基于降水距平百分率的重慶市干旱特征分析

吳建峰 譚燕 安佑志 羅緒強 張鳳太

摘 要：該文利用重慶市34個氣象站點2003—2013年的逐月降水資料，采用降水距平百分率（Pa）從年、季度尺度分析重慶市的干旱時空特征。主要結(jié)論如下：（1）重慶全年降水豐富，夏秋降水最多，冬季降水最少；整體上降水由北、東、南三個方向向中部和西部逐漸減少；（2）重慶全年均有可能發(fā)生干旱，夏季干旱強度最大，干旱呈現(xiàn)上升趨勢。（3）整個研究區(qū)都有干旱發(fā)生，其中西部地區(qū)干旱最嚴(yán)重，東南部部分區(qū)域受干旱影響相對較小。

關(guān)鍵詞：降水距平百分率；干旱特征；重慶市

中圖分類號 P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）18-0127-04

1 引言

干旱是一種水量相對虧缺的自然現(xiàn)象，通常指淡水總量少，或長期少雨而空氣干燥、土壤缺水，不足以滿足人類的生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的氣候現(xiàn)象[1]。干旱是全球的主要自然災(zāi)害之一，中國受旱災(zāi)危害非常嚴(yán)重，其中干旱也是重慶最主要的自然災(zāi)害之一，據(jù)資料統(tǒng)計，重慶在過去幾十年，旱災(zāi)出現(xiàn)頻率約80%[2-3]，例如，2006年，重慶發(fā)生了百年一遇的特大旱災(zāi)，全市有2 100萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)91億元[4]。重慶市干旱分布范圍極廣，幾乎所有地方都受到干旱的威脅。干旱的發(fā)生因素復(fù)雜、時空分布多樣，人類必須掌握干旱發(fā)生的特點和規(guī)律，使防治干旱有理論支撐，研究干旱特征在認(rèn)知氣象災(zāi)害問題上也有重要的意義。

國內(nèi)外對干旱已有大量研究，如20世紀(jì)60年代，Wayne.C.Palmer分析了美國東北的干旱特征并建立了帕爾默干旱指數(shù)（PDSI），之后帕爾默干旱指數(shù)在國際上得到廣泛認(rèn)可和運用[5]。Santos J F等人用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）分析了葡萄牙的干旱特征并對其進(jìn)行分區(qū)[6]。李柏貞、周廣勝[7]等對干旱指標(biāo)進(jìn)行了研究，評述了各類干旱指標(biāo)的優(yōu)缺點以及在農(nóng)業(yè)上的適用性；王富強、王雷用降水距平百分率劃分干旱等級，研究了河南省的干旱特征[8]。劉冰基于降水距平百分率和降水Z指數(shù)研究了山東省的干旱特征[9]。吳建峰、陳阿林等人基于TRMM降水衛(wèi)星數(shù)據(jù)和Z指數(shù)分析了重慶市旱澇變化特征[10]。

干旱嚴(yán)重危害著重慶市的自然環(huán)境，制約了重慶市的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，本文利用重慶市34個氣象站點2003—2013年的逐月降水資料，采用降水距平百分率（Pa），分析其干旱時空特征，以期為重慶干旱監(jiān)測和防災(zāi)減災(zāi)提供一定的基礎(chǔ)信息。

2 研究區(qū)概況

重慶市位于我國西南部，四川盆地的東部邊緣，屬于長江流域上游，嘉陵江與長江交匯于此，地跨105°17′～110°11′E、28°10′～32°13′N，是青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，幅員面積約8.2萬km2。研究區(qū)地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，以山地丘陵為主；中山、低山占全市面積約76%，丘陵占17%。重慶市屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均溫度在18℃左右，降水充沛但季節(jié)分配不均，常年降雨量1 000～1 450mm。各種氣象要素日際、月際、年際變化大，災(zāi)害性天氣頻繁，影響地域較廣，是氣候脆弱帶區(qū)，主要災(zāi)害性天氣有干旱、暴雨洪澇、低溫陰雨等。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源 本文數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)[11]，主要是重慶市城口、墊江、云陽等34個氣象站點2003—2013年的逐月降水資料。分別計算降水年際、季節(jié)（3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12—次年2月為冬季），采用降水距平百分率干旱等級評價指標(biāo)，分析了不同等級干旱的分布特征。

3.2 研究方法

3.2.1 降水量距平百分率（Pa）降水距平百分率反映的是某時段內(nèi)的降水量相較常年偏多或偏少的程度，即某時段內(nèi)的降水同平均狀態(tài)的偏離程度。它可以反映降水少引起的干旱。《氣象干旱等級》[12]中規(guī)定降水量距平百分率Pa的計算公式為：

[Pa（%）=P-PP×100]

[P=1ni=1nPi]

式中，[P]為某時段降水量，[P]為計算某時段同期氣候平均降水量，[n]為研究的年數(shù)，i=1，2，3，…n。

3.2.2 干旱等級標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)《氣象干旱等級》和重慶市的實際情況劃分干旱等級，如表1。

4 重慶市降水特征分析

4.1 年降水變化特征 根據(jù)重慶市34個氣象站2003—2013年的月降水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計得出2003—2013年重慶市年降水量情況，如圖1。

圖1 重慶市2003—2013年年降水量統(tǒng)計情況

由圖1可以看出，2003—2013年重慶市年降水量總體呈下降的趨勢，其中2004—2009年降水波動較大，2009—2013年降水相對平衡。重慶年均降水量約為1 086mm，2007年降水量最多，達(dá)到1 257.9mm左右；2006年降水量最少，只有約869.1mm。

4.2 季節(jié)降水變化特征 根據(jù)月降水據(jù)數(shù)據(jù)分別算出春、夏、秋、冬四季的降水量（圖略）。整體上，春季降水總體呈不顯著下降趨勢，2004年春季降水最多，達(dá)到359mm；2011年最少，只有240mm左右；夏季呈現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性，但具有一定的下降趨勢，2006年夏季降水是近十幾年的最低值，只有約241mm；秋季表現(xiàn)出一定幅度的上升趨勢，但不明顯，秋季平均降水量為270mm左右；冬季降水波動較大，但整體上呈先出一定下降趨勢，冬季平均降水只有60mm左右。

5 重慶市干旱特征分析

降水量的多少直接影響著一個地區(qū)的旱濕狀況，降水量年內(nèi)變化和年際變化大是發(fā)生干旱的主要因素。干旱直接影響人們生活生產(chǎn)，導(dǎo)致自然環(huán)境生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)的各種問題。本文分析重慶市的干旱特征，為重慶市防治旱災(zāi)提供一定的理論依據(jù)。

5.1 干旱時間特征分析

5.1.1 年尺度干旱特征分析 利用降水量距平百分率公式計算研究區(qū)2003—2013年降水距平百分率，如圖2。

圖2 年尺度干旱特征統(tǒng)計

由圖2可以看出，2006年及2009—2013年降水距平指數(shù)為負(fù)值，根據(jù)本文中降水距平百分率的定義，這幾年的年降水量比平均降水量偏少，且根據(jù)干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1），2006年、2009年、2010年和2011年出現(xiàn)干旱（見表2），其中2006年達(dá)到特旱等級，這與重慶市實際干旱情況吻合。

5.1.2 季節(jié)尺度干旱特征分析 根據(jù)降水量距平百分率公式，計算2003—2013年重慶市各季節(jié)的降水距平百分率。利用表1干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)得到表2。由表2可以看出，發(fā)生輕旱的主要有2009年和2010年，2011年發(fā)生中旱，而2006年發(fā)生特大旱。各季節(jié)干旱類型都存在，春旱發(fā)生的幾率最小，干旱季節(jié)性比較明顯。

5.2 空間分布特征 2006年，重慶發(fā)生了百年一遇的特大旱災(zāi)，全市有2 100萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)91億元[4]，因此本文以2006年為例，分別從年和季節(jié)尺度對干旱空間分布特征進(jìn)行分析，根據(jù)降水量距平百分率公式計算出重慶市2006年34個氣象站點年和季節(jié)降水距平百分率（見表3）。

5.2.1 年尺度干旱空間分布特征 利用34個站點降水距平指數(shù)采用克里金插值方法得到2006年空間分布情況如圖2。由表3可得到，研究區(qū)2006年全年平均降水距平百分率-19.91%，根據(jù)干旱劃分標(biāo)準(zhǔn)可知全年平均達(dá)到重旱等級；其中，降水距平百分率最小的是銅梁，數(shù)值為-36.12%，這是研究去發(fā)生干旱最嚴(yán)重的地方，達(dá)到特旱等級；最大值在石柱，為5.44%，幾乎未遭受干旱。從空間分布來看（圖3），遭受特旱的地區(qū)幾乎覆蓋整個研究區(qū)，分布銅梁、大足、墊江、永川等22個地區(qū)；重旱地區(qū)主要為中部的武隆、涪陵、長壽、渝北等7個地區(qū)；中旱主要發(fā)生在江津、豐都、南川3個地區(qū)；輕旱主要發(fā)生在東南部的酉陽地區(qū)；未受到干旱影響的地區(qū)在石柱，這是2006年唯一沒有遭受干旱的地區(qū)。

5.2.2 季尺度干旱空間分布特征 重慶地區(qū)干旱以夏季最為嚴(yán)重，因此本文以2006年夏季為例，對研究區(qū)夏季干旱特征進(jìn)行分析。從表3可以看出，2006年夏季平均降水百分率為-46.20%，整個研究區(qū)整體達(dá)到重旱程度；其中監(jiān)測的34個地區(qū)，有20個達(dá)到特旱等級，3個達(dá)到重旱，整個研究區(qū)只有3個地區(qū)未遭受干旱。分析空間分布（如圖4），干旱發(fā)生最為嚴(yán)重的地區(qū)主要集中在研究區(qū)西部的銅梁、潼南、榮昌等區(qū)域，中部的涪陵區(qū)域，東北部的城口、萬州、開縣等區(qū)域以及南部的武隆、彭水等區(qū)域，都達(dá)到特旱程度；中旱、輕旱發(fā)生在東北部云陽、巫溪部分區(qū)域，東北部酉陽以及南部的萬盛、綦江等區(qū)域；很少受到干旱影響的區(qū)域集中在東北部的石柱、酉陽區(qū)域。

綜上所述，在季節(jié)尺度上，重慶夏季最易干旱且干旱空間分布最大，涉及全市范圍，干旱程度也最大。

6 結(jié)論與討論

本文通過利用重慶市34個氣象站點2003—2013年的逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，分析重慶市降水特征；然后分別計算出其年和季尺度的降水距平百分率，選取2006年典型的干旱年從年和季節(jié)尺度分析干旱時空特征，主要結(jié)論如下：

（1）重慶市降水特征：2003—2013年研究區(qū)年平均降水量存在一定波動，整體上呈略微的下降趨勢；季節(jié)尺度上，春季降水變化較小，夏季和冬季的降水總體呈比較明顯的下降趨勢，秋季降水總體呈較小的上升趨勢；

（2）重慶市干旱特征：在2003—2013年期間，2006年、2011年發(fā)生了嚴(yán)重的干旱現(xiàn)象，整體上干旱呈現(xiàn)上升趨勢。在季節(jié)尺度上，重慶市干旱強度以夏季最為嚴(yán)重，其他季節(jié)也存在不同程度的干旱。空間分布上，整個研究區(qū)都存在干旱現(xiàn)象，其中研究區(qū)西部的干旱強度最大，東北部部分區(qū)域干旱程度較小。

本文雖然在重慶市干旱時間和空間特征分析方面獲得了一定的研究成果，但是本文的研究還存在許多問題與不足，主要方面如下：

（1）干旱因素單一。（2）數(shù)據(jù)的時間尺度較短，不能較準(zhǔn)確地表明本文研究的精確性。（3）干旱等級劃分存在一定的主觀性。

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