張景揚(yáng)，盧 遠(yuǎn)，李嘉力，華 璀

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院 國土與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001)

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基于SPEI的廣西干旱時(shí)空變化特征分析

張景揚(yáng)1，盧 遠(yuǎn)1，李嘉力1，華 璀2*

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院 國土與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001)

以標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI)作為干旱的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對1961-2013年廣西地區(qū)87個(gè)氣象站逐月降水量和平均氣溫的計(jì)算，得出各個(gè)站點(diǎn)不同尺度SPEI值，根據(jù)不同尺度SPEI值的變化規(guī)律、各個(gè)季節(jié)發(fā)生頻率、空間分布、周期及變化趨勢，分析廣西干旱的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明，受季風(fēng)環(huán)流和地形分布影響，廣西夏季發(fā)生干旱的概率較小，冬季普遍發(fā)生干旱，而春季和秋季干旱空間分布格局顯著，桂西北地區(qū)和北部灣地區(qū)形成春季干旱格局，桂東北形成秋季干旱格局，且秋旱發(fā)生嚴(yán)重旱情的幾率比春旱大。春旱區(qū)存在3 a、7 a和13 a的周期變化，秋旱區(qū)存在2 a、4 a、7 a和17 a的周期變化，且均在21世紀(jì)進(jìn)入干旱周期。

干旱；標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)；廣西；時(shí)空變化

廣西地處低緯度地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。受季風(fēng)氣候的影響，全區(qū)大部地區(qū)氣候溫暖，熱量豐富，雨水豐沛，干濕分明。但由于廣西西北部緊靠云貴高原，東邊為兩廣丘陵，南部面朝北部灣，四周多山地與高原，導(dǎo)致水汽來源不斷受阻。此外，廣西巖溶分布面積廣，在西部、中部和東北部的33個(gè)縣市均有分布[1]，巖溶地區(qū)由于成土母巖大部分是石灰?guī)r，土壤結(jié)構(gòu)松散、保水能力差且多屬降水偏少區(qū)域，旱情一般較為嚴(yán)重。因受季風(fēng)和地形地貌的共同影響，廣西降雨量的時(shí)空分布很不均勻，使得廣西旱情也呈現(xiàn)相似的時(shí)空規(guī)律。李耀先等[2]利用降水距平值作為干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析了廣西干旱時(shí)空變化規(guī)律，得出了桂西的春秋旱最嚴(yán)重，桂中的夏冬旱最為嚴(yán)重。李艷蘭等[3]采用氣溫、降水量、逐日干旱指數(shù)和廣西干旱受災(zāi)面積等資料，分析了廣西氣溫、降水量和干旱的變化特征以及氣候變化對干旱災(zāi)害的影響，認(rèn)為廣西干旱存在年際、年代際變化且呈上升趨勢，特別是秋旱更為突出。張凌云等[4]利用廣西長時(shí)間序列逐日降水量資料，應(yīng)用降水平均等待時(shí)間(AWTP)指數(shù)分析了廣西農(nóng)業(yè)干旱的時(shí)空分布特征，認(rèn)為空間分布為全區(qū)一致型，秋、冬季干旱頻數(shù)較其他季節(jié)高。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，人們所應(yīng)用的干旱指數(shù)多達(dá)55種，但并沒有一種干旱指標(biāo)能適用于所有情況[5]。常用的干旱指數(shù)包括氣象干旱復(fù)合指數(shù)指數(shù)(CI)、降水平均等待時(shí)間(AWTP)、帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)、Z指數(shù)、降水距平百分比以及標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)等。CI指數(shù)考慮因子較為全面，能夠及時(shí)監(jiān)測干旱的發(fā)生和發(fā)展，但對旱情的表現(xiàn)發(fā)展過快，以及對降水比較敏感，容易造成連續(xù)性干旱中斷[6]。AWTP能夠反映干旱周期時(shí)長及其在整個(gè)時(shí)間序列中的分布情況，它能較好的體現(xiàn)干期的長短，可用于分析干旱的趨勢，但卻不能用于定性的描述降水量多少或判斷旱澇[7]。PDSI考慮因子較全面，綜合了降水和蒸散對干旱的影響，能夠很好地反映中長期干旱。但PDSI也有其局限性，如主要適用于干旱、半干旱地區(qū)，對濕潤區(qū)的適用性較差。Z指數(shù)對濕潤區(qū)的干濕事件的反映較好，對干旱區(qū)的適用性較差[8]。降水距平值僅考慮降水分布對干旱形成的影響，且對平均值的依賴性較大，在降水空間分布不均勻的地區(qū)適應(yīng)性較差。SPI對不同時(shí)間尺度的降水異常反映較好，能夠較好地評(píng)價(jià)旱澇狀況，但SPI指數(shù)的主要缺點(diǎn)是在計(jì)算過程中僅參考了降水量這一個(gè)因子，而溫度、蒸發(fā)等其它因素對干旱的影響沒有考慮[9]。

標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)是由Vicente Serrano[10]在2009年提出的用于干旱過程的監(jiān)測與分析的計(jì)量指標(biāo)。SPEI指數(shù)既保留了SPI指數(shù)的多尺度特征，又在SPI的基礎(chǔ)上加入了溫度因子來計(jì)算干旱程度，是監(jiān)測干旱及研究增溫影響干旱化過程較為理想的工具。中國不少學(xué)者利用SPEI研究了南方干旱的變化特征，如熊光潔等[11]以SPEI指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了中國西南地區(qū)在1961～2012年的干旱變化特征，發(fā)現(xiàn)西南地區(qū)干旱化趨于嚴(yán)重，與運(yùn)用其它指數(shù)所得結(jié)果一致。李偉光等[12]用SPEI指數(shù)分析了華南地區(qū)近50年來的干旱趨勢、干旱空間分布、極端干旱事件發(fā)生頻次和持續(xù)時(shí)長，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)普遍存在旱情，且最近10年中2010年旱情最為嚴(yán)重，較好地體現(xiàn)了氣候變暖導(dǎo)致的干旱化趨勢。

筆者以SPEI指數(shù)作為干旱等級(jí)劃分指標(biāo)，對廣西近50年的干旱時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，為干旱監(jiān)測、預(yù)警找到可靠指標(biāo)，為防旱、抗旱工作提供指導(dǎo)，減輕干旱對生產(chǎn)生活造成的影響。

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

本文以資料序列連續(xù)且不少于40 a為原則，選取了1961～2013年廣西87個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫及降水等氣象要素的實(shí)測資料。由于建站年份不同且建站初期缺測值較多，對個(gè)別臺(tái)站的缺測數(shù)據(jù)采用均值替換法進(jìn)行了插補(bǔ)處理，補(bǔ)充了缺失的數(shù)據(jù)。

厄爾尼諾指數(shù)(Oceanic Nino Index，ONI)是監(jiān)測、評(píng)估及預(yù)測厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象的理論指標(biāo)，定義為Nino3.4海域海水溫度偏離平均值的異動(dòng)值。本文所用ONI指數(shù)資料來自美國國家海洋和大氣管理局。

1.2 研究方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸發(fā)指數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸發(fā)指數(shù)(SPEI)是在SPI和PDSI的基礎(chǔ)上計(jì)算的，計(jì)算SPEI首先要根據(jù)Thornthwait方法計(jì)算潛在蒸發(fā)量(PET)，再計(jì)算降水和潛在蒸發(fā)量(PET)的差值，以這個(gè)差值作為輸入因子計(jì)算干旱指數(shù)[13]，詳細(xì)的計(jì)算步驟如下：

第一步，計(jì)算潛在蒸發(fā)量，計(jì)算公式為：

EPET=16K(10T/I)m

(1)

式中：K為根據(jù)緯度計(jì)算的修正系數(shù)；T為月平均氣溫；I為累加值；m為以I為基礎(chǔ)的系數(shù)。

第二步，計(jì)算當(dāng)月降水值與潛在蒸發(fā)量的差值，該差值可以說明當(dāng)月的水分盈余和虧缺狀況，公式為：

Di=Pi-EPETi

(2)

式中：Di為降水與蒸散的差值，Pi為月降水量，EPETi為月蒸散量。

第三步，正態(tài)化處理；由于降水量的分布本身是一種偏態(tài)分布，不是正態(tài)分布，因此要對Di數(shù)據(jù)序列進(jìn)行正態(tài)化處理。

用x代表當(dāng)月差值，計(jì)算其于Log-logistic分布的概率密度函數(shù)為：

(3)

其中:

(4)

(5)

γ=ω0-αΓ(1+1/β)Γ(1-1/β)

(6)

式中：α、β、γ分別為形狀、尺度、原點(diǎn)參數(shù)；Γ(β)為β的Gamma分布；ω0、ω1、ω2均為參數(shù)，為原始數(shù)據(jù)序列Di的概率加權(quán)矩。

根據(jù)Log-logistic分布得到Di的概率分布函數(shù)為：

(7)

對式(7)近似求解即可得：

(8)

其中：

(9)

式中：F為超過一個(gè)定值D的概率，當(dāng)F>0.5時(shí)，F(xiàn)=F(x)，當(dāng)F≤0.5時(shí)，F(xiàn)=1-F(X)；C0=2.515 517；c1=0.802 853；c2=0.010 328；d1=1.432 788；d2=0.189 269；d3=0.001 388。

SPEI具有多種時(shí)間尺度(1、3、6、12個(gè)月等)，不同尺度的SPEI可以實(shí)現(xiàn)對不同類型干旱的監(jiān)測評(píng)估。SPEI-1對短時(shí)間內(nèi)的干旱變化情況比較敏感，可反映短期干旱的變化情況；SPEI-3和SPEI-6可體現(xiàn)出干濕季變化規(guī)律；SPEI-12的則適合分析長期的干旱趨勢變化特征[14]。本文分別利用3個(gè)月和12個(gè)月尺度的SPEI進(jìn)行計(jì)算研究，四季的劃分采用傳統(tǒng)的季節(jié)劃分方法，即：3至5月為春季，6至8月為夏季，9至11月為秋季，12月至次年2月為冬季。

根據(jù)SPEI值的大小可以指示不同級(jí)別的干旱，相關(guān)的SPEI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]見表1。

表1 SEPI干旱等級(jí)劃分

1.2.2 干旱頻率

干旱頻率可以在一定程度上衡量這一地區(qū)發(fā)生干旱的幾率，干旱頻率越大，則代表該地區(qū)越容易發(fā)生干旱，計(jì)算公式如下：

(10)

式中：n為SPEI值小于0的個(gè)數(shù)，N為SPEI序列長度。

1.2.3 集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解

本文采用集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)[15]分析SPEI序列在時(shí)間尺度上的周期變化。針對經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)方法的不足，EEMD算法在原始數(shù)據(jù)序列中加入了強(qiáng)度很低的白噪聲，這樣的求均值處理既消除了信號(hào)本身可能存在的噪聲影像，又避免了EMD存在的尺度混合的問題。EEMD在原始數(shù)據(jù)序列中加入了強(qiáng)度很低的白噪聲，再將序列分解成有限個(gè)不同時(shí)間尺度的本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)及殘差。分解出來的每個(gè)IMF則代表了原始數(shù)據(jù)序列所包含的在不同時(shí)間尺度上的波動(dòng)情況，IMF分量按順序一次表示震蕩周期由小到大，體現(xiàn)原始序列的局部化特性。而殘差也是趨勢項(xiàng)，表示了原始數(shù)據(jù)序列總體上隨時(shí)間變化的趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣西干旱頻率空間格局

利用3個(gè)月尺度的SPEI值求出各個(gè)站點(diǎn)在4個(gè)季節(jié)的干旱頻率，并利用ARCGIS 10.1軟件進(jìn)行空間插值，結(jié)果如下(圖1)。

廣西春季干旱呈現(xiàn)西高東低的分布規(guī)律，春旱發(fā)生頻率最大值在桂西北和桂南地區(qū)，其中凌云縣、那坡縣、德?？h以及東興市干旱頻率值最高，均達(dá)100%，也就是說該站點(diǎn)近50年所有春季SPEI數(shù)據(jù)都顯示該區(qū)域?yàn)楦珊怠６饢|北地區(qū)干旱頻率則在20%以下。

到了夏季雨水增多，各個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的干旱頻率均有所下降，全廣西發(fā)生干旱的概率都不算高，比春季要低很多，干旱頻率最小的站點(diǎn)在靈川縣，其干旱頻率為0，也就是該站點(diǎn)近50 a所有夏季SPEI值均顯示為不干旱，干旱頻率最大的站點(diǎn)在潿洲島，其發(fā)生干旱的頻率為63%。

進(jìn)入秋季之后，桂西北和桂南的干旱頻率相對較低，而桂東北的干旱頻率相對于夏季卻大幅度升高，總體上和春季的全廣西干旱頻率格局呈現(xiàn)相反的態(tài)勢。干旱頻率最高的站點(diǎn)在全州縣，其頻率為94%，頻率最低的站點(diǎn)在東興市，其干旱頻率為0。

進(jìn)入冬季之后，桂東北的干旱頻率依然處于較高水平，且干旱開始向全廣西蔓延，全廣西的干旱頻率跟秋季相比都大幅升高，最高值為96%，最低值也達(dá)到了54%。

綜合4個(gè)季節(jié)的全廣西干旱頻率可以看出，在夏季全廣西發(fā)生干旱的概率都很小，大部分地區(qū)在60%以下；而冬季全廣西發(fā)生干旱的概率都比較大，大部分地區(qū)都在60%以上。由于廣西在夏季和冬季的干旱格局并不顯著，為了進(jìn)一步探索廣西的干旱變化規(guī)律，接下來的研究將針對春季干旱和秋季干旱進(jìn)行研究。而春季和秋季的干旱分布格局明顯，春季極易發(fā)生干旱的地區(qū)為桂西北地區(qū)和桂南地區(qū)，形成春季干旱格局；秋季極易發(fā)生干旱的地區(qū)為桂西北地區(qū)，形成秋季干旱格局。

2.2 不同類型干旱與干旱等級(jí)關(guān)系

從不同類型干旱與干旱等級(jí)關(guān)系來看，在春旱型災(zāi)害中，輕旱發(fā)生的概率最大，而更為嚴(yán)重的干旱發(fā)生概率較小，說明廣西春季干旱災(zāi)害并不嚴(yán)重；秋旱型災(zāi)害中，隨著干旱的等級(jí)增加，其發(fā)生的概率也在一定程度下減小，但發(fā)生中旱和重旱還有特旱的概率都比春季大，說明廣西秋季發(fā)生嚴(yán)重干旱的概率較大(表2)。

表2 不同類型干旱與干旱等級(jí)關(guān)系

圖1 廣西4季干旱頻率分布

2.3 干旱時(shí)間變化特征

2.3.1 SPEI指數(shù)變化規(guī)律

根據(jù)得到的廣西4季干旱頻率圖，將春季和秋季發(fā)生干旱頻率在80%以上的地區(qū)分別定義為春旱區(qū)和秋旱區(qū)，選取具有代表性的站點(diǎn)對該干旱類型區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的干旱時(shí)間變化特征研究。本文分別選取廣西西北部的田林縣、那坡縣和廣西南部的欽州市代表春旱類型區(qū)；選取廣西東北部的全州縣、灌陽縣、和恭城瑤族自治縣代表秋旱類型區(qū)。本研究利用12個(gè)月尺度的SPEI值來分析各類型區(qū)的干旱變化特點(diǎn)，分別對不同干旱類型區(qū)的SPEI值進(jìn)行五年滑動(dòng)平均處理，以便觀察其變化趨勢，研究發(fā)現(xiàn)：

春旱區(qū)的5年滑動(dòng)平均和SPEI變化曲線表明(圖2a)，春旱區(qū)在1970年之前滑動(dòng)平均值小于0，僅有個(gè)別時(shí)間段的SPEI值大于0，處于一個(gè)較長的干旱期；進(jìn)入20世紀(jì)70年代春旱區(qū)滑動(dòng)平均值處于0值以上，SPEI值在前期變化較為平緩，且在0值以上，而到1975年左右有個(gè)大幅度的下降，之后又回到0值以上，說明20世紀(jì)70年代初春旱區(qū)處在一個(gè)非干旱期，但在中期旱情增強(qiáng)，后期旱情減緩；從1980年至2000年，春旱區(qū)的滑動(dòng)平均曲線都在0值附近，SPEI值圍繞0值的上下波動(dòng)較為明顯且幅度較大，說明春旱區(qū)在20世紀(jì)80、90年代都旱澇轉(zhuǎn)換頻繁，且幅度較大；進(jìn)入21世紀(jì)以來，春旱區(qū)的滑動(dòng)平均值處于下降的趨勢，并在0值附近放緩，SPEI值除了在前3年處于圍繞0值上下波動(dòng)外，其余時(shí)期都處于0值以下，說明春旱區(qū)已經(jīng)進(jìn)入一段相對干旱的時(shí)期。

秋旱區(qū)的五年滑動(dòng)平均和SPEI變化曲線表明(圖2b)，秋旱區(qū)在20世紀(jì)70年之前滑動(dòng)平均值小于0，僅有個(gè)別時(shí)間段的SPEI值大于0，處于一個(gè)較長的干旱期；進(jìn)入20世紀(jì)70年代，秋旱區(qū)滑動(dòng)平均值處在0值附近，SPEI值則在0值上下變化幅度較大，說明秋旱區(qū)在20世紀(jì)70年代前期處于干旱期，但到后期干旱的狀況得到緩解；進(jìn)入20世紀(jì)80年代，秋旱區(qū)的滑動(dòng)平均曲線都處于0值之上，SPEI在1980年代前期處于0值之上并保持較高水平，到了后期則下降到0值之下，說明在前期處于洪澇期，在后期轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊灯?；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，秋旱區(qū)的滑動(dòng)平均值均小于0，SPEI值以5年為周期，在0值上下進(jìn)行較大的波動(dòng)，說明秋旱區(qū)處在旱澇變化的時(shí)期；進(jìn)入21世紀(jì)以來，秋旱區(qū)的滑動(dòng)平均值處于下降的趨勢，并在0值附近放緩，SPEI值除了2003～2005年處于0值之上，其余時(shí)期都處于較低水平，說明秋旱區(qū)同樣進(jìn)入了干旱期。

圖2 不同干旱區(qū)SPEI變化規(guī)律

圖3 不同干旱區(qū)EEMD分解對比

2.3.2 SPEI指數(shù)對廣西干旱事件的響應(yīng)

據(jù)資料記載[16]：新中國成立以來，廣西幾乎年年有干旱，最嚴(yán)重的干旱年是1963年，全廣西發(fā)生嚴(yán)重的春、夏、秋連旱。20世紀(jì)80年代末以來是廣西干旱頻發(fā)的時(shí)期，特大干旱災(zāi)害有：1998～1999年秋冬春連旱、2003～2004年夏秋冬春連旱、2004～2005年秋冬春連旱。春旱區(qū)與秋旱區(qū)在1963年的SPEI均處于0值以下，其中春旱區(qū)平均值為-1.48，秋旱區(qū)平均值為-1.08；在1998～1999年，春旱區(qū)SPEI平均值為-0.65，秋旱區(qū)為-0.96，同樣處于0值以下；在2003～2005年，春旱區(qū)SPEI平均值為-0.46，秋旱區(qū)為-0.34，同樣處于0值以下。由此可見，SPEI指數(shù)對廣西干旱有較好的響應(yīng)，在表征廣西地區(qū)干旱方面具有較好的適用性。

2.3.3 EEMD周期變化分析

為了進(jìn)一步了解春旱區(qū)和秋旱區(qū)的干旱變化周期，本研究采用EEMD方法對分別春旱區(qū)和秋旱區(qū)的SPEI序列進(jìn)行逐步分解，各得到6個(gè)IMF(固有模態(tài)函數(shù))和1個(gè)RES(趨勢項(xiàng))。并利用快速傅氏變換(Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT)求平均周期方法[17]對各個(gè)IMF分量進(jìn)行計(jì)算(圖3)，研究發(fā)現(xiàn)：

春旱區(qū)IMF1以及IMF2與原始SPEI序列具有較高的一致性(圖3(a))。其中，IMF1存在著2.21個(gè)月的周期波動(dòng)，在總體上變化平穩(wěn)，波動(dòng)比較小。IMF2的波動(dòng)周期為9.47個(gè)月，在20世紀(jì)80年代中期以前波動(dòng)較小，從20世紀(jì)80年代中期開始到20世紀(jì)90年代初期波動(dòng)較大，之后波動(dòng)又開始減小，一直持續(xù)至21世紀(jì)以后；隨著階數(shù)增加，波長變長，IMF3存在3.47 a的周期波動(dòng)，且在20世紀(jì)70年代以前波動(dòng)幅度較大，從20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)90年代中期波動(dòng)減小，變化趨于平穩(wěn)，之后波動(dòng)加劇，持續(xù)到21世紀(jì)初，之后開始減小到趨于0；IMF4存在7.44 a的周期波動(dòng)，在整個(gè)時(shí)間跨度上波動(dòng)幅度較穩(wěn)定，但在21世紀(jì)后波動(dòng)略有減小。IMF5包含13.02 a的年代際周期波動(dòng)，在70年代中期以前波動(dòng)較大，之后趨于平穩(wěn)；IMF6包含15.69 a的年代際周期波動(dòng)，波動(dòng)幅度整體比較穩(wěn)定，進(jìn)入在20世紀(jì)90年代后稍有增長。從趨勢分量R看，春旱區(qū)以20世紀(jì)80年代中期為分界點(diǎn)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢變化。

秋旱區(qū)的IMF1以及IMF2同樣與原始SPEI序列具有較高的一致性(圖3(b))。其中，IMF1的波動(dòng)周期為4.43個(gè)月，變化平穩(wěn)；IMF2呈現(xiàn)9.19個(gè)月周期波動(dòng)，并在20世紀(jì)90年代中期有較大波動(dòng)，其余時(shí)間則波動(dòng)平穩(wěn)；IMF3波動(dòng)較大的時(shí)期為20世紀(jì)70年代以前以及21世紀(jì)之后，其他時(shí)段波動(dòng)表現(xiàn)比較平穩(wěn)，體現(xiàn)2.48 a的周期波動(dòng)；IMF4波動(dòng)較穩(wěn)定，存在4.01年的周期波動(dòng)；IMF5在20世紀(jì)80年代中期以前周期大約在6 a左右，但之后周期變大至10 a左右，平均周期則為6.51 a；IMF6包含17.36 a的周期波動(dòng)，整個(gè)時(shí)間跨度上波動(dòng)幅度較穩(wěn)定。從趨勢分量R看，秋旱區(qū)以20世紀(jì)90年代初為分界點(diǎn)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢變化。

3 干旱成因分析

3.1 干旱格局成因

春旱區(qū)是在桂西北和桂南地區(qū)，桂西北為云貴高原邊緣，海拔高度較高，大氣中水汽含量較少。同時(shí)，該地區(qū)喀斯特廣布，地表植被覆蓋率低，多石山、裸巖，較低的植被覆蓋使得地表蓄水能力差，地表水很容易滲入地下減少了可供蒸發(fā)的地表水，從而影響降水的形成，容易造成干旱災(zāi)害的發(fā)生。桂南地區(qū)多為低丘和平原，地勢較低，且面向北部灣，來自海洋的水汽很好到達(dá)，因此，地形不是桂南成為春旱區(qū)的主要影響因素。而大氣環(huán)境是影響春旱格局形成的重要因素。統(tǒng)計(jì)表明，從每年的10月至次年5月，南嶺以北和長江以南地區(qū)之間通常有一條大雨帶來回?cái)[動(dòng)[18]。春季，這條雨帶開始南移，桂北、桂中開始進(jìn)入雨季，而桂南進(jìn)入雨季的時(shí)間最遲。在春旱年，副熱帶高壓偏強(qiáng)且位置偏西，呈緯向條帶狀分布，阻擋了桂西北水汽的到達(dá)，不利于該地區(qū)降水形成。高空長波槽的南部環(huán)流平直，偏北的冬季風(fēng)沿著寬槽自西向東傳播，多從多從東路進(jìn)入南嶺與南方暖氣團(tuán)交匯，對桂西北影響偏弱[19]。因此，桂西的降水要晚于桂東地區(qū)，形成春季干旱格局。

位于桂東北的秋旱區(qū)為南嶺山地，地形地貌條件與桂西北類似，引起干旱差異的原因是降水。桂東北的雨汛時(shí)期較早，在3～8月。在秋旱年，大陸副熱帶高壓增強(qiáng)，控制桂東北地區(qū)，加之秋季高溫，在強(qiáng)盛干熱的東北風(fēng)影響下，降水減少[20]。同時(shí)，來自西太平洋和南海的水汽受到南嶺的阻擋，桂東北地區(qū)處于背風(fēng)坡，使得該地區(qū)秋季降水驟減，形成秋季干旱格局。

3.2 干旱周期規(guī)律成因

前面的分析表明，春旱區(qū)和秋旱區(qū)均存在年代季周期變化，厄爾尼諾作為全球氣候異常的信號(hào)也存在年紀(jì)周期變化。已有大量研究表明，厄爾尼諾現(xiàn)象與對廣西的氣溫、降水影響明顯。通過研究春旱區(qū)和秋旱區(qū)的SPEI變化規(guī)律與厄爾尼諾的相關(guān)性可以在一定程度上解釋干旱周期規(guī)律的成因。

圖4是春旱區(qū)與秋旱區(qū)SPEI序列和ONI指數(shù)序列年際變化序列對比圖。從近52 a的情況看，春旱區(qū)SPEI序列與ONI指數(shù)序列的相關(guān)系數(shù)為0.19，秋旱區(qū)SPEI序列與ONI指數(shù)序列的相關(guān)系數(shù)為0.04，均通過α= 0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。說明，厄爾尼諾是春旱區(qū)和秋旱區(qū)的年際變化周期規(guī)律形成的影響因素，且對春旱區(qū)影響較大。

圖4 不同干旱區(qū)SPEI序列與ONI指數(shù)序列年際變化序列對比

4 結(jié)論與討論

通過對廣西近50 a的氣溫和降水進(jìn)行計(jì)算，得出不同站點(diǎn)多年的SPEI值，利用不同尺度的SPEI值對廣西地區(qū)干旱的空間分布和時(shí)間演變特征作了分析，主要結(jié)論如下：

(1)廣西夏季發(fā)生干旱概率較小，冬季則普遍發(fā)生干旱，而春季和秋季干旱空間分布格局顯著，桂西北地區(qū)和桂南地區(qū)，形成春季干旱格局，桂東北地區(qū)形成秋季干旱格局。其中，春季發(fā)生嚴(yán)重干旱的概率較低，秋季發(fā)生嚴(yán)重干旱的概率較大。

(2)春旱區(qū)干旱存在3 a與7 a左右的年際周期，13 a的年代際周期，秋旱區(qū)干旱存在2 a、4 a和7 a左右的年際周期，17 a的年代際周期。春旱區(qū)和秋旱區(qū)均在20世紀(jì)90年代后均呈現(xiàn)旱情增強(qiáng)趨勢，并在21世紀(jì)以來進(jìn)入干旱周期。

(3)大氣環(huán)流對干旱格局的形成起了重要作用，厄爾尼諾是干旱周期規(guī)律的形成的影響因素，且對春旱影響較秋旱大。

本文以不同時(shí)間尺度SPEI指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了廣西52 a的干旱空間特征及干旱成因，所得結(jié)論將為廣西的旱情預(yù)防、水利資源調(diào)控、農(nóng)作物生產(chǎn)科學(xué)管理等提供重要科學(xué)參考。此外，影響干旱的因子除了溫度和降水還有很多，地表保水能力差和不合理的土地利用方式等都會(huì)造成干旱，因此對廣西地區(qū)的干旱成因還需進(jìn)一步探討。

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SPATIAL AND TEMPORAL VARIATION CHARACTERISTICS OF DROUGHT IN GUANGXI BASED ONSPEI

ZHANG Jing-yang1，LU Yuan1，LI Jia-li1，HUA Cui2

(1.SchoolofGeographyandPlanning，GuangxiTeachersEducationUniversity，Nanning530001，Guangxi，China；2.SchoolofLandResourcesandSurveying，GuangxiTeachersEducationUniversity，Nanning530001，Guangxi，China)

The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index(SPEI)was used as evaluation index of drought to calculate the monthly precipitation and average temperature among the 87 weather stations in Guangxi region from 1961 to 2013，which showed different scales of SPEI values in each site.According to the change rule of different scales of SPEI values，the frequency of each season，spatial distribution，cycle and the change trend，the authors analyzed the temporal and spatial variation characteristics of drought in Guangxi.The results showed that affected by the monsoon circulation and topography distribution，the odds of summer drought are quite low but high in the winter，while the spatial distribution pattern of spring and autumn drought in Guangxi was obvious.The pattern of spring drought occurs in the northwest of Guangxi and the Beibu Gulf region，while the pattern of autumn drought occurs in the northeast of Guangxi，and the probability of severe drought in autumn is larger than that of in spring.There exist the periodic variations of 4 years，11 years and 15 years in the spring drought while the autumn drought has the periodic variations of 2 years，4 years，11 years as well as 23 years.It has entered into a drought cycle in 21stcentury.

drought；standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI)；Guangxi；spatial and temporal variation

2015-09-29；

2015-10-26．

廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014GXNSFAA118293)

張景揚(yáng)(1991-)，男，廣西欽州人，碩士研究生，主要從事GIS應(yīng)用方面的研究.

*通信作者：華璀(1962-)，女，廣西南寧人，副教授，碩士，主要從事資源環(huán)境遙感、土地資源管理與規(guī)劃.

P467

A

1001-7852(2015)06-0015-10