關鍵詞：干旱頻率；干旱烈度；時空規律；貴州省

1 基礎數據和研究方法

1.1 研究區基本情況

貴州省地處我國西南腹，是一個高起于四川盆地、廣西丘陵和湘西丘陵之間的巖溶山區，境內地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜。貴州屬亞熱帶濕潤季風氣候，大部分地區雨量充沛，年均降水量為1143.6mm，但其降水時空分布不均衡，同時貴州省具有復雜的喀斯特地貌，這使得貴州省成為我國的干旱高發區。

所用基礎數據貴州省境內19個氣象站點1993-2012年的逐月降水資料，來源于中國氣象科學數據共享服務網站和貴州省水利科學研究院，數據準確可靠且具有代表性，可真實反映貴州省相對應時段內的實際情況。貴州省境內19個氣象站點分布情況見圖1。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱頻率分析方法

干旱發生頻率及重現期研究主要采用基于Copula的干旱特征變量分析方法。干旱特征變量分布中，干旱烈度S及干旱歷時D大致復合Gamma分布和指數分布。且可以用適線法去調試進而確定其分布函數的相關參數，以解決因為干旱特征變量數據的有限性及局限性而引起的計算差異及與事實不符的問題。而當要運用兩個特征變量來表示某一干旱情況、分析其頻率等時，那么就需要衡量兩干旱特征變量間的關聯，也就是處理兩特征變量間的聯合概率分布函數。

研究表明，Copula理論是解決這一問題直接、便捷的一種方法，而其中的Archimedean Copula 函數因其形式簡潔、計算方便被大量運用，這其中最常用的Archimedean copula函數有Gumbel-Hougaard（GH）、Clayton和Frank Copula。假設用干旱歷時和干旱烈度二者來表述某一干旱情況、分析其干旱特性時，那么可令u=Fd（d），v=Fs（s），則它們可分別表示為：

1.2.2 干旱的識別及計算

干旱事件識別是在選擇適當時間尺度的基礎上，采用某一指標，此指標可為單一指標亦可為綜合指標，對干旱的具體情況進行判別，進而確定該干旱的特征變量序列。本文采用游程理論對干旱事件進行識別。根據游程理論原理和干旱事件識別過程，用試值法確定閾值的選取，通過比選不同閥值對干旱事件的識別效果，最終確定本文采用的干旱閥值分別為：R0為0，R1為-0.5，R2為-1.0。考慮已有站點及地市的數據，采用標準化降水蒸散指數SPEI作為干旱識別指標，計算干旱頻率、干旱歷時、干旱烈度和干旱起止時間，并根據當地主要作物的不同生長期，統計跨越作物不同生長期的干旱事件，按照干旱事件發生的起止時間、歷時長度以及跨越的不同生長季進行分類統計。其中貴州各站點及地市的干旱過程識別及頻率計算表在此不再贅附。

2 結果與分析

各站點近20年干旱分析：

根據貴州省境內19個站點1993-2012年的逐月降水資料，基于SPEI研究貴州省內各站點近20年來的干旱事件，進一步分析其干旱頻率、干旱歷時、干旱烈度等特征變量及其各季節旱的時空分布特征。分析計算結果如表2所示。

由表可知，貴州省各站點在過去的近20年間，干旱發生次數在21-37次之間，各站點發生干旱的次數、頻率相差比較明顯，在1993-2012年這近20年間，貴州省境內各站點中位于黔南州的羅甸是干旱發生次數最少的站點，其發生干旱的頻率也相對較低；而位于貴州省北部遵義市的站點桐梓干旱發生頻次相對較高為37次。各站點發生干旱的歷時在43-70個月之間，二者相差27個月之久，這說明各站點的干旱歷時有較大差異，也說明貴州省近20年來平均每年發生2-3個月的干旱。同時研究發現，貴州省境內各站點的干旱烈度相差也比較大，存在的地區差異性比較明顯，干旱烈度最大的站點是位于黔東南州的三穗，其值為49.20；各站干旱烈度最小的位于畢節市的黔西，其值為30.19。因此貴州省內干旱的分布具有時空不一致性，各站點的干旱強度存在較大差異。

為便于研究貴州省內各站點干旱情況的空間分布特征，基于貴州省境內的19各站點以及貴州省周邊的的23個站點的數據，運用ARCGIS采用反距離插值繪制出了貴州省各站點近20年來的干旱次數空間分布圖、干旱歷時空間分布圖及年均干旱烈度空間分布圖，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2分析結果顯示：在近20年來，貴州省各站點的干旱頻次存在較大差異，干旱頻次較高的區域有遵義市東南部、銅仁市西南部以及黔南州和黔東南州北部所組成的貴州東部地區和黔西南部分地區；干旱頻次較低的區域是遵義市的西北部。其他地區的干旱頻次大體相當。從空間分布規律上來看，貴州省各站點的干旱頻次整體呈自東北、西南依次向其周邊遞減的分布規律。

圖3分析結果顯示：在近20年來，貴州省各點站的干旱歷時亦存在較大差異，干旱歷時最長的地市是遵義市西北部、銅仁東北部、黔東南州北部以及黔西南州大部等；而遵義市北部等區域的干旱歷時較短。加之銅仁市、黔東南州北部和黔西南州的干旱頻次為各站點之較高，可知銅仁市、黔西南州以及黔東南州為貴州省干旱易發地區。

從圖4結果分析來看，貴州省各站點近20年來的年均干旱烈度亦有較大的差異，其范圍為1.51-2.46mm。其中遵義市北部的年均干旱烈度處于較低水平，而黔東南州北部、黔西南州大部的年均干旱烈度處于較高水平。可知各站點的干旱強度存在較大差異。在空間分布上，各站點近20年來的年均干旱烈度大致呈以黔東南州北部和黔西南地區為中心向周邊地市遞減分布規律。

為便于研究貴州省內各站點各季節干旱情況的空間分布特征，基于貴州省境內的19各站點以及貴州省周邊的的23個站點的數據，運用ARCGIS采用反距離插值繪制出了貴州省各站點近20年來各季節的干旱歷時空間分布圖，如圖5所示，分析表明：

（1）在過去的近20年間，貴州省內各站點的各季節干旱發生的時長差距較大，春夏秋冬各季節干旱分布在6-23個月、9-20個月、11-24個月、8-18個月之間。因此各站點的個季節干旱發生不均衡，地域差異較大。

（2）與貴州省各站點的各季節干旱相比，站點桐梓的春旱、三穗的夏旱、畢節的秋旱和習水的冬旱歷時最長，分別占同一時期貴州全省各站點春旱、夏旱、秋旱和冬旱歷時的8.27%、7.84%、6.98%和7.76%。

（3）從空間分布上來看，貴州省的春旱歷時呈東北高西南低的規律分布，而夏旱歷時呈東高西低的分布規律，秋旱歷時呈西南高東北低的規律分布。

3 結束語

在全面收集貴州省境內19個氣象站點1993-2012年逐月降水資料的基礎上，以標準化降水蒸散指數SPEI作為干旱識別指標，采用基于Copula的干旱頻率分析方法對貴州省各站點近20年進行了干旱識別及干旱頻率分析，同時也分析了其個季節旱的分布特征，基于以上分析，結果發現：

（1）貴州省各區域的干旱分布具有時空不一致性，干旱烈度頻次、干旱歷時等干旱特征變量在地域上存在較大差異。

（2）貴州省各區域中銅仁市、黔南州市以及遵義市的干旱頻次、干旱歷時和年均干旱烈度等均處于較高水平。故銅仁市、黔南州以及遵義市為貴州省干旱易發地區，且干旱強度較大、干旱較為嚴重。

（3）貴州省干旱災害的季節特征是西部地區以春旱、冬旱為主，而中東部地區則以夏旱為主，而黔西南州為貴州省的秋旱易發地區。

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作者簡介：田富國（1992-），男，漢族，河南駐馬店人，碩士研究生，單位：華北水利水電大學水利學院農業水土工程專業，研究方向：區域水資源高效利用。