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标题 近50年川中丘陵区的季节性干旱时空变化特征
范文 龙贻东　梁川　詹存



摘要：近年来川中丘陵区季节性干旱频繁发生，对四川省农业生产造成严重影响。根据川中丘陵区8个气象站点1960年—2011年的逐日气象资料，选用国家标准中相对湿润度指数作为干旱指标，采用线性趋势法、morlet小波及反距离加权插值法，研究川中丘陵区季节性干旱频率和强度的时空分布特征。研究结果表明：川中丘陵区不同季节干旱频率和强度差异大，春冬两季的干旱频率和强度显著大于夏秋两季，干旱发生主要集中在春冬两季；时间上，春旱和秋旱呈加重趋势，夏旱和冬旱呈减轻趋势，其中春旱有3个周期演变规律，冬旱有2个周期演变规律；空间上，春夏两季川中丘陵区中部为干旱高发区，秋冬两季川中丘陵区北部为干旱高发区。该研究可为川中丘陵区制定防旱减灾措施提供理论依据。
关键词：川中丘陵区；相对湿润指数；干旱；时空分布；小波变换
中图分类号：S42 文献标志码：A 文章编号：16721683（2015）06104506
Abstract：In recent years，seasonal droughts occur frequently in the hilly area of central Sichuan，resulting in serious impacts on the agricultural production in Sichuan.According to the daily meteorological data of eight meteorological stations from 1960 to 2011 in this area，the relative humidity index in the national standards was selected as the drought index，and linear trend method，Morlet wavelet，and inverse distance weighting interpolation method were used to investigate the spatial and temporal distribution of seasonal drought frequency and intensity.The results indicated that （1） drought frequency and intensity have large differences in different seasons，and they are significantly higher in spring and winter than those in summer and autumn，and drought occurs mainly in spring and winter；（2） on the temporal distribution，drought in spring and autumn tends to be worse while drought in summer and winter alleviates.Drought in spring has three cycle evolutions while drought in winter has 2 cycle evolutions；and （3） on the spatial distribution，the central hilly area of central Sichuan has high incidence of drought in spring and summer，while the northern hilly area of central Sichuan has the high incidence of drought in autumn and winter.This study can provide a theoretical basis for the drought control and mitigation measures in the hilly area of central Sichuan.
Key words：hilly area of central Sichuan；relative moisture index；drought；spatial and temporal distribution；wavelet transform
1 研究背景
干旱是影响我国农业生产的主要气象限制因子之一[1]。四川省是我国重要的农业种植区，但随着全球气候的变暖，年内降水时空分布不均，省内季节性干旱发生频率高、影响范围广、经济损失大[2]。例如2006年川渝地区百年特大伏旱 [3]、2009年秋至2010年春西南地区秋冬连旱等[4]，因此季节性干旱已严重制约了四川省的农业发展。
目前，国内学者对干旱已经做了大量的研究，干旱的研究方法和评价指标已逐渐趋于完善。任培贵等[5]利用SPEI干旱指标分析了西北地区的气象干旱变化趋势，发现西北地区普遍存在干旱现象；张振伟等[6]采用帕默尔干旱指数（PDSI）研究甘肃省的干旱时空变化特征，发现甘肃全省旱情地域差别较大，呈现微弱缓解趋势；李红英等[7]计算CI干旱指数分析宁夏干旱致灾因子特征，研究发现近30年宁夏干旱频率和干旱强度均呈增加趋势；翟禄新等[8]采用SPI干旱指标分析了西北地区气候干湿变化，发现西北地区干旱发生的地域持续在改变，但干旱频次总体呈下降的趋势。
总体而言，干旱研究主要集中在中国北方干旱、半干旱地区[510]，而西南的川中丘陵区是我国重要的农业种植区，全面系统地分析其季节性干旱时空分布特征的研究相对较少。由于干旱的影响因素多，形成原因复杂[11]，本文采用综合考虑降水与蒸发气象因子的相对湿润度指数作为干旱评价指标[12]，系统分析四川省川中丘陵区季节性干旱时空演变特征，对当地科学制定防旱减灾措施具有重要意义。
2 材料与方法
2.1 研究区概况
川中丘陵区位于103°15′E-108°30′E，27°35′N-32°52′N（图1），海拔为300～600 m，地势自东南向西北逐渐增高，是一个典型的以农业为主导产业的地区[13]。区内的地形和气候条件特殊，春季多低温寒潮，秋季多绵雨，季节性干旱频发。
2.2 资料来源及处理
本文使用的地面观测站气象数据来源于中国气象数据共享网，主要资料为8个站点（图1）1960年-2011年的逐日数据，包括降水量、平均气温、日照时数、平均风速、空气相对湿度、空气水汽压等实测数据，以计算日值为基础累积到月、年值。
2.3 研究方法
3 结果与讨论
3.1 干旱时间分布特征
3.1.1 干旱年际变化
计算川中丘陵区8个站点各个季节的相对湿润度指数平均值，采用线性趋势法得到季尺度上1960年-2011年相对湿润度指数的年际变化，见图2。
（1）春季。图2（a）显示，近52年川中丘陵区相对湿润度指数在-0.437～0.358之间变化，多年平均值为-0.056。20世纪60年代到80年代初，相对湿润度指数呈略下降的趋势（干旱强度略微上升）；20世纪80年代初到90年代初，相对湿润度指数呈明显的上升趋势（干旱强度显著下降），1992年达到最大值0.358，为干旱强度最小的年份；20世纪90年代初到20世纪末，相对湿润度指数又呈明显下降趋势（干旱加强），其中2001年达到最小值-0.437，为干旱强度最大的一年；2000年以来，相对湿润度指数呈略微下降趋势。总体趋势来看，春季湿润指数呈略微下降趋势，表明干旱强度略有加强。
（2）夏季。图2（b）显示，夏季相对湿润度指数在-0.447～1.173之间变化，多年平均值为0.395。其中，相对湿润度指数在1965年达到最大值1.173，在2006年达到最小值-0.447。总体趋势来看，夏季相对湿润度指数呈显著上升趋势，年际变化率为0.03/（10a），表明干旱强度明显下降。
（3）秋季。图2（c）显示，秋季相对湿润度指数在-0.455～1.622之间变化，多年平均值为0.308。20世纪60年代到80年代中期，相对湿润度指数以正距平为主，其中在1964年达到最大值1.622（干旱强度相对较弱）；20世纪80年代至今，相对湿润度指数以负距平为主，其中在1998年达到最小值-0.455（干旱强度相对较强）。
湿润度指数呈显著下降趋势，年际变化率为-0.11/（10a），说明该区秋季干旱强度呈明显上升趋势。
（4）冬季。图2（d）显示，冬季相对湿润度指数在-0.079～-0.776之间变化，多年平均值为-0.480。其中，在1969年达到最小值-0.776，相当于重旱，在1989年达到最大值-0.079。总体趋势来看，冬季相对湿润度指数略呈上升趋势，表明干旱强度有所缓和，但不明显。
3.1.2 干旱周期分析
对比不同季节相对湿润度指数，春季和冬季的相对湿润度指数明显较小，表明这两个季节川中丘陵区干旱尤为严重。为了进一步分析川中丘陵区干旱的周期性变化，运用morlet小波变换得到春冬两季的相对湿润度指数小波变换系数实部时频分布（图3）和小波方差（图4）。
图3显示：春季相对湿润度指数分别有8 a、13 a和29 a 3个周期，其中8 a周期在20世纪60年代到70年代中期振荡最为显著，变化相对稳定；13 a和29 a周期的相对湿润度指数出现增大和减小交替振荡的次数分别为7次和3次，周期变化具有全域性特征，并且这两个周期在近52 a都表现非常稳定（图3（a））。冬季相对湿润度指数分别出现5 a和12 a的2个周期变化规律，其中5 a周期在20世纪60年代振荡较明显；12 a周期的相对湿润度指数出现增大和减小交替的6次振荡，变化特征稳定且具有全域性（图3b）。
3.2 干旱空间分布特征
3.2.1 干旱频率空间分布
把代表站点不同季节发生的干旱次数除以总年份数作为干旱发生的频率，然后利用ArcGis进行空间插值，以此来分析川中丘陵区干旱频率的空间分布特征。
（1）春旱。图5（a）所示，川中丘陵区春旱频率在5.77%～44.23%之间，平均为21.39%，呈显著的带状分布。干旱高发区主要分布在阆中和内江地区，频率多在40%（5年2遇）以上。此外，巴中和遂宁地区春旱频率也多在20%（5年1遇）以上。高坪和泸州地区春旱发生频率最低，在10%以下。
（2）夏旱。图5（b）所示，川中丘陵区夏旱总体较轻，发生频率在1.92%～13.46%之间，平均仅为6.49%，呈显著的集中性分布。夏旱发生频率较高的地区主要分布在北部的达县和中部的高坪，频率在10%（10年1遇）以上。巴中、内江和泸州夏旱发生频率最低，在5%以下。
（3）秋旱。图5（c）所示，川中丘陵区秋旱频率介于春旱和夏旱之间，平均为10.10%，也呈显著的带状分布。其中，达县是秋旱高发地区，频率多在25%（4年1遇）以上，内江秋旱频率为17.31%，泸州频率最低为3.85%。除此之外，其他地区秋旱发生频率在5%～10%之间。
（4）冬旱。图5（d）所示，川中丘陵区冬旱最为严重，发生频率在26.93%～98.08%之间，平均高达75.0%，呈显著的北高南低的分布。其中北部的达县地区为冬旱高发区，频率在90%（10年9遇）以上。阆中、巴中、遂宁和内江地区冬旱频率多在80%（5年4遇）以上，宜宾冬旱频率也为50%（2年1遇）。此外，南部的泸州地区为冬旱低发区，频率在25%（4年1遇）以上。
3.2.2 干旱强度空间分布
计算各站点不同季节的相对湿润度指数的多年平均值表示干旱强度，然后利用ArcGis进行空间插值，以此来研究川中丘陵区干旱强度的空间分布特征。
（1）春旱。图6（a）所示，川中丘陵区春季干旱强度空间分布与春季干旱频率空间分布不一致。北部的达县、巴中和阆中，中部的遂宁和内江，南部的宜宾春季相对湿润度指数在-0.4以下，表示干旱以轻旱为主。此外，高坪和泸州地区的相对湿润度指数在-0.4以上，干旱以轻度偏弱为主。
（2）夏旱。图6（b）所示，夏季干旱强度空间分布与夏季干旱频率空间分布基本一致，呈显著的集中性分布。中部的遂宁和高坪地区相对湿润度指数较小，北部的宜宾和泸州地区相对湿润度指数次之，都在-0.4以下，干旱以轻旱为主。其他地区的相对湿润度指数都在-0.4以上，干旱以轻度偏弱为主。
（3）秋旱。图6（c）所示，秋季干旱强度呈显著的北高南低分布，北部的内江地区相对湿润度指数最小在-0.4以上，干旱以轻度偏弱为主。除此之外，其他地区的秋季相对湿润度指数都在-0.4以下，表明干旱以轻旱为主。
（4）冬旱。图6（d）所示，冬季干旱强度空间分布与冬季干旱频率空间分布一致，也就是说干旱频率高的地方，干旱强度也高，且冬季相对湿润度指数为四季中最小，表明冬季干旱最为严重。其中，北部的达县地区相对湿润度指数在-0.65以下，表示干旱以重旱为主。阆中、宜宾、巴中、遂宁和内江地区的相对湿润度指数在-0.5以下，干旱以中旱为主。此外，泸州和高坪地区的相对湿润度指数在-0.4以下，干旱以轻旱为主。
4 结论
（1）在干旱频率方面，冬旱频率最高，高发区主要在川中丘陵区北部的达县附近；春旱频率次高，高发区主要在北部的阆中和中部的内江附近；秋旱频率较低，多发区与冬旱类似，但频率和范围都不及冬旱；夏旱频率最低，高发区主要集中在川中丘陵区中部的高坪和北部的达县附近。
（2）在干旱强度方面，冬旱强度最高且与干旱频率空间分布一致，周期性强，其中12 a为第一主周期；夏旱强度最小，与干旱频率空间分布基本一致；春秋两季干旱强度介于夏旱和冬旱强度之间，其中，春旱强度周期性强，8 a为第一主周期。
（3）秋旱发生频率和强度在四季中次之，但从年际变化来看，秋季相对湿润度指数呈显著的下降趋势，年际变化率为-0.11/（10a），对冬旱强度有增加的趋势。从冬旱发生频率和强度来看，达县为川中丘陵区干旱最为严重的地区，相关部门应加强意识，采取积极防旱措施。
本文仅从气候角度分析川中丘陵区季节性干旱时空分布特征，农业生产中干旱是否发生还与地形地势、土壤状况及作物种类等多种因子有关，需要综合研究。
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更新时间：2025/3/23 1:58:09