1980—2018年貴州省PDSI干旱指數(shù)與降水Z指數(shù)對比分析

茅海祥 聶云 楊群 徐大紅 周長志

摘要? ? 本文基于1980—2018年逐日氣象資料計算了PDSI干旱指數(shù)與降水Z指數(shù)，對2種指數(shù)場進行了EOF分析，并與干旱實況進行了比對。結(jié)果表明，PDSI指數(shù)能很好地表征貴州省的冬、春、秋3個季節(jié)的干旱特征，降水Z指數(shù)在夏季應(yīng)用效果較好，貴州省四季旱澇特征具有全區(qū)變化一致的特征。4個季節(jié)的年代際變化特征明顯，僅冬季和秋季呈澇變旱的趨勢，其中冬季傾向率達到0.2;夏季的旱情從整體上看還是呈現(xiàn)略有減緩的趨勢，但年際變化較大;2011年以后就沒有出現(xiàn)過明顯的春季旱情，呈現(xiàn)由干變濕的趨勢，春旱近些年有所緩解。冬、春、秋季在1980年前后發(fā)生突變后干旱化趨勢一度在加重，而春季在2016年、秋季在2014年突變后干旱都有減緩的趨勢，夏季則相對復(fù)雜多次反復(fù)后在2014年再次發(fā)生突變，干旱化趨勢減緩。Z指數(shù)與PDSI指數(shù)反映出的周期基本一致，冬、春、夏有2～3年的周期，秋季有3～4年周期。

關(guān)鍵詞? ? 四季;PDSI干旱指數(shù);降水Z指數(shù);EOF;貴州省;1980—2018年

中圖分類號? ? P426.616? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）07-0202-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Comparative? Analysis? of? PDSI? Drought? Index? and? Z? Index? of? Precipitation? in? Guizhou? Province from? 1980? to? 2018

MAO Hai-xiang? ? NIE Yun? ? YANG Qun? ? XU Da-hong? ? ZHOU Chang-zhi

（Tongren Meteorological Bureau of Guizhou Province，Tongren Guizhou 554300）

Abstract? ? Based on the daily meteorological data from 1980 to 2018，this paper calculated the PDSI drought index and the Z index of precipitation，analyzed the EOF of these two index fields and compared with the actual drought situation.The results showed that the PDSI index could well characterize the drought characteristics of the three seasons of winter，spring and autumn in Guizhou Province，the Z index of precipitation had a good application effect in summer，the four seasons of drought and flood in Guizhou Province had the characteristics of consistent changes in the whole region.The characteristics of interdecadal change about the four seasons were obvious，only winter and autumn showed a trend of changing from waterlogging to drought，in which the winter tendency rate reached 0.2.The summer drought situation as a whole was still slightly slowing down，but the interannual change was large.There had been no obvious drought in spring since 2011，and the trend had changed from dry to wet.Spring drought had eased in recent years.The trend of aridity was increasing after the mutation in winter，spring and autumn around 1980，however，the spring drought in 2016 and the autumn drought in 2014 showed a trend of slowing down，while in summer it was relatively complex and repeated for many times，and then it changed again in 2014，and the trend of aridity slowed down.The Z index and the PDSI index reflected the same cycle，winter，spring and summer had a cycle of 2-3 years，and autumn had a cycle of 3-4 years.

Key words? ? four season;PDSI drought index;Z index of precipitation;Guizhou Province;1980-2018

干旱的影響程度在各種氣象災(zāi)害中位居首位，是全球最主要的自然災(zāi)害之一，世界上超過120個國家在不同程度上遭受著干旱問題的困擾[1-2]。從整體上看，我國干旱的變化范圍與全球干旱演變均呈現(xiàn)出了增加的趨勢[3]，進入21世紀(jì)以來的10多年中，有研究表明干旱事件多發(fā)區(qū)逐漸從我國北方地區(qū)向西南地區(qū)蔓延[4]。據(jù)貴州省氣象部門統(tǒng)計，貴州省各種自然災(zāi)害發(fā)生的面積占受災(zāi)總面積的比例中干旱就達到了50%，因而研究貴州省干旱的空間分布特征和時間變化趨勢具有重要的意義。很多研究表明，PDSI干旱指數(shù)和降水Z指數(shù)都能較客觀地反映旱澇程度[4-5]，而干旱指數(shù)有較強的季節(jié)適應(yīng)性，針對不同季節(jié)不同指數(shù)的適用性的對比分析方面的文獻還很少，故本文針對應(yīng)用效果較好的PDSI指數(shù)、Z指數(shù)從EOF出發(fā)對貴州省的4個季節(jié)的干旱特征進行對比分析，以期得出貴州省有關(guān)干旱的更多有用信息。

1? ? 資料與方法

為了保證資料的完整性和連續(xù)性，選取貴州省83個氣象臺站1980—2018年的海拔高度、逐日降水量、平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、平均本站氣壓等氣候資料進行統(tǒng)計分析。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 貴州省四季PDSI干旱指數(shù)與降水Z指數(shù)的空間分布特征

對1980—2018年貴州省83個氣象站冬、春、夏、秋四季的PDSI干旱指數(shù)和Z指數(shù)場進行了EOF分析。結(jié)果表明，PDSI指數(shù)在冬、春、秋3個季節(jié)能很好地反映出貴州省的干旱特征，而Z指數(shù)在夏季應(yīng)用效果較好，旱澇特征具有全區(qū)變化一致的特征。PDSI指數(shù)在冬、春、秋3個季節(jié)前4個特征向量的累積方差貢獻分別達到83.2%、68.3%和73.6%，Z指數(shù)夏季累積方差貢獻達到67.2%，說明夏季的干旱與降水的關(guān)系最為密切也最為直接。

冬季前4個特征向量累積方差貢獻可以看出Z指數(shù)僅42.5%，尤其是第一特征向量方差貢獻僅18.2%，而PDSI指數(shù)高達83.2%，第一特征向量67.4%，具有很強的收斂性，且第一特征向量均為正值，中心值達到0.12，表明PDSI指數(shù)表征的貴州省旱澇特征全區(qū)一致，具有很強代表性。結(jié)合實際旱情比對結(jié)果，PDSI指數(shù)在貴州省的冬季對于中旱以上的旱情具有非常好的表征性。

春季前4個特征向量累積方差貢獻可以看出Z指數(shù)64.9%，其中第一特征向量44.6%，較冬季有明顯的提高，PDSI達68.3%，第一特征向量47.6%，效果相當(dāng)，PDSI指數(shù)略好。夏季前4個特征向量累積方差貢獻Z指數(shù)67.2%，第一特征向量48.2%，且第一特征向量全區(qū)呈旱澇一致型，中心值在貴州省黔南、黔東南交界一帶，而PDSI僅39.4%，第一特征向量僅15.9%，遠遠低于降水Z指數(shù)，表明用降水Z指數(shù)表征的旱澇特征具有較強的代表性，這可能與夏季的旱澇很大程度上取決于降水的多少有關(guān)，與貴州省的喀斯特地貌有很大關(guān)系。

秋季前4個特征向量累積方差貢獻Z指數(shù)68.7%，第一特征向量46.83%，PDSI指數(shù)達73.6%，第一特征向量48.9%，且第一特征向量均為正值，中心值在遵義的習(xí)水（0.09）和黔東南的黎平（0.13），表明PDSI指數(shù)在貴州省的秋季適用性很好，結(jié)合與實際旱澇特征的比對結(jié)果也是吻合的。

2.2? ? 貴州省Z指數(shù)與PDSI指數(shù)時間變化特征及趨勢

PDSI指數(shù)對貴州省冬、春、秋3個季節(jié)的代表性較降水Z指數(shù)要好，尤其是冬季效果更明顯，而Z指數(shù)在貴州省的夏季的應(yīng)用效果較好，故選取冬季、春季、秋季的PDSI指數(shù)的第一特征向量和夏季Z指數(shù)第一特征向量的時間系數(shù)進行趨勢分析、M-K分析和小波分析。

從圖1可以看出，4個季節(jié)的年代際變化特征明顯，僅冬季和秋季呈由澇變旱的趨勢，其中冬季傾向率達到0.2，說明貴州省冬季變干的趨勢相對于春季、夏季和秋季來說更為明顯，21世紀(jì)以來冬旱有所抬頭[6]，尤其是2010年，這與實際的情況[7]亦是吻合的，再次證明了PDSI指數(shù)在貴州省的冬季效果較好;20世紀(jì)80年代至90年代中期、21世紀(jì)前期春季旱情比較普遍也比較嚴(yán)重，2011年以后就沒有出現(xiàn)過明顯的春季旱情，呈現(xiàn)由干變濕的趨勢，傾向率達0.02，說明貴州省的春旱近些年有所緩解;以Z指數(shù)表征的夏季干旱情況在1981年、1989年、1990年、1992年、1994年、2003年、2005年、2009年、2011年、2013年、2018年都發(fā)生了比較明顯的旱情，近些年來也是旱澇交替，夏季的旱情從整體上看還是呈現(xiàn)略有減緩的趨勢（傾向率0.01），但是年際變化較大;秋旱在貴州的變化趨勢僅次于冬季，呈現(xiàn)由澇變旱，傾向率達到0.06，近幾年秋旱比較明顯的年份為2002—2005年、2007年、2009年、2012年、2013年、2017年。

2.3? ? 貴州省Z指數(shù)與PDSI指數(shù)時間系數(shù)的突變特征

由冬季UF曲線可以看出，20世紀(jì)80年代開始，貴州冬季的干旱有明顯加重趨勢，其中80年代中期到90年代初期干旱化的趨勢大大超過顯著性水平0.05臨界線，表明貴州冬季的干旱趨勢十分顯著。根據(jù)UF和UB曲線的焦點的位置可以確定貴州冬季的干旱20世紀(jì)80年代是一突變現(xiàn)象，具體是從1981年開始，90年代中期以后趨勢有所緩和，2010年以后略有加重的趨勢。

從圖2可以看出，春季和秋季的干旱趨勢與冬季較為類似，只是突變發(fā)生在1980年，春季和秋季在1983—1993年這段時間干旱化趨勢超過顯著性水平0.05的臨界線，春季在2006—2016年略有加重，2016年再次發(fā)生突變，之后干旱趨勢緩解;秋季1993—2001年干旱化趨勢略有緩解，在2014年再次發(fā)生突變以后一直呈上升趨勢，但不明顯，這些都與之前分析得出的近些年春旱和秋旱有所緩和的結(jié)論是保持一致的;夏季的情況則相對較為復(fù)雜，在1986年發(fā)生突變后呈現(xiàn)變澇的趨勢，特別是90年代末期至21世紀(jì)初期，變澇的趨勢超過顯著性水平0.05的臨界線，在2009年發(fā)生突變由澇變旱，2014年再次發(fā)生突變，干旱化趨勢有所減緩。

2.4? ? 貴州省Z指數(shù)與PDSI指數(shù)時間系數(shù)的周期特征

由圖3可知，除了冬、春、夏、秋4個季節(jié)2～3年的周期特征比較明顯，冬季在80年代初、90年代中期 、21世紀(jì)初，春季在90年代初期2～3年的周期特別明顯;夏季在90年代初期和2010年以后3年周期明顯;秋季在90年代中期和21世紀(jì)初期3～4年周期明顯。Z指數(shù)與PDSI指數(shù)反映出的周期基本一致，冬、春、夏有2～3年的周期，秋季有3～4年周期。

3? ? 結(jié)論與討論

（1）PDSI指數(shù)能很好地表征貴州省的冬、春、秋3個季節(jié)的干旱特征，前4個特征向量的累計方差貢獻分別達到83.2%、68.3%和73.6%，夏季的干旱特征效果較差（39.4%），相反降水Z指數(shù)在夏季應(yīng)用效果較好（67.2%），說明夏季的干旱與降水的關(guān)系最為密切也最為直接。

（2）4個季節(jié)的年代際變化特征明顯，僅冬季和秋季呈由澇變旱的趨勢，其中冬季傾向率達到0.2;夏季的旱情整體上呈現(xiàn)略有減緩的趨勢（傾向率0.01），但是年際變化較大;在80年代到90年代中期、21世紀(jì)前期春季旱情比較普遍也比較嚴(yán)重，2011年以后就沒有出現(xiàn)過明顯的春季旱情，呈現(xiàn)由干變濕的趨勢，傾向率達0.02，春旱近些年有所緩解。

（3）冬、春、秋季在1980年前后發(fā)生突變后干旱化趨勢一度在加重，而春季在2016年突變、秋季在2014年發(fā)生突變后干旱化都有減緩的趨勢，夏季則相對復(fù)雜1986年突變后呈現(xiàn)變澇的趨勢，在2009年發(fā)生突變由澇變旱，2014年再次發(fā)生突變，干旱化趨勢減緩。

（4）Z指數(shù)與PDSI指數(shù)反映出的周期基本一致，冬、春、夏有2～3年的周期，秋季有3～4年周期。

4? ? 參考文獻

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