雷州市“十年九旱”分析及未來干旱趨勢

吳宗樹，何純麗，黃春智，陳銳俠

（1.吳川市氣象局，廣東吳川 524500；2.雷州市氣象局，廣東雷州 524200）

雷州市地處中國大陸3大半島之一最南端的雷州半島中部，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。一年四季都可以出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，以春旱最為常見，春旱發(fā)生概率達(dá)90%、秋旱發(fā)生概率約40%、秋冬春連旱發(fā)生概率約40%、冬春連旱發(fā)生概率約75%，所以雷州市有著“十年九旱”之稱。雷州市干旱范圍廣、歷時長、成災(zāi)面積大［1］。隨著全球氣候變化，特別是20世紀(jì)80年代以來，氣象干旱概率呈明顯上升趨勢，極端干旱事件頻繁發(fā)生，干旱災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失也越來越大，氣候變化帶來生態(tài)環(huán)境的變化，使得人們要了解、研究以及利用氣候，趨利避害。氣象學(xué)者從不同角度對雷州半島干旱氣象開展研究，黃曉梅等［2］研究了雷州半島的干旱特征，發(fā)現(xiàn)雷州半島易發(fā)生干旱；鄭凱等［3］研究了雷州半島干旱成因，發(fā)現(xiàn)副高正異常會加強干旱；溫亞麗等［4］研究了雷州半島2001年干旱，發(fā)現(xiàn)雷州半島春旱發(fā)生頻率高。這些研究大部分都是研究雷州半島的整體干旱特征，并沒有對更小范圍的雷州市進行研究和對未來干旱進行趨勢預(yù)測。

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對不同的干旱指數(shù)進行了研究，使得不同類型干旱指數(shù)得到發(fā)展，如SPI指數(shù)、S指數(shù)、干燥度指數(shù)、DI指數(shù)等。其中，SPI指數(shù)和S指數(shù)僅從降水方面考慮干旱情況；DI指數(shù)需要具體作物的生長參數(shù)；干燥度指數(shù)是表達(dá)氣候干燥程度的指數(shù)，干燥度指數(shù)同時考慮降水量和潛在蒸發(fā)量對干旱的影響，能反映某地水分收支情況。徐小紅［5］對南雄近55年降水量與蒸發(fā)量變化特征分析指出，干燥度指數(shù)在干旱分析中具有良好的適用性。

本研究利用雷州市氣象站1961—2020年降水量、相對濕度、日照時長、平均溫度、干燥度指數(shù)等最新較長序列資料，對近60年雷州市干旱的氣候特征和變化趨勢進行分析，以期為雷州市防災(zāi)減災(zāi)提供理論支撐。

1 資料與方法

氣候要素資料來自常規(guī)氣象資料，包括雷州氣象站1961—2020年降水量、相對濕度、日照時長、平均溫度資料。選取干燥度指數(shù)、降水量，建立一元線性回歸模型，分析要素時間特征。對干燥度指數(shù)進行Morlet小波分析，并建立干燥度指數(shù)預(yù)測模型。干燥度指數(shù)（aridity index，AI）計算與潛在蒸發(fā)量、降水量有關(guān)，具體公式請見文獻(xiàn)［6］。

干燥度指數(shù)及干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)：AI≤1，為濕潤；1＜AI≤1.5，為半濕潤；1.5＜AI≤4，為半干旱；AI＞4，為干旱。

2 降水和干燥度指數(shù)變化特征

2.1 年降水量

對1961—2020年雷州市年降水量進行分析（圖1）可以看出，1961—2020年雷州市年降水量存在明顯的年際變化，年降水量最大值在1985年（2 517.8 mm），最小值在2015年（919.4 mm）。雷州市的年降水量以0.666 mm／年的趨勢減少，因此雷州市隨著年降水量的減少，干燥度指數(shù)會升高。另外，降水量上下波動幅度也逐漸增大，降水量不穩(wěn)定性逐漸增強。

圖1 1961—2020年雷州市年降水量逐年變化

從1961—2020年雷州市年降水量距平百分率逐年變化和9年滑動平均（圖2）可見，常年雷州平均降水量1 640.9 mm。在近60年間，有38年年降水量低于常年平均值。降水量年代際明顯，其中1961—1963年少雨，1964—1966年多雨，1967—1972年少雨，1973—1988年多雨，1989—2000年少雨，2001—2004年多雨，2005—2020年少雨。雷州市年降水量近60年中有38年少雨，近50年有30年少雨，近40年有27年少雨，近30年有19年少雨，近20年有14年少雨，近10年有8年少雨，雷州市年降水最少的前5年中有4年都在1998年以后，這就說明，雷州市年降水量小于常年平均值愈加明顯，“十年九旱”現(xiàn)象也愈加突出。

圖2 1961—2020年雷州市年降水量距平百分率逐年變化

2.2 干燥度指數(shù)

雷州市地處低緯度地區(qū)，東靠南海，西臨北部灣，水汽充足，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，但降水時空分布不均。統(tǒng)計可知，1961—2020年期間，雷州市有18年干旱級別為半濕潤（AI＞1），有2年干旱級別為半干旱（1.5＜AI≤4）。對AI進行9年滑動平均（圖3）可以看出，1961—1972年偏干旱、1973—1989年偏濕潤、1990—2000年偏干旱、2001—2004年偏濕潤、2005—2013年偏干旱、2014—2015年偏濕潤、2016—2020年偏干旱。年代際平均值從1970年開始逐步增大。雷州市雖然有著良好的水汽條件，干燥度指數(shù)卻不低，潛在蒸發(fā)量與降水量比值對于同緯度其他地區(qū)而言較大，相對容易發(fā)生干旱災(zāi)害性天氣，對人們的生活造成不利的影響，對農(nóng)作物等造成經(jīng)濟損失。1998年之后的干燥度指數(shù)相較于1998年之前波動幅度變大，在1998年之后干燥度指數(shù)的極值不斷刷新，雷州市的干燥度指數(shù)以0.008／年的趨勢上升，雷州市未來干旱災(zāi)害性天氣將更加頻繁發(fā)生，“十年九旱”現(xiàn)象愈加明顯。洪澇災(zāi)害現(xiàn)象也會愈加頻發(fā)。

圖3 1961—2020年雷州市干燥度指數(shù)逐年變化

從Morlet小波分析（圖略）可以清楚的看出干燥度指數(shù)主要的顯著周期為準(zhǔn)8年、準(zhǔn)3年。其中在3年時間尺度上，旱澇之間的轉(zhuǎn)換頻繁；在準(zhǔn)8年時間尺度上，有3個旱-澇時期的轉(zhuǎn)換，分別是20世紀(jì)60年代、80年代，21世紀(jì)10年代的洪澇期；21世紀(jì)70年代、90年代，2008—2020年的干旱期。

2015年受強厄爾尼諾事件的影響，雷州市出現(xiàn)了長時間的高溫少雨天氣。2—9月，雷州市降水量只有111.0 mm，比同期下降72.0%，為歷史同期最少；而高溫天數(shù)231 d，為歷史同期最多。長時間的干旱導(dǎo)致水庫干涸、地下水位下降、農(nóng)作物減產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境破壞。2015年雷州半島受災(zāi)面積11.33萬hm2，經(jīng)濟損失約3.5億元，其中雷州市干旱情況和經(jīng)濟損失情況最為嚴(yán)重。

干燥度指數(shù)變化與年降水量變化趨勢相反，在2015年出現(xiàn)重大干旱刷新歷史極值，年降水量為歷史最小值，干燥度指數(shù)為歷史最大值。干燥度指數(shù)與年降水量聯(lián)合能反映出實際干旱情況。建立良好的預(yù)測模型具有重大意義。

3 雷州市干燥度預(yù)測模型的建立

在建立雷州市干燥度預(yù)測模型過程中，本研究將2016—2020年作為預(yù)測年份，1966—2015年作為建立雷州市干燥度預(yù)測模型的復(fù)測年份。將年降水量、年平均溫度、年平均濕度、年日照時長共4個因子作為自變量，干燥度指數(shù)作為因變量，建立預(yù)測模型，將模型與實際進行對比，可以得到模型與實際之間的相關(guān)系數(shù)，模型與實際較貼切，如圖4和圖5所示。

3.1 建立未來第1年雷州市干燥度預(yù)測模型

在眾多因子中，本研究采用逐步回歸方法建立模型，預(yù)測未來第1年的干燥度指數(shù)，方程為y＝1.350 2-0.000 5x1＋0.000 7x2-0.058x3＋0.167 9x4（以預(yù)測2016年為例，因變量分別為2015年年累積降水量（x1）、2015年年累積日照時長（x2）、2015年年平均相對濕度（x3）、2015年年平均溫度（x4））。預(yù)測方程對2016—2020年的干燥度指數(shù)的預(yù)測值與實際值之間的相關(guān)系數(shù)為0.986，預(yù)測方程對1966—2020年的干燥度指數(shù)的預(yù)測值與實際值之間的相關(guān)系數(shù)是0.861（圖4）。這說明本研究預(yù)測未來第1年模型較符合實際，可以用于預(yù)測未來第1年的干燥度指數(shù)。預(yù)測未來第1年干燥度預(yù)測模型給出2021雷州市的干燥度指數(shù)為1.264，水分支出大于收入，易于發(fā)生干旱現(xiàn)象。

圖4 預(yù)測未來第1年雷州市干燥度預(yù)測模型

3.2 建立未來第2年雷州市干燥度預(yù)測模型

在眾多因子中，本研究采用逐步回歸方法建立模型，預(yù)測未來第2年的干燥度指數(shù)，方程為y＝-0.518 6＋0.000 2x1＋0.000 3x2-0.024x3＋0.108x4（以預(yù)測2016年為例，因變量分別為2012年年累積降水量（x1）、2014年累積日照時長（x2）、2014年年平均相對濕度（x3）、2010年年平均溫度（x4））。預(yù)測方程對2016—2020年的干燥度指數(shù)的預(yù)測值與實際值之間的相關(guān)系數(shù)為0.702，預(yù)測方程對1966—2020年的干燥度指數(shù)的預(yù)測值與實際值之間的相關(guān)系數(shù)是0.398（圖5）。這說明本研究預(yù)測第2年模型具有一定的參考價值。預(yù)測未來第2年干燥度預(yù)測模型給出雷州市2022年的干燥度指數(shù)為1.09，水分支出大于收入，易于發(fā)生干旱現(xiàn)象，相比于2021年，2022年干旱現(xiàn)象有所緩解。

圖5 預(yù)測未來第2年雷州市干燥度預(yù)測模型

4 結(jié)論

1）雷州市干燥度指數(shù)高。1961—2020年有18年干旱級別為半濕潤；有2年干旱級別為半干旱，在2015年出現(xiàn)了極大值1.511 7，年降水量和干燥度指數(shù)年代際干旱變化愈加明顯，近10年中干旱年份有8年。雷州市“十年九旱”的稱號名副其實。

2）根據(jù)Morlet小波分析，預(yù)測未來第1年和第2年雷州市干燥度預(yù)測模型，其中大周期是干旱指數(shù)增加，小周期是干旱指數(shù)有減小轉(zhuǎn)為增加；雷州市2021年干燥度指數(shù)為1.264，雷州市2022年干燥度指數(shù)為1.09，可以判定未來兩年雷州市的干旱指數(shù)大于1，水分支出大于收入，易發(fā)生干旱現(xiàn)象。