贵州省干旱特性规律研究

田富国+徐建新

摘 要：干旱灾害是全球最为常见的自然灾害，贵州省是我国的干旱高发地区之一。文章基于贵州省各站点近20年的逐月降雨资料，以标准化降水蒸散指数SPEI作为干旱识别指标，采用基于Copula的干旱频率分析方法对贵州省各站点近20年进行了干旱识别及干旱频率分析；计算了其干旱频率、干旱历时、干旱历时最大值、干旱烈度、干旱烈度最大值和干旱始末等干旱变量。研究结果揭示了贵州省干旱在时间维度和空间维度的变化及分布规律、各季节旱的分布特征规律等，其对贵州省抗旱减灾具有一定的指导价值。

关键词：干旱频率；干旱烈度；时空规律；贵州省

1 基础数据和研究方法

1.1 研究区基本情况

贵州省地处我国西南腹，是一个高起于四川盆地、广西丘陵和湘西丘陵之间的岩溶山区，境内地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜。贵州属亚热带湿润季风气候，大部分地区雨量充沛，年均降水量为1143.6mm，但其降水时空分布不均衡，同时贵州省具有复杂的喀斯特地貌，这使得贵州省成为我国的干旱高发区。

所用基础数据贵州省境内19个气象站点1993-2012年的逐月降水资料，来源于中国气象科学数据共享服务网站和贵州省水利科学研究院，数据准确可靠且具有代表性，可真实反映贵州省相对应时段内的实际情况。贵州省境内19个气象站点分布情况见图1。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱频率分析方法

干旱发生频率及重现期研究主要采用基于Copula的干旱特征变量分析方法。干旱特征变量分布中，干旱烈度S及干旱历时D大致复合Gamma分布和指数分布。且可以用适线法去调试进而确定其分布函数的相关参数，以解决因为干旱特征变量数据的有限性及局限性而引起的计算差异及与事实不符的问题。而当要运用两个特征变量来表示某一干旱情况、分析其频率等时，那么就需要衡量两干旱特征变量间的关联，也就是处理两特征变量间的联合概率分布函数。

研究表明，Copula理论是解决这一问题直接、便捷的一种方法，而其中的Archimedean Copula 函数因其形式简洁、计算方便被大量运用，这其中最常用的Archimedean copula函数有Gumbel-Hougaard（GH）、Clayton和Frank Copula。假设用干旱历时和干旱烈度二者来表述某一干旱情况、分析其干旱特性时，那么可令u=Fd（d），v=Fs（s），则它们可分别表示为：

1.2.2 干旱的识别及计算

干旱事件识别是在选择适当时间尺度的基础上，采用某一指标，此指标可为单一指标亦可为综合指标，对干旱的具体情况进行判别，进而确定该干旱的特征变量序列。本文采用游程理论对干旱事件进行识别。根据游程理论原理和干旱事件识别过程，用试值法确定阈值的选取，通过比选不同阀值对干旱事件的识别效果，最终确定本文采用的干旱阀值分别为：R0为0，R1为-0.5，R2为-1.0。考虑已有站点及地市的数据，采用标准化降水蒸散指数SPEI作为干旱识别指标，计算干旱频率、干旱历时、干旱烈度和干旱起止时间，并根据当地主要作物的不同生长期，统计跨越作物不同生长期的干旱事件，按照干旱事件发生的起止时间、历时长度以及跨越的不同生长季进行分类统计。其中贵州各站点及地市的干旱过程识别及频率计算表在此不再赘附。

2 结果与分析

各站点近20年干旱分析：

根据贵州省境内19个站点1993-2012年的逐月降水资料，基于SPEI研究贵州省内各站点近20年来的干旱事件，进一步分析其干旱频率、干旱历时、干旱烈度等特征变量及其各季节旱的时空分布特征。分析计算结果如表2所示。

由表可知，贵州省各站点在过去的近20年间，干旱发生次数在21-37次之间，各站点发生干旱的次数、频率相差比较明显，在1993-2012年这近20年间，贵州省境内各站点中位于黔南州的罗甸是干旱发生次数最少的站点，其发生干旱的频率也相对较低；而位于贵州省北部遵义市的站点桐梓干旱发生频次相对较高为37次。各站点发生干旱的历时在43-70个月之间，二者相差27个月之久，这说明各站点的干旱历时有较大差异，也说明贵州省近20年来平均每年发生2-3个月的干旱。同时研究发现，贵州省境内各站点的干旱烈度相差也比较大，存在的地区差异性比较明显，干旱烈度最大的站点是位于黔东南州的三穗，其值为49.20；各站干旱烈度最小的位于毕节市的黔西，其值为30.19。因此贵州省内干旱的分布具有时空不一致性，各站点的干旱强度存在较大差异。

为便于研究贵州省内各站点干旱情况的空间分布特征，基于贵州省境内的19各站点以及贵州省周边的的23个站点的数据，运用ARCGIS采用反距离插值绘制出了贵州省各站点近20年来的干旱次数空间分布图、干旱历时空间分布图及年均干旱烈度空间分布图，如图2、图3、图4所示。

图2分析结果显示：在近20年来，贵州省各站点的干旱频次存在较大差异，干旱频次较高的区域有遵义市东南部、铜仁市西南部以及黔南州和黔东南州北部所组成的贵州东部地区和黔西南部分地区；干旱频次较低的区域是遵义市的西北部。其他地区的干旱频次大体相当。从空间分布规律上来看，贵州省各站点的干旱频次整体呈自东北、西南依次向其周边递减的分布规律。

图3分析结果显示：在近20年来，贵州省各点站的干旱历时亦存在较大差异，干旱历时最长的地市是遵义市西北部、铜仁东北部、黔东南州北部以及黔西南州大部等；而遵义市北部等区域的干旱历时较短。加之铜仁市、黔东南州北部和黔西南州的干旱频次为各站点之较高，可知铜仁市、黔西南州以及黔东南州为贵州省干旱易发地区。

从图4结果分析来看，贵州省各站点近20年来的年均干旱烈度亦有较大的差异，其范围为1.51-2.46mm。其中遵义市北部的年均干旱烈度處于较低水平，而黔东南州北部、黔西南州大部的年均干旱烈度处于较高水平。可知各站点的干旱强度存在较大差异。在空间分布上，各站点近20年来的年均干旱烈度大致呈以黔东南州北部和黔西南地区为中心向周边地市递减分布规律。

为便于研究贵州省内各站点各季节干旱情况的空间分布特征，基于贵州省境内的19各站点以及贵州省周边的的23个站点的数据，运用ARCGIS采用反距离插值绘制出了贵州省各站点近20年来各季节的干旱历时空间分布图，如图5所示，分析表明：

（1）在过去的近20年间，贵州省内各站点的各季节干旱发生的时长差距较大，春夏秋冬各季节干旱分布在6-23个月、9-20个月、11-24个月、8-18个月之间。因此各站点的个季节干旱发生不均衡，地域差异较大。

（2）与贵州省各站点的各季节干旱相比，站点桐梓的春旱、三穗的夏旱、毕节的秋旱和习水的冬旱历时最长，分别占同一时期贵州全省各站点春旱、夏旱、秋旱和冬旱历时的8.27%、7.84%、6.98%和7.76%。

（3）从空间分布上来看，贵州省的春旱历时呈东北高西南低的规律分布，而夏旱历时呈东高西低的分布规律，秋旱历时呈西南高东北低的规律分布。

3 结束语

在全面收集贵州省境内19个气象站点1993-2012年逐月降水资料的基础上，以标准化降水蒸散指数SPEI作為干旱识别指标，采用基于Copula的干旱频率分析方法对贵州省各站点近20年进行了干旱识别及干旱频率分析，同时也分析了其个季节旱的分布特征，基于以上分析，结果发现：

（1）贵州省各区域的干旱分布具有时空不一致性，干旱烈度频次、干旱历时等干旱特征变量在地域上存在较大差异。

（2）贵州省各区域中铜仁市、黔南州市以及遵义市的干旱频次、干旱历时和年均干旱烈度等均处于较高水平。故铜仁市、黔南州以及遵义市为贵州省干旱易发地区，且干旱强度较大、干旱较为严重。

（3）贵州省干旱灾害的季节特征是西部地区以春旱、冬旱为主，而中东部地区则以夏旱为主，而黔西南州为贵州省的秋旱易发地区。

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作者简介：田富国（1992-），男，汉族，河南驻马店人，硕士研究生，单位：华北水利水电大学水利学院农业水土工程专业，研究方向：区域水资源高效利用。