基于SPI的1979—20...0年广东气象干旱的时空特征_余锐.pdf

第 卷第 期 年 月 广 东 气 象 收稿日期：基金项目：广东省科技计划项目（）；广东省气象局科学技术研究项目（）；佛山市气象局科学技术研究项目（）作者简介：余锐（年生），男，硕士，工程师，主要从事天气与气候研究。：余锐，孙丽颖，焦玚，等 基于 的 年广东气象干旱的时空特征 广东气象，（）：基于 的 年广东气象干旱的时空特征余锐，孙丽颖，焦玚，陆杰英，刘振邦（佛山市三水区气象局，广东佛山；广州市增城区气象局，广东广州；广州市气象台，广东广州）摘 要：基于 年的月降水数据计算标准化降水指数（），分析了广东省近 年不同尺度的干旱时间和空间特征，结果发现：（）年广东省有略湿润趋势；年干旱倾向为“三明治”状分布，珠三角和粤北地区逐渐湿润化，粤东和粤西呈略干旱化。（）广东省年际 分布主要有 种表现类型：模态 反映南涝北旱或北涝南旱 种类型；模态 反映东旱西涝或西旱东涝 种类型；模态 反映沿海涝内陆旱或沿海旱内陆涝 种类型。（）基于季节尺度：春季的干旱化趋势最为明显，夏季非干旱化趋势明显；秋季是广东地区干旱的高发时期，干旱分布最广；春季发生轻旱以上等级的地区主要位于雷州半岛一带；秋冬连旱在广东普遍发生。关键词：气候学；干旱；降水；标准化降水指数（）；广东省 中图分类号：文献标志码：干旱是众多气候灾害中最严重的灾害之一。近年来，在全球气候变暖的大背景下，极端天气气候事件频发，干旱的发生频率和强度也明显增加。目前，许多气象学者已对广东干旱进行了研究，如利用 研究粤东北地区和肇庆市的旱涝变化特征和干旱特征、基于 探究连州市和南澳县的干旱演变特征、基于土壤水分模型监测干旱动态变化等。但这些研究或使用单一指数，或仅研究广东局部市县或单一站点，无法很详细地反映广东省在不同尺度上的干旱特征，对于整体并且系统地把握广东省干旱的演变及对干旱进行准确分区均仍存在一定的缺陷。基于此，本研究使用 等在 年提出的具有多尺度特征的标准化降水指数（，），该指数相比于其他干旱指数，例如、指数、其优势在于可以分析不同尺度下的干旱程度。本研究基于年（个月）和季（个月）尺度的 对广东省 年 月至 年 月近 年的干旱特征，运用多种统计学方法进行分析，以期为该地区水资源优化配置和防灾减灾措施的制订提供依据。资料和方法本研究所用月降水数据来自广东省 个国家气象观测站，研究时段为 年 月至 年 月。在季节的选择上，选择春季为 月、夏季 月、秋季 月、冬季为 月翌年 月。标准化降水指数（）计算原理：通过计算所需时段内降水量分布累积概率，再将其进行标准化，然后将累积概率转为标准正态分布函数，从而对其求近似解，具体公式参见文献，干旱等级划分：正常（.）、轻度干旱（.）、中度干旱（.）、重度干旱（.）、极端干旱（.）。结果与分析 广东地区干旱时间和空间分布图 给出了广东地区（个月，下同）、同期降水的变化曲线。通过分析发现，年广东地区空间平均的 略呈上升的趋势，线性倾向率为每 年上升.，说明广东省总体来说有微弱的湿润化趋势。其中，年 值为 .，是广东地区年尺度上最干旱的一年；其次为 年，值为.，这两年均达到了中度干旱等级。值得注意的是，年 值连续为负，呈现多年持续干旱的特征。虽然由降水计算而来，相比于单纯的降水来说，也考虑到了降水的累积概率，优势在于可以定量反映不同时段内降水量的缺乏程度。图 年广东地区、降水量的年际变化 在空间分布上，年广东地区 干旱倾向为“三明治”状分布，明显可以看出珠三角和粤北地区 呈上升趋势，粤东和粤西大部分地区的 略呈下降的趋势（图）。干旱化最明显的地区在清远，线性倾向为每 年下降.，其次为河源.、紫金.和雷州.。图 年广东地区干旱线性倾向率分布 广东省干旱指数的空间分布和时间变化通过 节初步给出的广东省近 年干旱的空间平均场变化趋势和线性倾向，初步了解了大致的变化情况。为了更好、更具体地了解广东省干旱指数的空间分布和时间的演变特征，本研究通过经验正交分解（）对标准化干旱序列进行分解，根据 检验准则，取前 个主模态，其空间分布如图 所示。图 年广东省 的 前 个模态的空间分布 第 模态；第 模态；第 模态 指数第 模态的解释方差为、空间分布表现为以 为界南北反向（图），是最主要空间分布型。表明广东省全年要么南涝北旱、要么北涝南旱分布特征。其高值中心位于阳江，低值中心位于新丰地区，说明这两个区域干旱指数变化最大，并且趋势相反。粤西沿海地区降水变化程度远高于内陆地区，珠三角为过渡区。第 模态的解释方差为、空间分布表现为以.为界东西反向（图），也是广东省年际尺度的 指数的主要空间分布型。这种分布格局以东莞 从化 仁化一带为界，向西（东）为正值区，向东（西）为负值区，以分界线为起点向两端递增，正值中心出现在上川岛地区，负值中心出现在澄海一带，表现为西旱（涝）东涝（旱）的分布。第 模态的解释方差为，显著低于其他两个模态，其空间分布表现为从沿海内陆反向分布（图），虽然这种分布相较于前两个模式比重不大，但也是不可忽视的一种分布型。这种分布格局大值中心分别位于粤西和粤东两端以及珠三角地区，纬度大致相同。表现为沿海旱（涝）内陆涝（旱）的分布型。通过对 前 个空间模态对应的时间序列进行简单的线性趋势分析发现，多年以来这 个主要模态的主成分（，）均呈一致的变化趋势，其中、的气候倾向率每 年分别下降.、.、.，并且均通过 的显著性检验。结合其空间分布场进一步分析发现，分布主要有 种表现类型：模态 反映全年中全省南涝、北旱或者北涝、南旱 种类型（类型、）；模态 反映全年东旱、西涝或西旱、东涝 种类型（类型、）；模态 反映全年沿海涝、内陆旱或沿海旱、内陆涝种类型（类型、）。由于当年的发布特征主要由时间系数和空间分布共同决定，时间系数正负决定模态的变化趋势，正值表示与模态同向，负值则相反，且系数绝对值越大，表明这一年份该模态越典型。广东气象第 卷 对 年来的 种干旱指数的空间模态表现类型做统计分析，如表 所示，其中本研究取同一年份、和（图略）的绝对值最大的特征向量作为当年干旱指数的空间分布模态。表 六种干旱指数分布空间型出现年份模态分型年份总计 年占比 模态 类型、类型、模态 类型、类型、模态 类型、类型、由表 可以看出，干旱指数分布模式以模态 为主，即东西反向模态，共有 年，占总年数.，且其线性趋势小于零，说明广东省 年来年东部 指数有上升的趋势，反之西部地区有下降的趋势。模态 共出现 年，占总年数.，其时间 的线性趋势依旧小于零，说明在这种模态下 年来广东地区北部有湿润化趋势、南部有干旱化趋势。模态，共 年，占总数的.，值得一提的是这个模态的趋势系数通过了 的显著性检验，是一个显著的模态，说明在这种分布型下，广东沿海地区干旱化趋势明显，内陆地区趋向湿润。另外，模态 的解释方差并没有大于模态，但其分布型占比却不容忽视。因此在空间分型过程中，不能仅仅依靠解释方差判定该模态是否典型。干旱发生频次通过分析表 发现，类型 这种南涝北旱的分布占据，年的干旱分布型为西旱东涝型，年则为沿海旱内陆涝型。表 广东地区季节尺度干旱发生年份季节（趋势变化）干旱年份春季（年）、夏季（年）、秋季（年）、冬季（年）、全年（类型）、（类型）、（类型）、（类型）、（类型）、（类型）秋季（次）和冬季（次）是发生干旱最多的季节，指数春季略下降，具有干旱化趋势；其余 个季节均呈现上升趋势。相较而言，春季的干旱化趋势最为明显，夏季非干旱化趋势明显。秋季和冬季在 年前后发生了较为严重的 干 旱 事 件，均 达 到了中度等级，并且在 年前后 至 年内连续发生干旱事件。图 给出了年际变化尺度干旱发生频率的空间分布，可以看出，广东省的干旱发生频率为，其中粤中部和沿海部分地区为干旱频率的低值地区，其干旱发生频率普遍低于；而两广交界地区连南、连山和乳源地区以及惠东地区、吴川、遂溪的干旱频率均大于，为干旱发生的高频地区，这可能与其地理位置和地形分布有关。图 年广东地区干旱发生频率的空间分布 根据 年基于季节尺度干旱发生频率空间分布（图略）可见，秋季是干旱的高发时期、范围最广，除珠三角和少数中部地区外，其余地区干旱发生频率均大于。春季干旱主要位于雷州半岛一带，其干旱发生频率最大可达以上。夏季部分地区由于降水的增多，干旱得以缓解，但是珠三角地区开始出现不同等级的干旱，此时的干旱大值区也逐渐开始转移到广东内陆地区尤其是两广和湖南交界处。对于大部分地区，秋冬连旱的现象均比较明显。结论）从年际变化来看，年广东省第 期 余锐等：基于 的 年广东气象干旱的时空特征 有略湿润化趋势、年是最干旱的一年。年际指数 年倾向为“三明治”状分布，珠三角和粤北地区呈现 上升趋势，粤东和粤西地区 略呈下降的趋势。）年际 指数分布主要有 种表现类型：模态 反映全省南涝北旱或北涝南旱 种类型；模态 反映东旱西涝或西旱东涝 种类型；模态 反映沿海涝内陆旱或沿海旱内陆涝 种类型。其中第 模态出现的次数最多，第 模态次之，第 模态最少。）基于季节尺度干旱趋势分布：春季的干旱化趋势最为明显，夏季非干旱化趋势明显。秋季和冬季在 年前后发生了较为严重的干旱事件。值得一提，对于雷州半岛一带，春冬季干旱易发，空间上春夏两季雷州半岛东北部和中南部地区旱情影响较为突出，秋旱则在中北部地区较为严重，冬旱严重影响区域为中南部，这与前人的研究也较为一致，说明 指数的运用十分合理；夏季相比于春季，干旱得以缓解；秋冬连旱在广东普遍发生。参考文献：张利利，周俊菊，张恒玮，等 基于 的石羊河流域气候干湿变化及干旱事件的时空格局特征研究生态学报，（）：黄晚华，杨晓光，李茂松，等 基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近 演变特征 农业工程学报，（）：李思萍，李晓惠，曾思亮，等 基于 指数的粤东北地区旱涝变化特征分析 广东气象，（）：袁业溶，周义昌 基于 指数近 年肇庆市干旱特征分析 广东气象，（）：刘嘉劲，祝剑亦，李媛，等 基于 指数的连州市气象干旱变化特征 广东气象，（）：刘小勇，陈婷莎，许泽龙，等 基于 的南澳县气象干旱演变特征 广东气象，（）：郭晶，景元书，王春林，等 基于土壤水分平衡模型的广东干旱时空分布特征 中国农业气象，（）：，：杨礼箫，曾晟轩，蒋忆文，等 基于 和 的黑河上游干旱特征对比分析 水土保持研究，（）：孙丽颖，余锐，刘飞，等 基于可预报模态分析方法的青藏高原东部夏季降水统计预测模型 气象科技，（）：，（，；，；，）：（）（）（）：，（），：；（）；广东气象第 卷