干季貴州省東西部區域干濕狀況差異分析*

池再香，李貴瓊，白 慧，龍先菊，潘徐燕，肖艷林

(1. 貴州省六盤水市氣象臺，六盤水 553001；2. 貴州省盤縣氣象局，盤縣 553537；3. 貴州省氣候中心，貴陽 550002；4. 貴州省黔東南州氣象局，凱里 556000；5. 貴州省氣象信息中心，貴陽 550002）

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干季貴州省東西部區域干濕狀況差異分析*

池再香1，李貴瓊2，白 慧3，龍先菊4，潘徐燕5，肖艷林1

(1. 貴州省六盤水市氣象臺，六盤水 553001；2. 貴州省盤縣氣象局，盤縣 553537；3. 貴州省氣候中心，貴陽 550002；4. 貴州省黔東南州氣象局，凱里 556000；5. 貴州省氣象信息中心，貴陽 550002）

摘要：利用貴州85個氣象觀測站1960年10月-2010年3月逐日平均氣溫、降水量、小型蒸發量等資料，選用線性趨勢、M-K突變、Morlet小波、積溫干燥度指數以及氣候干濕指數等方法，對貴州干季（10月-翌年3月）氣象干旱進行分析。結果表明：（1）1960-2010年貴州東西部區域干季降水量均無顯著線性變化趨勢，但有一定的階段性變化特點；西部區域2002年之后降水量呈極顯著減少趨勢，其線性變化率為-59.5mm·10a-1（p＜0.01)，東部區域2005年之后降水量呈極顯著減少趨勢，其線性變化率為-97.7mm·10a-1（p＜0.01）。21世紀前10a貴州東西部區域氣象干旱均呈加重趨勢。兩區域降水量的突變時段和周期性特征均存在顯著性差異（p＜0.05），西部區域1979年發生由多到少的突變，存在5～7a的周期振蕩，東部區域1995年發生由多到少的突變，存在2～3a的周期振蕩。（2）近50a西部區域的積溫干燥度、氣候干濕指數的變化比東部區域明顯偏大、偏低，西部區域的氣象干旱比東部區域偏重。（3）貴州東西部區域的積溫干燥度、氣候干濕指數與降水距平百分率線性擬合率均較高，R2均在0.8以上，但西部區域更高，積溫干燥度和氣候干濕指數均能真實體現貴州東西部區域干季氣象干旱程度。

關鍵詞：冬半年；降水量；干燥度；氣候干濕指數；貴州

池再香,李貴瓊,白慧,等.干季貴州省東西部區域干濕狀況差異分析[J].中國農業氣象,2016,37(3):361-367

貴州屬亞熱帶季風濕潤氣候區，但地處高原山區，地勢高，起伏大，局地氣候差異明顯[1]。在不同的地形地勢影響下，降水時空分布不均，降水主要集中在4-9月，其降水量占全年總降水量85%，有干季（10月-翌年3月）和濕季（4-9月）之分。11月-翌年2月，貴州常受大陸性極地氣團控制，尤其是西部地區常受單一的干暖氣團控制，處于少雨季節；而春季雖然海洋暖濕氣流輸送開始增強，但其勢力強弱不均，加上西部區域地勢高，盛行偏西干暖氣流，空氣中水汽含量少，故呈現出西部降水少、東部降水多的格局，嚴重影響西部地區小麥、喬麥、油菜等夏收作物的生長發育及產量。余衛東等[2]分析了冬小麥、夏玉米主要生育期的變化趨勢及對氣候變化的響應，認為影響冬小麥、夏玉米生育期的主要氣象因子是溫度和降水量。

據有關文獻記載，隨著全球氣候變暖，干旱災害有進一步加重的趨勢[3]，西南地區冬、春季平均每3a出現一次連旱，嚴重地區持續150d以上[4]。池再香等[5]曾用大氣環流形勢場、干燥度、氣候干濕指數等方法，研究了貴州2009年秋季至2010年春季連續干旱的強度及其形成原因和物理機制；鄒海平等[6]利用濕潤指數研究得出海南島年濕潤指數的空間分布及變化趨勢與年降水量相似；李翔翔等[7]采用降蒸差的方法研究黃淮海平原各季節水分虧缺狀況，得到黃淮海平原春季水分虧缺最嚴重，春旱發生頻率較高的結論；鄭盛華等[8]利用相對濕潤度指數研究松嫩平原干旱變化特征，得到松嫩平原干旱逐年加重的結論。以往研究常用降水距平百分率、相對濕潤指數、Z指數等方法來研究夏季氣象干旱[9-13]；而研究冬、春季連旱的則相對較少。因此，本文擬采用線性趨勢分析、Mann-Kendall突變分析、Morlet小波分析、積溫干燥度以及氣候干濕指數等方法，分析貴州干季（10月-翌年3月）氣象干旱變化特征，以期為貴州冬半年農業生產合理布局和進一步豐富秋種夏收作物防旱避災提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料

貴州省境內85個氣象觀測站1960年10月1日-2010年3月31日逐日平均氣溫、降水量、20cm小型蒸發器的蒸發量等觀測資料來源于貴州省氣象信息中心。以106°30′E為界，將貴州省分為西部區域（103°36′-106°30′E）和東部區域（106°30′-109°35′E）。西部區域主要包括羅甸、長順、清鎮、金沙、仁懷等以西35個站，主要種植馬鈴薯、水稻、玉米、小麥、油菜、獼猴桃、刺梨、核桃等，10月-翌年3月田間主要生長小麥、喬麥、油菜、蔬菜等作物；東部區域主要包括桐梓、遵義、息峰、龍里、平塘等以東50個站，主要種植水稻、紅薯、小麥、油菜、柑橘、梨、楊梅等，10月-翌年3月田間主要生長小麥、油菜、馬鈴薯、蔬菜等作物。

1.2 指標和方法

1.2.1 干濕季劃分

采用降水相對系數C[1]將全年劃分為干、濕季，其表達式為

式中，r為某旬的多年平均降水量，R為年平均旬降水量，即年平均降水量除以36，單位均為mm。C≥1.0表示旬降水相對較多，定為濕季；C＜1.0表示旬降水相對較少，定為干季。通過計算貴州85個站的C值，將10月-翌年3月劃為干季，4-9月劃為濕季。

1.2.2 積溫干燥度指數（K）

根據池再香等[5]修訂謝良尼諾夫積溫法得到的公式，計算整個干季的積溫干燥度指數，即

式中，ATDI為某年干季（10月1日-翌年3月31日）的積溫干燥度（℃·d·mm-1），∑T為同期＞0℃日平均氣溫之和（℃·d），∑R為同期日降水量之和（mm）。ATDI越大表示氣候越干燥、氣象干旱越嚴重；ATDI越小表示氣候越濕潤、氣象干旱越輕。1.2.3 氣候干濕指數（I）

根據池再香等[5]對衛捷等[14]干旱指數的修訂，貴州省干季的氣象干旱程度用氣候干濕指數進行分析，即

式中，I為某年干季（10月1日-翌年3月31日）的氣候干濕指數，R為該年同期總有效降水量，E為同期氣候蒸發量(口徑為20cm的小型蒸發皿觀測值)。I=1.0表示有效自然降水和氣候蒸發收支平衡，0≤I＜1.0表示氣候趨于干燥，I＞1.0表示氣候趨于濕潤。I越小表示氣候越干燥、氣象干旱越重；I越大表示氣候越濕潤、氣象干旱越輕。

1.2.4 方法

利用85個站資料計算歷年各項指標值后，分別得到東部區域和西部區域各指標值的算術平均值序列，使用線性趨勢分析、滑動平均、Mann-Kendall（簡稱M-K）突變分析和Morlet小波分析方法，分析各區域干季氣象干旱指數的時空變化特征，顯著性檢驗均為t檢驗[15]。

2 結果與分析

2.1 東西部區域干季降水量變化差異分析

2.1.1 變化趨勢

由圖1a可見，1960-2010年，西部區域干季降水量的最大值為306.6mm，最小值為90.6mm，多年平均為223.5mm，降水量以6.5mm·10a-1的趨勢減少，分析期內無明顯的線性變化趨勢，但有一定的階段性變化特點。3a滑動平均曲線顯示，1960-1965年、1980-1984年和1990-2002年的降水量相對較多，1968-1976年、1985-1990年相對較少；尤以2002年之后，干季降水量呈極顯著減少趨勢，其線性傾向率為-59.5mm·10a-1（p＜0.01）。由圖1b看出，東部區域干季降水量的最大值為526.6mm，最小值為174.5mm，多年平均為349.9mm，分析期內無明顯的線性變化趨勢，但有一定的階段性變化特點。3a滑動平均曲線顯示，1960-1966年、1989-2004年的降水量相對較多，1968-1976年和1985-1989年相對較少；尤以2005年之后，干季降水量呈極顯著減少趨勢，其線性傾向率為97.7mm·10a-1（p＜0.01）。由此可見，貴州西部區域和東部區域干季降水氣候存在明顯不同，尤以21世紀之后，兩區域的氣象干旱趨于加重。

圖1 貴州東、西部區域干季降水量年際變化（1960-2010年）Fig. 1 Inter-annual variation of precipitation during dry season in western and eastern region in Guizhou province(1960-2010)

2.1.2 突變分析

利用M-K突變檢驗方法，對1960-2010年貴州干季的降水量進行突變檢測，給出顯著性水平為0.05。由圖2a看出，降水量序列（UF，實線）在20世紀60年代-70年代中期較高，之后逐漸降低，且降低趨勢明顯，西部區域降水量的突變時間在1979年（UF 與UB交點），發生由多到少的突變，降水量呈極顯著減少趨勢，其線性傾向率為9.1mm·10a-1（P＜0.01）。由圖2b看出，降水量序列（UF，實線）在20世紀60年代-90年代中期較高，之后逐漸降低，且降低趨勢明顯，東部區域降水量的突變時間在1995年（UF 與UB交點），發生由多到少的突變，降水量呈極顯著減少趨勢，其線性傾向率為67.2mm·10a-1（P＜0.01）。從突變時間上看，東部區域干季降水量減少趨勢較西部區域推遲了16a，這與東部區域干季降水量總體呈略增多趨勢有關。

圖2 貴州東、西部區域干季降水量的M-K突變檢驗Fig. 2 M-K statistic curve of precipitation during dry season in western and eastern Guizhou

2.1.3 周期變化

由圖3a看出，西部區域在20世紀70年代-80年代中期存在5～7a的年代際振蕩周期，同時在80年代還存在一個15～18a的年代際振蕩周期，圖中還顯示，在2005年之后西部區域存在2a左右的年際振蕩周期，是受底部的影響，而另外一個15～18a的年代際振蕩周期是受頭部的影響，均可能為虛假周期，故均不予采用。由圖3b看出，東部區域在20世紀90年代呈2～4a的周期振蕩，另一個在70年代中期存在弱的5a左右周期振蕩，同理，在20世紀70年代存在的14～16a的年代際振蕩周期受頭部的影響，可能為虛假周期，不予采用。

圖3 貴州東、西部區域干季降水量的周期特征Fig. 3 Periodic features of precipitation during dry season in western and eastern Guizhou

2.2 東西部區域干季積溫干燥度差異分析

利用式（2）對貴州東、西部區域干季積溫干燥度及其相應年代平均值進行計算，結果見表1。由表1可見，近50a 來，貴州西部區域和東部區域各年代平均積溫干燥度在1.5℃·d·mm-1左右，歷年干季積溫干燥度為0.7～4.8℃·d·mm-1。從各年代平均值的變化來看，兩個區域變化趨勢基本一致。20世紀70年代積溫干燥度值均比60年代高，表明70年代氣象干旱偏重，但西部區域積溫干燥度值比東部區域偏高要多，說明西部區域在70年代的氣象干旱比東部區域偏重；80年代，兩區域積溫干燥度均略降低，但東部區域比西部區域的變化更為明顯；90年代，兩區域的積溫干燥度繼續降低，表明全省90年代氣象干旱程度降低；21世紀初，東西兩區域的積溫干燥度趨于升高，且西部區域積溫干燥度值比東部區域偏高0.826，表明貴州21世紀00年代氣象干旱較重，西部區域比東部區域更嚴重。總體上，20世紀70年代和21世紀初，貴州干季溫度偏高、降水偏少，氣象干旱較重；20世紀60、80和90年代氣溫偏低、降水偏多，氣象干旱較輕。

表1 1960-2010年貴州東、西部區域干季積溫干燥度（ATDI）的年代平均值（℃·d·mm-1）Table 1 Decadal average of ATDI during dry season from 1960 to 2010 in western and eastern Guizhou（℃·d·mm-1）

將積溫干燥度與同期降水距平百分率進行線性擬合，結果見圖4。由圖可見，近50a來，貴州東西部區域干季積溫干燥度與降水距平百分率的線性擬合率均很高，R2均在0.8以上，西部區域高于東部。說明兩區域積溫干燥度與降水距平百分率間具有極顯著的負相關關系（P＜0.01），積溫干燥度越大，降水距平百分率越小，氣候越干燥，氣象干旱越嚴重；反之，積溫干燥度越小，降水距平百分率越大，氣候越濕潤，氣象干旱越輕。降水距平百分率小于-20%時，西部區域的積溫干燥度比東部區域的偏大1.258～2.374℃·d·mm-1，表明西部區域干季的氣象干旱比東部區域嚴重；降水距平百分率在-20%～20%時，西部區域的積溫干燥度比東部區域偏大0.685～1.019℃·d·mm-1，表明西部區域干季的氣象干旱比東部區域偏重；降水距平百分率在20%以上時，西部區域的積溫干燥度與東部區域的相差不大，表明東部區域干季的氣象干旱程度與西部相近。由此可知，干季降水距平百分率在20%以下時，西部區域氣象干旱比東部區域偏重。

圖4 貴州東、西部區域干季積溫干燥度與降水距平百分率散點圖Fig. 4 The scatter plot between the ATDI and precipitation anomaly percentage during dry season in western and eastern Guizhou

2.3 東西部區域干季氣候干濕指數分析

利用式（3）分別對貴州東西部區域干季氣候干濕指數進行計算，并計算相應年代的平均值，結果見表2。由表可見，近50a來，貴州西部區域和東部區域各年代平均氣候干濕指數均在0.8左右，歷年干季氣候干濕指數為0.4～1.8。從各年代平均值變化來看，兩區域的氣候干濕指數變化趨勢基本一致。20世紀70年代氣候干濕指數均比60年代低，表明70年代氣象干旱偏重，但西部區域氣候干濕指數比東部區域偏低0.253，說明西部區域在70年代的氣象干旱比東部區域嚴重；80年代，兩區域氣候干濕指數均略升高，表明80年代兩區域的氣象干旱較70年代偏輕；90年代，兩區域的氣候干濕指數與80年代相比變化不大，表明貴州90年代氣象干旱偏輕；21世紀初，兩區域的氣候干濕指數趨于降低，且西部區域氣候干濕指數比東部區域偏低0.231，表明貴州21世紀00年代氣象干旱較嚴重，西部區域比東部區域更重。總體上，20世紀70年代和21世紀00年代，貴州干季降水偏少、蒸發偏大，氣象干旱偏重；20世紀60、80和90年代降水偏多、蒸發偏少，氣象干旱偏輕。

表2 1960-2010年貴州東、西部區域干季氣候干濕指數（I）的年代平均值Table 2 Decadal average of arid-wet index（I） during dry season from 1960 to 2010 in western and eastern Guizhou

將氣候干濕指數與同期降水距平百分率進行線性擬合，結果見圖5。由圖可看出，近50a來，貴州東西部區域干季氣候干濕指數與降水距平百分率間的線性擬合率均很高，R2均在0.8以上，且西部區域高于東部。說明兩區域氣候干濕指數與降水距平百分率間具有極顯著的正相關關系（P＜0.01），氣候干濕指數越小，降水距平百分率越低，說明氣候越干燥，氣象干旱越重；反之，氣候干濕指數越大，降水距平百分率越高，說明氣候越濕潤，氣象干旱越輕。

由圖5還可以看出，降水距平百分率小于-20%時，西部區域的氣候干濕指數比東部區域偏低0.343～0.488，表明西部區域干季氣象干旱比東部區域偏重；降水距平百分率在-20%～20%時，西部區域的氣候干濕指數比東部區域偏低0.412～0.556，表明西部區域干季氣象干旱比東部區域偏重更明顯；但降水距平百分率在20%以上時，西部區域的氣候干濕指數比東部區域偏低0.134～0.446，表明西部區域干季氣象干旱比東部區域偏重。由此可知，西部區域干季氣象干旱比東部區域偏重。

圖5 貴州東、西部區域干季氣候干濕指數與降水距平百分率散點圖Fig. 5 The scatter plot between the arid-wet index and precipitation anomaly percentage during dry season in western and eastern Guizhou

3 結論與討論

3.1 結論

（1）從貴州東西部區域干季降水氣候變化趨勢看，1960-2010年西部區域降水量以6.5mm·10a-1的趨勢減少，尤以2002年之后降水量呈極顯著減少趨勢，其線性傾向率為59.5mm·10a-1（P＜0.01）；東部區域降水量以2.1mm·10a-1的趨勢增多，但2005年之后降水量呈極顯著減少，其線性傾向率為97.7mm·10a-1（P＜0.01），說明進入21世紀貴州東西部區域干季的氣象干旱呈加重趨勢，但東部區域氣象干旱加重趨勢比西部區域延后3a。M-K檢驗結果顯示，東西部區域降水量在突變時間上存在顯著差異，西部區域降水量在1979年發生由多到少的突變，東部區域在1995年發生由多到少的突變，突變年后氣象干旱程度加重，且西部區域干季氣象干旱比東部區域偏重；Morlet小波周期特征顯示，西部區域降水量存在5～7a的周期振蕩，而東部區域降水量存在2～3a的周期振蕩。

（2）1960-2010年貴州西部區域干季積溫干燥度、氣候干濕指數分別比東部區域的偏大、偏低，說明西部區域氣象干旱比東部區域偏重；兩區域的積溫干燥度、氣候干濕指數與降水距平百分率線性擬合率均很高，R2均在0.8以上，且西部高于東部，說明積溫干燥度和氣候干濕指數均能真實體現貴州東西部區域干季氣象干旱程度。東西部區域干季積溫干燥度變化與氣候干濕指數變化呈反相位，20世紀70年代和21世紀00年代的積溫干燥度大，相應地氣候干濕指數低，表明此時段溫度偏高、降水偏少、蒸發偏大，氣象干旱偏重；20世紀60、80和90年代的積溫干燥度小，氣候干濕指數高，表明溫度偏低、降水偏多、蒸發偏小，氣象干旱偏輕。

3.2 討論

本研究所采用的降水量線性趨勢、M-K突變、Morlet小波、積溫干燥度、氣候干濕指數真實客觀地反應了貴州東西部區域干季降水量以及氣象干旱變化趨勢特征，但兩區域的降水突變時段、周期特征、積溫干燥度、氣候干濕指數均存在明顯差異。干季降水距平百分率越小，西部區域的積溫干燥度比東部區域明顯偏大，其氣候干濕指數比東部區域明顯偏低，表明西部區域氣象干旱比東部區域明顯偏重；降水距平百分率越大，兩區域的積溫干燥度基本相同，表明兩區域的氣象干旱程度相似，但東部區域的氣候干濕指數比西部區域明顯偏高，這又表現為東部區域的氣象干旱比西部區域偏輕，這種矛盾可能與地形地貌、植被等有關，因為西部區域具有典型的喀斯特地貌，植被條件較差，而東部區域植被條件較好[16]；另外，貴州地處低緯高原，境內山高峪深、下墊面崎嶇不平，局地氣候差異明顯，加上地形地勢自東向西呈3個階梯狀，西高東低，中部隆起為脊背，造成降水空間分布復雜多變，導致西部區域和東部區域干季降水氣候存在明顯不同。因此，造成貴州東西部區域降水量變化是多種影響因素共同作用的結果，這些差異有待進一步研究。

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Difference of Dry and Wet Conditions during Dry Season in Western and Eastern of Guizhou Province

CHI Zai-xiang1, LI Gui-qiong2, BAI Hui3, LONG Xian-ju4, PAN Xu-yan5, XIAO Yan-lin1
(1.Liupanshui Meteorological Station, Liupanshui 553001, China; 2.Panxian Meteorological Bureau, Panxian 553537; 3.Guizhou Climate Centre, Guiyang 550002; 4.Meteorological Bureau of Southeast Guizhou, Kaili 556000; 5.Guizhou Meteorological Information Centre, Guiyang 550002)

Abstract:Based on the data of daily air temperature, precipitation, a small amount of evaporation capacity from 85 meteorological stations from October 1960 to March 2010 in Guizhou province, by using the methods of linear trend, M-K mutation, Morlet wavelet, accumulated temperature dryness index(ATDI) and arid-wet index(I), the meteorological drought situation in dry seasons (from October to March of next year) of Guizhou province was analyzed. The results showed that the precipitation did not changed obviously in western and eastern region of Guizhou province, though with a little periodical change. In the western region, the precipitation had reduced since 2002, with the linear tendency -59.5mm·10y-1(p＜0.01).In the eastern region, the precipitation had reduced since 2005, with the linear tendency -97.7mm·10y-1(p＜0.01).The regional meteorological drought in western and eastern region of Guizhou Province increased in 1990s, and there was significant differenton the period of sudden change and periodical characteristics (P＜0.05) for precipitation in the two regions.In the western region, the sudden change of amounts occurred in 1979, with the periodical concussion of 5-7 years. In the eastern region, the sudden change occurred in 1995, with the periodical concussion of 2-3 years. In last 50 years, the aridity index and arid-wet indexin western region were larger and lower obviously than that of eastern region and the meteorological drought in western region was severe than that of the eastern region.The temperature dryness, the arid-wet index and the linear fitting rate of precipitation anomaly percentage were quite high in the two regions, and all of R2exceeded 0.8,and the western region was higher than that of the eastern region.The temperature dryness and the arid-wet index could reflect the meteorological drought extent dry seasons in eastern and western region of Guihzou province.

Key words:Winter half year; Precipitation; Aridity index; Arid-wet index; Guizhou Province

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.012

* 收稿日期：2015-09-21

基金項目：貴州省科技計劃項目（黔科合NY字[2012]3020號）；貴州省科學技術基金項目（黔科合J字[2011]2148號）

作者簡介：池再香（1964-），女，侗族，正研級高工，主要從事短期氣候預測預報和科研工作。E-mail：qxxf_850@163.com