基于SPI干旱指數(shù)的?？谑懈珊底兓卣餮芯?/h1>
2018-11-12 11:20:22孫秋慧徐國(guó)賓
南水北調(diào)與水利科技 2018年4期
孫秋慧 徐國(guó)賓
摘要：根據(jù)?？谑?個(gè)雨量站1970-2012年的逐日降雨資料，采用降雨平均和SPI（標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)）平均兩種不同的SPI處理方案[JP+1]計(jì)算了三個(gè)時(shí)間尺度（3、6、12個(gè)月）的SPI值。將兩種處理方案在不同時(shí)間尺度上計(jì)算所得的干旱情況與實(shí)際干旱情況做了比較，選擇適用于海口市干旱評(píng)估的處理方案，應(yīng)用MannKendall檢驗(yàn)，Morlet小波分析方法分析了?？谑?970-2012年間各季節(jié)的干旱變化趨勢(shì)和年干旱變化周期。結(jié)果顯示：降雨平均方案更適用于評(píng)估?？谑械母珊登闆r；?？谑胁煌潭鹊母珊蛋l(fā)生頻率高達(dá)56%，多發(fā)生在春、秋兩季，頻率分別為51%和41%，秋季特旱發(fā)生頻率為14%；?？谑姓w干旱有加重趨勢(shì)且秋季加重趨勢(shì)明顯；?？谑懈珊稻哂?3 a左右的第一主周期，4 a和22 a的第二、三周期。研究結(jié)果可為海口市干旱評(píng)估和預(yù)報(bào)以及制定抗旱減災(zāi)措施提供參考。
關(guān)鍵詞：SPI（標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)）；干旱特征；MannKendall檢驗(yàn)；小波分析；?？谑?/p>
中圖分類(lèi)號(hào)：P467文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：
16721683（2018）04005808
Study on the characteristics of drought in Haikou City based on standardized precipitation index
SUN Qiuhui，XU Guobin，MA Chao，CHEN Liang
（
State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300354，China）
Abstract：
According to the daily rainfall data of the eight rainfall stations in Haikou City from 1970 to 2012，we used two different SPI processing schemes，（1） SPI calculated from allstation averaged precipitation （precipitationmean） and （2） mean of all SPI calculated from precipitation at individual stations （SPImean），to calculate the SPI values at 3，6and 12month scales.We compared the drought situation reflected by the two schemes at each month scale with the actual drought situation and selected the suitable scheme for drought evaluation in Haikou City.We used the MannKendall test and Morlet wavelet analysis method to analyze the change trend and the cycle of drought change in Haikou City from 1970 to 2012.The results showed that precipitationmean is more suitable to evaluate the drought situation in Haikou.From 1970 to 2012，the occurrence frequency of droughts of different degrees in Haikou City was as high as 56%，especially in spring and autumn，where the frequency was 51% and 41% respectively.The occurrence frequency of extreme droughts in autumn was 14%.The general drought situation in Haikou City was aggravating，and the trend was especially obvious in autumn.The drought in Haikou had a first main cycle of about 13 years，a second main cycle of 4 years，and a third main cycle of 22 years.The results can provide a reference for drought evaluation and forecasting and the development of drought relief measures in Haikou City.
Key words：
[JP+4]SPI（Standardized Precipitation Index）；drought characteristic；MannKendall test；wavelet analysis；Haikou City
干旱，廣泛發(fā)生于世界各地的氣象災(zāi)害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的危害。為了監(jiān)測(cè)和量化干旱程度，許多研究學(xué)者提出了各種各樣的氣象干旱指數(shù)，如：降水量距平百分率（Pa）、相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)（M）、帕默爾干旱指數(shù)（PDSI）、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）等。其中，SPI因其可量化不同時(shí)間尺度的降水量赤字且只需要降雨資料、計(jì)算簡(jiǎn)單易行、不依賴于土壤水分條件或不利地形的影響而被研究者廣泛應(yīng)用[121]。黃晚華等[1]采用SPI為干旱指標(biāo)，分析了秦嶺—淮河以南、青藏高原以東的廣大南方地區(qū)季節(jié)性干旱時(shí)空變化規(guī)律，研究表明，中國(guó)南方干旱程度在時(shí)間尺度上呈不同程度的增加趨勢(shì)，春旱和秋旱有加重的趨勢(shì)，而夏旱和冬旱有減輕的趨勢(shì)。李偉光等[2]證明了利用Γ分布擬合海南島不同尺度降水量的可行性，并得出不同時(shí)間尺度SPI值結(jié)合使用可以準(zhǔn)確判斷海南島旱季和雨季不同類(lèi)型干旱的開(kāi)始、持續(xù)時(shí)間及嚴(yán)重程度的結(jié)論。Joshi等[3]應(yīng)用SPI作為氣象干旱指標(biāo)分析了印度141 a（1871-2012年）30個(gè)降雨分區(qū)的各種干旱變量，并應(yīng)用離散小波變換結(jié)合MannKendall測(cè)試分析了與干旱變量相關(guān)聯(lián)的趨勢(shì)和周期，結(jié)果表明，在20世紀(jì)下半葉，印度東北和中部的干旱發(fā)生顯著增加，干旱變化趨勢(shì)受短期（2～8 a）和年代際（16～32 a）周期影響顯著。Zhou和Liu[4]以1957-2014年13個(gè)雨量站記錄的鄱陽(yáng)湖盆地月降水量為例，研究了由各個(gè)站的降水計(jì)算所有SPI的平均值（SPI平均）和SPI從全站平均降水（降水平均）計(jì)算所得兩種處理方案在評(píng)估干旱中產(chǎn)生的差異，結(jié)果表明對(duì)于鄱陽(yáng)湖盆地，SPI平均方案相比于降水平均方案可以更準(zhǔn)確地突出極端事件，因而應(yīng)用SPI平均值方案對(duì)其進(jìn)行評(píng)估更合適。
以往關(guān)于干旱趨勢(shì)、干旱周期的研究區(qū)域大多是北方干旱地區(qū)[1419]，也有一些學(xué)者對(duì)貴州、云南、四川等西南地區(qū)進(jìn)行研究[2022]，但少有應(yīng)用SPI對(duì)海南省或?？谑械母珊堤卣髋c周期做研究。海南島一年四季均有干旱發(fā)生，冬春季節(jié)為季節(jié)性干旱，夏秋兩季降水的時(shí)間分布不均會(huì)發(fā)生短暫干旱[23]。干旱頻發(fā)，使得干旱成為海南省發(fā)生頻率高，影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的災(zāi)害性天氣，長(zhǎng)期困擾著海南省的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。研究?？谑械母珊底兓卣鲗?duì)?？谑幸约罢麄€(gè)海南省的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與水資源可持續(xù)利用管理有重要意義。因此，本文針對(duì)海南省?？谑校紫壤煤？谑?970-2012年43 a的降雨資料，比較分析了SPI平均法和降雨平均法兩種不同的SPI處理方案對(duì)于評(píng)估?？谑懈珊档倪m用性，接著以最適宜評(píng)估?？谑懈珊堤卣鞯姆桨福蠼夥治隽烁骷竟?jié)各等級(jí)干旱發(fā)生頻率、變化趨勢(shì)和干旱周期，以期探討未來(lái)一段時(shí)期的干旱狀況，為制定農(nóng)業(yè)種植計(jì)劃和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)干旱變化提供參考。
1研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)方法
1.1研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來(lái)源
?？谑形挥跂|經(jīng)110°10′-110°41′，北緯19°32′-20°05′之間，總面積3 13484 km2，其中陸地面積2 30484 km2，占7352%，整體地勢(shì)平緩，西北部和東南部較高，中部較低，北部多為沿海小平原。全市地貌主要由山丘、臺(tái)地和平原組成，基本分為北部濱海平原區(qū)，中部沿江階地區(qū)，東部、南部臺(tái)地區(qū)，西部熔巖臺(tái)地區(qū)。地表主要為第四紀(jì)基性火山巖和第四系松散沉積物，呈較大面積分布，土壤類(lèi)型以土壤蓄水保水能力弱的玄武巖磚紅壤、火山灰幼齡磚紅壤、砂頁(yè)巖磚紅壤、帶狀潮沙泥土與濱海沙土為主。
?？谑械靥幍途暥葻釒П本墸瑢儆跓釒Ъ撅L(fēng)海洋性氣候，受熱帶海洋季風(fēng)氣候和區(qū)域地形的影響，?？谑薪涤曛饕性?月-10月的臺(tái)風(fēng)季節(jié)，多以臺(tái)風(fēng)雨、季風(fēng)槽雨和鋒面雨為主。春季溫暖少雨多旱，夏季高溫多雨，秋季多臺(tái)風(fēng)暴雨，冬季干燥少雨但北方有冷空氣南下侵襲時(shí)有連陰雨天氣。全年日照時(shí)間長(zhǎng)，輻射能量大，年平均日照時(shí)數(shù)約2 2252 h，年太陽(yáng)輻射量可達(dá)到1 200 000 kcal/m2左右；年平均氣溫約244 ℃，最低平均氣溫180 ℃左右，年平均降水量約1 6966 mm，年平均蒸發(fā)量約1 8477 mm，平均相對(duì)濕度83%。常年以東北風(fēng)和東南風(fēng)為主，年平均風(fēng)速34 m/s。
根據(jù)《中國(guó)氣象干旱大典·海南卷》和海南省水資源公報(bào)記載，1970-2012年期間，?？谑卸啻伟l(fā)生干旱，其中較為典型的有：1971-1974年連續(xù)4年冬春連旱；1977-1980年連年出現(xiàn)大旱，1977年1月中旬至5月下旬，?？?、屯昌、定安、文昌、瓊海、萬(wàn)寧等市縣冬春連旱，連續(xù)旱日79～131 d，各地各月降雨量比常年偏少，出現(xiàn)罕見(jiàn)的大旱；1977年9月中旬至1978年3月中旬，白沙、澄邁、昌江、海口等市縣連續(xù)旱日166～178 d；1978年10月中旬至1979年5月下旬，通什（今五指山）、樂(lè)東、定安、海口、崖縣（今三亞）、文昌、澄邁、東方等市縣連續(xù)旱日137～187 d；1979年10月至1980年5月，海南島遭受持續(xù)8個(gè)月的大旱。1983年11月初至1984年4月下旬，海南島絕大部分地區(qū)冬春連旱；1986年9月中旬至10月，全島秋旱嚴(yán)重；1996年冬春連旱，夏旱明顯；2004年9月份到2005年的5月份全省大部分地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)高溫少雨天氣，全省各地降雨量累計(jì)僅為1228～513 mm，2004年因旱直接經(jīng)濟(jì)損失651億元。2010年，1至9月部分市縣降雨量偏少，局部發(fā)生不同程度的旱情，損失糧食304萬(wàn)t，直接經(jīng)濟(jì)損失311億元。
本文采用的數(shù)據(jù)為海口市水文局提供的1970-2012年逐日降雨資料。為保證氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)序列的完整性，剔除了在研究時(shí)段內(nèi)缺測(cè)年份大于一年的站點(diǎn)，并對(duì)缺測(cè)年份小于一年的數(shù)據(jù)通過(guò)與其具有良好的相關(guān)性的鄰近氣象站建立線性回歸關(guān)系進(jìn)行插值。結(jié)合?？谑械膮^(qū)域面積和地形最后選用了?？谑泻？凇?zhí)?、丁榮、鳳潭、嶺北、鐵爐、新德與楓圮，8個(gè)較有代表性的雨量站1970年1月1日-2012年12月31日的逐日降雨數(shù)據(jù)資料。研究中以日降雨量P≥1 mm作為有效降雨。研究區(qū)域和8個(gè)雨量站的泰森多邊形分布圖見(jiàn)圖1。
1.2.2降雨平均方案與SPI平均方案及其計(jì)算方法
降雨平均方案指在計(jì)算區(qū)域SPI值時(shí)先利用泰森多邊形法將各個(gè)雨量站的降雨量平均，后利用平均降雨量計(jì)算SPI值。SPI平均方案指在計(jì)算區(qū)域SPI值時(shí)先利用各個(gè)雨量站的降雨量分別求得SPI值，后利用泰森多邊形法將各個(gè)雨量站的SPI值做平均。泰森多邊形法的權(quán)重ωi如式（8）所示。
2降雨平均方案與SPI平均方案對(duì)比分析
據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[2、23、25]及對(duì)海南島旱情資料的分析可知，海南島雨季為5月-10月，旱季為11月-次年4月，因而用3個(gè)月時(shí)長(zhǎng)計(jì)算短期時(shí)間系列時(shí)采用2月-4月、5月-7月、8月-10月、11月-次年1月，即SPI4月、SPI7月、SPI10月、SPI1月代表春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)；用6個(gè)月時(shí)長(zhǎng)計(jì)算中期時(shí)間系列時(shí)采用5月-10月、11月-4月，即SPI10月、SPI4月代表旱、雨兩季。用12個(gè)月時(shí)長(zhǎng)計(jì)算長(zhǎng)期時(shí)間系列時(shí)采用1月-12月，即用SPI12代表年干旱情況。應(yīng)用上述兩種方法分別計(jì)算得出降雨平均方案與SPI平均方案下的春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)與旱、雨兩季及年SPI值，發(fā)現(xiàn)在SPI平均方案下，不論哪個(gè)尺度情況，都沒(méi)有特旱發(fā)生，這與歷史實(shí)際干旱記錄不符。SPI平均方案降低了極端干旱的程度。選出兩者最為突出的干旱年份作比較，比較結(jié)果見(jiàn)表2。由表2知，降雨平均方案更符合實(shí)際干旱情況。降雨平均方案準(zhǔn)確的反映了1986年少見(jiàn)的秋旱、1996年的冬春連旱和明顯夏旱、2004年和2010年的兩大嚴(yán)重干旱年等典型干旱事件。
3?？谑懈珊堤卣鞣治?/p>
3.1干旱的時(shí)序變化趨勢(shì)
3.1.1線性回歸法分析干旱的時(shí)序變化趨勢(shì)
由線性回歸法分析?？谑薪涤昶骄桨父鲿r(shí)間尺度的干旱時(shí)序變化趨勢(shì)，給出了線性回歸方程，見(jiàn)圖2。線性回歸方程的斜率[HJ1.84mm]為正表示干旱趨勢(shì)減弱，反之若為負(fù)則表示干旱加強(qiáng)；斜率的絕對(duì)值越大，說(shuō)明趨勢(shì)越明顯，反之若斜率絕對(duì)值接近0，則表示趨勢(shì)不明顯。
外，春、夏、冬三個(gè)季節(jié)的SPI值變[HJ2.3mm]化趨勢(shì)不明顯。秋季正是早稻收獲和晚稻播種的季節(jié)，未來(lái)?？谑袑?duì)于秋季干旱的防范應(yīng)加強(qiáng)。
旱（圖2（e））、雨（圖2（f））兩季及年（圖2（g））SPI值回歸方程斜率分別為00044、-00026、-00097，斜率絕對(duì)值都接近0，由此知?？谑?970-2012年期間，旱、雨兩季及年SPI值變化趨勢(shì)不明顯。
3.1.2MK法分析干旱的時(shí)序變化趨勢(shì)
應(yīng)用MK法[26]分別對(duì)1970-2012年?？谑?個(gè)雨量站春、夏、秋、冬四季，干濕兩季以及年計(jì)算尺度下降雨平均方案SPI值趨勢(shì)性進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。
春季（圖3（a））SPI值的總體變化趨勢(shì)大體上經(jīng)歷了先下降后上升的過(guò)程。1972-1987年年末為下降趨勢(shì)，即這段時(shí)間氣候趨向于干旱，但趨勢(shì)不明顯；1988-2012年為上升趨勢(shì)，氣候發(fā)展趨勢(shì)為變濕潤(rùn)，但趨勢(shì)不明顯。此外，從UF和UB曲線的交點(diǎn)可看出，SPI序列在1984年左右發(fā)生了一次突變，突變后SPI值轉(zhuǎn)為上升，即春季氣候朝濕潤(rùn)方向發(fā)展，但趨勢(shì)不明顯。夏季（圖3（b））SPI值的總體變化過(guò)程大致為先升后降。1970-1978年SPI值為上升，且上升達(dá)到5%顯著性水平，趨勢(shì)明顯；1979-2012年SPI值為下降，但趨勢(shì)不明顯。從UF和UB曲線的交點(diǎn)可看出，SPI序列在1975年與2011年發(fā)生了兩次突變，1975年突變后SPI值逐漸下降，即夏季1978年之前濕潤(rùn)趨勢(shì)明顯，之后開(kāi)始朝干旱趨勢(shì)發(fā)展但趨勢(shì)不明顯；2011年突變后SPI值逐漸上升，即夏季2011年之后干旱趨勢(shì)減弱但趨勢(shì)不明顯。秋季（圖3（c））SPI值在1996年發(fā)生了一次突變，突變后1996-2012年SPI值快速下降，下降趨勢(shì)明顯，達(dá)到5%顯著性水平，即秋季1996年之后干旱趨勢(shì)加重。冬季（圖3（d））SPI值從1970-2012年，基本上處于下降趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯，在2007年有一個(gè)突變點(diǎn)，SPI值轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì)。[HJ1.8mm]即?？谑卸靖珊第厔?shì)有減弱的趨勢(shì)，但不明顯。
分析旱、雨兩季的SPI值變化趨勢(shì)（圖3（e）與圖3（f））知，旱季與雨季剛好呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。1970-1978年與1979-2012年，旱季SPI序列由下降趨勢(shì)變?yōu)樯仙厔?shì)且上升達(dá)到5%顯著性水平，上升趨勢(shì)明顯；雨季SPI序列由上升趨勢(shì)變?yōu)橄陆第厔?shì)且下降達(dá)到5%顯著性水平，下降趨勢(shì)明顯。在從UF和UB曲線的交點(diǎn)可看出，旱、雨兩季SPI序列均在1975年發(fā)生突變，突變后旱季SPI值轉(zhuǎn)為上升，雨季SPI值轉(zhuǎn)為下降。[HJ2.2mm]
分析年尺度的SPI值變化趨勢(shì)（圖3（g））知，從1970-2012年43 a間，干旱或濕潤(rùn)趨勢(shì)不明顯，1970-1975年為下降趨勢(shì)，1976-2007年為上升趨勢(shì)，2008-2012年又轉(zhuǎn)為下降趨勢(shì)。其中在1974年和2007年發(fā)生兩次突變。
3.2SPI干旱的周期分析
利用小波分析法，采用復(fù)數(shù)Morlet小波分析?？谑心瓿叨萐PI值序列的多時(shí)間尺度特征，依據(jù)結(jié)果分別繪制小波系數(shù)實(shí)部、模和模平方的等值線圖以及小波方差圖，見(jiàn)圖4。
由小波系數(shù)實(shí)部等值線圖（圖4（a））可以看出，?？谑心瓿叨萐PI值變化存在多個(gè)明顯的時(shí)間特征尺度。從始至終13 a、4 a的年際小尺度表現(xiàn)十分明顯，其次從1970-1990年存在22 a左右的大尺度。由小波系數(shù)模等值線圖與小波系數(shù)模平方等值線圖（圖4（b）與圖4（c））反映出的不同時(shí)段各時(shí)間尺度所對(duì)應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)弱可以看出，10到15 a之間的時(shí)間尺度變化較強(qiáng)，發(fā)生于1970-2012年整個(gè)序列。由小波方差圖（圖4（d））可以看出，年SPI值系列存在3個(gè)較為明顯的峰值，依次對(duì)應(yīng)著4 a、13 a和22 a的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)13 a的時(shí)間尺度，說(shuō)明13 a左右的周期震蕩最強(qiáng)，為區(qū)域年干旱變化的第一主周期；4 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二峰值，為區(qū)域年干旱變化的第二主周期；22 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第三峰值，為區(qū)域年干旱變化的第三主周期。上述3個(gè)周期的波動(dòng)控制著?？谑懈珊翟谡麄€(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。
繪制干旱演變的第一、第二和第三主周期小波變換實(shí)部變化過(guò)程圖（圖5）以分析干濕變化特征。13年特征時(shí)間尺度下（圖5（a）），大約經(jīng)歷了5個(gè)干濕轉(zhuǎn)換期，?？谑懈珊禃r(shí)段為1972-1976年、1980-1984年、1988-1993年、1998-2002年、2006-2011年；4年特征時(shí)間尺度下（圖5（b）），大約經(jīng)歷了15個(gè)干濕轉(zhuǎn)換期，?？谑腥齻€(gè)較為突出的干旱時(shí)段為1978-1980年、1988-1990年、2002-2004；22年特征時(shí)間尺度下（圖5（c）），大約經(jīng)歷了3個(gè)干濕轉(zhuǎn)換期，?？谑懈珊禃r(shí)段為1970-1973年、1980-1988年、1994-2002年、2010-2012年。
3.3各等級(jí)干旱發(fā)生頻率
不同計(jì)算尺度下，?？谑?站點(diǎn)降雨平均SPI值反映出的?？谑懈鞯燃?jí)干旱發(fā)生頻率如圖6所示。由圖6可知海口市一年四季均可能發(fā)生干旱，干旱多發(fā)生在春、秋兩季，頻率分別為51%、41%。相對(duì)與其他季節(jié)，秋季是特旱高發(fā)季，頻率為14%，即平均6 a發(fā)生一次特大干旱事件。從6個(gè)月旱、雨季尺度來(lái)看，雨季也應(yīng)注重干旱的預(yù)防，旱季要預(yù)防特大干旱發(fā)生。年尺度發(fā)生不同等級(jí)干旱的頻率為56%，即平均2 a發(fā)生一次干旱事件。
4結(jié)論
對(duì)?？谑泻登榉治霰砻鳎涤昶骄桨父m用于評(píng)估?？谑械母珊登闆r。SPI平均方案降低了極端干旱的程度，不符合實(shí)際干旱情況，降雨平均方案可準(zhǔn)確的反映出典型干旱年份的干旱事件，與歷史實(shí)際干旱記錄吻合。利用降雨平均方案計(jì)算所得的SPI值，采用統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)分析、小波分析等方法分析?？谑懈珊底兓卣?，得出以下結(jié)論。
（1）從干旱發(fā)生頻率來(lái)看，?？谑胁煌潭鹊母珊蛋l(fā)生頻率高達(dá)56%，即平均2年發(fā)生一次干旱事件，春、秋兩季干旱發(fā)生頻率高達(dá)51%、41%，秋季特旱發(fā)生頻率為14%，即平均6年發(fā)生一次特大秋旱事件。海口市干旱頻發(fā)與其熱帶季風(fēng)海洋性氣候及地形地貌息息相關(guān)，氣候特點(diǎn)導(dǎo)致降水量雖大但季節(jié)分布不均，紅壤土及多石灰?guī)r的地貌導(dǎo)致土壤蓄水保水能力弱，降水易形成徑流流失。政府部門(mén)應(yīng)給予足夠的重視，積極制定工程管理措施防旱抗旱。
（2）從干旱趨勢(shì)來(lái)看，?？谑姓w干旱趨勢(shì)增強(qiáng)，尤其是秋季，干旱加重趨勢(shì)明顯。分析秋季干旱加強(qiáng)的原因，可能有以下兩個(gè)方面：一是降雨相對(duì)集中，大部分降雨量集中在某一場(chǎng)或某幾天的降雨時(shí)間，即極端降雨事件增加造成降雨量時(shí)間分布不均，二是前期土壤、農(nóng)作物蒸發(fā)消耗大，造成土壤水分缺乏。秋季對(duì)于海南一年兩熟或三熟的種植結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是正是需水旺盛期，此時(shí)發(fā)生干旱對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響較大，且可能進(jìn)一步影響到其他行業(yè)用水，應(yīng)加強(qiáng)防范。
（3）?？谑懈珊稻哂?3 a左右的第一主周期，4 a和22 a的第二、三周期。預(yù)計(jì)下一個(gè)干旱期會(huì)在2018-2022年，政策制定者需相應(yīng)及時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)生活模式，合理規(guī)劃水資源配置，做好種植計(jì)劃，以減輕對(duì)農(nóng)作物帶來(lái)的不利影響。
參考文獻(xiàn)（References）：
[1]黃晚華，楊曉光，李茂松，等.基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的中國(guó)南方季節(jié)性干旱近58a演變特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：5059.（HUANG W H，YANG X G，LI M S，et al.Evolution characteristics of seasonal drought in the south of China during the past 58 years based on standardized precipitation index[J].Transactions of the CSAE，2010，26（7）：5059.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.10026819.2010.07.009.
[2]李偉光，陳匯林，朱乃海，等.標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)在海南島干旱監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17（1）：178182.（LI W G，CHEN H L，ZHU N H，et al.Analysis of drought monitoring on hainan island from standardized precipitation index[J].Chinese Journal of EcoAgriculture，2009，17（1）：178182.（in Chinese）） DOI：16713990（2009）01017805.
[3]JOSHI N，GUPTA D，SURYAVANSHI S，et al.Analysis of trends and dominant periodicities in drought variables in India：A wavelet transform based approach[J].Atmospheric Research，2016，182：200220.http：//dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2016.07.030.
[4]ZHOU H，LIU Y.SPI Based meteorological drought assessment over a Humid Basin：Effects of processing schemes[J].DOI：2016，8（9）：373.10.3390/w8090373.
[5]ZHANG Q，LU W，CHEN S，et al.Using Multifractal and wavelet analyses to determine drought characteristics：A case study of Jilin Province，China[J].Theoretical and Applied Climatology，2016，125（3）：112.DOI：10.1007/s0070401617812.
[6]IONITA M，SCHOLZ P，CHELCEA S.Assessment of droughts in romania using the standardized precipitation index[J].Natural Hazards，2016，81（3）：14831498.DOI：10.1007/s1106901521418.
[7]ZAKHEM B A，KATTAA B.Investigation of hydrological drought using cumulative standardized precipitation index （SPI 30） in the eastern Mediterranean region （Damascus，Syria）[J].Journal of Earth System Science，2016，125（5）：116.DOI：10.1007/s1204001607030.
[8]TOSUNOGLU F，CAN I.Application of copulas for regional bivariate frequency analysis of meteorological droughts in Turkey[J].Natural Hazards，2016，82（3）：14571477.DOI：10.1007/s1106901622539.
[9]BANDYOPADHYAY N，SAHA A K.A comparative analysis of four drought indices using geospatial data in Gujarat，India[J].Arabian Journal of Geosciences，2016，9（5）：111.DOI：10.1007/s125170162378x.
[10]THOMAS T，JAISWAL R K，GALKATE R，et al.Drought indicatorsbased integrated assessment of drought vulnerability：A case study of bundelkhand droughts in Central India[J].Natural Hazards，2016，81（3）：126.DOI 10.1007/s1106901621498.
[11]DJERBOUAI S，SOUAGGAMANE D.Drought forecasting using neural networks，wavelet neural networks，and stochastic models：Case of the algerois basin in North Algeria[J].Water Resources Management，2016，30（7）：24452464.DOI：10.1007/s1126901612986.
[12]ACHCAR J A，COELHOBARROS E A，SOUZA R M D.Use of nonhomogeneous poisson process （NHPP） in presence of changepoints to analyze drought periods：A Case Study in Brazil[J].Environmental and Ecological Statistics，2016（3）：115.DOI：10.1007/s106510160345z.
[13]RAHMAN M R，LATEH H.Meteorological drought in bangladesh：Assessing，Analysing and hazard mapping using SPI，GIS and monthly rainfall data[J].Environmental Earth Sciences，2016，75（12）：120.DOI：10.1007/s1266501658295.
[14]唐僥，孫睿.基于氣象和遙感數(shù)據(jù)的河南省干旱特征分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2013，28（4）：646655.（TANG X，SUN R.Drought characteristics in Henan Province with meteorological and remote sensing data[J].Journal of Natural Resources，2013，28（4）：646655.（in Chinese）） DOI：10003037（ 2013） 04064610.
[15]王帥兵，李常斌，楊林山等.基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)與Z指數(shù)的洮河流域干旱趨勢(shì)分析[J].干旱區(qū)研究，2015，32（3）：565572.（WANG S B，LI C B，YANG L S，et al.Drought trend analysis based on standardized precipitation index and the Z index in the Tao river Basin[J].Arid Zone Research，2015，32（3）：565572.（in Chinese）） DOI：10.13866 / j.azr.2015.03.21.
[16]張?jiān)儡姡轮俏?，王雁，?基于SPEI和SPI指數(shù)的太原多尺度干旱特征與氣候指數(shù)的關(guān)系[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014（9）：14181424.（ZHANG Y J，HAO Z W，WANG Y，et al.Multiscale characteristics of drought based on SPEI and SPI in association with climate index in Taiyuan[J].Ecology and Environmental Sciences，2014（9）：14181424.（in Chinese）） DOI：10.16258/j.cnki.16745906.2014.09.006.
[17]梁哲軍，王玉香，董鵬，等.山西南部季節(jié)性干旱特征及綜合防御技術(shù)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34（4）：281286.（LIANG Z J，WANG Y X，DONG P，et al.Characteristics of seasonal drought and integrated drought preventing techniques in South Shanxi[J].Agricultural Research in the Arid Areas，2016，34（4）：281286.（in Chinese）） DOI：10007601（ 2016） 04028106.
[18]譚學(xué)志，粟曉玲，邵東國(guó).基于SPI的陜西關(guān)中地區(qū)氣象干旱時(shí)空特征分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29（2）：224229.（TAN X Z，SU X L，SHAO D G.Analysis of spatial and temporal characteristics of meteorological drought in Guanzhong Region of Shaanxi Province[J].Agricultural Research in the Arid Areas，2011，29（2）：224229.（in Chinese）） DOI：10007601（2011）02022406.
[19]王剛，嚴(yán)登華，申麗霞，等.近55年以來(lái)漳衛(wèi)河流域干旱演變特征[J].南水北調(diào)與水利科技，2014，12（4）：15.（WANG G，YAN D H，SHEN L X，et al.Drought evolution characteristics in the Zhangwei River Basin in recent 55 years[J].SouthtoNorth Water Transfer and Water Science & Technology，2014，12（4）：15.（in Chinese）） DOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2014.04.001.
[20]馮禹，崔寧博，徐燕梅，等.貴州省干旱時(shí)空分布特征研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（8）：8286.（FENG Y，CUI N B，XU Y M，et al.Temporal and spatial distribution characteristics of meteorological drought in Guizhou Province[J].Journal of Arid Land Resources and Environment，2015，29（8）：8286.（in Chinese）） DOI：10.13448 /j.cnki.jalre.2015.261.
[21]楊曉靜，左德鵬，徐宗學(xué).基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的云南省近55年旱澇演變特征[J].資源科學(xué)，2014，36（3）：473480.（YANG X J，ZUO D P，XU Z X.Characteristics of drought and floods analyzed using the standardized precipitation index in Yunnan Province during the past 55 years[J].Resources Science，2014，36（3）：473480.（in Chinese）） DOI：10077588（2014）03047308.
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孫秋慧 徐國(guó)賓
摘要：根據(jù)?？谑?個(gè)雨量站1970-2012年的逐日降雨資料，采用降雨平均和SPI（標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)）平均兩種不同的SPI處理方案[JP+1]計(jì)算了三個(gè)時(shí)間尺度（3、6、12個(gè)月）的SPI值。將兩種處理方案在不同時(shí)間尺度上計(jì)算所得的干旱情況與實(shí)際干旱情況做了比較，選擇適用于海口市干旱評(píng)估的處理方案，應(yīng)用MannKendall檢驗(yàn)，Morlet小波分析方法分析了?？谑?970-2012年間各季節(jié)的干旱變化趨勢(shì)和年干旱變化周期。結(jié)果顯示：降雨平均方案更適用于評(píng)估?？谑械母珊登闆r；?？谑胁煌潭鹊母珊蛋l(fā)生頻率高達(dá)56%，多發(fā)生在春、秋兩季，頻率分別為51%和41%，秋季特旱發(fā)生頻率為14%；?？谑姓w干旱有加重趨勢(shì)且秋季加重趨勢(shì)明顯；?？谑懈珊稻哂?3 a左右的第一主周期，4 a和22 a的第二、三周期。研究結(jié)果可為海口市干旱評(píng)估和預(yù)報(bào)以及制定抗旱減災(zāi)措施提供參考。
關(guān)鍵詞：SPI（標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)）；干旱特征；MannKendall檢驗(yàn)；小波分析；?？谑?/p>
中圖分類(lèi)號(hào)：P467文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：
16721683（2018）04005808
Study on the characteristics of drought in Haikou City based on standardized precipitation index
SUN Qiuhui，XU Guobin，MA Chao，CHEN Liang
（
State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300354，China）
Abstract：
According to the daily rainfall data of the eight rainfall stations in Haikou City from 1970 to 2012，we used two different SPI processing schemes，（1） SPI calculated from allstation averaged precipitation （precipitationmean） and （2） mean of all SPI calculated from precipitation at individual stations （SPImean），to calculate the SPI values at 3，6and 12month scales.We compared the drought situation reflected by the two schemes at each month scale with the actual drought situation and selected the suitable scheme for drought evaluation in Haikou City.We used the MannKendall test and Morlet wavelet analysis method to analyze the change trend and the cycle of drought change in Haikou City from 1970 to 2012.The results showed that precipitationmean is more suitable to evaluate the drought situation in Haikou.From 1970 to 2012，the occurrence frequency of droughts of different degrees in Haikou City was as high as 56%，especially in spring and autumn，where the frequency was 51% and 41% respectively.The occurrence frequency of extreme droughts in autumn was 14%.The general drought situation in Haikou City was aggravating，and the trend was especially obvious in autumn.The drought in Haikou had a first main cycle of about 13 years，a second main cycle of 4 years，and a third main cycle of 22 years.The results can provide a reference for drought evaluation and forecasting and the development of drought relief measures in Haikou City.
Key words：
[JP+4]SPI（Standardized Precipitation Index）；drought characteristic；MannKendall test；wavelet analysis；Haikou City
干旱，廣泛發(fā)生于世界各地的氣象災(zāi)害，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的危害。為了監(jiān)測(cè)和量化干旱程度，許多研究學(xué)者提出了各種各樣的氣象干旱指數(shù)，如：降水量距平百分率（Pa）、相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)（M）、帕默爾干旱指數(shù)（PDSI）、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）等。其中，SPI因其可量化不同時(shí)間尺度的降水量赤字且只需要降雨資料、計(jì)算簡(jiǎn)單易行、不依賴于土壤水分條件或不利地形的影響而被研究者廣泛應(yīng)用[121]。黃晚華等[1]采用SPI為干旱指標(biāo)，分析了秦嶺—淮河以南、青藏高原以東的廣大南方地區(qū)季節(jié)性干旱時(shí)空變化規(guī)律，研究表明，中國(guó)南方干旱程度在時(shí)間尺度上呈不同程度的增加趨勢(shì)，春旱和秋旱有加重的趨勢(shì)，而夏旱和冬旱有減輕的趨勢(shì)。李偉光等[2]證明了利用Γ分布擬合海南島不同尺度降水量的可行性，并得出不同時(shí)間尺度SPI值結(jié)合使用可以準(zhǔn)確判斷海南島旱季和雨季不同類(lèi)型干旱的開(kāi)始、持續(xù)時(shí)間及嚴(yán)重程度的結(jié)論。Joshi等[3]應(yīng)用SPI作為氣象干旱指標(biāo)分析了印度141 a（1871-2012年）30個(gè)降雨分區(qū)的各種干旱變量，并應(yīng)用離散小波變換結(jié)合MannKendall測(cè)試分析了與干旱變量相關(guān)聯(lián)的趨勢(shì)和周期，結(jié)果表明，在20世紀(jì)下半葉，印度東北和中部的干旱發(fā)生顯著增加，干旱變化趨勢(shì)受短期（2～8 a）和年代際（16～32 a）周期影響顯著。Zhou和Liu[4]以1957-2014年13個(gè)雨量站記錄的鄱陽(yáng)湖盆地月降水量為例，研究了由各個(gè)站的降水計(jì)算所有SPI的平均值（SPI平均）和SPI從全站平均降水（降水平均）計(jì)算所得兩種處理方案在評(píng)估干旱中產(chǎn)生的差異，結(jié)果表明對(duì)于鄱陽(yáng)湖盆地，SPI平均方案相比于降水平均方案可以更準(zhǔn)確地突出極端事件，因而應(yīng)用SPI平均值方案對(duì)其進(jìn)行評(píng)估更合適。
以往關(guān)于干旱趨勢(shì)、干旱周期的研究區(qū)域大多是北方干旱地區(qū)[1419]，也有一些學(xué)者對(duì)貴州、云南、四川等西南地區(qū)進(jìn)行研究[2022]，但少有應(yīng)用SPI對(duì)海南省或?？谑械母珊堤卣髋c周期做研究。海南島一年四季均有干旱發(fā)生，冬春季節(jié)為季節(jié)性干旱，夏秋兩季降水的時(shí)間分布不均會(huì)發(fā)生短暫干旱[23]。干旱頻發(fā)，使得干旱成為海南省發(fā)生頻率高，影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的災(zāi)害性天氣，長(zhǎng)期困擾著海南省的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。研究?？谑械母珊底兓卣鲗?duì)?？谑幸约罢麄€(gè)海南省的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與水資源可持續(xù)利用管理有重要意義。因此，本文針對(duì)海南省?？谑校紫壤煤？谑?970-2012年43 a的降雨資料，比較分析了SPI平均法和降雨平均法兩種不同的SPI處理方案對(duì)于評(píng)估?？谑懈珊档倪m用性，接著以最適宜評(píng)估?？谑懈珊堤卣鞯姆桨福蠼夥治隽烁骷竟?jié)各等級(jí)干旱發(fā)生頻率、變化趨勢(shì)和干旱周期，以期探討未來(lái)一段時(shí)期的干旱狀況，為制定農(nóng)業(yè)種植計(jì)劃和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)干旱變化提供參考。
1研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)方法
1.1研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來(lái)源
?？谑形挥跂|經(jīng)110°10′-110°41′，北緯19°32′-20°05′之間，總面積3 13484 km2，其中陸地面積2 30484 km2，占7352%，整體地勢(shì)平緩，西北部和東南部較高，中部較低，北部多為沿海小平原。全市地貌主要由山丘、臺(tái)地和平原組成，基本分為北部濱海平原區(qū)，中部沿江階地區(qū)，東部、南部臺(tái)地區(qū)，西部熔巖臺(tái)地區(qū)。地表主要為第四紀(jì)基性火山巖和第四系松散沉積物，呈較大面積分布，土壤類(lèi)型以土壤蓄水保水能力弱的玄武巖磚紅壤、火山灰幼齡磚紅壤、砂頁(yè)巖磚紅壤、帶狀潮沙泥土與濱海沙土為主。
?？谑械靥幍途暥葻釒П本墸瑢儆跓釒Ъ撅L(fēng)海洋性氣候，受熱帶海洋季風(fēng)氣候和區(qū)域地形的影響，?？谑薪涤曛饕性?月-10月的臺(tái)風(fēng)季節(jié)，多以臺(tái)風(fēng)雨、季風(fēng)槽雨和鋒面雨為主。春季溫暖少雨多旱，夏季高溫多雨，秋季多臺(tái)風(fēng)暴雨，冬季干燥少雨但北方有冷空氣南下侵襲時(shí)有連陰雨天氣。全年日照時(shí)間長(zhǎng)，輻射能量大，年平均日照時(shí)數(shù)約2 2252 h，年太陽(yáng)輻射量可達(dá)到1 200 000 kcal/m2左右；年平均氣溫約244 ℃，最低平均氣溫180 ℃左右，年平均降水量約1 6966 mm，年平均蒸發(fā)量約1 8477 mm，平均相對(duì)濕度83%。常年以東北風(fēng)和東南風(fēng)為主，年平均風(fēng)速34 m/s。
根據(jù)《中國(guó)氣象干旱大典·海南卷》和海南省水資源公報(bào)記載，1970-2012年期間，?？谑卸啻伟l(fā)生干旱，其中較為典型的有：1971-1974年連續(xù)4年冬春連旱；1977-1980年連年出現(xiàn)大旱，1977年1月中旬至5月下旬，?？?、屯昌、定安、文昌、瓊海、萬(wàn)寧等市縣冬春連旱，連續(xù)旱日79～131 d，各地各月降雨量比常年偏少，出現(xiàn)罕見(jiàn)的大旱；1977年9月中旬至1978年3月中旬，白沙、澄邁、昌江、海口等市縣連續(xù)旱日166～178 d；1978年10月中旬至1979年5月下旬，通什（今五指山）、樂(lè)東、定安、海口、崖縣（今三亞）、文昌、澄邁、東方等市縣連續(xù)旱日137～187 d；1979年10月至1980年5月，海南島遭受持續(xù)8個(gè)月的大旱。1983年11月初至1984年4月下旬，海南島絕大部分地區(qū)冬春連旱；1986年9月中旬至10月，全島秋旱嚴(yán)重；1996年冬春連旱，夏旱明顯；2004年9月份到2005年的5月份全省大部分地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)高溫少雨天氣，全省各地降雨量累計(jì)僅為1228～513 mm，2004年因旱直接經(jīng)濟(jì)損失651億元。2010年，1至9月部分市縣降雨量偏少，局部發(fā)生不同程度的旱情，損失糧食304萬(wàn)t，直接經(jīng)濟(jì)損失311億元。
本文采用的數(shù)據(jù)為海口市水文局提供的1970-2012年逐日降雨資料。為保證氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)序列的完整性，剔除了在研究時(shí)段內(nèi)缺測(cè)年份大于一年的站點(diǎn)，并對(duì)缺測(cè)年份小于一年的數(shù)據(jù)通過(guò)與其具有良好的相關(guān)性的鄰近氣象站建立線性回歸關(guān)系進(jìn)行插值。結(jié)合?？谑械膮^(qū)域面積和地形最后選用了?？谑泻？凇?zhí)?、丁榮、鳳潭、嶺北、鐵爐、新德與楓圮，8個(gè)較有代表性的雨量站1970年1月1日-2012年12月31日的逐日降雨數(shù)據(jù)資料。研究中以日降雨量P≥1 mm作為有效降雨。研究區(qū)域和8個(gè)雨量站的泰森多邊形分布圖見(jiàn)圖1。
1.2.2降雨平均方案與SPI平均方案及其計(jì)算方法
降雨平均方案指在計(jì)算區(qū)域SPI值時(shí)先利用泰森多邊形法將各個(gè)雨量站的降雨量平均，后利用平均降雨量計(jì)算SPI值。SPI平均方案指在計(jì)算區(qū)域SPI值時(shí)先利用各個(gè)雨量站的降雨量分別求得SPI值，后利用泰森多邊形法將各個(gè)雨量站的SPI值做平均。泰森多邊形法的權(quán)重ωi如式（8）所示。
2降雨平均方案與SPI平均方案對(duì)比分析
據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[2、23、25]及對(duì)海南島旱情資料的分析可知，海南島雨季為5月-10月，旱季為11月-次年4月，因而用3個(gè)月時(shí)長(zhǎng)計(jì)算短期時(shí)間系列時(shí)采用2月-4月、5月-7月、8月-10月、11月-次年1月，即SPI4月、SPI7月、SPI10月、SPI1月代表春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)；用6個(gè)月時(shí)長(zhǎng)計(jì)算中期時(shí)間系列時(shí)采用5月-10月、11月-4月，即SPI10月、SPI4月代表旱、雨兩季。用12個(gè)月時(shí)長(zhǎng)計(jì)算長(zhǎng)期時(shí)間系列時(shí)采用1月-12月，即用SPI12代表年干旱情況。應(yīng)用上述兩種方法分別計(jì)算得出降雨平均方案與SPI平均方案下的春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)與旱、雨兩季及年SPI值，發(fā)現(xiàn)在SPI平均方案下，不論哪個(gè)尺度情況，都沒(méi)有特旱發(fā)生，這與歷史實(shí)際干旱記錄不符。SPI平均方案降低了極端干旱的程度。選出兩者最為突出的干旱年份作比較，比較結(jié)果見(jiàn)表2。由表2知，降雨平均方案更符合實(shí)際干旱情況。降雨平均方案準(zhǔn)確的反映了1986年少見(jiàn)的秋旱、1996年的冬春連旱和明顯夏旱、2004年和2010年的兩大嚴(yán)重干旱年等典型干旱事件。
3?？谑懈珊堤卣鞣治?/p>
3.1干旱的時(shí)序變化趨勢(shì)
3.1.1線性回歸法分析干旱的時(shí)序變化趨勢(shì)
由線性回歸法分析?？谑薪涤昶骄桨父鲿r(shí)間尺度的干旱時(shí)序變化趨勢(shì)，給出了線性回歸方程，見(jiàn)圖2。線性回歸方程的斜率[HJ1.84mm]為正表示干旱趨勢(shì)減弱，反之若為負(fù)則表示干旱加強(qiáng)；斜率的絕對(duì)值越大，說(shuō)明趨勢(shì)越明顯，反之若斜率絕對(duì)值接近0，則表示趨勢(shì)不明顯。
外，春、夏、冬三個(gè)季節(jié)的SPI值變[HJ2.3mm]化趨勢(shì)不明顯。秋季正是早稻收獲和晚稻播種的季節(jié)，未來(lái)?？谑袑?duì)于秋季干旱的防范應(yīng)加強(qiáng)。
旱（圖2（e））、雨（圖2（f））兩季及年（圖2（g））SPI值回歸方程斜率分別為00044、-00026、-00097，斜率絕對(duì)值都接近0，由此知?？谑?970-2012年期間，旱、雨兩季及年SPI值變化趨勢(shì)不明顯。
3.1.2MK法分析干旱的時(shí)序變化趨勢(shì)
應(yīng)用MK法[26]分別對(duì)1970-2012年?？谑?個(gè)雨量站春、夏、秋、冬四季，干濕兩季以及年計(jì)算尺度下降雨平均方案SPI值趨勢(shì)性進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。
春季（圖3（a））SPI值的總體變化趨勢(shì)大體上經(jīng)歷了先下降后上升的過(guò)程。1972-1987年年末為下降趨勢(shì)，即這段時(shí)間氣候趨向于干旱，但趨勢(shì)不明顯；1988-2012年為上升趨勢(shì)，氣候發(fā)展趨勢(shì)為變濕潤(rùn)，但趨勢(shì)不明顯。此外，從UF和UB曲線的交點(diǎn)可看出，SPI序列在1984年左右發(fā)生了一次突變，突變后SPI值轉(zhuǎn)為上升，即春季氣候朝濕潤(rùn)方向發(fā)展，但趨勢(shì)不明顯。夏季（圖3（b））SPI值的總體變化過(guò)程大致為先升后降。1970-1978年SPI值為上升，且上升達(dá)到5%顯著性水平，趨勢(shì)明顯；1979-2012年SPI值為下降，但趨勢(shì)不明顯。從UF和UB曲線的交點(diǎn)可看出，SPI序列在1975年與2011年發(fā)生了兩次突變，1975年突變后SPI值逐漸下降，即夏季1978年之前濕潤(rùn)趨勢(shì)明顯，之后開(kāi)始朝干旱趨勢(shì)發(fā)展但趨勢(shì)不明顯；2011年突變后SPI值逐漸上升，即夏季2011年之后干旱趨勢(shì)減弱但趨勢(shì)不明顯。秋季（圖3（c））SPI值在1996年發(fā)生了一次突變，突變后1996-2012年SPI值快速下降，下降趨勢(shì)明顯，達(dá)到5%顯著性水平，即秋季1996年之后干旱趨勢(shì)加重。冬季（圖3（d））SPI值從1970-2012年，基本上處于下降趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯，在2007年有一個(gè)突變點(diǎn)，SPI值轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì)。[HJ1.8mm]即?？谑卸靖珊第厔?shì)有減弱的趨勢(shì)，但不明顯。
分析旱、雨兩季的SPI值變化趨勢(shì)（圖3（e）與圖3（f））知，旱季與雨季剛好呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。1970-1978年與1979-2012年，旱季SPI序列由下降趨勢(shì)變?yōu)樯仙厔?shì)且上升達(dá)到5%顯著性水平，上升趨勢(shì)明顯；雨季SPI序列由上升趨勢(shì)變?yōu)橄陆第厔?shì)且下降達(dá)到5%顯著性水平，下降趨勢(shì)明顯。在從UF和UB曲線的交點(diǎn)可看出，旱、雨兩季SPI序列均在1975年發(fā)生突變，突變后旱季SPI值轉(zhuǎn)為上升，雨季SPI值轉(zhuǎn)為下降。[HJ2.2mm]
分析年尺度的SPI值變化趨勢(shì)（圖3（g））知，從1970-2012年43 a間，干旱或濕潤(rùn)趨勢(shì)不明顯，1970-1975年為下降趨勢(shì)，1976-2007年為上升趨勢(shì)，2008-2012年又轉(zhuǎn)為下降趨勢(shì)。其中在1974年和2007年發(fā)生兩次突變。
3.2SPI干旱的周期分析
利用小波分析法，采用復(fù)數(shù)Morlet小波分析?？谑心瓿叨萐PI值序列的多時(shí)間尺度特征，依據(jù)結(jié)果分別繪制小波系數(shù)實(shí)部、模和模平方的等值線圖以及小波方差圖，見(jiàn)圖4。
由小波系數(shù)實(shí)部等值線圖（圖4（a））可以看出，?？谑心瓿叨萐PI值變化存在多個(gè)明顯的時(shí)間特征尺度。從始至終13 a、4 a的年際小尺度表現(xiàn)十分明顯，其次從1970-1990年存在22 a左右的大尺度。由小波系數(shù)模等值線圖與小波系數(shù)模平方等值線圖（圖4（b）與圖4（c））反映出的不同時(shí)段各時(shí)間尺度所對(duì)應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)弱可以看出，10到15 a之間的時(shí)間尺度變化較強(qiáng)，發(fā)生于1970-2012年整個(gè)序列。由小波方差圖（圖4（d））可以看出，年SPI值系列存在3個(gè)較為明顯的峰值，依次對(duì)應(yīng)著4 a、13 a和22 a的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)13 a的時(shí)間尺度，說(shuō)明13 a左右的周期震蕩最強(qiáng)，為區(qū)域年干旱變化的第一主周期；4 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二峰值，為區(qū)域年干旱變化的第二主周期；22 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第三峰值，為區(qū)域年干旱變化的第三主周期。上述3個(gè)周期的波動(dòng)控制著?？谑懈珊翟谡麄€(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。
繪制干旱演變的第一、第二和第三主周期小波變換實(shí)部變化過(guò)程圖（圖5）以分析干濕變化特征。13年特征時(shí)間尺度下（圖5（a）），大約經(jīng)歷了5個(gè)干濕轉(zhuǎn)換期，?？谑懈珊禃r(shí)段為1972-1976年、1980-1984年、1988-1993年、1998-2002年、2006-2011年；4年特征時(shí)間尺度下（圖5（b）），大約經(jīng)歷了15個(gè)干濕轉(zhuǎn)換期，?？谑腥齻€(gè)較為突出的干旱時(shí)段為1978-1980年、1988-1990年、2002-2004；22年特征時(shí)間尺度下（圖5（c）），大約經(jīng)歷了3個(gè)干濕轉(zhuǎn)換期，?？谑懈珊禃r(shí)段為1970-1973年、1980-1988年、1994-2002年、2010-2012年。
3.3各等級(jí)干旱發(fā)生頻率
不同計(jì)算尺度下，?？谑?站點(diǎn)降雨平均SPI值反映出的?？谑懈鞯燃?jí)干旱發(fā)生頻率如圖6所示。由圖6可知海口市一年四季均可能發(fā)生干旱，干旱多發(fā)生在春、秋兩季，頻率分別為51%、41%。相對(duì)與其他季節(jié)，秋季是特旱高發(fā)季，頻率為14%，即平均6 a發(fā)生一次特大干旱事件。從6個(gè)月旱、雨季尺度來(lái)看，雨季也應(yīng)注重干旱的預(yù)防，旱季要預(yù)防特大干旱發(fā)生。年尺度發(fā)生不同等級(jí)干旱的頻率為56%，即平均2 a發(fā)生一次干旱事件。
4結(jié)論
對(duì)?？谑泻登榉治霰砻鳎涤昶骄桨父m用于評(píng)估?？谑械母珊登闆r。SPI平均方案降低了極端干旱的程度，不符合實(shí)際干旱情況，降雨平均方案可準(zhǔn)確的反映出典型干旱年份的干旱事件，與歷史實(shí)際干旱記錄吻合。利用降雨平均方案計(jì)算所得的SPI值，采用統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)分析、小波分析等方法分析?？谑懈珊底兓卣?，得出以下結(jié)論。
（1）從干旱發(fā)生頻率來(lái)看，?？谑胁煌潭鹊母珊蛋l(fā)生頻率高達(dá)56%，即平均2年發(fā)生一次干旱事件，春、秋兩季干旱發(fā)生頻率高達(dá)51%、41%，秋季特旱發(fā)生頻率為14%，即平均6年發(fā)生一次特大秋旱事件。海口市干旱頻發(fā)與其熱帶季風(fēng)海洋性氣候及地形地貌息息相關(guān)，氣候特點(diǎn)導(dǎo)致降水量雖大但季節(jié)分布不均，紅壤土及多石灰?guī)r的地貌導(dǎo)致土壤蓄水保水能力弱，降水易形成徑流流失。政府部門(mén)應(yīng)給予足夠的重視，積極制定工程管理措施防旱抗旱。
（2）從干旱趨勢(shì)來(lái)看，?？谑姓w干旱趨勢(shì)增強(qiáng)，尤其是秋季，干旱加重趨勢(shì)明顯。分析秋季干旱加強(qiáng)的原因，可能有以下兩個(gè)方面：一是降雨相對(duì)集中，大部分降雨量集中在某一場(chǎng)或某幾天的降雨時(shí)間，即極端降雨事件增加造成降雨量時(shí)間分布不均，二是前期土壤、農(nóng)作物蒸發(fā)消耗大，造成土壤水分缺乏。秋季對(duì)于海南一年兩熟或三熟的種植結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是正是需水旺盛期，此時(shí)發(fā)生干旱對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響較大，且可能進(jìn)一步影響到其他行業(yè)用水，應(yīng)加強(qiáng)防范。
（3）?？谑懈珊稻哂?3 a左右的第一主周期，4 a和22 a的第二、三周期。預(yù)計(jì)下一個(gè)干旱期會(huì)在2018-2022年，政策制定者需相應(yīng)及時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)生活模式，合理規(guī)劃水資源配置，做好種植計(jì)劃，以減輕對(duì)農(nóng)作物帶來(lái)的不利影響。
參考文獻(xiàn)（References）：
[1]黃晚華，楊曉光，李茂松，等.基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的中國(guó)南方季節(jié)性干旱近58a演變特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：5059.（HUANG W H，YANG X G，LI M S，et al.Evolution characteristics of seasonal drought in the south of China during the past 58 years based on standardized precipitation index[J].Transactions of the CSAE，2010，26（7）：5059.（in Chinese）） DOI：10.3969/j.issn.10026819.2010.07.009.
[2]李偉光，陳匯林，朱乃海，等.標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)在海南島干旱監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17（1）：178182.（LI W G，CHEN H L，ZHU N H，et al.Analysis of drought monitoring on hainan island from standardized precipitation index[J].Chinese Journal of EcoAgriculture，2009，17（1）：178182.（in Chinese）） DOI：16713990（2009）01017805.
[3]JOSHI N，GUPTA D，SURYAVANSHI S，et al.Analysis of trends and dominant periodicities in drought variables in India：A wavelet transform based approach[J].Atmospheric Research，2016，182：200220.http：//dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2016.07.030.
[4]ZHOU H，LIU Y.SPI Based meteorological drought assessment over a Humid Basin：Effects of processing schemes[J].DOI：2016，8（9）：373.10.3390/w8090373.
[5]ZHANG Q，LU W，CHEN S，et al.Using Multifractal and wavelet analyses to determine drought characteristics：A case study of Jilin Province，China[J].Theoretical and Applied Climatology，2016，125（3）：112.DOI：10.1007/s0070401617812.
[6]IONITA M，SCHOLZ P，CHELCEA S.Assessment of droughts in romania using the standardized precipitation index[J].Natural Hazards，2016，81（3）：14831498.DOI：10.1007/s1106901521418.
[7]ZAKHEM B A，KATTAA B.Investigation of hydrological drought using cumulative standardized precipitation index （SPI 30） in the eastern Mediterranean region （Damascus，Syria）[J].Journal of Earth System Science，2016，125（5）：116.DOI：10.1007/s1204001607030.
[8]TOSUNOGLU F，CAN I.Application of copulas for regional bivariate frequency analysis of meteorological droughts in Turkey[J].Natural Hazards，2016，82（3）：14571477.DOI：10.1007/s1106901622539.
[9]BANDYOPADHYAY N，SAHA A K.A comparative analysis of four drought indices using geospatial data in Gujarat，India[J].Arabian Journal of Geosciences，2016，9（5）：111.DOI：10.1007/s125170162378x.
[10]THOMAS T，JAISWAL R K，GALKATE R，et al.Drought indicatorsbased integrated assessment of drought vulnerability：A case study of bundelkhand droughts in Central India[J].Natural Hazards，2016，81（3）：126.DOI 10.1007/s1106901621498.
[11]DJERBOUAI S，SOUAGGAMANE D.Drought forecasting using neural networks，wavelet neural networks，and stochastic models：Case of the algerois basin in North Algeria[J].Water Resources Management，2016，30（7）：24452464.DOI：10.1007/s1126901612986.
[12]ACHCAR J A，COELHOBARROS E A，SOUZA R M D.Use of nonhomogeneous poisson process （NHPP） in presence of changepoints to analyze drought periods：A Case Study in Brazil[J].Environmental and Ecological Statistics，2016（3）：115.DOI：10.1007/s106510160345z.
[13]RAHMAN M R，LATEH H.Meteorological drought in bangladesh：Assessing，Analysing and hazard mapping using SPI，GIS and monthly rainfall data[J].Environmental Earth Sciences，2016，75（12）：120.DOI：10.1007/s1266501658295.
[14]唐僥，孫睿.基于氣象和遙感數(shù)據(jù)的河南省干旱特征分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2013，28（4）：646655.（TANG X，SUN R.Drought characteristics in Henan Province with meteorological and remote sensing data[J].Journal of Natural Resources，2013，28（4）：646655.（in Chinese）） DOI：10003037（ 2013） 04064610.
[15]王帥兵，李常斌，楊林山等.基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)與Z指數(shù)的洮河流域干旱趨勢(shì)分析[J].干旱區(qū)研究，2015，32（3）：565572.（WANG S B，LI C B，YANG L S，et al.Drought trend analysis based on standardized precipitation index and the Z index in the Tao river Basin[J].Arid Zone Research，2015，32（3）：565572.（in Chinese）） DOI：10.13866 / j.azr.2015.03.21.
[16]張?jiān)儡姡轮俏?，王雁，?基于SPEI和SPI指數(shù)的太原多尺度干旱特征與氣候指數(shù)的關(guān)系[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014（9）：14181424.（ZHANG Y J，HAO Z W，WANG Y，et al.Multiscale characteristics of drought based on SPEI and SPI in association with climate index in Taiyuan[J].Ecology and Environmental Sciences，2014（9）：14181424.（in Chinese）） DOI：10.16258/j.cnki.16745906.2014.09.006.
[17]梁哲軍，王玉香，董鵬，等.山西南部季節(jié)性干旱特征及綜合防御技術(shù)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34（4）：281286.（LIANG Z J，WANG Y X，DONG P，et al.Characteristics of seasonal drought and integrated drought preventing techniques in South Shanxi[J].Agricultural Research in the Arid Areas，2016，34（4）：281286.（in Chinese）） DOI：10007601（ 2016） 04028106.
[18]譚學(xué)志，粟曉玲，邵東國(guó).基于SPI的陜西關(guān)中地區(qū)氣象干旱時(shí)空特征分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29（2）：224229.（TAN X Z，SU X L，SHAO D G.Analysis of spatial and temporal characteristics of meteorological drought in Guanzhong Region of Shaanxi Province[J].Agricultural Research in the Arid Areas，2011，29（2）：224229.（in Chinese）） DOI：10007601（2011）02022406.
[19]王剛，嚴(yán)登華，申麗霞，等.近55年以來(lái)漳衛(wèi)河流域干旱演變特征[J].南水北調(diào)與水利科技，2014，12（4）：15.（WANG G，YAN D H，SHEN L X，et al.Drought evolution characteristics in the Zhangwei River Basin in recent 55 years[J].SouthtoNorth Water Transfer and Water Science & Technology，2014，12（4）：15.（in Chinese）） DOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2014.04.001.
[20]馮禹，崔寧博，徐燕梅，等.貴州省干旱時(shí)空分布特征研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（8）：8286.（FENG Y，CUI N B，XU Y M，et al.Temporal and spatial distribution characteristics of meteorological drought in Guizhou Province[J].Journal of Arid Land Resources and Environment，2015，29（8）：8286.（in Chinese）） DOI：10.13448 /j.cnki.jalre.2015.261.
[21]楊曉靜，左德鵬，徐宗學(xué).基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的云南省近55年旱澇演變特征[J].資源科學(xué)，2014，36（3）：473480.（YANG X J，ZUO D P，XU Z X.Characteristics of drought and floods analyzed using the standardized precipitation index in Yunnan Province during the past 55 years[J].Resources Science，2014，36（3）：473480.（in Chinese）） DOI：10077588（2014）03047308.
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