修正的帕爾默干旱指數(shù)在昆明地區(qū)的應(yīng)用研究

胡嘉佳，趙 磊

(1.云南省水文水資源局昆明分局，云南 昆明 650106；2.昆明市滇中引水工程管理局，云南 昆明 650000)

近些年來，受到氣候變化影響，云南地區(qū)極端干旱情況呈現(xiàn)頻發(fā)、多發(fā)態(tài)勢[1]。昆明地區(qū)作為云南省糧食主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)干旱損失大[2]。在全國抗旱規(guī)劃方案實(shí)施下，云南地區(qū)開始編制抗旱規(guī)劃，而抗旱規(guī)劃的基礎(chǔ)是對區(qū)域干旱特征進(jìn)行有效評估[3]。干旱特征主要是區(qū)域不同干旱程度發(fā)生的頻率、范圍，影響程度，干旱特征常用分析方法主要采用干旱指標(biāo)進(jìn)行干旱等級劃分，從而確定不同干旱發(fā)生的頻率[4]，這其中用來分析干旱的指標(biāo)較多，大致可以分為三類，第一類為氣象干旱指標(biāo)[7- 9]，第二類為水文干旱指標(biāo)[10- 11]，第三類為農(nóng)業(yè)干旱指標(biāo)[12- 13]，不同干旱指標(biāo)在不同區(qū)域具有其適用性。在這些指標(biāo)中，帕默爾干旱指標(biāo)由于可考慮氣象、水文綜合條件，在水文、氣象、及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[14- 16]，但由于其可考慮流域降水、蒸發(fā)及徑流因素，而不同區(qū)域蒸發(fā)和徑流條件不同，因此在不同區(qū)域其沒有通用性，需要結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H水文氣象條件，對該指數(shù)進(jìn)行修正，從而建立適合于區(qū)域?qū)嶋H干旱情況的指數(shù)[17]。為此在云南省抗旱規(guī)劃的大研究背景下，結(jié)合昆明地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，建立修正的帕默爾干旱指標(biāo)，并對昆明地區(qū)近65年的干旱特征進(jìn)行分析，從而為昆明地區(qū)抗旱規(guī)劃提供重要的參考價(jià)值。

1 改進(jìn)的帕爾默干旱指數(shù)計(jì)算原理

帕默爾干旱指數(shù)可綜合考慮氣象水文因素，在水文、氣象、農(nóng)業(yè)干旱分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，帕默爾干旱指數(shù)首先結(jié)合水量平衡方程對區(qū)域適宜降水量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方程為：

(1)

(2)

結(jié)合云南中部地區(qū)43個(gè)主要?dú)庀笳军c(diǎn)數(shù)據(jù)對帕默爾干旱指數(shù)進(jìn)行修正，修正后的帕默爾干旱指數(shù)方程為：

xi=0.9251xi-1+zi/123.33

(3)

zi=K×di

(4)

式中，i—計(jì)算的時(shí)間尺度，月；xi—第i月計(jì)算的帕默爾干旱指數(shù)；zi—第i月計(jì)算的降水距平干旱指數(shù)；di—計(jì)算尺度下的降水量差值，mm；K—設(shè)定的權(quán)重系數(shù)。帕默爾干旱指數(shù)劃分等級見表1。

表1 帕默爾干旱指數(shù)劃分等級

2 研究成果

2.1 研究區(qū)域概況

本文以云南昆明地區(qū)為研究區(qū)域，昆明位于云南的中部區(qū)域，是云南的省會所在，也是云南省糧食主產(chǎn)區(qū)，昆明地區(qū)屬于典型的暖溫度半濕潤性氣候，區(qū)域年平均降水量在900～1000mm，降水也主要在夏季和秋季，受極端天氣事件影響，昆明地區(qū)近些年來干旱發(fā)生的頻次有所增多，特別是2000年以后，極端干旱的頻率也較70—90年代也明顯遞增的變化。為對區(qū)域干旱特征進(jìn)行分析，結(jié)合昆明地區(qū)6個(gè)氣象觀測站點(diǎn)1954—2018年實(shí)測氣象要素?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合改進(jìn)的帕爾默干旱指數(shù)對其干旱特征進(jìn)行評價(jià)。如圖1所示。

2.2 昆明地區(qū)年尺度干旱評價(jià)分析結(jié)果

結(jié)合修正的帕默爾干旱指數(shù)，選取昆明地區(qū)不同區(qū)域6個(gè)典型氣象站點(diǎn)分析其年尺度干旱特征，并結(jié)合表1中干旱等級劃分程度，對不同等級干旱的頻率進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表2。

表2 各氣象站點(diǎn)干旱頻率分析結(jié)果 單位：%

圖1 各氣象站點(diǎn)的年尺度干旱指數(shù)評價(jià)結(jié)果

從圖1中可看出，各個(gè)氣象站點(diǎn)近65年干旱指數(shù)變化程度不同，但干旱指數(shù)總體呈現(xiàn)波動變幅，從年代角度出發(fā)，各站點(diǎn)在70年代和80年代干旱特征變化較為一致，即在這兩個(gè)年代際發(fā)生干旱的年份較少，而進(jìn)入90年代以后，各站點(diǎn)發(fā)生干旱的年份逐步增多，特別是在2005年以后，昆明地區(qū)發(fā)生極端干旱的年份明顯遞增，這主要是因?yàn)槭艿綒夂蜃兓木C合影響，區(qū)域發(fā)生極端干旱的頻率有所增多。從表2中可看出，各氣象站點(diǎn)中發(fā)生微旱和中旱頻率占比較多，總體在9.2%～40.6%之間，這表明昆明地區(qū)總體旱情并不是很嚴(yán)重，這主要還和區(qū)域降水量總體較為充沛有關(guān)，但由于從2000年代開始，昆明地區(qū)總體降水量呈現(xiàn)明顯減少的變化，使得區(qū)域發(fā)生嚴(yán)旱及極端干旱的頻率逐步增多，特別是2005年以后，昆明地區(qū)出現(xiàn)極端干旱的年份較多。從干旱頻率分析結(jié)果可看出，3個(gè)氣象站點(diǎn)發(fā)生極端干旱的頻率最高，在11.5%～14.7%之間，均主要出現(xiàn)在2000年年以后，從其空間分布可分析，主要出現(xiàn)在東北部和東南部，這兩個(gè)區(qū)域由于降水量較少，使得其出現(xiàn)極端干旱的頻率較其他站點(diǎn)明顯。

2.3 昆明地區(qū)季節(jié)尺度干旱評價(jià)分析結(jié)果

在昆明地區(qū)年尺度干旱特征評價(jià)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合修正的帕默爾干旱指數(shù)對區(qū)域不同季節(jié)的干旱特征進(jìn)行分析，具體分析結(jié)果見表3。

從分析結(jié)果可看出，昆明地區(qū)主要在春季及冬季易出現(xiàn)干旱情況，但是在夏季和秋季出現(xiàn)極端干旱情況也較多，這主要是因?yàn)槿粼谙募境霈F(xiàn)降水極端偏少的季節(jié)，而由于夏季是昆明地區(qū)降水主要補(bǔ)給的季節(jié)，若是夏季出現(xiàn)降水減少，將會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的干旱的情況，而在春季和冬季，若降水偏少，但是由于夏季降水量的蓄存作用，將會使得春季和冬季干旱情況有所緩解，但同樣夏季、秋季降水也偏少的情況下，區(qū)域春季和冬季同樣也會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的干旱情況。在春季，2#氣象站點(diǎn)所在區(qū)域發(fā)生干旱的頻率最大，達(dá)到45.27%，4#區(qū)域干旱頻率相比于其他站點(diǎn)最低，為33.82%，2#氣象站點(diǎn)位于昆明地區(qū)的東南部，而4#氣象站點(diǎn)主要位于東部，由于東部降水在春季多于東南部區(qū)域，使得2#氣象站點(diǎn)所在區(qū)域春季總體干旱頻率偏高。而在夏季，屬于降水量較為集中的季節(jié)，其發(fā)生干旱的頻率相對較低，但夏季發(fā)生極端干旱的頻率相比于其他季節(jié)，較多。區(qū)域夏季和秋季干旱特征變

表3 昆明地區(qū)各氣象站點(diǎn)不同季節(jié)干旱頻率分析結(jié)果 單位：%

(b)夏季

(c)秋季

(d)冬季

化較為相似，秋季相比于其他季節(jié)發(fā)生總干旱的頻率較少，但是易在東南、東北部出現(xiàn)極端干旱的情況。冬季由于降水量減少，而昆明冬季氣溫一般較高，使得其蒸發(fā)量增大，因此出現(xiàn)干旱的頻率也相比較大，總體從各季節(jié)干旱頻率分析，東部和西部由于降水較多，出現(xiàn)干旱的頻率總體低于東南及東北區(qū)域，而西北區(qū)域發(fā)生極端干旱的頻率較大。

3 研究結(jié)論

(1)本文提出修正后的帕默爾干旱指數(shù)是基于云南中部43個(gè)氣象站點(diǎn)綜合分析得到，符合云南中部水文氣象條件，適用于滇中部地區(qū)干旱特征分析；

(2)區(qū)域東南及東北部易出現(xiàn)干旱，而西北部易出現(xiàn)極端干旱，在具體規(guī)劃時(shí)應(yīng)加強(qiáng)以上區(qū)域水資源優(yōu)化布局，深度挖掘抗旱補(bǔ)給能力；

(3)春季和冬季是昆明地區(qū)干旱易發(fā)季節(jié)，具體抗旱規(guī)劃時(shí)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)春季作物播種時(shí)的有效補(bǔ)水，加強(qiáng)應(yīng)急備用水源基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃。

(4)本文未對區(qū)域嚴(yán)重及極端干旱變化趨勢進(jìn)行分析，存在不足，在以后分析中還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以上兩個(gè)干旱等級的變化趨勢，為抗旱應(yīng)急儲備提供相應(yīng)的參考。