19 6 1—2 0 10年云南省極端干旱的特征分析

覃順萍，吳鞏勝，李麗*，周躍，張宇

（1.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明650500；2.云南財經(jīng)大學(xué)野生動植物管理與生態(tài)系統(tǒng)健康研究中心，云南昆明650221）

19 6 1—2 0 10年云南省極端干旱的特征分析

覃順萍1，2，吳鞏勝2，李麗2*，周躍2，張宇2

（1.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明650500；2.云南財經(jīng)大學(xué)野生動植物管理與生態(tài)系統(tǒng)健康研究中心，云南昆明650221）

隨著全球變暖的進一步加劇，極端天氣氣候事件發(fā)生的頻率越來越高，強度越來越大，引起眾多國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注和重視.極端天氣氣候事件是對人類社會危害最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，對自然生態(tài)和社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展、人民生活等人類生存環(huán)境產(chǎn)生了顯著的影響，每年全球都因為極端氣候災(zāi)害造成巨大的經(jīng)濟損失，并且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢.文章基于云南省1961—2010年0.25°×0.25°的逐日氣象格點數(shù)據(jù)，包括日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度以及日降水量，通過STARDEX Diagnostic Extremes Indices Software計算出57個極端氣候指數(shù)，并選取與干旱有關(guān)的6個主要極端指數(shù)，運用Mann—Kendall秩次檢驗方法和Arcgis10.1進行空間制圖，分析云南省近50年來極端干旱的空間分布特征和趨勢變化.結(jié)果表明：云南省近50年來極端干期長度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差、最長連續(xù)干日數(shù)和干日持續(xù)的概率的分布均為自滇西北東部向南、自中部向東部和西北西部兩端遞減；各極端干旱指數(shù)與同期日降水量強度和平均氣溫均呈顯著負(fù)相關(guān)；極端干期長度趨勢分析表明，近50年來云南省干期長度平均值大部分地區(qū)呈不明顯的縮短下降趨勢，尤其是滇西北東部地區(qū)通過了顯著性檢驗.

極端干旱；云南??；Mann—Kendall檢驗

氣候變化問題是當(dāng)今社會普遍關(guān)注的重大問題之一.IPCC第五次評估報告中指出，過去130ɑ全球平均地表溫度上升了0.85℃，呈顯著的增暖趨勢[1].在全球變暖的大背景下，中國近百年的氣候也發(fā)生了明顯變化：中國年平均氣溫升高了0.5～0.8℃，略高于同期全球增溫平均值；中國年均降水量變化趨勢不顯著，但空間變率較大，從地域分布看，華北大部分地區(qū)、西北東部和東北地區(qū)降水量明顯減少，平均每10ɑ減少20～40 mm，其中華北地區(qū)最為明顯[2].氣候變化，特別是氣候變暖可直接引起水資源短缺，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)安全和人類健康帶來威脅；引起海平面上升等，過去110ɑ（1901—2005年）全球平均海平面上升了19cm[1]，由此帶來了極端天氣的增加，使自然災(zāi)害加劇，給人類生存環(huán)境和經(jīng)濟社會發(fā)展帶來重大影響.其中不利影響最為直接的表現(xiàn)方式就是極端天氣氣候事件，如嚴(yán)重干旱、嚴(yán)重洪水、臺風(fēng)、強高溫?zé)崂?、低溫冷害以及雨雪冰凍等[3-4].隨著全球變暖的進一步加劇，極端天氣氣候事件更加頻繁、強度越來越大，而由此產(chǎn)生的災(zāi)害損失也必然越來越嚴(yán)重，這些都嚴(yán)重威脅人類的生命安全、生存環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展和社會進步[5-13].根據(jù)最近的統(tǒng)計，近年來，全球氣候變化及相關(guān)的極端氣候事件所造成的經(jīng)濟損失比過去40ɑ的平均水平上升了10倍，并且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢.亞洲是遭受自然災(zāi)害襲擊最頻繁的大陸，在1990—2000年間，該地區(qū)占全球所有自然災(zāi)害的43%.尤其我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，是世界上最嚴(yán)重的氣候脆弱區(qū)之一，季風(fēng)進退異常以及旱澇、高溫、冷害等各種氣候災(zāi)害的頻繁發(fā)生，對國際民生和生態(tài)環(huán)境影響很大，社會經(jīng)濟損失嚴(yán)重.據(jù)統(tǒng)計，我國每年因各種氣象災(zāi)害使農(nóng)田受災(zāi)面積達3330多萬hm2，受干旱、暴雨、洪澇和熱帶風(fēng)暴等極端天氣氣候事件影響的人口達6億多次，占總?cè)丝?4%[14-15].

干旱氣候的形成，究其原因是降水異常偏少和長時間無降水導(dǎo)致的結(jié)果，即使降水量較多，但過于集中，而無降水日數(shù)增加，同樣會導(dǎo)致干旱[16-17].通過查閱現(xiàn)有文獻資料，云南省關(guān)于極端天氣氣候事件的研究大多采用單一的逐月氣溫或逐日降水量數(shù)據(jù)來分析，而關(guān)于干旱的研究也只是結(jié)合干旱資料做干旱特征分析，很少采用逐日氣溫和降水量數(shù)據(jù)，結(jié)合極端干旱指數(shù)來研究該地區(qū)的干旱情況.因此本文基于云南省1961—2010年0.25°×0.25°的逐日氣象格點數(shù)據(jù)，包括日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度以及日降水量，通過STARDEX Diɑgnostic Ex?tremes Indices Softwɑre計算出57個極端氣候指數(shù)，并選取與干旱有關(guān)的6個主要極端指數(shù)，運用Mɑnn— Kendɑll秩次檢驗方法和Arcgis10.1進行空間制圖，分析云南省極端干旱在時空上的變化特征，對了解掌握云南省干旱氣候特征、指導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)、合理利用水資源、發(fā)展生產(chǎn)有著十分重要的意義.

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

云南省為典型的高原山區(qū)省份，山地占全省土地面積的84%，高原占10%，盆地和河谷面積僅占6%.云南省地處青藏高原東南側(cè)，南鄰海洋，背靠東亞大陸，屬于低緯熱帶和副熱帶的季風(fēng)氣候區(qū)域，受到東南、西南高原季風(fēng)的影響，夏季盛行濕潤的海洋季風(fēng)，冬季受干燥的大陸西風(fēng)環(huán)流控制[18].由于地形錯綜復(fù)雜，山脈高聳，河谷深切，高差懸殊，冬夏大氣環(huán)流交替早遲不同，東西兩側(cè)海洋季風(fēng)影響各異，因而形成獨特的半干旱半濕潤的氣候類型，干濕季明顯，5—10月為雨季，11月至次年4月為干季，雨季易造成洪澇，干季常有干旱現(xiàn)象，而且干旱一般歷時長，成災(zāi)面積大，是云南省主要自然災(zāi)害之一，幾乎每年都有不同程度的旱災(zāi)發(fā)生[18-19].2010年，我國5省區(qū)遭遇百年不遇的特大旱災(zāi)，特別是云南省，自2009年秋冬以來，連續(xù)3ɑ發(fā)生了較大范圍的嚴(yán)重干旱，為全省綜合氣象干旱重現(xiàn)期80ɑ以上一遇，其中滇東、滇中大部分地區(qū)為100ɑ以上一遇，持續(xù)嚴(yán)重的旱情，使河水?dāng)嗔?，水庫干涸，農(nóng)田干裂，莊稼欠收，工廠限電，給當(dāng)?shù)鼐用裆顜砝щy，經(jīng)濟建設(shè)遭受巨大的損失，全省僅農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失就超過170億元.

1.2 數(shù)據(jù)與方法

所用數(shù)據(jù)為中國氣象局國家氣象信息中心提供的中國2400個氣象站的格點數(shù)據(jù)，分辨率為0.25°× 0.25°，通過內(nèi)插得到整個中國的逐日氣象格點數(shù)據(jù)，變量包括日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度以及日降水量，本文采用云南省1961—2010年的逐日氣象格點數(shù)據(jù)進行分析，格點數(shù)據(jù)范圍為97.50～106.25E；21.00～29.25N，并將云南省城市發(fā)展布局劃分為7大類，研究區(qū)域及各格點的地理位置見圖1.

通過STARDEX Diɑgnostic Extremes Indices Soft?wɑre提供的標(biāo)準(zhǔn)計算程序，計算出的57個極端氣候指數(shù)，并選取與干旱有關(guān)的6個主要極端指數(shù)[11]，來分析云南省極端干旱特征.關(guān)于極端指數(shù)的選取及定義見表1.

本文采用Mɑnn—Kenddɑll秩次相關(guān)檢驗[20-21]（簡稱M-K檢驗）方法分析云南省極端干旱變化的趨勢.M-K檢驗是世界氣象組織推薦的一種用來分析氣候和水文序列要素隨時間序列變化趨勢的非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，又稱無分布檢驗，其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于水文、氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，計算也比較簡便.計算結(jié)果若U值大于0則表明序列呈上升趨勢，小于0則表明序列呈下降趨勢，在ɑ=0.05即在95%顯著性水平下，相應(yīng)的臨界值為±1.96，當(dāng)它們超過臨界直線時，表明上升或者下降趨勢顯著.通過采用Mɑnn—Kendɑll秩次相關(guān)檢驗和Arcgis10.1相結(jié)合，得到極端干期長度平均值的MK檢驗結(jié)果分布圖.

圖1 研究區(qū)域和各格點地理位置示意圖Fig.1The schematic diagram of geographic location of the study region and each lattice point

表1 極端指數(shù)的選取及定義Tab.1The selection and definition of extreme indices

最后在ArcGis10.1環(huán)境下進行空間制圖，得到云南省各極端干旱指數(shù)的空間分布圖.

2 極端干旱特征分析

2.1 基本空間分布特征

圖2ɑ為云南省1961—2010年干期長度平均值的空間分布圖.從圖中可見，云南省近50年來干期長度平均值在3～8.4d，其分布較復(fù)雜.總的來說，自滇西北東部向南、自中部向東部和西北西部兩端逐漸減少.滇東北、滇西北西部為干期長度平均值小值區(qū)，干期長度平均值在5 d以下，特別是滇東北東部為極小值區(qū)，長度為3 d；滇西北東部為大值區(qū)，有個閉合的大值中心，中心值為8.4 d.干期長度平均值的這種分布主要與云南省地勢從南向北逐漸升高，來自印度洋的孟加拉灣和南海的暖濕氣流在北移過程中不斷成云下雨，到達云南北部時水汽大大減少，降水也隨之減少有關(guān).另外，這與滇北高原的低山丘陵、干熱河谷的復(fù)雜地形也有關(guān)，云南省干熱河谷主要分布于金沙江、怒江、紅河及其支流地區(qū)，干熱河谷地區(qū)降水量少而且蒸發(fā)大，因此缺乏水分.此外，這與云南雨季開始時大多從南向北且從東向西逐漸推進也有關(guān).

圖2 云南省各極端指數(shù)50年均值空間分布圖Fig.2The spatial distribution of mean value of each extreme index in Yunnan province in 50 years

圖2b為云南省1961—2010年干期長度標(biāo)準(zhǔn)差的空間分布圖.標(biāo)準(zhǔn)差能反應(yīng)變量圍繞平均值的離散程度，由圖3可以看出，標(biāo)準(zhǔn)差的分布較平均值的分布簡單，即等值線密集區(qū)在滇西北和滇東部、滇中西北部，說明該地區(qū)極端干期長度變率大.其走向是自滇西北東部向南、自中部向東南部和西北西部兩端逐漸縮短.故滇東北東部、滇西北西部為小值區(qū)，滇西北和滇西東部、滇中西北部為大值區(qū).極大值區(qū)在滇西北東部，極小值區(qū)在滇東北東部.即滇西北東部地區(qū)極端干期長度年際差異較大，而滇東北東部地區(qū)極端干期長度年際差異較小.

圖3 云南省干期長度平均值MK檢驗Fig.3The MK test of mean value of the length of the droughty age in Yunnan province

圖2c為云南省1961—2010年最長連續(xù)干日數(shù)的空間分布圖.最長連續(xù)干日數(shù)是指無降水日數(shù)連續(xù)出現(xiàn)的天數(shù)[22]，與區(qū)域干旱的時間和強度成正比例關(guān)系[23]，已成為表征干旱的指標(biāo)之一[24].從圖中可見，云南省最長連續(xù)干日數(shù)最大值出現(xiàn)滇西北東南部和滇中西北部；而最小值出現(xiàn)在滇東北東部；其他地區(qū)最長連續(xù)干日數(shù)均持續(xù)一個月以上，說明云南省出現(xiàn)嚴(yán)重旱情的范圍廣，且持續(xù)時間長，會使土壤失墑嚴(yán)重，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失.

圖2d為云南省1961—2010年干日持續(xù)的概率的空間分布圖.從圖中可見，滇西北和滇西東部、滇中西北部為大值區(qū)，概率在0.80～0.88之間，滇東北東部和滇西北西部為小值區(qū)，概率在0.66～0.80之間.由此可知，滇東北東部和滇西北西部干日持續(xù)的概率小，尤其是滇東北東部，說明該地區(qū)發(fā)生干旱持續(xù)的時間較短，而滇西北和滇西東部、滇中西北部地區(qū)干旱持續(xù)的時間較長，危害較大.

圖2e、2f分別為云南省1961—2010年日降水量強度和平均氣溫的空間分布圖.由圖可知，云南省各極端干旱指數(shù)與日降水量強度和平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，其等值線走向與平均值的分布呈反位相變化，即自自滇西北向南逐漸增加.滇西西部、滇西南南部及滇南南部氣溫較高且降水較多，因此該地區(qū)較少出現(xiàn)干旱；而滇東南、滇中、滇東北西部及滇西東部氣溫相對較高且降水最少，說明該地區(qū)經(jīng)常發(fā)生干旱災(zāi)害.此外，極端干期長度平均值最長的地域?qū)?yīng)其日降水量強度也最小，但是極端干期長度平均值最短的地域與日降水量強度最強的地域卻不重疊，極端干期長度最短的地方卻不是日降水量強度最大的地區(qū)，原因可能是與云南省特殊、復(fù)雜的地形有關(guān)，其原因有待進一步深入的研究.

3 趨勢變化分析

圖3是利用Mɑnn—Kendɑll秩次檢驗方法計算的云南省1961—2010年干期長度平均值變化趨勢和運用Arcgis10.1進行空間制圖得到的云南省干期長度平均值MK檢驗圖.由圖可知，滇東南和滇西南U值均為正，但均未達到0.05顯著性水平，說明該地區(qū)干期長度平均值近50年來呈不顯著上升趨勢；而滇中、滇東北、滇南、滇西及滇西北U值均為負(fù)，說明該地區(qū)干期長度平均值近50年來呈下降趨勢，尤其是滇西北部偏東地區(qū)有12個格點超過了臨界值-1.96，達到了0.05顯著性水平，說明該地區(qū)干期長度下降趨勢十分顯著.總體來看，近50年來云南省干期長度平均值大部分地區(qū)呈不明顯的縮短下降趨勢，即云南省嚴(yán)重干旱事件自20世紀(jì)60年代以來呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢.

4 結(jié)論

1）云南省近50年來極端干期長度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差、最長連續(xù)干日數(shù)和干日持續(xù)的概率的分布均為自滇西北東部向南、自中部向東部和西北西部兩端遞減，表現(xiàn)出非常顯著的空間差異.造成南北部降水差異的原因，可能與云南省北低南高的地勢有關(guān)，另外也與云南省低山丘陵和干熱河谷地區(qū)降水量少且蒸發(fā)量大有關(guān)，再一個因素就是與云南省雨季開始時間大多從南向北、從東向西逐漸推進有關(guān).

2）云南省各極端干旱指數(shù)與同期日降水量強度和平均氣溫均呈顯著負(fù)相關(guān).極端干期長度平均值最長的地方與日降水量強度最小的地方重疊，但是極端干期長度平均值最短的地域與日降水量強度最強的地域卻不重疊，極端干期長度最短的地方卻不是日降水量強度最大的地區(qū)，原因可能是與云南省特殊、復(fù)雜的地形有關(guān)，其原因有待進一步深入的研究.

3）總體來看，近50年來云南省干期長度平均值大部分地區(qū)呈不明顯的縮短下降趨勢，但只有滇西北東部地區(qū)下降趨勢顯著.即在全球變暖的背景下，云南省的極端干期長度的變化不同步，表明氣候變化在不同的地區(qū)有不同的表現(xiàn)，值得進一步深入對比與研究.

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責(zé)任編輯：黃瀾

Analysis of Characteristics of Extreme Drought from 1961 to 2010 in Yunnan Province

QIN Shunping1，2，WU Gongsheng2，LI Li2＊，ZHOU Yue2，ZHANG Yu2
（1.College of Tourism and Geographical Sciences，Yunnan Normal University，Kunming 650500，China；2.Wildlife Management and Ecosystem Health center，Yunnan University of Finance and Economics，Kunming 650221，China）

With the globɑl wɑrming,the frequency of extreme weɑther events is increɑsing,which hɑs cɑught mɑny domes?tic ɑnd foreign scholɑrs’ɑttention.Extreme weɑther events hɑd ɑ significɑnt impɑct on humɑn living environment such ɑs nɑturɑl ecosystems,sociɑl stɑbility,economic development,people's living,etc..It is one of the worst nɑturɑl disɑsters thɑt do hɑrm to humɑn society.Extreme weɑther disɑsters would cɑuse huge economic losses in the world eɑch yeɑr with ɑn in?creɑsing trend yeɑr by yeɑr.Bɑsed on the dɑily meteorologicɑl lɑttice dɑtɑ of Yunnɑn province during 1961 ɑnd 2010,includ?ing the dɑily ɑverɑge temperɑture,dɑily mɑximum temperɑture,dɑily minimum temperɑture ɑnd dɑily precipitɑtion,STAR?DEX Diɑgnostic Extremes Indices Softwɑre wɑs used to cɑlculɑte 57 extreme climɑte index ɑnd six mɑin extreme indices re?lɑted to drought were selected,methods such ɑs Mɑnn Kenddɑll rɑnk test ɑnd Arcgis10.1 spɑce mɑpping were used to ɑnɑ?lyze the spɑce distribution feɑtures ɑnd the trend chɑnges of extreme drought in Yunnɑn province in recent 50 Yeɑrs.The re?sults indicɑted thɑt the pdsɑv,pdssdv,pxcdd ɑnd ppdd in pɑst 50 yeɑrs descended from the eɑst of northwestern Yunnɑn to south,from the centrɑl to the eɑstern ɑnd western ends of the northwest;The extreme drought index showed ɑ significɑnt neg?ɑtive correlɑtion with dɑy rɑinfɑll intensity ɑnd ɑverɑge temperɑture;the extreme dry period length trend ɑnɑlysis showed thɑt in most pɑrts of Yunnɑn in neɑrly 50 yeɑrs pdsɑv showed unobvious downwɑrd trend,especiɑlly the eɑst of northwestern Yunnɑn pɑssed significɑnt test.

extreme drought；Yunnɑn；mɑnn-kendɑll test

P 467

A

1674-4942（2014）03-0306-06

2014-05-04

國家自然科學(xué)基金項目（31100351）

*通訊作者