陳正發,李靖,相彪,段青松,李淑芳,王樹仿
基于的云南省多尺度干旱時空演變特征識別
陳正發1,2,李靖1,2,相彪1*,段青松1,2,李淑芳1,王樹仿1,2
(1.云南農業大學 水利學院,昆明 650201;2.云南省農業節水工程技術研究中心,昆明 650201)
【目的】識別云南省多尺度干旱的時空演變特征。【方法】基于云南省36個氣象站31 a的氣象數據,基于標準化降水指數(),結合GIS空間分析、非參數Mann-kendall趨勢檢驗,識別云南省多尺度氣象干旱時空分布及演變特征。【結果】①在年尺度、季節尺度均呈波動變化趨勢,除春季略有增長外,夏季、秋季、冬季和年尺度的均表現為減小趨勢,秋季變幅最大,冬季變幅最小。②年尺度干旱頻率分布在32.26%~50.00%之間,主導的干旱等級為輕微干旱和極端干旱,干旱頻率高值區主要分布在文山、紅河、昆明、楚雄、德宏。③春、夏、秋、冬4個季節的干旱頻率分別為39.86%、39.83%、38.43%、41.33%,盡管季節間干旱頻率差異較小,但不同季節主導性干旱等級差異較大。除春季外,各季節的主導性干旱等級均包含極端干旱。④年尺度上,除5個站點干旱呈增強趨勢外,其余站點均無顯著變化趨勢;春季大部分站點干旱演變呈減小趨勢,而夏季、秋季、冬季則分別有11、6、2個站點呈顯著增強趨勢。【結論】云南省年尺度和季節尺度干旱頻率分布及演變趨勢呈明顯的時空分異特征,區域干旱以季節性干旱為主,其中春旱、冬旱的干旱頻率和等級總體較高。
時空演變;氣象干旱;季節性干旱;標準化降水指數;云南省
【研究意義】干旱作為一種具有復雜性和一定規律性的氣候災害,對農業、水資源、生態環境均會造成負面影響[1]。全球每年因干旱造成的經濟損失高達60億~80億美元,遠高于其他氣象災害。伴隨著全球氣候變暖,干旱表現出進一步加重的趨勢[2]。干旱成因復雜,目前針對干旱的概念還沒有統一的定義。Palmer[3]認為干旱是一個持續、異常的水分虧缺事件。世界氣象組織將干旱定義為在較大范圍內相對長期平均水平而言的降水減少,從而導致自然生態系統和雨養農業生產力下降的過程[4]。美國氣象學會將干旱劃分為氣象干旱、農業干旱、水文干旱、社會經濟干旱4種類型[5]。定量識別區域干旱時空分布特征及其演變規律,對區域干旱防控和制定科學的水土資源管理措施具有重要的指導意義。
【研究進展】目前,國內外較為成熟的干旱評估方法主要有降水距平百分比[6]、Palmer指標[7]、指數[8]、指數[9]、標準化降水指數()[10]、標準化降水蒸發指數()[11]等。近年來,部分學者對灰色模糊聚類理論[12]、模糊物元模型[13]等方法進行了研究,取得了一定研究進展。是McKee等[14]在評估美國科羅拉干旱狀況時提出的一種氣象干旱評估方法,該方法通過概率密度函數求解累積概率,再將累積概率進行標準化而得到,消除了降水的時空分布差異,在各區域和多時間尺度上均能有效地反映旱澇狀況。Merabti等[15]研究表明,基于的干旱評估結果與具有較好的一致性。Xu等[16]研究表明,對于干旱區而言,比更適合作為干旱評估指標。袁文平[17]等研究表明,計算簡便,資料容易獲取,且計算結果與指數具有極好的一致性。
云南省作為我國西南季風和東南季風的交匯區,降水時空分布不均導致的季節性干旱災害頻發,干旱導致的農業減產已成為區域最大的致災因素。此外,云南省近50年的氣溫變化與全球、北半球和中國的變化趨勢基本一致,全省降水日數和雨季降水量減少,但暴雨、大暴雨事件的發生頻率卻有所上升[18]。降水分配不均和降水量減小將進一步加劇區域氣象干旱程度。近年來,眾多學者對西南地區干旱時空變化及成因進行了研究。Xu等[16]采用對中國干旱時空分布進行了研究,得出云南等中國西南地區的干旱事件有加劇的趨勢。Kim等[19]基于和相結合的研究表明,云南省約29.4%的地區屬于干旱易發區。【切入點】截至目前,針對云南省干旱時空演變規律的研究多側重于干旱分布特征描述,對多時空尺度干旱分布、干旱強度變化、連續性干旱、干旱年際變化及變異特征等方面的研究相對較少。【擬解決的關鍵問題】為此,本研究選取勻分布于云南省的36個氣象觀測站近31年的降水觀測數據,基于指數、GIS空間分析、非參數Mann-Kendall趨勢檢驗,識別云南省年尺度干旱和季節性干旱的時空分布規律及演變特征,為區域干旱災害防控和農業水土資源管理提供科學依據。
云南省地處中國西南邊陲,處于東亞季風和南亞季風交匯區域。該省地形由高原山地向喀斯特地貌逐漸演變,84%的區域面積為山區,丘陵區僅占該省總面積的10%,壩區面積僅為該省總面積的6%。該省降水充沛,河流眾多,但在時空分布上嚴重不均,導致干旱災害頻發,春旱和秋旱是云南省最為頻發的干旱災害。研究區高程及降水觀測站空間分布如圖1所示。

圖1 云南省高程及降水觀測站空間分布
1.2.1 干旱表征方法
本研究采用McKee等[14]提出的指數識別云南省不同尺度干旱的時空演變特征,計算方法詳見文獻[10]。依據劃分干旱強度等級,干旱等級劃分標準詳見表1。具有多時間尺度特征,3月(季節尺度)、12月(年尺度)時間尺度的應用最多,且季節尺度的3和年尺度的12更能反映干旱年內和年際變化[20]。因此,本研究采用年尺度12、季節尺度3來評估云南省年尺度、季節尺度的干旱時空分布及演變特征。

表1 SPI干旱等級劃分標準
1.2.2 干旱頻率
用P表示干旱頻率,其數值等于干旱發生頻數與統計序列樣本數之比,計算式為:

式中:為不同站點的代號;為對應站點發生干旱的頻數;為統計序列樣本數。
1.2.3 干旱范圍
以P表示干旱范圍,其計算式為:

式中:為不同年份的代號;為發生干旱的站點數;為研究區內的總站點數。
根據P數值劃分干旱范圍等級。當P≥50%時,為全域性干旱;當33%≤P<50%時,為區域性干旱;當25%≤P<33%時,為部分區域性干旱;當10%≤P<25%時,為局域性干旱;當P<10%時可認為區域內無明顯干旱發生。
1.2.4 干旱演變特征分析
非參數Mann-kendall(M-K)趨勢檢驗是由世界氣象組織(WMO)推薦并使用的一種統計檢驗方法,其優點是不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數異常值的干擾。本研究采用非參數M-K趨勢檢驗,探究36個站點的演變特征,分析干旱演變趨勢。對于時間序列(1,2,…,X)樣本,定義檢驗統計量:

式中:X、X分別為第、時間序列所對應的觀測值,且<;當X-X小于、等于或大于0時,sign(X-X)分別為-1、0或1;為樣本數。
Man-Kendall統計量的計算式為:

對于給定的置信水平,若||>1-α/2,表明該時間序列在置信水平上存在顯著的增加或減小趨勢。其中,為正值表示增加趨勢,為負值表示減少趨勢,||≥1.28、1.64、2.32時,分別表示通過了置信度90%、95%、99%的顯著性檢驗。本研究對36個氣象站觀測值計算得到的12、3系列進行趨勢檢驗。如果滿足||>1-α/2且>0,表明該站點干旱演變呈減小趨勢;滿足||>1-α/2且<0,表明該站點干旱演變呈增加趨勢;||≤1-α/2的站點代表干旱無明顯的增大或減小趨勢。
1.2.5 數據分析
計算和非參數Mann-kendall趨勢檢驗基于Matlab 2012軟件編程實現。空間分析基于ArcGIS10.2軟件的地統計分析模塊實現。常用的空間數據插值方法有反距離權重插值法(IDW)、多項式插值法(Spline)和克里金(Kriging)插值法3種,本研究采用交叉驗證法評價這3種方法的插值效果。經對比分析,在3種插值方法中,IDW的插值精度相對較高,因此本研究采用IDW進行空間數據插值分析。空間數據插值分析時,采用自然間斷法進行數據分類。根據云南省氣候特點,季節劃分標準為:3、4、5月為春季,6、7、8月為夏季,9、10、11月為秋季,12、1、2月為冬季。依據云南省綜合農業區劃報告,將云南省進一步劃分為滇中區、滇東南區、滇西區、滇西南區、滇西區、滇東北區、滇西北區共7個分區。
本研究采用的基礎氣象數據為均勻分布于云南省的36個國家基本氣象站1982—2012年逐月降水觀測資料,來源于中國氣象數據網。36個國家基本降水站空間分布見圖1。
圖2為1982—2012年云南省36個降水站在年尺度、季節尺度上的平均變化。云南省近30年不同時間尺度均呈波動變化趨勢,但不同時段的變化趨勢存在差異。除春季略有增長外,夏季、秋季、冬季和年尺度均表現為小幅度減小趨勢。春季變化范圍為-1.92~2.07,對應的干旱等級范圍為嚴重干旱~無旱;夏季變化范圍為-2.22~1.01,對應的干旱等級范圍為極端干旱~無旱;秋季變化范圍為-2.67~1.37,對應的干旱等級范圍為極端干旱~無旱;冬季變化范圍為-1.78~2.23,對應的干旱等級范圍為嚴重干旱~無旱。總體來看,秋季變化幅度最大,冬季變化幅度最小。

圖3為云南省年尺度干旱頻率空間分布。由圖3(a)可知,干旱頻率的高值區分布在滇東南區的文山、紅河,滇中區的昆明、楚雄,以及滇西區的德宏等地區,干旱頻率分布在41%~50%之間,這些區域發生干旱的頻率總體較高。干旱頻率的低值區主要分布在滇東北區的昭通,滇西區的保山以及滇西南區的普洱等地區,干旱頻率分布在32%~37%之間。其余地區的干旱頻率介于二者之間,干旱頻率分布在37%~41%之間。
由圖3(b)可知,輕微干旱的頻率分布在6.5%~21%之間,干旱頻率平均值為11.82%,發生干旱頻率總體較小。高值區位于滇中區的楚雄、昆明、玉溪地區,以及德宏、保山、普洱、怒江的部分地區,其余地區發生輕微干旱的頻率相對較小。由圖3(c)年尺度中等干旱頻率分布可知,高值區主要分布在怒江、麗江、臨滄的部分地區,其他地區的頻率均小于10%。圖3(d)為年尺度嚴重干旱頻率分布,高值區主要分布在西雙版納、麗江、紅河、曲靖的部分區域,其他地區的頻率均小于9.5%。圖3(e)為年尺度極端干旱頻率分布,高值區主要分布在滇西北區的迪慶,以及滇東南區的文山、紅河的部分地區,其他地區的頻率小于14%。總體來看,年尺度上4個干旱強度等級的發生頻率為:輕微干旱(11.82%)>極端干旱(11.14%)>中等干旱(8.95%)>嚴重干旱(7.17%),表明云南省發生輕微干旱和極端干旱的頻率總體較高。

圖3 年尺度干旱頻率空間分布
為識別連續干旱特征,本研究統計了36個站點1982—2012年連續干旱年的出現次數。統計結果表明,在36個站點中僅有貢山、孟定2個站點未出現連續干旱,其余34個站點均發生過至少1次的連續2 a以上的干旱。從發生頻次來看,出現2 a連續干旱的頻次最高,合計有29個站點共發生54次連續2 a干旱,占比高達57.45%。其次為連續3 a干旱,合計有17個站點共發生23次連續3 a干旱,占比高達24.47%。連續4 a干旱的發生次數為15次,在連續干旱年中的占比為15.96%。干旱持續時間最長為6 a,分別是昭通地區的2000—2005年干旱和瀘西地區的2007—2012年連續干旱。總體來看,昆明、楚雄、大理等區域發生連續干旱的頻率較高,這些區域也是云南省干旱易發多發區,應更加注重連續干旱的防控。
圖4為年尺度干旱范圍變化過程曲線。云南省干旱范圍變化呈顯著波動趨勢。干旱范圍最大的是1987—1989、1992、2003、2005、2009—2012年。除2009年外,干旱范圍均超過了60%,屬于全域性干旱。1982、1984、1993、1996、1998、2006年干旱范圍分布在33%~50%之間,屬區域性干旱。1994、2004年的干旱范圍分布在25%~33%之間,屬于部分區域性干旱。其余年份的干旱范圍均在25%以下,屬于局域性干旱或無明顯干旱。總體來看,干旱范圍越大,干旱延續時間也越長。
不同等級干旱范圍曲線也隨著時間變化呈波動趨勢。在同一時點,干旱范圍曲線下方第一條干旱等級范圍曲線為主導該時點的干旱等級。從干旱范圍變化來看,大部分區域性干旱由極端干旱主導,干旱過程表現為范圍廣、等級高,干旱導致的災害損失也較為嚴重,這也是云南省大范圍干旱發生、發展過程中的顯著特征。

圖4 年尺度干旱范圍變化曲線
季節性干旱與區域耕地利用、種植制度、城鄉供水保障等活動相關。云南省春、夏、秋、冬4個季節對應的干旱頻率分別為39.86%、39.83%、38.43%、41.33%,4個季節的干旱頻率差異較小。表2為季節性干旱等級頻率統計結果。盡管4個季節的干旱頻率差異較小,但不同季節干旱等級對應的頻率差異較大,春季、夏季、冬季發生輕微干旱的頻率最大,而秋季發生極端干旱的頻率最大。秋季干旱頻率最高的干旱等級為極端干旱,表明在干旱頻率差異不大的情況下,秋季較高等級的干旱強度對干旱災變過程影響也最大。
圖5為不同季節干旱頻率分布。春季干旱頻率分布呈自滇西北向東南遞減的趨勢;干旱頻率的高值區主要分布在怒江、大理及麗江的部分地區,干旱頻率分布在40.6%~50.0%之間,這些地區也是春旱防范的重點區域;干旱頻率的低值區主要分布在滇東南區的文山、紅河等地,干旱頻率分布在32.7%~39.4%之間。夏季干旱頻率分布相對較均勻,除文山等部分地區干旱頻率較高外,其余大部分地區的干旱頻率均在39.5%以下。秋季干旱頻率分布也相對均勻,高值區主要分布在怒江地區,其余地區的干旱頻率均在39.3%以下。冬季干旱頻率空間分布變異性較大,高值區分布在滇中區的昆明、玉溪,滇東南區的文山以及南部區的西雙版納,干旱頻率分布在42.8%~50.0%之間;低值區分布在紅河、臨滄、昭通等部分地區,干旱頻率分布在30.4%~41.4%之間。

圖5 不同季節干旱頻率空間分布
圖6為季節性干旱范圍變化曲線。不同季節干旱范圍變化呈顯著的波動變化趨勢。由圖6(a)可知,多數年份的春季干旱處于區域干旱以上范圍,干旱范圍最高值發生在1989年,干旱范圍接近100%;1982、1987、1995、2003、2005、2012年的春季干旱范圍也較大,均超過了60%;不同年份主導春季干旱的強度等級也存在差異,1997年前為輕微干旱和極端干旱,1997年后為輕微干旱和中等干旱。由圖6(b)可知,多數年份的夏季干旱也處于區域干旱以上范圍,干旱范圍最高值發生在1992年,干旱范圍接近100%;1986—1987、1992、2003、2006、2011年的夏季干旱范圍也較大,均超過了60%;除2006年外,干旱范圍超過50%的夏季全域性干旱均由極端干旱主導。從圖6(c)可以看出,多數年份的秋季干旱處于區域干旱以上范圍,干旱范圍最高值發生在2006年,干旱范圍超過80%;1996、2003—2004、2005、2009年的秋季干旱范圍也較大,均超過了60%;1997年前干旱范圍無明顯變化,1997年后干旱范圍有明顯增大趨勢,且主導的干旱等級為極端干旱。從圖6(d)可以看出,冬季干旱范圍波動較大,干旱范圍均在20%以上;干旱范圍最高值發生在1986年,干旱范圍也接近100%;1984—1986、1996、2001、2004、2006、2009、2012年的秋季干旱范圍也較大,均超過了60%。
上述結果表明,云南省不同季節干旱范圍變化存在顯著差異,干旱范圍高值的年份也各不相同,同一年內4個季節的干旱范圍也存在差異。整體來看,干旱等級和干旱范圍間存在著密切聯系,總體表現為干旱等級越高,干旱范圍也越大。除春季外,主導各季節干旱的等級均包含極端干旱,這也是導致云南夏、秋、冬3個季節干旱范圍廣、干旱災害影響程度大的根本原因。

圖6 季節性干旱范圍變化過程曲線
表3為36個站點非參數Mann-Kendall 趨勢檢驗結果。從年尺度來看,不同站點趨勢檢驗的值主要分布在||≤1-α/2范圍內;滿足||>1-α/2,且>0的站點數為0;滿足||>1-α/2,且<0的站點也較少,在90%、95%、99%的3個置信區間的站點數分別為5、2、2。因此,從年尺度干旱演變趨勢檢驗結果來看,除廣南、景洪、瀘西、沾益、昭通5個站點在90%的置信區間內有減小趨勢外,云南省大部分地區值沒有明顯的增長或遞增趨勢。
從季節尺度來看,不同季節的干旱演變趨勢存在差異。春季有18個站點干旱演變有減小趨勢,其中12個站點有顯著減小趨勢,3個站點有極顯著減小趨勢,只有1個站點干旱演變有增強趨勢。夏季大部分地區降水充沛,大部分站點干旱演變無明顯的增加或減小趨勢,但仍有保山、德欽、江城、景洪、臨滄、瀘水、瀘西、瑞麗、普洱、宜良、昭通11個站點表現為增強趨勢,其中江城、景洪、臨滄、瀘西、普洱、昭通6個站點呈顯著增強趨勢,3個站點呈極顯著增強趨勢。秋季合計有3個站點的干旱演變表現為減小趨勢,有6個站點表現為增強趨勢,其他站點干旱無明顯的增大或減小趨勢。冬季除沾益站點的干旱演變表現為減小趨勢,景洪、勐臘表現為增強趨勢外,其余大部分站點干旱均無明顯的增大或減小趨勢。不同季節干旱演變趨勢的差異性特征表明,在干旱防控過程中,可針對不同季節干旱演變的特點實施差異化的應對措施,以實現干旱防控的精準化要求。

表3 非參數Mann-Kendall趨勢檢驗結果
干旱評估方法是近年來國內外干旱研究領域的熱點問題。目前,國內外較成熟的干旱評估方法主要有降水距平百分比、Palmer指標、指數、指數、指數、、等。其中,因具有穩定的計算特性,消除了降水時空分布差異,同時能有效地反映旱澇狀況等特點,在世界各地得到了廣泛應用[17]。通過反演得到的干旱頻率、干旱歷時、干旱強度等信息與云南省發生的干旱記錄具有較好的一致性,這也說明在云南省干旱評估中具有優秀的適宜性。
同一地區月(1)、季度(3)、半年(6)、年(12)時間尺度表現出不同的變化特性。選擇的時間尺度過長,干旱評估結果可能存在滯后效應;而時間尺度過短,則使評估結果存在較大的波動性,從而失去對干旱的診斷意義。從國內外研究來看,3、12月時間尺度的應用較多,且3和12更能反映干旱年際變化[15]。1和3均能夠較好地反映短期氣象的旱澇特征,與農業干旱間存在較為密切的關系;6和12則可以更精準地反映長期的旱澇變化特征[20]。由于時間尺度不同,同一地區年尺度、季節尺度上的干旱演變存在差異。因此,干旱評估中應根據實際需要合理選擇時間尺度,以提高干旱評估的有效性。
云南省近50年降水日數和雨季降水量逐漸減少,但暴雨、大暴雨等極端降水頻率上升,由此對區域水資源時空分布和旱澇狀況造成了顯著影響[21]。也有研究結果表明,近46年云南省年平均降水量趨于減少,特別是夏季降水量明顯減小[22]。降水變化在區域干旱的演變中扮演著重要角色,隨著降水特征(時空分布、暴雨特征等)的變化,干旱特征也隨之發生變化,最終對農業生產、生態環境和城鄉供水安全造成重大影響。任菊章等[23]研究表明,在全球變暖背景下,云南省雨季有變干的趨勢,干旱略有加強趨勢。從本文研究來看,云南省不同地區的干旱演變趨勢存在差異;全年、夏季、秋季、冬季時間尺度的干旱演變呈小幅度增強趨勢,這與任菊章等[23]研究結果基本一致。未來應重點關注氣候變化驅動下干旱演變規律及驅動過程,為區域干旱災害精準防控提供科學依據。
1)云南省在不同時間尺度上均呈波動變化趨勢,除春季有小幅度增長趨勢外,夏季、秋季、冬季和全年尺度的均表現為小幅減小趨勢。
2)年尺度干旱頻率分布在32.26%~50.0%之間,多年平均干旱頻率為39.08%,輕微干旱和極端干旱為年尺度干旱的主導性等級。干旱頻率高值區主要分布在文山、紅河、昆明、楚雄、德宏等地區,低值區主要分布在昭通、曲靖、保山、普洱等地區。
3)春、夏、秋、冬4個季節對應的干旱頻率分別為39.86%、39.83%、38.43%、41.33%,其中春、夏、冬3個季節頻率最高的干旱等級為輕微干旱,而秋季發生頻率最高的干旱等級為極端干旱。
4)年尺度除有5個站點的干旱演變表現為增強趨勢外,大部分地區年尺度干旱無明顯的增強或減小趨勢。
[1] MA M W, SONG S B, REN L L, et al. Multivariate drought characteristics using trivariate Gaussian and Student t copulas[J]. Hydrological Processes, 2013, 27(8): 1 175-1 190.
[2] WILHITE Donald A. Drought as a natural hazard: concepts and definitions[C]. London, 2000.
[3] PALMER W C. Meteorological drought US [C]. New York, 1965.
[4] World Meteorologic Organization. International meteoroljogical vocabulary (2nd)[M]. WMO, 1966.
[5] American Meteorological Society. Meteorological drought-Policy statement[J]. Bulletin of American Meteorological Society, 1997, 78: 847-849.
[6] 韋開, 王全九, 周蓓蓓, 等. 基于降水距平百分率的陜西省干旱時空分布特征[J]. 水土保持學報, 2017, 31(1): 318-322.
WEI Kai, WANG Quanjiu, ZHOU Beibei, et al. Analysis of drought characteristics in Shaanxi Province based on precipitation anomaly percentage[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(1): 318-322.
[7] 劉衛國, 王曼, 丁俊祥, 等. 帕默爾干旱指數在天山北坡典型綠洲干旱特征分析中的適用性[J]. 中國沙漠, 2013, 33(1): 249-257.
LIU Weiguo, WANG Man, DING Junxiang, et al. A test on the palmer drought index with the data collected in the oasis in the northern slope of Tianshan Mountain[J]. Journal of Desert Research, 2013, 33(1): 249-257.
[8] 包云軒, 孟翠麗, 申雙和, 等. 基于CI指數的江蘇省近50年干旱的時空分布規律[J]. 地理學報, 2011, 66(5): 599-608.
BAO Yunxuan, MENG Cuili, SHEN Shuanghe, et al. Temporal and spatial patterns of droughts for recent 50 years in Jiangsu based on meteorological drought composite index[J]. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(5): 599-608.
[9] 王勁松, 郭江勇, 傾繼祖. 一種K干旱指數在西北地區春旱分析中的應用[J]. 自然資源學報, 2007, 22(5): 709-717.
WANG Jinsong, GUO Jiangyong, QING Jizu. Application of a kind of K drought index in the spring drought analysis in northwest China[J]. Journal of Natural Resources, 2007, 22(5): 709-717.
[10] 李斌, 解建倉, 胡彥華, 等. 基于標準化降水指數的陜西省干旱時空變化特征分析[J]. 農業工程學報, 2017, 33(17): 113-119.
LI Bin, XIE Jiancang, HU Yanhua, et al. Analysis on spatiotemporal variability characteristics of drought in Shaanxi Province using standardized precipitation index[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(17): 113-119.
[11] 陳淑紅, 劉宇, 劉招, 等. 基于SPEI指數涇河流域近50年干旱時空演變特征[J]. 水土保持學報, 2022, 36(2): 181-188, 196.
CHEN Shuhong, LIU Yu, LIU Zhao, et al. Temporal and spatial characteristics of drought in the Jinghe River Basin in the past 50 years based on the SPEI index[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2022, 36(2): 181-188, 196.
[12] 陳南祥, 李士輝, 楊莉. 灰色模糊聚類理論在干旱評價中的應用[J].華北水利水電學院學報, 2007, 28(2): 4-7.
CHEN Nanxiang, LI Shihui, YANG Li. Application about the grey-fuzzy cluster theory in the arid evaluation[J]. Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power, 2007, 28(2): 4-7.
[13] 武翡翡, 王烜. 基于熵權的模糊物元模型在白洋淀干旱評價中的應用[C]//Proceedings of 2011 AASRI Conference on Applied Information Technology (AASRI-AIT 2011 V3). Kota Kinabalu, Malaysia, 2011: 325-328.
[14] MCKEE T B, DOESKEN N J, KLEIST J. The relationship of drought frequency and duration to time scales. Proceeding of 8th Conference on Applied Climatology[C]. American Meteorological Society, Boston: Massa chusetts, 1993, 179-184.
[15] MERABTI A, MARTINS D S, MEDDI M, et al. Spatial and time variability of drought based on SPI and RDI with various time scales[J]. Water Resources Management, 2018, 32(3): 1 087-1 100.
[16] XU K, YANG D W, YANG H B, et al. Spatio-temporal variation of drought in China during 1961–2012: A climatic perspective[J]. Journal of Hydrology, 2015, 526: 253-264.
[17] 袁文平, 周廣勝. 標準化降水指標與Z指數在我國應用的對比分析[J].植物生態學報, 2004, 28(4): 523-529.
YUAN Wenping, ZHOU Guangsheng. Comparison between standardized precipitation index and z-index in China[J]. Acta Phytoecologica Sinica, 2004, 28(4): 523-529.
[18] 程建剛, 解明恩. 近50年云南區域氣候變化特征分析[J]. 地理科學進展, 2008, 27(5): 19-26.
CHENG Jiangang, XIE Ming’en. The analysis of regional climate change features over Yunnan in recent 50 years[J]. Progress in Geography, 2008, 27(5): 19-26.
[19] KIM K, WANG M C, RANJITKAR S, et al. Using leaf area index (LAI) to assess vegetation response to drought in Yunnan Province of China[J]. Journal of Mountain Science, 2017, 14(9): 1 863-1 872.
[20] 張利利, 周俊菊, 張恒瑋, 等. 基于的石羊河流域氣候干濕變化及干旱事件的時空格局特征研究[J]. 生態學報, 2017, 37(3): 996-1 007.
ZHANG Lili, ZHOU Junju, ZHANG Hengwei, et al. Temporal and spatial patterns of climate drought-wet and drought event based on standard precipitation index in Shiyang River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017,37(3): 996-1 007.
[21] 吳志杰. 城市化對云南高原中部區域氣候變化的影響研究[D]. 昆明: 云南大學, 2015.
WU Zhijie. Quantitative estimates of urbanization effects on climate change in central Yunnan Plateau[D]. Kunming: Yunnan University, 2015.
[22] LI Y G, HE D M, HU J M, et al. Variability of extreme precipitation over Yunnan Province, China 1960—2012[J]. International Journal of Climatology, 2015, 35(2): 245-258.
[23] 任菊章, 黃中艷, 鄭建萌. 基于相對濕潤度指數的云南干旱氣候變化特征[J]. 中國農業氣象, 2014, 35(5): 567-574.
REN Juzhang, HUANG Zhongyan, ZHENG Jianmeng. Analysis on drought climate change in Yunnan based on relative moisture index[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2014, 35(5): 567-574.
Spatiotemporal Variation of Drought in Yunnan Province Calculated Using the Standardized Precipitation Index
CHEN Zhengfa1,2, LI Jing1,2, XIANG Biao1*, DUAN Qingsong1,2, LI Shufang1, WANG Shufang1,2
(1. College of Water Conservancy, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China;2. Research Center of Agricultural Water Saving Engineering and Technology in Yunnan Province, Kunming 650201, China)
【Objective】Drought is the most important abiotic stress facing agricultural management and economic development in many regions and countries. The aim of this paper is to identify the spatiotemporal variation of drought in Yunnan Province, using the standardized precipitation index ().【Method】Meteorological data measured over the past 31 years from 36 meteorological stations across the province were used in the analysis. Multi-scale variations of the droughts in both time and space were calculated using, GIS, nonparametric Mann-Kendall trend test and other methods.【Result】①Both annual and seasonalfluctuated temporally, but we identified a small annual increase in spring, small annual decreases in summer, autumn and winter. The autumnvaried mostly, and the winterleast. The annualvaried from -1.95 to 1.44. ②The annual drought frequency varied from 32.26% to 50.00%, with the severity of most droughts varying from mild to extreme range. Spatially, drought occurred more frequently in Wenshan, Honghe, Kunming, Chuxiong and Dehong than in other regions in the province. ③Seasonally, drought frequency in spring, summer, autumn and winter was 39.86%, 39.83%, 38.43%, and 41.33%, respectively. Although drought frequency in different seasons was close, their severity differed considerably. ④Annually, except for five meteorological stations which found increased drought frequency, drought frequency in other stations remained statistically the same. Seasonally, most stations showed decreased drought frequency in spring, eleven stations showed increased drought frequency in summer, and six and two stations showed increased autumn droughts and winter droughts, respectively.【Conclusion】Annual and seasonal drought frequency is spatially heterogeneous across the province. Droughts in the province are seasonal, with droughts occurring in spring and winter more frequently and severely.
space-time evolution; meteorological drought; seasonal drought; standardized precipitation index; Yunnan Province
1672 - 3317(2023)04 - 0092 - 08
P237
A
10.13522/j.cnki.ggps.2022250
陳正發, 李靖, 相彪, 等. 基于的云南省多尺度干旱時空演變特征識別[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(4): 92-99.
CHEN Zhengfa, LI Jing, XIANG Biao, et al. Spatiotemporal Variation of Drought in Yunnan Province Calculated Using the Standardized Precipitation Index[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(4): 92-99.
2022-05-06
云南省基礎研究專項面上項目(202201AT070272);云南省教育廳科研項目(2022J0303);云南農業大學引進人才科研啟動項目(KY2022-29)
陳正發(1985-),男。講師,博士,主要從事水土生態工程研究。E-mail: chenzhengfa2013@126.com
相彪(1979-),男。正高級工程師,博士,主要從事農業水工建筑研究。E-mail: 103931114@qq.com
責任編輯:韓 洋