高憲權(quán)，莫麗霞

（賀州市氣象局，廣西 賀州 542899）

在全球變暖的背景下，極端氣候事件增多［1-3］，我國的氣候變化和氣象災(zāi)害研究也受到越來越多的重視［4-12］。 黃榮輝、杜振彩［13］通過統(tǒng)計分析表明：氣象災(zāi)害每年造成的經(jīng)濟損失約占中國自然災(zāi)害總損失的71%，在20世紀(jì)90年代氣象災(zāi)害每年造成的損失可占到國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值（GDP）的3%～6%，其中約80%是旱澇氣候災(zāi)害所造成，中國的旱澇氣候災(zāi)害具有發(fā)生頻率高，發(fā)生面積廣，災(zāi)害損失嚴(yán)重等特點。黃梅麗等［14］對廣西近45a的氣溫資料進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：近45a廣西氣溫呈上升趨勢，冬季增溫明顯，增溫幅度具有區(qū)域差異，廣西氣候變暖使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害加劇，旱澇災(zāi)害發(fā)生頻繁。桂東地區(qū)位于110.32°E～112.10°E，22.62°N～25.20°N 之間， 屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，包括賀州、梧州兩市，同屬西江流域，區(qū)域內(nèi)山谷眾多，地形復(fù)雜，同時北回歸線貫穿其中，使得桂東氣候具有明顯的地區(qū)差異，在廣西壯族自治區(qū)氣候中心以熱量條件和降水等值線作為區(qū)劃指標(biāo)的廣西氣候區(qū)劃研究及前人研究中，也體現(xiàn)了桂東地區(qū)的氣候差異，干旱和洪澇災(zāi)害仍是未來桂東地區(qū)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害［15-18］。因此在氣候變化的背景下研究桂東地區(qū)的氣候變化響應(yīng)及旱澇變化特征在該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)等方面工作，具有一定的指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值。

1 資料和方法

本文采用桂東地區(qū)9個站點1965-2013年近49a的年平均氣溫和降水資料，計算沙道夫干濕指數(shù)Si和 Z指數(shù)［19-20］，將計算結(jié)果進(jìn)行趨勢分析、小波分析等［21-24］，根據(jù)兩個指數(shù)的結(jié)果進(jìn)行綜合比較分析，分析兩種結(jié)果的異同，再根據(jù)研究結(jié)果挑選出典型的洪澇和干旱事件，使用NCEP/NCAR再分析資料逐月資料子集中位勢高度、風(fēng)速和風(fēng)矢量等資料，輔助分析其環(huán)流背景特征，以此研究在全球氣候變化的背景下，桂東地區(qū)的旱澇變化特征分析。

1.1 Z指數(shù)研究方法

假設(shè)某時間段降水量服從皮爾遜Ⅲ型曲線中的Γ分布， 通過對變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可將概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐訸指數(shù)為新變量的標(biāo)準(zhǔn)化正態(tài)分布，即：

其中，CS為偏態(tài)系數(shù)，φi為標(biāo)準(zhǔn)變量，通過降水量序列計算可得：

計算降水Z指數(shù)，Z＞0的年份代表降水多的洪澇年份，Z值越大表示降水越多，洪澇越重；Z＜0的年份代表降水少的干旱年份，Z值越小表示降水越少，干旱越重。

1.2 沙道夫干濕指數(shù)Si

Si是將旱澇與氣溫、降水聯(lián)系起來。一般降水量偏多的年份則對應(yīng)的氣溫偏低，而降水偏少的年份對應(yīng)氣溫偏高。同時氣溫偏高，加速蒸發(fā)，對應(yīng)的干旱就會加重。以此為出發(fā)點，把氣溫和降水?dāng)?shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后相減得到的值定為干濕指數(shù)Si，用于進(jìn)行旱澇等級劃分。表達(dá)式為：

其中，T′＝Ti-T 表示氣溫距平，R′＝Ri-R 表示降水距平，σt、σr分別為氣溫和降水的均方差：

計算沙道夫干濕指數(shù)Si，Si＜0的年份代表氣溫低降水多的洪澇年份，Si越小表示氣溫越低，降水越多，洪澇越重；Si＞0的年份代表氣溫高降水少的干旱年份，Si值越大表示氣溫越高，降水越少，干旱越重。

2 桂東地區(qū)Z指數(shù)、Si指數(shù)分析及旱澇變化特征

2.1 Z 指數(shù)分析

采用桂東地區(qū)9個地面氣象站的逐年降水資料，根據(jù)Z指數(shù)研究方法計算桂東地區(qū)單站和總體Z指數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果，選定Z值≥1的年份為大澇年，選定Z值≤-1的年份為大旱年，對各站點逐年Z值≥1的大澇年份進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明，區(qū)域Z指數(shù)明顯偏高的大澇年份有 1970、1973、1981、1994、1997、2002、2006、2013 年， 其中同年 9 個地面氣象站5個或以上出現(xiàn)大澇的年份占5/8，Z指數(shù)明顯偏 低 的 大 旱 年 份 有 1984、1986、1989、1991、2000、2003、2007、2009、2011 年， 其中同年 9 個地面氣象站5個或以上出現(xiàn)大旱的年份占8/9，說明大旱出現(xiàn)的影響范圍較大澇出現(xiàn)的影響范圍更廣。逐年區(qū)域Z指數(shù)略有下降的趨勢，但不明顯，1983年之前，Z指數(shù)偏高，澇年偏多，1984～1991年，Z指數(shù)明顯偏低偏旱，1992～1999年，Z指數(shù)明顯偏高偏澇，2000年之后，Z指數(shù)高低交替變化，旱澇交替明顯（圖1（a））。單站Z指數(shù)中有4個站逐年Z指數(shù)有上升的趨勢，有5個站逐年Z指數(shù)有下降的趨勢，但是上升和下降的趨勢都不明顯。

桂東地區(qū)區(qū)域逐年Z指數(shù)小波方差圖上明顯存在 4 個峰值（圖 1（b）），分別對應(yīng) 18a、6a、4a、2a 左右尺度的震蕩周期，其中以18a尺度的周期最為明顯，其次是 2a、4a 和 6a。

圖1 區(qū)域逐年Z指數(shù)變化趨勢圖（a）；區(qū)域逐年Z指數(shù)小波方差圖（b）

2.2 沙道夫干濕指數(shù)Si分析

采用桂東地區(qū)9個地面氣象站49a間的逐年氣溫、降水資料，根據(jù)沙道夫干濕指數(shù)Si研究方法計算桂東地區(qū)單站和總體Si指數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果，選定Si值≤-1.5的年份為大澇年，Si值≥1.5的年份為大旱年，再進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，區(qū)域Si指數(shù)明 顯 偏 低 的 大 澇 年 份 有 1970、1973、1976、1981、1994、1997年，同年9個地面氣象站5個或以上出現(xiàn)大澇的年份為：1970年、1976年，1981年，1996年，1997年；Si指數(shù)明顯偏高的大旱年份有1989、1991、2000、2003、2007、2009 年，同年 9 個地面氣象站5個或以上出現(xiàn)大旱年份有：1987年，1991年，2003年，2004年，2007年，2009年。所有站點的Si指數(shù)均呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，并且發(fā)現(xiàn)南部4個站點（藤縣、梧州、蒼梧、岑溪）均比北部5個站點（蒙山、昭平、富川、鐘山、賀州）的大旱年數(shù)偏多約4a左右。逐年區(qū)域Si指數(shù)上升趨勢明顯。1985年之前，Si指數(shù)基本處于偏低水平，澇年多，1986～1991年，Si指數(shù)明顯偏高偏旱，1992～1998年，Si指數(shù)明顯偏低偏澇，1999之后Si指數(shù)處于偏高水平，旱年多（圖 2（a））。

桂東地區(qū)區(qū)域逐年Si指數(shù)小波方差圖上明顯存在 4 個峰值（圖 2（b）），分別對應(yīng) 13a、6a、4a、2a 左右尺度的震蕩周期，其中以13a尺度的周期最為明顯，其次是 2a、4a 和 6a。

圖2 區(qū)域逐年Si指數(shù)變化趨勢圖（a）；區(qū)域逐年Si指數(shù)小波方差圖（b）

2.3 桂東地區(qū)Z指數(shù)和沙道夫干濕指數(shù)Si對比

通過表1可以看出，使用Z指數(shù)和Si指數(shù)劃分的旱澇年份比較統(tǒng)一，說明在桂東地區(qū)使用兩種方法研究旱澇變化特征都是可行的。由于氣溫和降水存在必然的聯(lián)系，所以使用Si指數(shù)方法劃分的大澇、大旱年份基本都包含在使用Z指數(shù)方法劃分的大澇、大旱年份內(nèi)，對比第三章研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種方法劃分的大澇年一半以上屬于氣溫偏低且降水偏少的年份，兩種方法劃分的大旱年基本全部屬于氣溫偏高且降水偏少的年份，說明使用Si指數(shù)劃分的大澇、大旱年份更具有典型性，另外，從變化趨勢上看，Z指數(shù)變化趨勢不明顯，Si指數(shù)呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，也吻合桂東地區(qū)降水變化趨勢不明顯、增溫趨勢明顯的氣候變化響應(yīng)特征。同時使用Si指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)桂東地區(qū)南部比北部的大旱年數(shù)多。

表1 Z指數(shù)方法和Si指數(shù)方法劃分的旱、澇年份統(tǒng)計表

通過小波分析方法對兩種指數(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：兩種指數(shù)都存在4個不同尺度的振蕩周期，都分析出2012年開始，桂東地區(qū)進(jìn)入了一個新的洪澇期。但Si指數(shù)小波分析結(jié)果在4a和6a左右尺度的震蕩周期上，旱澇演變的周期特征更為清晰和細(xì)致。

綜上所述，在桂東地區(qū)Z指數(shù)和沙道夫干濕指數(shù)Si均可以用于旱澇特征研究，但Si指數(shù)考慮到了氣溫、降水之間的聯(lián)系，相比Z指數(shù)方法更具有優(yōu)越性。

3 桂東地區(qū)典型洪澇、干旱事件環(huán)流背景分析

為了進(jìn)一步研究桂東地區(qū)旱澇變化特征，結(jié)合桂東地區(qū)氣候變化響應(yīng)特征以及Z指數(shù)、沙道夫干濕指數(shù)Si兩種方法分析的旱澇變化特征，選取1994年作為典型洪澇事件，選取2007年作為典型干旱事件，分別分析其環(huán)流背景特征［20-24］。

3.1 典型洪澇事件環(huán)流背景特征分析

1994年的Z值為1.9，Si值為-1.8屬于明顯偏澇年份，年降水量偏多3成，降水主要集中在6、7、8月，且明顯偏多，分別偏多5成 （122mm）、1.4倍（253mm）、8 成（150mm）（圖 3），致使桂東地區(qū)洪澇災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)害影響巨大，是桂東地區(qū)歷史上洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的年份。對1994年環(huán)流背景分析得出，500hPa、850hPa孟加拉灣低槽的加強和維持，并且在槽前形成了強烈的西南暖濕氣流，而其東側(cè)500hPa副熱帶高壓壩的阻擋，使得降水天氣系統(tǒng)和西南暖濕氣流在桂東區(qū)域維持和堆積，海南島近地面的氣旋倒槽和地面弱冷空氣給強降雨天氣提供了有利條件，200hPa高空的氣旋性輻散和低層輻合在桂東地區(qū)形成了“低層輻合，高層輻散”的動力機制，并長時間維持。穩(wěn)定的環(huán)流形勢、良好的動力機制和充足的水汽條件以及ENSO事件在當(dāng)年的結(jié)束和再次開始等重要因素，促成了桂東地區(qū)1994年特大洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

圖3 1994年桂東地區(qū)逐月降水量距平和距平百分比（a.距平b.距平百分比）

3.2 典型干旱事環(huán)流背景特征分析

2007年的Z值為-1.5，Si值為3.2，屬于明顯偏旱的年份，年降水量偏少2成多，年平均氣溫偏高0.8℃，全年有9個月的降水量明顯偏少，其中10月份降水量僅有1.5mm，11月份降水量僅有12.4mm，但全年氣溫有10個月明顯偏高，其中2月份更是偏高4.4℃，持續(xù)的高溫少雨天氣使得桂東地區(qū)遭受了嚴(yán)重干旱災(zāi)害的影響。對2007年1～5月的環(huán)流背景分析表明，在500hPa高空，亞洲大陸中緯度地區(qū)受寬廣的高壓脊控制，孟加拉灣低槽很淺，高緯度地區(qū)盛行緯向環(huán)流，經(jīng)向環(huán)流很弱，無法引導(dǎo)地面冷空氣南下；在850hPa高空，中緯度地區(qū)位于青藏高原的大陸高壓強盛，西太平洋副高控制桂東地區(qū)，西南暖濕氣流偏弱；在1000hPa近地面，亞洲大陸高緯度地區(qū)環(huán)流平直，冷空氣活動弱，在中緯度地區(qū)，北太平洋阿留申低壓位置偏東，大陸高壓強盛，桂東地區(qū)位于高壓脊區(qū)內(nèi)。7～11月，在500hPa高空，高緯度地區(qū)環(huán)流平直，冷空氣活動很弱，副熱帶高壓強盛，華南大部區(qū)域都在其控制之下，副高南側(cè)的輻合帶偏南，導(dǎo)致2007年沒有臺風(fēng)影響到桂東地區(qū)，南支槽偏北偏弱，西南暖濕氣流無法影響桂東地區(qū)；在850hPa高空，桂東地區(qū)處于副熱帶高壓下沉輻散區(qū)，低緯度偏南氣流對桂東地區(qū)影響基本沒有影響。在1000hPa近地面，大陸高壓與西太平洋副熱帶高壓連通形成寬廣的高壓帶，桂東地區(qū)位于這條高壓帶內(nèi)。以上環(huán)流形式和La Nina事件造成了2007年嚴(yán)重的干旱災(zāi)害。

圖4 2007年桂東地區(qū)逐月降水量和氣溫（a.降水量距平百分比b.氣溫距平）

4 結(jié)論

本文采用桂東地區(qū)1965～2013年共49年的氣溫和降水資料，引入降水Z指數(shù)和沙道夫干濕指數(shù)Si，采用線性趨勢法、小波分析法、M-K檢驗等方法分析了氣溫和降水的氣候變化響應(yīng)特征以及Z指數(shù)和Si指數(shù)的變化特征，并對兩種指數(shù)進(jìn)行了分析比較，選取了典型的洪澇和干旱事件，使用NCEP/NCAR再分析資料分析了兩個典型事件的環(huán)流背景特征，主要得出以下結(jié)論：

（1）綜合分析桂東地區(qū)49a間Z指數(shù)顯示有8年大澇、9年大旱，逐年Z指數(shù)略有下降的趨勢，變化趨勢不明顯，但具有明顯的年代際和年際變化。1983年之前澇年偏多，1984～1991年旱年多，1992～1999年澇年多，2000年之后，Z指數(shù)高低交替變化，旱澇交替明顯。主要存在18a、7a、4a、2a的振蕩周期，18a的周期尺度最顯著，存在于1992～2011年。從2012開始，桂東地區(qū)進(jìn)入了一個新的洪澇期。

（2）綜合分析桂東地區(qū)49a間Si指數(shù)顯示有6年大澇、6年大旱，逐年Si指數(shù)上升趨勢明顯，并且發(fā)現(xiàn)南部站點比北部站點的大旱年數(shù)明顯多4a左右。1985年之前澇年多，1986～1991旱年多，1992～1998年澇年多，1999之后旱年多。主要存在13a、6a、4a、2a左右尺度的震蕩周期，13a的周期尺度最顯著，存在于 1967～1992 年，另外 6a、4a、2a 的周期變化特征也很清晰。從2012年開始，桂東地區(qū)進(jìn)入了一個新的洪澇期。通過對比分析沙道夫干濕指數(shù)Si比Z指數(shù)兩種方法發(fā)現(xiàn)：在桂東地區(qū)旱澇特征研究上，沙道夫干濕指數(shù)Si比Z指數(shù)方法更具有優(yōu)越性。

（3）選取的典型旱、澇事件環(huán)流背景具有以下特征：1994年洪澇的事件中，孟加拉灣低槽前有強烈的西南暖濕氣流，副熱帶高壓壩的位置和阻擋作用至關(guān)重要，海南島近地面的氣旋倒槽和地面弱冷空氣給強降雨天氣提供了有利條件，形成了 “低層輻合，高層輻散”的動力機制，并長期維持。ENSO事件在當(dāng)年的結(jié)束和再次開始也是重要影響因素。2007年的干旱事件中：亞洲大陸高緯度地區(qū)冷空氣弱，大陸高壓和西太平洋副高控制先后控制桂東地區(qū)，西南暖濕氣流和臺風(fēng)都無法影響桂東地區(qū)，8月份開始的La Nina事件加劇了干旱災(zāi)害。

參考文獻(xiàn):

［1］ IPCC.Climate Change 2001：Synthesis Report.A Contribu-tion of Working Groups I， II， and III to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change［R］.Watson R T， et al，eds.Cambridge，United Kingdom and New York， NY， USA：Cambridge University Press，2001.183-239.

［2］ IPCC，Climate Change 2007 The Physical Science Basis.Contribution of Working Group I to Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panelon Climate Change［M］.Cambridge，UK：Cambridge University Press，2007.30-33.

［3］李秀存，張永強，李耀先.厄尼諾與廣西異常氣候關(guān)系研究［J］. 氣象研究與應(yīng)用， 2000， 21（3）：29-32.

［4］丁一匯，任國玉，石廣玉等.氣候變化國家評估報告［I］：中國氣候變化的歷史和未來趨勢 ［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2006，2（1）.3-8.

［5］丁一匯，任國玉，趙宗慈等.中國氣候變化的檢測及預(yù)估［J］.沙漠與綠洲氣象，2007，1（1）：1-10.

［6］黃雪松，趙江潔，李艷蘭，等.20世紀(jì)90年代以來廣西重大水旱災(zāi)害回顧［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（4）：17-19.

［7］張允鋒.近2000a中國重大歷史事件與氣候變化的關(guān)系［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（1）：20-22.

［8］楊明.近50年中國氣候變化特征研究［D］.南京：南京信息工程學(xué).2008.

［9］周仕鵬.興仁縣氣候變化及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害分析［J］.氣象研究與應(yīng)用， 2012， 33（S1）：185-187.

［10］黎琮煒，覃衛(wèi)堅，高安寧.1961-2013年廣西洪澇災(zāi)害時空分布特征及成因 ［J］.氣象研究與應(yīng)用，2015，36（1）：80-85.

［11］羅紅磊，何潔琳，李艷蘭，等.氣候變化背景下影響廣西的主要氣象災(zāi)害及變化特征 ［J］.氣象研究與應(yīng)用，2016， 37（1）：10-14.

［12］何潔琳，謝敏，黃卓，等.廣西氣候變化事實［J］.氣象研究與應(yīng)用， 2016， 37（3）：11-15.

［13］黃榮輝，杜振彩.全球變暖背景下中國旱澇氣候災(zāi)害的演變特征及趨勢［J］.自然雜志，2010，32（4）.187-189.

［14］黃梅麗，丘平珠，黃雪松等.廣西氣候變暖及其對農(nóng)業(yè)的影響［J］.山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報，2008，27（3）.200-206.

［15］廣西壯族自治區(qū)氣候中心.廣西氣候［M］.北京：氣象出版社，2007.32-40.

［16］蔣麗娟.廣西春夏季旱澇的等級劃分及時空分布特征分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（3）：14-17.

［17］林寶亭，梁祥毅，王遠(yuǎn)超.玉林市近60年旱澇的變化特征［J］.廣東氣象，2012，24（6）：42-44.

［18］王成，吳善材，鄧明，等.開平市近50年氣候變化特征［J］.廣東氣象，2011，33（2）：35-36.

［19］歐陽細(xì)美，歐陽彩虹，吳瑕，等.1961—2013年南雄降水和旱澇的變化特征分析［J］.廣東氣象，2014，36（6）：24-27.

［20］王艷秋，邢俊江，張麗娟等.黑龍江省旱澇低溫指標(biāo)及其氣候分析應(yīng)用［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2008，17（5）.142-146.

［21］ 李秀梅，李奇穗，田茂.眉山市汛期（5～9月）旱澇指數(shù)及其特征分析［J］.樂山師范學(xué)院學(xué)報，2011，26（5）.10-12.

［22］魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，1999.42-106.

［23］陳特固，曾俠，張江勇，等.全球變暖背景下的廣東省降水量及旱、澇變化趨勢［J］.廣東氣象，2009，25（1）：89-96.

［24］薛宇峰.近50年來湛江、韶關(guān)氣候變化的小波分析［J］.廣東氣象，2006（1）：29-32.