修正的帕爾默干旱指數在昆明地區的應用研究

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，云南地區極端干旱情況呈現頻發、多發態勢[1]。昆明地區作為云南省糧食主產區，農業干旱損失大[2]。在全國抗旱規劃方案實施下，云南地區開始編制抗旱規劃，而抗旱規劃的基礎是對區域干旱特征進行有效評估[3]。干旱特征主要是區域不同干旱程度發生的頻率、范圍，影響程度，干旱特征常用分析方法主要采用干旱指標進行干旱等級劃分，從而確定不同干旱發生的頻率[4]，這其中用來分析干旱的指標較多，大致可以分為三類，第一類為氣象干旱指標[7- 9]，第二類為水文干旱指標[10- 11]，第三類為農業干旱指標[12- 13]，不同干旱指標在不同區域具有其適用性。在這些指標中，帕默爾干旱指標由于可考慮氣象、水文綜合條件，在水文、氣象、及農業領域中得到廣泛應用[14- 16]，但由于其可考慮流域降水、蒸發及徑流因素，而不同區域蒸發和徑流條件不同，因此在不同區域其沒有通用性，需要結合區域實際水文氣象條件，對該指數進行修正，從而建立適合于區域實際干旱情況的指數[17]。為此在云南省抗旱規劃的大研究背景下，結合昆明地區氣象數據，建立修正的帕默爾干旱指標，并對昆明地區近65年的干旱特征進行分析，從而為昆明地區抗旱規劃提供重要的參考價值。

1 改進的帕爾默干旱指數計算原理

帕默爾干旱指數可綜合考慮氣象水文因素，在水文、氣象、農業干旱分析領域得到廣泛應用，帕默爾干旱指數首先結合水量平衡方程對區域適宜降水量進行計算，計算方程為：

(1)

(2)

結合云南中部地區43個主要氣象站點數據對帕默爾干旱指數進行修正，修正后的帕默爾干旱指數方程為：

xi=0.9251xi-1+zi/123.33

(3)

zi=K×di

(4)

式中，i—計算的時間尺度，月；xi—第i月計算的帕默爾干旱指數；zi—第i月計算的降水距平干旱指數；di—計算尺度下的降水量差值，mm；K—設定的權重系數。帕默爾干旱指數劃分等級見表1。

表1 帕默爾干旱指數劃分等級

2 研究成果

2.1 研究區域概況

本文以云南昆明地區為研究區域，昆明位于云南的中部區域，是云南的省會所在，也是云南省糧食主產區，昆明地區屬于典型的暖溫度半濕潤性氣候，區域年平均降水量在900～1000mm，降水也主要在夏季和秋季，受極端天氣事件影響，昆明地區近些年來干旱發生的頻次有所增多，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。為對區域干旱特征進行分析，結合昆明地區6個氣象觀測站點1954—2018年實測氣象要素數據，結合改進的帕爾默干旱指數對其干旱特征進行評價。如圖1所示。

2.2 昆明地區年尺度干旱評價分析結果

結合修正的帕默爾干旱指數，選取昆明地區不同區域6個典型氣象站點分析其年尺度干旱特征，并結合表1中干旱等級劃分程度，對不同等級干旱的頻率進行分析，分析結果見表2。

表2 各氣象站點干旱頻率分析結果 單位：%

圖1 各氣象站點的年尺度干旱指數評價結果

從圖1中可看出，各個氣象站點近65年干旱指數變化程度不同，但干旱指數總體呈現波動變幅，從年代角度出發，各站點在70年代和80年代干旱特征變化較為一致，即在這兩個年代際發生干旱的年份較少，而進入90年代以后，各站點發生干旱的年份逐步增多，特別是在2005年以后，昆明地區發生極端干旱的年份明顯遞增，這主要是因為受到氣候變化的綜合影響，區域發生極端干旱的頻率有所增多。從表2中可看出，各氣象站點中發生微旱和中旱頻率占比較多，總體在9.2%～40.6%之間，這表明昆明地區總體旱情并不是很嚴重，這主要還和區域降水量總體較為充沛有關，但由于從2000年代開始，昆明地區總體降水量呈現明顯減少的變化，使得區域發生嚴旱及極端干旱的頻率逐步增多，特別是2005年以后，昆明地區出現極端干旱的年份較多。從干旱頻率分析結果可看出，3個氣象站點發生極端干旱的頻率最高，在11.5%～14.7%之間，均主要出現在2000年年以后，從其空間分布可分析，主要出現在東北部和東南部，這兩個區域由于降水量較少，使得其出現極端干旱的頻率較其他站點明顯。

2.3 昆明地區季節尺度干旱評價分析結果

在昆明地區年尺度干旱特征評價分析的基礎上，結合修正的帕默爾干旱指數對區域不同季節的干旱特征進行分析，具體分析結果見表3。

從分析結果可看出，昆明地區主要在春季及冬季易出現干旱情況，但是在夏季和秋季出現極端干旱情況也較多，這主要是因為若在夏季出現降水極端偏少的季節，而由于夏季是昆明地區降水主要補給的季節，若是夏季出現降水減少，將會產生較為嚴重的干旱的情況，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，區域春季和冬季同樣也會出現較為嚴重的干旱情況。在春季，2#氣象站點所在區域發生干旱的頻率最大，達到45.27%，4#區域干旱頻率相比于其他站點最低，為33.82%，2#氣象站點位于昆明地區的東南部，而4#氣象站點主要位于東部，由于東部降水在春季多于東南部區域，使得2#氣象站點所在區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，其發生干旱的頻率相對較低，但夏季發生極端干旱的頻率相比于其他季節，較多。區域夏季和秋季干旱特征變

表3 昆明地區各氣象站點不同季節干旱頻率分析結果 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發生總干旱的頻率較少，但是易在東南、東北部出現極端干旱的情況。冬季由于降水量減少，而昆明冬季氣溫一般較高，使得其蒸發量增大，因此出現干旱的頻率也相比較大，總體從各季節干旱頻率分析，東部和西部由于降水較多，出現干旱的頻率總體低于東南及東北區域，而西北區域發生極端干旱的頻率較大。

3 研究結論

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

(2)區域東南及東北部易出現干旱，而西北部易出現極端干旱，在具體規劃時應加強以上區域水資源優化布局，深度挖掘抗旱補給能力；

(3)春季和冬季是昆明地區干旱易發季節，具體抗旱規劃時應重點加強春季作物播種時的有效補水，加強應急備用水源基礎設施的規劃。

(4)本文未對區域嚴重及極端干旱變化趨勢進行分析，存在不足，在以后分析中還應重點關注以上兩個干旱等級的變化趨勢，為抗旱應急儲備提供相應的參考。