趙艷蘭，陳 濤，管薇薇，彭 俊，劉美玉，李 紅，伍淑華

(1.湖南祁東縣氣象局，湖南祁東 421600；2.湖南衡陽市氣象局，湖南衡陽 421001；3.湖南衡東縣氣象局，湖南衡東縣 421400)

基于CI指數(shù)的祁東縣干旱特征分析

趙艷蘭1，陳 濤2，管薇薇3，彭 俊1，劉美玉1，李 紅1，伍淑華1

(1.湖南祁東縣氣象局，湖南祁東 421600；2.湖南衡陽市氣象局，湖南衡陽 421001；3.湖南衡東縣氣象局，湖南衡東縣 421400)

利用衡陽市祁東縣氣象站1960～2013年逐日平均氣溫、降水觀測數(shù)據(jù)，計算綜合氣象干旱指數(shù)。以國家標(biāo)準(zhǔn)《氣象干旱等級GB/T20481～2006》為依據(jù)劃分不同干旱等級、計算干旱日數(shù)、干旱強度等，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計干旱日的年、年代際統(tǒng)計并作了線性分析，并為應(yīng)對干旱提出了自己的建議:祁東縣干旱日每年均有出現(xiàn)，但不同強度干旱日發(fā)生頻率不同，在全球變暖大背景下，干旱日等級越高，其增幅愈明顯；祁東縣的平均干旱過程數(shù)為2.5次/a，一年出現(xiàn)2次干旱過程幾率最大，無旱過程的幾率為9.3%；在統(tǒng)計年干旱強度時，選用持續(xù)時間最長的一次有較好代表性。近54a來，干旱強度年變化可分為三高兩低，目前處于干旱強度較高期；祁東縣大部分年份有季節(jié)性干旱，單季旱以秋旱為主，在雙季干旱中，夏秋連旱居多，歷史上夏秋冬連旱出現(xiàn)了三次；為了應(yīng)對日趨嚴(yán)重的干旱，需增強人們的防旱抗災(zāi)意識、加大水利設(shè)置投入、推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)和提高干旱監(jiān)測預(yù)警能力。

祁東干旱；干旱過程；干旱強度；CI指數(shù)；抗旱策略

0 引言

全球氣候變暖，所帶來的主要問題之一是全球范圍的干旱問題日趨嚴(yán)重[1-5]，干旱已成為出現(xiàn)最多，持續(xù)時間最長，危害范圍最大的氣象災(zāi)害[6]，使之成為目前世界氣象學(xué)界探討的熱點[1]。1997年美國氣象學(xué)會將干旱分為四類即氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會經(jīng)濟干旱[7]，其中氣象干旱是其他各類干旱發(fā)生的主要原因[1]。學(xué)者對氣象干旱指標(biāo)作過大量的研究，國家氣象干旱等級標(biāo)準(zhǔn)[8]中包含降水距平百分率、相對濕潤度指數(shù)、土壤相對濕度指數(shù)、帕默爾干旱等級、綜合氣象干旱指數(shù)(CompositeIndex，簡稱CI)等多個指標(biāo)。其中CI指數(shù)是以標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、濕潤度指數(shù)及近期降水量為基礎(chǔ)設(shè)計的，它同時考慮了蒸發(fā)能力因子，與單純利用降水量的干旱指數(shù)相比具有較大優(yōu)越性[9]，目前成為國內(nèi)干旱監(jiān)測和評估業(yè)務(wù)工作中普遍使用的方法。謝五三等[10]對淮河流域170個氣象觀測點的CI干旱指數(shù)與歷年受災(zāi)、成災(zāi)面積進行相關(guān)性分析，其顯著性水平通過了0.01的檢驗；劉可群等[11]對湖北71個氣象臺站的CI指數(shù)分析表明，湖北省西北部干旱偏多，而長江以南的鄂西南地區(qū)相對較少；吳哲紅等[12]對貴州安順地區(qū)在CI指數(shù)和K指數(shù)下的干旱演變分析發(fā)現(xiàn)，兩種指數(shù)均表明對歷年干旱過程及災(zāi)害評定結(jié)果基本一致，但CI指數(shù)對干旱評定更為精細(xì)。張劍明等[13]利用CI指數(shù)分析湖南氣象干旱時空變化特征，結(jié)果顯示湘北干旱少而湘南較多。

衡陽市祁東縣地處湘中南，位于衡邵干旱走廊中心，湘江中游北岸。北緯26°28′～27°4′，東經(jīng)111°32′～112°20′，呈狹長形。其氣候特點是:氣溫四季分明，氣溫比同緯度地區(qū)偏低，年差較大，大陸性特色明顯。年降水量為1267.9mm，為衡陽境內(nèi)降水最少區(qū)域，年雨日150.9d，較周邊其他市縣區(qū)偏少4～15d，轄區(qū)內(nèi)降水時空分布不均，干旱明顯，且有進一步加劇趨勢[7]。鑒于其特殊的地理位置及干旱狀況，現(xiàn)用CI指數(shù)對祁東

縣近54a干旱狀況予以分析，以期揭示該地區(qū)干旱特點及變化規(guī)律，并為當(dāng)?shù)乜购堤岢鱿鄳?yīng)對策。

1 資料與方法

1.1 資料來源及說明

本文利用祁東縣觀測站1960～2013年逐日氣溫、降水量統(tǒng)計逐日CI指數(shù)，逐日氣溫、降水量通過了湖南省氣候中心質(zhì)量控制。

1.2 計算方法

本文參考《氣象干旱等級》國家標(biāo)準(zhǔn)[8]中CI的計算方法，利用近30d(相當(dāng)月尺度)和近90d (相當(dāng)季尺度)降水量的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，以及近30d相對濕潤度指數(shù)綜合得出，計算公式如式1:

CI＝aZ30＋bZ90＋cM30(1)

式中Z30、Z90分別為近30d和近90d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI；M30為近30d相對濕潤度指數(shù)；其中標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI、相對濕潤度指數(shù)的計算方法依照文獻(xiàn)[8]，相對濕潤度指數(shù)中的潛在蒸散量ET0采用 FAO推薦的彭曼—蒙泰斯 (Penman-Monteith)蒸散公式[14]計算。a為近30d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，平均取0.4；b為近90d標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，平均取0.4；c為近30d相對濕潤系，平均取0.8。通過公式(1)，利用前期平均氣溫、降水量可以滾動計算出每天CI值。根據(jù)CI值劃分各氣象干旱等級，見表1。

表1 綜合氣象干旱指數(shù)(CI)等級Tab.1 Integratedmeteorologicaldroughtindex

1.3 干旱過程、強度及季節(jié)性干旱

根據(jù)國家氣象干旱等級標(biāo)準(zhǔn)[8]，CI指數(shù)連續(xù)10d為輕旱以上等級，則確定為發(fā)生1次干旱過程。干旱過程內(nèi)所有天的CI指數(shù)為輕旱以上的干旱等級之和，表示干旱過程強度，其值越小干旱過程越強。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定某年四季劃分為:3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12月～次年2月為冬季，當(dāng)某一時段內(nèi)至少出現(xiàn)1次干旱過程，并且累積干旱持續(xù)時間超過所評價時段的1/4時，則認(rèn)為該時段發(fā)生干旱。根據(jù)此規(guī)定，在分析季節(jié)性干旱時，把一次干旱過程日數(shù)在23～45d，定為單季干旱；日數(shù)在46～68d，且日期跨季節(jié)，則為雙季連旱；干旱過程在69天及以上，日期跨三季，則為3季連旱。

2 結(jié)果分析

2.1 干旱日數(shù)

2.1.1 年干旱日

祁東縣1960～2013年平均干旱日為89.4d/ a，其中輕旱、中旱、重旱和特旱分別為43.9d/a、29.2d/a、11.1d/a和5.2d/a。年干旱日最多有194d(1964年)，最少4d(1993年)。輕度干旱日每年均有出現(xiàn)，最多年99d(1987年)，最少年4d(1993年)；92.6%的年份有中度干旱日出現(xiàn)，最多年120d(1964年)；68.5%的年份有重度干旱日，最多年57d(2007年)；46.3%的年份有特旱日，最多年33d(1973年)。

2.1.2 干旱日數(shù)年代際變化

表2為1960～2010年代祁東縣不同量級干旱日統(tǒng)計表(2010年代統(tǒng)計時間為2011～2013年)。20世紀(jì)，干旱日數(shù)在1980年代達(dá)到峰值(95.1d/a)，至1990年代迅速減少(72.1d/a)，進入21世紀(jì)，干旱日數(shù)增多明顯，2000年代為98.5d/a，2010年代為136.5d/a，達(dá)到各年代的最大值。

對各年代際干旱日數(shù)距平分析結(jié)果顯示，20世紀(jì)各年代均為負(fù)距平，1990年代偏少最多(－24.6%)，2000年代和2010年代分別偏多3.0%和42.7%。2000年代，輕旱日數(shù)為負(fù)距平，其他等級干旱日為正距平，其中重旱日偏多40.0%。2010年代，輕旱、中旱、重旱、特旱日分別偏多21.8%、47.7%、74.4%、109.3%?？梢娫谌蜃兣蟊尘跋拢珊等諗?shù)整體呈增多趨勢，其中干旱強度越高，其干旱日數(shù)增幅越明顯。

2.2 干旱過程及強度

2.2.1 干旱過程

通常而言，年干旱過程數(shù)與當(dāng)年干旱嚴(yán)重程度成反比。干旱過程數(shù)越多，過程持續(xù)時間相對會縮短，所造成的危害相對較越小。圖1為祁東

縣近54a干旱過程數(shù)變化曲線。歷年平均為2.5次/a。曲線變化可分為4個階段:20世紀(jì)60年代干旱過程數(shù)較少(2.1次/a)，60年代末至70年代中后期達(dá)到峰值(3.2次/a)，之后持續(xù)減少，21世紀(jì)前13a平均干旱過程數(shù)為2.0次/a。對照祁東縣歷史干旱實況，20世紀(jì)60年代及近十多年以來，都是干旱高發(fā)時段，其干旱過程數(shù)均偏少。

表2 祁東縣干旱日年代際變化(單位:d/a)Tab.2 InterdecadalvariationofdroughtdaysinQidongCounty(Unit:d/a)

圖1 1960～2013年祁東干旱過程數(shù)變化曲線Fig.1 Droughtprocesschangecurvefrom1960to2013inQidong

對變化曲線進行線性趨勢分析，其線性傾向率為－0.09次/10a，表明干旱過程數(shù)有減少趨勢，但變化緩慢。趨勢系數(shù)為0.09695，這種變化過程未通過顯著性水平檢驗。

對不同干旱過程的出現(xiàn)年數(shù)統(tǒng)計(表3)，近54年中，有5a未出現(xiàn)干旱過程，出現(xiàn)1～5次過程的分別有8a、19a、9a、8a、6a，一年之內(nèi)，出現(xiàn)2次干旱過程幾率最大(33.3%)，無干旱過程的幾率為9.3%。

2.2.2 干旱強度

有些學(xué)者[1，15]在統(tǒng)計年干旱過程日數(shù)和強度時，將統(tǒng)計時間內(nèi)所有干旱過程的天數(shù)及CI值累積。表3為祁東縣不同干旱過程次數(shù)時所對應(yīng)的年累計天數(shù)及CI值。年干旱過程為1次時，平均干旱日為73.5d/a，平均干旱強度－109.8，年干旱過程為5次時，其干旱天數(shù)110.5d/a，干旱強度為－132.9。很顯然，年內(nèi)干旱過程數(shù)越多，累計干旱天數(shù)和強度越大。但并不能真實反映干旱狀況，這在干旱過程分析中也有所體現(xiàn)，故本文分析年干旱強度且有多段過程時，選取當(dāng)年持續(xù)時間最長一段統(tǒng)計分析。

圖2為祁東縣歷年干旱強度變化曲線。近54a來，干旱強度變化為三高兩低型。1960～1966年、1979～1992年、2003～2013年為干旱強度偏大期，其他時期干旱強度較弱，歷史上單次干旱強度最大為－223.4，出現(xiàn)在1964年7月10日

至12月28日。對各變化過程進行標(biāo)準(zhǔn)差分析結(jié)果顯示:1960～1966年間干旱強度變化最大(89.8)，其次是2003～2013年(78.7)，1993～2002年在干旱強度相對較小的同時，其各年間的變化也不大(49.5)。

圖2 1960～2013年祁東縣干旱強度變化曲線Fig.2 Droughtstrengthcurvefrom1960to2013inQidongCounty

表3 1960～2013年祁東縣不同干旱過程次數(shù)及平均天數(shù)、平均CI值Tab.3 Differentdroughts，theaveragedaysandaverageCIindexinQidongfrom1960to2013

2.3 干旱季節(jié)性變化

近54a，出現(xiàn)季節(jié)性干旱年份有41a，占總年份的75.9%，但季節(jié)間干旱發(fā)生頻率有所不同。春、夏、秋、冬四季干旱出現(xiàn)頻率分別為14.8%、51.9%、59.3%和14.8%，因此祁東縣春旱是6～7a一遇、夏旱是2a一遇、秋旱是3a兩遇、冬旱是6～7a一遇。有季節(jié)性干旱的年份中，出現(xiàn)單季、雙季、三季干旱頻率分別為 42.6%、33.3%和5.6%。雙季干旱以夏秋連旱為主，累計出現(xiàn)14次(77.8%)，其次是秋冬旱3次(16.7%)，冬春旱僅出現(xiàn)1次(5.5%)。夏秋冬三季連旱累計出現(xiàn)3次，分別出現(xiàn)在1964年、1992年和2003年。

3 抗旱對策

干旱是一個持續(xù)發(fā)展的過程，它往往在人們不經(jīng)意間出現(xiàn)，一旦人們意識到旱情時，其已經(jīng)比較嚴(yán)重，因此人們須有防旱抗災(zāi)意識。肖卓勇[16]等對衡陽農(nóng)村旱災(zāi)脆弱調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于干旱宣傳力度不大，經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)村有37%的人群從來沒有接觸過抗旱知識，村民對特大干早災(zāi)害預(yù)防不足，缺乏提前適應(yīng)措施。因此無論在政府層面還是氣象、農(nóng)業(yè)等專業(yè)服務(wù)部門都應(yīng)加強防旱抗災(zāi)工作宣傳力度，讓抗旱意識深入人心，防范于未然；其次是完善水利設(shè)施，提高抗旱能力。祁東縣降水時空分布不均，每年7～10月是當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長旺盛期，而期間降水僅占全年的28.1%，因此完善水利設(shè)施勢在必行。祁東水利設(shè)施主要修建于20世紀(jì)60～70年代，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高，工程建成后，大多缺少專業(yè)的管理和維護，工程病險、淤積等現(xiàn)象十分嚴(yán)重，亟待各級政府、使用主體通過多種渠道籌集資金，修繕維護并進一步完善水利設(shè)施，提高抗旱應(yīng)急保障能力；第三是大力提倡節(jié)水農(nóng)業(yè)，充分利用降水和可利用的水資源提高水的利用率。通過調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，改革耕作制度與種植制度，發(fā)展節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)；第四是加大科技投入，提高干旱監(jiān)測預(yù)警能力，為政府決策提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

本文采用CI干旱指數(shù)作為干旱評價因子，從

干旱日數(shù)、干旱過程、干旱強度及干旱出現(xiàn)季節(jié)等多方面對祁東縣1960～2013年干旱進行分析研究，得出以下主要結(jié)論:

(1)祁東縣干旱日每年均有發(fā)生，但不同等級干旱日出現(xiàn)頻率有所不同，輕旱、中旱、重旱和特旱的發(fā)生頻率分別為100%、92.6%、68.5%和46.3%。各等級干旱日的年平均出現(xiàn)天數(shù)分別為43.8d/a、29.2d/a、11.1d/a和5.2d/a。干旱日的年代際變化是20世紀(jì)各年代以負(fù)距平為主，21世紀(jì)各年代以正距平為主。在全球變暖大背景下，干旱日等級越高，其日數(shù)增幅越明顯。

(2)祁東縣的平均干旱過程數(shù)為2.5次/a，其歷年變化可分為4個階段，1960～1968年較少(2.1次/a)，1969～1978年相對較多(3.2次/a)，1979～2000年大幅減少(2.6次/a)，2001～2013年進一步減少(2.0次/a)，但減少趨勢未能通過顯著性水平檢驗。年出現(xiàn)2次干旱過程的幾率最大(33.3%)，無干旱過程幾率為9.3%。

(3)一年中有多次干旱過程時，用持續(xù)時間最長一次作為代表效果較好，能較好反映當(dāng)年干旱狀況。祁東縣近54a干旱強度變化為三高兩低型，目前處于干旱強度較高期，歷史上干旱過程最長有171d(1964年)，干旱強度為－223.4。

(4)祁東縣有75.9%的年份會出現(xiàn)季節(jié)性干旱，春、夏、秋、冬四季發(fā)生干旱的頻率分別為14.8%、51.9%、59.3%和14.8%，其中雙季干旱以夏秋連旱為主(77.8%)，歷史上夏秋冬三季連旱出現(xiàn)了3次。

(5)通過提高人們的抗旱防災(zāi)意識、修繕完善水利設(shè)置、提倡推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)、加大科技投入，提高干旱監(jiān)測預(yù)警能力等方面來增強人們的抗旱防災(zāi)能力。

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Analysis of Drought Characteristics of Qidong County by CI Index

Zhao Yanlan1，Chen Tao2，Guan Weiwei3，Peng Jun1，Liu Meiyu1，Wu Shuhua1，Li Hong1
(1.Meteorological Bureau ofQidong County，Qidong，Hunan 421600，China；2.Meteorological Bureau ofHengyang City，Hengyang，Hunan 421001，China；3.Meteorological Bureau of Hengdong County，Hengdong，Hunan 421400，China)

By using the daily average temperature data and precipitation data from 1960 to 2013 from the Weather Station of Qidong County of Hengyang City，the paper calculated the integrated meteorological drought index.The paper divided the different drought ratings，calculated the number of drought days and drought intensity in accordance with the national standards of the Meteorological Drought Rating GB/T20481～2006，and then proposed suggestions about the drought countermeasures by using the annual，decadal and linear analysis.The results show that drought has occurred in Qidong County every year，but the occurrence of different drought intensity has different probabilities. Under the background of global warming，the higher the drought day level is，themore obvious its growth is.The number of drought of Qidong County is2.5 each year on average.Two droughts each year ismost possible.And no drought probability is 9.3%.When counting drought intensity，the selection of the longest time has a better representative.In recent54 years，the annual change of the drought intensity can be divided into the condition of three highs and two lows.And now we are at a higher time.The seasonal drought in Qidong County occurs in most years.The single-season drought ismainly autumn drought，while the double-season drought is summer and autumn drought in majority.In the history of Qidong County，drought took place three times from summer to winter.To deal with the increasing heavy drought，countermeasures should be taken as follows:strengthening the awareness of resisting drought；spending more money on waterpower equipment；popularizing water saving agriculture and improving the ability tomonitor and predict drought.

drought of Qidong；drought process；drought intensity；CI Index；drought resistancemeasures

P426.616

A

1673－8047(2015)01－0001－06

2014－09－15

國家自然科學(xué)基金資助項目(41171075)；衡陽市氣象局2014年專項資金(201401)

:趙艷蘭(1972—)，女，專科，工程師，主要從事防雷、災(zāi)害調(diào)查研究。