基于SPI的黄河谷地气象干旱特征
Analysis of Drought Characteristics in Yellow River Valley of Qinghai Province Based on SPI

作者: 张海春 :青海省海南州气象局,青海 共和;

关键词: 标准化降水指数(SPI)干旱指数干旱频率黄河谷地Standardization Precipitation Index Drought Index Drought Frequency Yellow River Valley

摘要:
利用青海省贵德县气象局观测的1961~2017年逐月降水量资料,应用标准化降水指数(SPI)评价贵德地区干旱情况。结果表明,在1961~2017年间,贵德地区发生干旱的次数较多,干旱频率为38.2%。春季、夏季和秋季干旱频率分别为26.3%、24.6%、31.6%。

Abstract: Data at Guide county observatory station in Qinghai Province for 1961-2017 precipitation was utilized to obtain annual drought index and seasonal drought index in Yellow River Valley based on standardization precipitation index (SPI). The result showed that there were many droughts in the Guide area, 38.2% of which occurred from 1961 to 2017. The drought frequency in spring, summer and autumn was 26.3%, 24.6% and 31.6%, respectively.

1. 引言

干旱指因久晴无雨或少雨,降水量较常年同期明显偏少而形成的一种灾害,分为气象干旱、农业干旱、水文干旱以及经济社会干旱 [1] 。21世纪以来,随着气候变化和人类活动的影响加剧,干旱等极端事件频繁发生并不断加剧,给社会经济和人民生活带来了严重的影响,干旱已成为目前损失最严重的自然灾害 [2] [3] [4] [5] [6] 。IPCC第四次评估报告指出 [7] ,在所有的气象灾害中,旱涝所造成的损失占到一半以上。干旱是我国西北地区东部最常见、影响范围最广的气象灾害 [8] [9] 。青海省地处青藏高原东北部,全省属于高原大陆性气候,是全球同纬度最干旱的地区之一 [3] ,同时这里受西风带气候、高原季风和东亚季风气候影响,降水变率大,干旱频率高,是我国气候变化的敏感区和生态脆弱区 [10] 。张天峰等 [11] 研究了西北地区秋季干旱指数的变化特征,得出西北地区的干旱有明显的地域特征,青海西部为干旱区,青海东部和南部为半干旱区。王希娟等 [12] 研究了青海春季降水的气候变化特征及其对春旱的影响,认为1961~2003年间青海高原大部分地区春季降水量的总趋势是增加的,春季降水干、湿交替的特征非常明显。何卓玛等 [13] 分析了1961~2008年近48年青海干旱的时空特征,得出青海干旱呈减少趋势。有关文献 [14] [15] 对贵德县气候变化进行了研究,但利用标准化降水指数(SPI)分析贵德地区干旱特征的文章鲜见。本文利用贵德县1961~2017年近57年逐月降水资料,计算贵德地区年、春季、夏季和秋季的标准化降水指数(以下称SPI指数),分析贵德地区干旱变化特征,为防灾减灾提供科学依据。

2. 研究区概况及资料来源

2.1. 研究区概况

贵德县属于青海东部农业区,地处东经100˚58'8''~101˚47'50'',北纬35˚29'45''~36˚23'35''。总面积3504平方千米,总人口10.6万人,耕地面积19.22万亩。产业结构以农业为主,畜牧业占相当比重,并辅之轻工业。主要农产品有:小麦、油菜、蔬菜、果品等,是青海省粮食和蔬菜的重要生产基地。

贵德属高原大陆性气候,光照时间长,太阳辐射强。春季干旱多风,夏季短促凉爽,秋季阴湿多雨,冬季漫长干燥,气温日差较大。由于贵德地形地势和高原大陆性气候等因素,气象灾害种类多、强度大、频率高,是我省气象灾害影响最为严重的地区之一。

2.2. 资料来源

资料取自贵德县气象局1961~2017年观测的逐日降水资料,计算贵德地区年、季尺度的SPI指数值,建立年、季尺度的SPI指数序列。

3. 研究方法

3.1. SPI指数及其旱涝等级划分 [16]

由于降水分布是一种偏态分布,不是正态分布,所以在降水分析中,标准化降水指数(SPI)在计算出某时段内降水量的分布概率后,再进行正态标准化处理,最终用标准化降水量累积频率分布来划分干旱等级。SPI的计算式如下 [16] :

SPI = S t ( c 2 t + c 1 ) t + c 0 [ ( d 3 t + d 2 ) t + d 1 ] t + 1.0 (1)

式中: t = ln 1 F 2 F 为概率。 (2)

因为SPI不仅考虑了降水服从偏态分布的实际,又进行了正态标准化处理,所以使SPI适合确定不同时间尺度的干旱监测、评估,具有相同的干旱等级划分标准,适合进行多时间尺度对比分析,而且SPI计算简单,资料容易获取,同时具有良好的计算稳定性,其不足是没有考虑影响干旱发生的其他因子。

标准化降水指数气象干旱等级划分见表1

Table 1. Classification table of meteorological drought level of standardized precipitation index

表1. 标准化降水指数气象干旱等级划分表

3.2. 干旱频率

干旱频率为1961~2017年贵德地区达到某级别干旱(轻旱、中旱、重旱、特旱)的月数。利用贵德站在逐月降水资料计算贵德站春季、夏季、秋季和年的SPI值,然后再根据表1统计贵德地区春季、夏季、秋季和年干旱等级。

3.3. 数据处理

应用Excel2003软件对数据进行统计处理、分析。

4. 结果与分析

4.1. 年尺度干旱特征

基于贵德站的降水资料,计算了其年标准化干旱指数,并统计了贵德地区发生年干旱的频率。图1为贵德地区1961~2017年的12个月尺度的降水量分析结果,在1961~2017年近57年的SPI指数中,贵德地区共发生干旱15次,其中:特旱1次,重旱3次,中旱8次,轻旱3次。以12个月为尺度的干旱频率为26.3%,表明贵德地区是干旱较频发地区。贵德连续2年发生干旱的次数为2次,其中1965、1966年连续2年为重旱;1995、1996年分别为轻旱和中旱。贵德地区连续3年发生干旱的次数仅有1次,为2000~2002年,分别发生特旱、轻旱和重旱。从干旱强度来看,贵德地区1961~2017年近57年的干旱强度在0.02~2.57之间,平均干旱强度为0.79。

4.2. 贵德地区季节性干旱特征

4.2.1. 春季干旱特征

图2为1961~2017年近57年贵德地区春季干旱指数,由图2可见,1961~2017年近57年贵德地区共发生春季干旱15次,其中:特旱2次,重旱2次,中旱4次,轻旱7次。春季干旱频率为26.3%,与年干旱变化一致。春季轻旱频率为12.3%,中旱频率为7.0%,重量和特旱频率均为3.5%,春季特旱发生频率为4季最多。贵德连续2年发生春季干旱的次数为2次,分别为1975~1976年、1996~1997年,其中1975~1976年分别为轻旱和中旱,1996~1997年分别为特旱和轻旱。贵德地区连续3年发生春季干旱的次数仅有1次,为1999~200年,分别发生轻旱、特旱和轻旱。贵德地区1961~2017年近57年的春季干旱强度在0.0~3.1之间,平均干旱强度为0.80。干旱类型包括特旱、重旱、中旱、轻旱和无旱。其中2002~2017年16年中仅发生一次干旱(2015年,中旱),表明春旱发生次数随年际的延长减少。

Figure 1. Drought index of the Guide area from 1961 to 2017

图1. 贵德地区1961~2017年年干旱指数

Figure 2. Spring drought index of Guide area from 1961 to 2017

图2. 贵德地区1961~2017年春季干旱指数

4.2.2. 夏季干旱特征

图3为1961~2017年近57年贵德地区夏季干旱指数,由图3可见,1961~2017年近57年贵德地区共发生夏季干旱14次,其中:特旱1次,重旱5次,中旱1次,轻旱7次。夏季干旱频率为24.6%,小于年和春季干旱变化。夏季轻旱频率为12.3%,中旱频率为1.8%,重量频率为8.8%,特旱频率均为1.8%。贵德连续2年发生夏季干旱的次数为2次,分别为1965~1966年、1968~1969年,其中1965~1966年分别为重旱和特旱,1968~1969年均为轻旱。贵德地区连续3年发生夏季干旱的次数为1次,为2000~2002年,分别发生重旱、轻旱和重旱。贵德地区1961~2017年近57年的夏季干旱强度在0.0~2.4之间,平均干旱强度为0.80,干旱类型包括特旱、重旱、中旱、轻旱和无旱。在1983~1997年15年中未发生干旱。1983年之前共发生干旱8次,1997年以后共发生干旱6次。

Figure 3. Summer drought index of Guide area from 1961 to 2017

图3. 贵德地区1961~2017年夏季干旱指数

4.2.3. 秋季干旱特征

图4为1961~2017年近57年贵德地区秋季干旱指数,由图4可见,1961~2017年近57年贵德地区共发生秋季干旱18次,其中:特旱1次,重旱4次,中旱4次,轻旱9次。秋季干旱频率为31.6%,大于年、春季和夏季干旱频率。秋季轻旱频率为15.8%,中旱频率为7.0%,重旱频率为7.0%,特旱频率均为1.8%。贵德连续2年发生秋季干旱的次数为2次,分别为1979~1980年、1986~1987年,其中1979、1980年分别为轻旱和中旱,1986、1987年分别为重旱和轻旱。贵德地区连续3年发生秋季干旱的次数为2次,分别为1996~1998年和2002~2004年。贵德地区1961~2017年近57年的秋季干旱强度在0.0~2.3之间,平均干旱强度为0.80。在2005~2014年10年中未发生干旱。

Figure 4. Autumn drought index of Guide area from 1961 to 2017

图4. 贵德地区1961~2017年秋季干旱指数

5. 结论

1) 在1961~2017年间,贵德地区发生干旱的次数较多,干旱频率为38.2%。

2) 四季发生干旱的频率不同,这主要是受四个季节降雨分布的影响,春季干旱频率为26.3%,春季特旱发生频率为4季最多。夏季干旱频率为24.6%,秋季干旱频率为31.6%。

文章引用: 张海春 (2019) 基于SPI的黄河谷地气象干旱特征。 农业科学, 9, 22-27. doi: 10.12677/HJAS.2019.91004

参考文献

[1] 中国气象局. GB/T 20481-2006气象干旱等级[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.

[2] 王素萍, 张杰, 宋连春, 等. 多尺度气象干旱与土壤相对湿度的关系研究[J]. 冰川冻土, 2013, 35(4): 865-873.

[3] 谢金南. 中国西北干旱气候变化与预测研究, 第一卷[M]. 北京: 气象出版社, 2000: 1-347.

[4] 张强, 胡隐樵, 曹晓彦, 等. 论西北干旱气候的若干问题[J]. 中国沙漠, 2000, 20(4): 358-362.

[5] 王鹤龄, 王润元, 张强, 等. 甘肃省旱作区越冬作物对气候暖干化的响应及其原因研究[J]. 冰川冻土, 2011, 33(5): 1040-1045.

[6] 邓振镛, 王强, 张强, 等. 甘肃黄土高原旱作区土壤贮水量对春小麦水分生产力的影响[J]. 冰川冻土, 2011, 33(2): 425-430.

[7] Solomon, S., Qin, D.H., Manning, M., et al. (2007) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cam-bridge University Press, Cambridge, UK, 1-966.

[8] 徐国昌, 张志银. 青藏高原对西北干旱气候形成的作用[J]. 高原气象, 1983, 2(2): 9-16.

[9] 孙国武, 罗哲贤, 李兆元, 等. 中国西北干旱气候研究[M]. 北京: 气象出版社, 1997: 1-371.

[10] 谢金南, 李栋梁. 甘肃省干旱气候变化及其对本部大开发的影响[J]. 气候与环境研究, 2002, 7(3): 359-369.

[11] 张天峰, 王劲松, 郭江勇, 等. 西北地区秋季干旱指数的变化特征[J]. 干旱区研究, 2007, 24(2): 87-92.

[12] 王希娟, 唐红玉. 青海春季降水的气候变化特征及其对春旱的影响[J]. 气象, 2006, 32(5): 42-45.

[13] 何卓玛, 李林, 马学莲, 等. 近48年青海干旱的时空特征分析[J]. 青海科技, 2010, 17(2): 47-50.

[14] 李进虎, 吴让, 赵金忠. 近50年贵德县旱涝灾害变化特征分析[J]. 水土保持研究, 2012, 19(4): 256-259.

[15] 赵金忠, 赵年武, 赵恒和, 等. 贵德县近50年气候变化及对冬小麦生产潜力的影响[J]. 水土保持研究, 2012, 19(4): 260-264.

[16] 杨霏云, 郑秋红, 罗蒋梅, 等. 实用农业气象指标[M]. 北京: 气象出版社, 2016: 134-135.

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