2000—2022年益陽8—10月旱澇指數(shù)時(shí)空變化及大氣環(huán)流特征

摘 要：基于2000—2020年益陽市5個(gè)國家站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)和短周期干旱指數(shù)，識(shí)別并分析了益陽8—10月旱澇急轉(zhuǎn)事件的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：益陽8—10月平均旱澇指數(shù)為負(fù)值，呈現(xiàn)震蕩性上揚(yáng)趨勢(shì)，8—9月相對(duì)出現(xiàn)干旱的概率要更高，10月相對(duì)低一些，旱澇指數(shù)峰值為10月底，谷值為9月中旬后期；年內(nèi)旱澇指數(shù)轉(zhuǎn)換較頻繁，旱轉(zhuǎn)澇概率較高的時(shí)段為8月上旬初至下旬初、9月中旬末至9月底、10月中旬、10月下旬后期；湖區(qū)旱澇指數(shù)相對(duì)較低，山區(qū)相對(duì)較高；中高緯徑向度、脊槽位置、副熱帶高壓和北半球極渦強(qiáng)度位置、厄爾尼諾現(xiàn)象等均會(huì)影響益陽旱澇分布情況。

關(guān)鍵詞：旱澇急轉(zhuǎn)；時(shí)空變化；大氣環(huán)流

中圖分類號(hào)：P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

在全球氣候變暖的大背景下，旱澇急轉(zhuǎn)出現(xiàn)頻率較高，尤其是在長期干旱后突然出現(xiàn)強(qiáng)降雨的情況下，極易形成旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象，突發(fā)山洪、河水陡漲、城鄉(xiāng)內(nèi)澇、泥石流地質(zhì)災(zāi)害等極端災(zāi)害。沈柏竹等[1]分析了2011年春夏季長江中下游地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)特征，發(fā)現(xiàn)西太平洋副高突然西伸北跳，東亞大槽異常偏西偏強(qiáng)、鄂海阻高減弱，是冷暖空氣在該地區(qū)匯合、降水發(fā)生并持續(xù)造成由嚴(yán)重干旱向洪澇急轉(zhuǎn)的主要原因。趙東升等[2]發(fā)現(xiàn)我國西南地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)事件發(fā)生次數(shù)的空間分布呈現(xiàn)出東北多、西南少的格局。張?jiān)品萚3]研究發(fā)現(xiàn)，1973—2018年極端旱澇發(fā)生頻率增加，旱澇持續(xù)時(shí)間延長，大氣環(huán)流因素中西太平洋暖池強(qiáng)度指數(shù)、西太平洋副高強(qiáng)度指數(shù)、太陽黑子指數(shù)和南海副高強(qiáng)度指數(shù)與旱澇烈度變化較為相關(guān)。章益棋等[4]剖析江蘇省全域及各水資源分區(qū)歷史旱澇急轉(zhuǎn)事件演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)2001—2014年太湖片區(qū)、長江東片區(qū)和西區(qū)旱轉(zhuǎn)澇事件頻次高于其他年代，淮河西片區(qū)則反之，淮河南片區(qū)和北區(qū)各年代間無明顯差異，長江東片區(qū)澇轉(zhuǎn)旱事件更為頻發(fā)，長江西片區(qū)、淮河3個(gè)分區(qū)則呈減少趨勢(shì)。

對(duì)于地形復(fù)雜的益陽地區(qū)而言，旱澇急轉(zhuǎn)可能引起資水陡漲，從而引發(fā)流域性洪水，更多地會(huì)使西部山區(qū)發(fā)生山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，還可能引起局地的城鄉(xiāng)內(nèi)澇。例如，2013年益陽夏季高溫干旱嚴(yán)重，兩次臺(tái)風(fēng)引發(fā)強(qiáng)降水，促使局地山洪、地質(zhì)災(zāi)害、城鄉(xiāng)內(nèi)澇等災(zāi)害發(fā)生，損失嚴(yán)重。因此，本研究從長周期尺度上的旱澇指數(shù)入手，分析2000年以后益陽地區(qū)夏秋旱指數(shù)演變特征、空間縣域差異，通過分析旱澇指數(shù)與大氣環(huán)流背景之間的關(guān)系，找到益陽地區(qū)旱澇關(guān)鍵點(diǎn)，探討各類型旱澇過程在氣象服務(wù)上的特征。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

本研究收集益陽市5個(gè)國家氣象站2000—2022年、160個(gè)氣象區(qū)域自動(dòng)站2006—2022年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均來自國家氣象信息中心。

1.2 研究方法

本研究采用的氣象干旱綜合指數(shù)（MCI）考慮了60 d內(nèi)的有效降水（權(quán)重累計(jì)降水）、30 d內(nèi)蒸散（相對(duì)濕潤度）及季尺度（90 d）降水和近半年尺度（150 d）降水的綜合影響。氣象干旱綜合指數(shù)（MCI）的計(jì)算公式為：

MCI=Ka×（a×SPIW60+b×MI30+c×SPI90+d×SPI150）（1）

式（1）中，MI30為近30 d相對(duì)濕潤度指數(shù)；SPI90為近90 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；SPI150為近150 d標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；SPIW60為近60 d標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重降水指數(shù)。計(jì)算方法見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20481—2017氣象干旱等級(jí)附錄；a、b、c、d分別為SPIW60、MI30、SPI90、SPI150的權(quán)重系數(shù)，在益陽地區(qū)取值分別為0.5、0.6、0.2、0.1；Ka為季節(jié)調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為1。

旱澇等級(jí)分別為：MCI≤-2.0為特旱；-2.0＜MCI

≤-1.5為重旱；-1.5＜MCI≤-1.0為中旱；-1.0＜MCI

≤-0.5為輕旱；-0.5＜MCI＜0.5為正常；0.5≤MCI＜1.0為輕澇；1.0≤MCI＜1.5為中澇；1.5≤MCI＜

2.0為重澇；2.0≤MCI為特澇。

2 旱澇指數(shù)時(shí)間演變特征

2.1 旱澇指數(shù)年月變化

從2000—2022年8—10月旱澇指數(shù)的平均值來看全市為負(fù)值，而8—9月相對(duì)出現(xiàn)干旱的概率要更高，10月相對(duì)較低（圖1）。從5年移動(dòng)平均來看年際分布：8—10月旱澇指數(shù)整體呈現(xiàn)震蕩上揚(yáng)趨勢(shì)，中澇年份僅有兩年（2002、2020年），中旱年份僅有2003年，重旱年份僅有2022年。從月份旱澇指數(shù)的差值來看：2004年8—10月旱澇指數(shù)持續(xù)減小，由澇轉(zhuǎn)旱；2009、2012、2022年8—9月旱澇指數(shù)明顯減小，2009年9月轉(zhuǎn)為中旱，2022年轉(zhuǎn)為特旱；2005、2007、2014年9—10月旱澇指數(shù)明顯減小，2005年和2014年10月轉(zhuǎn)為輕旱；2000、2010、2013、2018、2020年8—10月旱澇指數(shù)持續(xù)增加，2000、2013、2018年由旱轉(zhuǎn)澇，2010年轉(zhuǎn)為中澇，2020年轉(zhuǎn)為重澇；2017年8—9月旱澇指數(shù)增加，9月轉(zhuǎn)為中澇；2001、2011年9—10月旱澇指數(shù)增加，2001年干旱解除，2011年旱轉(zhuǎn)澇。

2.2 旱澇指數(shù)日變化

從2000—2022年逐日旱澇指數(shù)的平均值（圖2）來看，旱澇指數(shù)呈現(xiàn)震蕩性上揚(yáng)趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)為0.296 7，相關(guān)度一般。旱澇指數(shù)峰值為10月底，其次為10月中旬后期，谷值為9月中旬后期，其次為8月上旬末中旬初。旱轉(zhuǎn)澇概率較高的時(shí)段為8月上旬初至下旬初、9月中旬末至9月底、10月中旬、10月下旬后期；澇轉(zhuǎn)旱概率較高的時(shí)段是8月上旬、9月中旬、10月中旬末至下旬初。

3 旱澇指數(shù)空間分布特征

從2000—2022年8—10月益陽市5個(gè)國家站逐年旱澇指數(shù)（表1）的平均值來看，位于湖區(qū)的南縣和沅江旱澇指數(shù)相對(duì)較低，丘陵區(qū)的赫山和山區(qū)的安化相對(duì)較高，桃江居中。

從年份分布情況來看，益陽地區(qū)旱澇差異較大：桃江2000年輕澇，2002年重澇，2003年輕旱；安化2005年輕旱，2006年輕旱，2007年中澇；2008年沅江、赫山、桃江輕旱；2010年南縣、沅江輕到中澇；2011年沅江、安化輕旱；2013年赫山輕旱，安化輕澇；2014年安化輕澇；2016年桃江、安化輕澇；2017沅江、桃江、安化輕澇；桃江2018年輕澇、2019年輕旱；2020年南縣、沅江重澇，赫山、桃江中澇；桃江、安化2021年輕澇，2022年重至特旱。

4 旱澇指數(shù)與大氣環(huán)流相關(guān)性分析

從大氣環(huán)流指數(shù)與益陽8—10月旱澇指數(shù)的相關(guān)性分析來看，西太平洋和南海副高面積大、強(qiáng)度大、脊線偏北，出現(xiàn)干旱的概率要高；北半球極渦面積小、強(qiáng)度弱、緯度偏北、東亞槽位置偏西、強(qiáng)度偏弱，出現(xiàn)干旱的概率也會(huì)較高；青藏高原指數(shù)大、印緬槽偏強(qiáng)、北極濤動(dòng)指數(shù)偏大、200 hPa緯向風(fēng)指數(shù)偏大、850 hPa西太平洋信風(fēng)指數(shù)偏大，出現(xiàn)干旱的概率也會(huì)較高，厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)洪澇概率較大。

從2000年以來的2022、2003年8—10月重干旱和

2002、2020年重洪澇的大氣環(huán)流平均場對(duì)比（圖3）來看：干旱年份中高緯徑向度較小，歐洲多由高壓脊控制，中西伯利亞和東西伯利亞為低槽區(qū)，中緯度低槽位于青藏高原以西和東北平原到東海，副熱帶高壓偏強(qiáng)，585線位于長江流域以北，湖南由弱脊控制，不利于暖濕氣流和冷空氣交匯；洪澇年份中高緯徑向度較大，西伯利亞由高壓脊控制，歐洲和鄂霍克次海為低槽區(qū)，中緯度低槽位于青藏高原以西和東北平原到云南，副熱帶高壓偏弱，585線位于長江流域附近或以南，湖南在低槽內(nèi)，有利于暖濕氣流和冷空氣交匯。

5 結(jié)論

分析2000—2022年8—10月益陽各區(qū)縣市旱澇指數(shù)和大氣環(huán)流相關(guān)性可知：

（1）益陽8—10月平均旱澇指數(shù)為負(fù)值，呈現(xiàn)震蕩性上揚(yáng)趨勢(shì)，8—9月相對(duì)出現(xiàn)干旱的概率要更高，10月相對(duì)更低。年內(nèi)旱澇指數(shù)轉(zhuǎn)換較為頻繁，典型的年份有2004年由澇轉(zhuǎn)旱、2011年由旱轉(zhuǎn)澇、2022年由澇轉(zhuǎn)特旱、2010年由旱轉(zhuǎn)中澇、2020年由旱轉(zhuǎn)重澇。

（2）逐日旱澇指數(shù)的平均值呈現(xiàn)震蕩性上揚(yáng)趨勢(shì)，旱澇指數(shù)峰值為10月底，其次為10月中旬后期，谷值為9月中旬后期，其次為8月上旬末中旬初。旱轉(zhuǎn)澇概率較高的時(shí)段為8月上旬初至下旬初、9月中旬末至9月底、10月中旬、10月下旬后期；澇轉(zhuǎn)旱概率較高的時(shí)段是8月上旬、9月中旬、10月中旬末到下旬初。

（3）湖區(qū)旱澇指數(shù)相對(duì)較低，山區(qū)相對(duì)較高；益陽地區(qū)旱澇差異較大，2007年僅安化中澇，2010年南縣、沅江輕到中澇，2020年南縣、沅江、赫山、桃江中澇。

（4）西太平洋和南海副高面積大、強(qiáng)度大、脊線偏北，益陽8—10月出現(xiàn)干旱的概率要高；北半球極渦面積小、強(qiáng)度弱、緯度偏北、東亞槽位置偏西、強(qiáng)度偏弱出現(xiàn)干旱的概率也會(huì)較高；青藏高原指數(shù)大、印緬槽偏強(qiáng)、北極濤動(dòng)指數(shù)偏大、200 hPa緯向風(fēng)指數(shù)偏大、850 hPa西太平洋信風(fēng)指數(shù)偏大，出現(xiàn)干旱的概率也會(huì)較高，厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)洪澇概率較大。中高緯徑向度、脊槽位置、副熱帶高壓強(qiáng)度也影響益陽旱澇分布情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈柏竹，張世軒，楊涵洧，等.2011年春夏季長江中下游地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)特征分析[J].物理學(xué)報(bào)，2012，61（10）：530-540.

[2] 趙東升，張家誠，鄧思琪，等.1960—2018年中國西南地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)的時(shí)空變化特征[J].地理科學(xué)，2021，41（12）：2222-2231.

[3] 張?jiān)品喳惸荩峙骈牛?長江中下游典型流域旱澇與旱澇/澇旱急轉(zhuǎn)演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)因子研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2021，54（10）：887-897，933.

[4] 章益棋，袁飛，張利敏，等.基于降水統(tǒng)計(jì)方法的江蘇省旱澇急轉(zhuǎn)演變特征研究[J].水文，2022，42（2）：29，36-41.

收稿日期：2024-10-17

作者簡介：何裕強(qiáng)（1973—），男，湖南沅江人，工程師，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)。