基于SPE/的七星關區氣象干旱特征分析

中圖分類號： P426.616 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305（2025）05-0281-03

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告上指出，21世紀10年代全球地表氣溫出現了明顯的升溫現象，與1850一1900年的平均氣溫相比上升了 1.1^qC ，并預估2021—2040年全球氣溫升溫幅度將超過 1.5^qC 在全球氣候變暖的背景下，干旱作為一種常見的自然災害，對人類社會和生態環境系統造成了嚴重的影響。畢節市七星關區位于貴州省西北部，是我國重要的新型工業、特色農業和旅游業基地。該地區屬于典型的喀斯特地貌區，這里生態環境脆弱，對氣候變化響應敏感，近年來干旱事件頻發，給當地農業生產和人民生活帶來了巨大影響和嚴峻挑戰。

標準化降水蒸散指數（SPEI）是由Vicente-Serrano提出的干旱監測指標，綜合考慮了降水和潛在蒸散發的共同影響，能夠更全面地反映氣象干旱特征[1-3]。目前，基于SPEI的干旱研究在中國多個區域已有應用，但對西南喀斯特地區的研究相對不足[4-10]。因此，研究選取貴州省畢節市七星關區為研究區域，利用長時間序列的SPEI數據系統分析其氣象干旱特征，以期為區域抗旱減災和水資源管理提供科學依據。

1研究區概況與數據方法

1.1 研究區概況

畢節市七星關區位于貴州省西北部，地處滇東高原向黔中山原丘陵過渡的傾斜地帶，海拔為 470～2217m 平均海拔 1511m ，海拔落差較大，總面積為 3412km² 。七星關區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫為12.5‰ ，年平均降水量為 954mm ，年無霜期為250d左右。七星關區境內喀斯特地貌發育較好，峰巒疊嶂，溪流縱橫，壑谷幽深，山清水秀，風光旖旎，但生態環境極為脆弱，水資源時空分布不均，干旱是影響七星關

區的主要氣象災害之一。

1.2數據來源與研究方法

研究使用的數據選取貴州省七星關區1961年1月—2023年12月逐日降水量，統計并計算出七星關區的逐月降水量。由于不同時間尺度上的降水量變化幅度較大，直接利用降水量進行時空尺度對比并不科學，而且降水屬于偏態分布，因此采用分布概率來分析降水量的變化。其中，SPEI值是先計算降水量和蒸散量的差值，再經標準化處理，最終通過正態標準化累積頻率 （P） 分布對干旱等級進行劃分。將降水量與這個地區某一時段內的潛在蒸散量與平均值進行對比后得出一個數值。

（1）當 P?0.5 時， ，計算公式為：

②當 Pgt;0.5 時， P 取 1-P ，其計算公式為：

式 （1）～（2） 中， c₀=2.5155 ， c₁=0.8029 c₂=0.0103 d_l= 1.4328， d₁=0.189 3 5 d₁=0.001 3 ， w（1，2，3 ，…）表示概率權重距。當SPEI值 gt;0 時，表示降水量超出同期的蒸散需求，水分充足，值越大說明水分的盈余越多，表示該地區濕潤，當SPEI值 lt;0 時，說明降水量不能滿足同期蒸散需求，出現水分虧缺，值越小代表發生的氣象干旱概率越高。

結合干旱等級劃分的國家標準（表1），通過對不同時間尺度下（SPEI-1、SPEI-3、SPEI-12）的SPEI值進行相關分析，用于反映七星關區短、中、長期的干旱狀況，從而更好地了解七星關區干旱發生頻率和強度，協助相關部門在干旱發生時及時進行決策，科學協調水資源分配。

2七星關區干旱時空特征分析

2.1SPEI-1的變化特征

SPEI-1表示在計算該月份SPEI值時僅考慮當月水分虧缺的情況。對七星關區1961—2023年SPEI-1進行分析發現，63年期間七星關區干濕交替出現（圖1）。其中，干旱發生率為 34.9% ；輕旱、中旱、重旱和特旱均出現過，以輕旱出現頻率最高，達到 52.7% ；其次是中旱，占干旱發生頻次的 28.4% ；特旱出現的最少，重旱和特旱分別占據 12.9% 和 6.0‰ 這63年中七星關區干旱發生率呈現明顯的年代際變化，其中20世紀60年代干旱出現頻率相對較低，發生率為 29.2% ，該年代未發生特旱；隨后，干旱出現頻率呈現逐年代增長現象，70年代達到 30.8% ，并出現特旱月份，中旱發生率較60年代明顯增多；80年代干旱頻率明顯增加，增長到 34.2% ，重旱發生率較70年代和60年代有所減少；90年代干旱出現頻率為 35.8% ，特旱有顯著的增多現象。進入21世紀后，七星關區干旱頻率較20世紀增高顯著，00年代達到 38.3% ，10年代增至 40.0% ，并出現多次持續性干旱事件，2021—2023年干旱出現頻率達到了 38.9% ;2001一2023年輕旱、重旱和特旱都較20世紀60一90年代出現了增多，尤其重旱頻率增高明顯，但中旱的發生率相對減少。

2.2 SPEI-3的變化特征

SPEI-3表示在計算該月份SPEI值時考慮的是當月及其前2個月共3個月的水分虧缺情況。通過對七星關區1961—2023年SPEI-3序列進行分析發現，63年期間七星關區呈現干濕交替現象（圖2），干旱發生率為 33.7%_?? 期間不同程度的干旱均出現過，其中仍以輕旱為主，發生率為 49.2% ；中旱發生頻率次之，占干旱發生頻次的 31.5% ；重旱的發生頻率為 15.4% ；特旱發生的最少，占 3.9%_0.63 年中，七星關區干旱發生頻率在21世紀00年代期間最高，達到 23.2% ；在20世紀70年代最低，發生率為 10.6% 。不同程度的干旱發生頻率均呈現波動變化現象，其中輕旱、中旱均在21世紀00年代期間發生得最多，進入10年代后輕旱又開始明顯減少；重旱在20世紀80年代發生最多，其次是21世紀00年代，20世紀60—70年代出現的相對較少；而20世紀60年代、70年代期間七星關區均未出現過特旱現象，之后呈現增多趨勢，其中2021—2023年這3年中就有5個月份出現了特旱現象。

為揭示63年期間七星關區季節性干旱特征，選取SPEI-3的5月、8月、11月和次年2月的值代表春季（3—5月）、夏季（6一8月）、秋季（9一11月）及冬季（12月至翌年2月）。對七星關區季節性干旱情況進行分析得出，在這63年中，七星關區春季、夏季、秋季和冬季的SPEI值的變化范圍分別為-2.09（2011年）＼～1.98（1984年）、-2.28（2022年）＼～2.01（2021年）、-2.02（2009年）＼～2.07（2008年）、-2.16（2023年） ～2.19 （1982年），年際間變化幅度較大，整體上各季節的氣候傾向率分別為-0.1/10年、0.039/10年、-0.144/10年和-0.17/10年（圖3），說明除夏季外，七星關區春季、秋季和冬季都呈現出變干的趨勢，以冬季變干趨勢最明顯。

2.3 SPEI-12的變化特征

SPEI-12表示在計算該月份SPEI值時考慮的是包括當月在內的前12個月份的水分虧缺情況，采用不低于12個月的大尺度的SPEI值能很好反映干旱的長期積累過程，這一變化過程與地表水和地下水位的相關性較為密切，因此SPEI-12是用于表征干旱的理想指標。經SPEI-12分析表明，在1961—2023年這63年中七星關區經歷了明顯的干濕交替過程，20世紀60—70年代以濕潤為主，80年代為濕、干交替，90年代也是以濕潤為主，進入2000年后，干旱趨勢顯著增強，特別是2002—2003年、2009—2011年和2022—2023年出現持續性極端干旱事件。

選取SPEI-12的12月值作為年干旱數據，分析七星關區1961—2023年這63年中SPEI年際變化得到SPEI的變率為-1.97（2022年）＼～2.46（1983年），年際變化幅度較大。1961—1986年僅有4個年份為干旱年，其中1981年和1985年為輕旱年，1962年為中旱年，1966年為重旱年，其他年份均為無旱年，是七星關區較為濕潤的時期；1987一1990年為較干時期，4個年份的SPEI值均為負值，其中1988年和1989年達到重旱；1991一2001年也是七星關區相對濕潤時期，只有1998年達到輕旱年；2002一2013年是干旱出現較多的時期，這12年中出現了4個中旱年、3個重旱年；2014—2023年，七星關區又進入較濕潤時期，其中2022、2023年為干旱年，2022年SPEI值達到-1.97，是63年中干旱最嚴重的一年。總體來看，七星關區1961—2023年的SPEI值正在以-0.104/10年的速率下降，整體表現為變干趨勢（圖4）。

2.4干旱持續性分析

滑動平均分析顯示，短期干旱（SPEI-1）持續時間多為1＼～3個月，最嚴重的干旱事件發生在1978年12月一1979年7月、1986年12月一1987年7月，這2次過程均持續長達8個月，七星關區經歷了冬春夏3個季連旱。中期干旱（SPEI-3）持續時間多為1＼～4個月，最多持續14個月，發生在2009年2月一2010年3月，在此期間SPEI值在-1.0以下的有11個月，SPEI值在-2.0以下的有2個月，其次是2022年7月一2023年7月的干旱事件，持續時間長達13個月，SPEI值在-1.0以下的有8個月，SPEI值在-2.0以下的有4個月，干旱嚴重。長期干旱（SPEI-12）多為持續3＼～12個月，七星關區1987年7月—1990年12月期間出現了最長持續42個月的干旱，其次是2009年9月一2012年7月，持續35個月，2022年8月一2023年12月的干旱事件共持續17個月，在此期間SPEI小于-2.0的長達6個月，干旱時間跨度大且危害重。總而言之，近年來七星關區長期干旱事件的發生頻率和持續時間均有所增加。

3結論

基于SPEI值對七星關區1961—2023年氣象干旱特征分析，得出以下結論。

（1）分析SPEI值，七星關區干濕交替出現，干旱主要以輕旱為主，其次是中旱、特旱發生較少，在20世紀60一70年代干旱率相對較低，為濕潤期，而且基本未出現特旱，80年代后干旱明顯增多，總體上干旱呈現增長現象。

（2）七星關區春、秋和冬季呈現變干趨勢，冬季變干最為明顯，夏季則略趨于變濕。七星關區SPEI值的年際間差異較大，整體表現為變干趨勢，正在以-0.104/10年的速率下降。特別是進入21世紀后干旱趨勢顯著，持續性干旱事件頻發、多發。

（3）七星關區干旱加劇可能與全球氣候變化背景下的大氣環流異常有關，同時受人類活動影響。研究僅為單站數據的分析，這種局限性會影響空間分析的準確性，未來可結合多站點數據和遙感資料進行更全面的評估。

參考文獻

[1]王勁松，李耀輝，王潤元，等.我國氣象干旱研究進展評述[J].干旱氣象，2012，30（4）：497-508.

[2]吳秋潔.近55年西南地區干旱氣候特征及成因分析[D].成都：成都信息工程大學，2019

[3]郭曉萌，佟斯琴，包玉海，等.基于SPEI的內蒙古地區近55年干旱時空變化趨勢分析[J].地理信息世界，2021，28（3）：42-48，79.

[4]熊光潔，張博凱，李崇銀，等.基于SPEI的中國西南地區1961—2012年干旱變化特征分析[J].氣候變化研究進展，2013，9（3）：192-198.

[5]王藝霖，王蕊，單鳳君，等.基于SPEI指數的遼寧省玉米干旱特征分析[J].遼寧工業大學學報（自然科學版），2024，44（4）：273-280.

[6]姜旭鷹，黃志英，林小玉，等.基于SPI和SPEI的內江市氣象干旱變化特征研究[J].現代農業科技，2024（15）：120-125.

[7]劉雨，梅華，范文波，等.基于SPEI的1992—2022年塔額盆地干旱時空變化特征[J].干旱區地理，2024，47（8）：1338-1347.

[8]張勇，黃俊芳，劉璐，等.基于SPEI的陜西蘋果產區近60a干旱變化特征[J].中國農學通報，2024，40（23）：105-117.

[9]董建設.基于SPEI的濮陽夏玉米生長季干旱特征分析[J].中國農學通報，2024，40（14）：82-89.

[10]高晴，孫金偉，趙曉雪，等.基于SPEI的中國干旱多尺度時空特征分析[J].節水灌溉，2024（6）：111-120，127.