張建華 王志豪 王玉貴

[摘要]干旱在中國發(fā)生較為頻繁，對(duì)農(nóng)業(yè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響較大。以甘肅省河?xùn)|地區(qū)作為研究區(qū)，基于1960～2015年20個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)，利用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI），分析河?xùn)|地區(qū)四季和年際的干旱時(shí)空分布變化特征，以及極端干旱和中度干旱的發(fā)生頻次。結(jié)果表明，①隨著時(shí)間尺度的不斷增加，標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)的持續(xù)性在加強(qiáng)。②20世紀(jì)90年代以前，河?xùn)|地區(qū)的SPEI數(shù)值處于波動(dòng)狀態(tài)，但總體偏向于濕潤(rùn)，從90年代后期，開始呈干旱化態(tài)勢(shì)，雖出現(xiàn)干濕適中的年份，但為數(shù)不多。③20世紀(jì)60～80年代，春季和冬季SPEI指數(shù)波動(dòng)比較頻繁，變化趨勢(shì)不顯著。春季80年代中期至90年代初、秋季60年初代至70年代末、冬季80年代末至90年代中期是河?xùn)|地區(qū)的相對(duì)濕潤(rùn)期，從春、夏季80年代中期，秋季70年代末期、冬季90年代末期至20世紀(jì)整體呈現(xiàn)干旱化特征。④空間年際變化南部和北部干旱趨勢(shì)顯著，西北部較弱；季節(jié)變化春季和夏季的干旱化趨勢(shì)顯著，秋季和冬季干旱趨勢(shì)較弱。

[關(guān)鍵詞]時(shí)空分析；標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)；甘肅??；河?xùn)|地區(qū)

[中圖分類號(hào)]P467 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

近年來我國自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都產(chǎn)生了重要的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國70%的自然災(zāi)害為氣象災(zāi)害，而干旱災(zāi)害就占據(jù)了其中的二分之一。旱災(zāi)對(duì)農(nóng)業(yè)的影響最為顯著，我國每年因旱災(zāi)造成的糧食損失量高達(dá)300億kg，占所有自然災(zāi)害損失總量的五分之三。我國在 20 世紀(jì) 50 年代的旱災(zāi)面積為每年1000多萬hm2，成災(zāi)面積為 330 多萬hm2，最近幾十年增加到旱災(zāi)面積為每年 3000多萬hm2，成災(zāi)面積為每年1200多萬hm2。旱災(zāi)不但會(huì)造成各種農(nóng)產(chǎn)品的大幅度減產(chǎn)，影響糧食安全，而且也會(huì)嚴(yán)重威脅到生物的生存環(huán)境以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，造成巨大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失，其已經(jīng)成為當(dāng)前氣象界探討的熱點(diǎn)。

本研究利用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）來研究河?xùn)|地區(qū)干旱的時(shí)空變化規(guī)律，從而能更加有效的服務(wù)于本區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)，對(duì)河?xùn)|地區(qū)干旱預(yù)警、糧食安全、生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

河?xùn)|地區(qū)行政上包括白銀、蘭州、定西、天水、臨夏、平?jīng)?、慶陽、隴南、甘南9個(gè)州市，面積為。地處青藏高原的東北邊緣與黃土高原的最西端，西起拉脊山、西傾山，東臨屈吳山、六盤山、子午嶺、秦嶺，北靠烏鞘嶺，南依迭山、岷山，涵蓋隴南山區(qū)、甘南高原、隴中高原和隴東高原。該地區(qū)自北向南分別位于干旱、半干旱和半濕潤(rùn)區(qū)，年降水量240～750mm，西部和北部水資源匱乏。人們習(xí)慣將河?xùn)|地區(qū)稱為旱作區(qū)或雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，它是一個(gè)依靠自然降水來維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域，降水的時(shí)空分布對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)起著決定性的作用。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文運(yùn)用來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn/home.do）以及甘肅省氣象局提供的甘肅省河?xùn)|地區(qū)1960～201520個(gè)氣象站點(diǎn)的降水、氣溫以及各站點(diǎn)的經(jīng)緯度作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)的基礎(chǔ)資料。

2.2 研究方法

Standardized Precipitation Evaporatranspiration（SPEI）是在標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)是McKee等在評(píng)估美國科羅拉多州干旱狀況時(shí)提出的。對(duì)于某一地區(qū)而言，確定時(shí)間段內(nèi)的降水量一般呈規(guī)律性的波動(dòng)變化?；谶@個(gè)事實(shí)，認(rèn)為某一地區(qū)確定時(shí)間段內(nèi)的降水量若比該時(shí)間段內(nèi)多年平均降水量（可以認(rèn)為是正常降水量）偏少到一定程度，就認(rèn)為該地區(qū)該時(shí)段發(fā)生了干旱；反之，發(fā)生洪澇。2010年，Vicente-Serrano提出了標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)，該指數(shù)基于降水和蒸散，既保留了PDSI考慮蒸散對(duì)溫度敏感的特點(diǎn)，又具有SPI計(jì)算簡(jiǎn)單、適合多尺度、多空間比較的優(yōu)點(diǎn)（表1）。

由圖2可見，1960～2015年，整個(gè)河?xùn)|地區(qū)干旱最嚴(yán)重的3個(gè)年份為1996、2008以及2014年，最濕潤(rùn)的三個(gè)年份為1963、1966以及1977年。從SPEI數(shù)值上可以看出，最濕潤(rùn)的年份偏離正常年份的程度要大于最干旱的年份。20世紀(jì)60年代至90年代中期，河?xùn)|地區(qū)的SPEI數(shù)值處于波動(dòng)狀態(tài)，但總體趨勢(shì)偏向于濕潤(rùn)，從90年代后期開始，開始呈干旱化態(tài)勢(shì)，雖出現(xiàn)干濕適中的年份，但為數(shù)不多。由趨勢(shì)線可以得知，預(yù)計(jì)其未來干旱趨勢(shì)會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。

3.2 河?xùn)|地區(qū)干旱的空間分布特征

依據(jù)甘肅河?xùn)|地區(qū)近56年的氣溫、降水以及各氣象站點(diǎn)的經(jīng)度和維度，計(jì)算出每個(gè)站點(diǎn)近56年來SPEI值對(duì)應(yīng)的斜率，運(yùn)用ARCGIS軟件進(jìn)行空間插值（反距離加權(quán)重法）分析，進(jìn)而得出河?xùn)|地區(qū)近56年來各個(gè)站點(diǎn)年際和四季干旱的空間變化趨勢(shì)。由河?xùn)|地區(qū)各季節(jié)的SPEI值斜率空進(jìn)行空間插值可以看出，從1960-2015年，甘肅河?xùn)|地區(qū)四季呈現(xiàn)不同程度的干旱化趨勢(shì)?？傮w而言，春季和夏季的干旱化趨勢(shì)顯著，各地區(qū)干旱趨勢(shì)也比較均勻，秋季和冬季干旱趨勢(shì)不太明顯，不過各地區(qū)干旱趨勢(shì)分布不均勻，有極端干旱區(qū)以及相對(duì)濕潤(rùn)區(qū)。

3.2.1 春季河?xùn)|地區(qū)西北部分的郎木寺、皋蘭、武都以及松山SPEI斜率大于零，說明其有濕潤(rùn)化的趨勢(shì)，其余部分SPEI斜率均小于零，說明其呈現(xiàn)干旱化趨勢(shì)。其中瑪曲、靖遠(yuǎn)以及西峰區(qū)相比其他地區(qū)而言干旱化趨勢(shì)顯著（圖3a）。

3.2.2 夏季同樣除西北部分的藍(lán)色顯示區(qū)皋蘭、武都以及松山有微弱的濕潤(rùn)化趨勢(shì)外，其他部分都呈現(xiàn)干旱化態(tài)勢(shì)。其中以瑪曲、郎木寺、合作、臨洮、岷縣以華家?guī)X以及天水一線干旱化趨勢(shì)最為明顯，蘭州、榆中、靖遠(yuǎn)、會(huì)寧、平?jīng)鲆约拔鞣鍏^(qū)次之，臨夏干旱化趨勢(shì)最不明顯（圖3b）。

3.2.3 河?xùn)|地區(qū)秋季以蘭州、皋蘭、會(huì)寧、靖遠(yuǎn)以及郎木寺這一線干旱化趨勢(shì)最為嚴(yán)重，岷縣、武都、天水平?jīng)鲆约拔鞣鍏^(qū)次之，瑪曲、合作、臨夏、榆中以及華家?guī)X這一帶最變化最不明顯（圖3c）。

3.2.4 河?xùn)|地區(qū)冬季的松山、景泰、臨洮、會(huì)寧以及合作呈現(xiàn)濕潤(rùn)化趨勢(shì)，皋蘭干旱化趨勢(shì)最為顯著，臨夏、靖遠(yuǎn)、岷縣、武都以及天水次之，華家?guī)X、平?jīng)鲆约拔鞣鍏^(qū)干旱趨勢(shì)比較平緩（圖3d）。

4 結(jié)果

基于1960～2015年甘肅河?xùn)|地區(qū)20個(gè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，利用SPEI指數(shù)分析了河?xùn)|地區(qū)不同時(shí)間和空間尺度干旱發(fā)生的規(guī)律，以此來揭示河?xùn)|地區(qū)干旱發(fā)生的時(shí)空變化特征。主要結(jié)論如下：

近56年來河?xùn)|地區(qū)干旱化趨勢(shì)在時(shí)間上的分布非常明顯。從年際總體變化趨勢(shì)來看，1960年至2015年，河?xùn)|地區(qū)整體呈干旱化態(tài)勢(shì)。細(xì)化來看，20世紀(jì)60年代至90年代中期，河?xùn)|地區(qū)的SPEI數(shù)值處于波動(dòng)狀態(tài)，但總體趨勢(shì)偏向于濕潤(rùn)，從90年代后期開始，開始呈干旱化態(tài)勢(shì)，雖出現(xiàn)干濕適中的年份，但為數(shù)不多。

近56年來河?xùn)|地區(qū)各站點(diǎn)持續(xù)干旱月份增加，持續(xù)干旱累計(jì)時(shí)間增長(zhǎng)。在年際以及春、夏、秋、冬四季季節(jié)尺度上的干旱發(fā)生強(qiáng)度不盡相同，但總體都是趨向于干旱的。其中夏季和冬季較為嚴(yán)重，秋季次之，春季較弱。在年際變化方面，全區(qū)以20世紀(jì)90年代中后期以及21世紀(jì)初干旱發(fā)生最為頻繁。

從空間變化來看，1960～2015年，河?xùn)|地區(qū)年際變化方面中部以及東部干旱趨勢(shì)明顯，其他部分趨勢(shì)較弱，季節(jié)變化方面春季和夏季干旱化趨勢(shì)顯著，秋季和冬季較弱。

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