黔东南干旱的时空特征分析及其气候区划

杨 帆，陈 波，余代辉，张 超

(1.贵州省黔东南自治州气象局，贵州 凯里 556000；2.贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000)



黔东南干旱的时空特征分析及其气候区划

杨 帆1，陈 波2，余代辉1，张 超1

(1.贵州省黔东南自治州气象局，贵州 凯里 556000；2.贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000)

利用黔东南1981—2012年16个县市的干旱受灾数据，通过主成分分析和旋转主成分分析方法对黔东南农业气象干旱进行分析。结果表明：黔东南农业气象干旱在空间上表现为较高的整体一致性，州中西部与其余地区，州南部与州北部具有反向变化的特征。32 a来，黔东南干旱总体呈加重趋势，其中2010—2011年发生了极端干旱事件，中西部与其余地区因干旱导致的受灾强度反向变化特征呈微弱下降的趋势，而南北反位相变化特征越发突出。黔东南农业气候干旱可以划分为3个明显的相关区域，分别为黔东南西北部、东北部以及中南部，州东北部及中南部总体而言干旱呈加重的趋势，而州西北部干旱呈缓解趋势，其中干旱年际变率最大的是中南部。

干旱；主成分分析；旋转主成分分析；气候区划

1 引言

在贵州，气象灾害给农业生产造成的损失占各种自然灾害的80%以上[1]。20世纪，谷晓平等[2]在对农业气象灾害风险研究时就已提出干旱是贵州省影响最大、波及面积最广的气象灾害，随后，苏跃等[3-4]通过分析1950—2003年贵州灾害资料，也进一步证明了这一点。黔东南苗族侗族自治州(以下简称黔东南)位于贵州省东南部，地处云贵高原向湘桂丘陵盆地的过渡地带，地势西高东低，山地、丘陵相间，使得境内干旱具有错综复杂的特点。目前已有学者从气象干旱的角度出发研究黔东南干旱，如顾欣等[5-6]统计1961—2009年黔东南四季最大连续无雨日数，用各季节极端干期日数来讨论黔东南干旱，结果表明黔东南各季节极端干期日数最多出现在秋季，并且时空分布存在差异大，在大尺度天气系统控制下，各季节极端干期日数事件的步调基本一致，而中东部发生异常的频次较高。本文利用黔东南州民政局提供的数据，主要从干旱导致的实际受灾面积出发，分析研究黔东南干旱的时空分布特征，并进行干旱气候区划，以期为后期确定区域化的干旱监测指数提供一定的参考。

2 资料与方法

利用黔东南州民政局提供的1981—2012年境内16个县市的干旱灾情数据，计算各县市的逐年干旱受灾率序列，计算方法为：干旱受灾率=(干旱受灾面积/播种面积)×100%，其中受灾面积是指因自然灾害破坏力而遭受损失的农作物播种面积。对标准化的干旱受灾率进行主成分(EOF)和旋转主成分(REOF)[7]分析，并用North等[8]提出的计算特征值误差范围的方法进行显著性检验，分析黔东南农业干旱的时空分布特征，进一步得出合理的干旱气候区划。

3 黔东南干旱的时空分布特征

3.1 黔东南干旱空间分布

对黔东南干旱受灾率用主成分(EOF)分析，各主成分的个别方差贡献率以及相应的累积方差如表1所示。从结果看出，收敛比较快，其中第 1主成分所占的方差比例最大为73.93%，主成分的方差所占比例依次递减，从第7主成分开始，方差贡献率<2%。为保证EOF分解的可靠性，进一步用North等提出的方法进行显著性检验，结果为前3个EOF特征向量满足要求，表明这3个共同解释了84.31%总方差的主成分已经能够较好地表征黔东南干旱受灾率的空间分布特征。

图1为黔东南年尺度的干旱受灾率进行EOF 分解后的前3个载荷向量的空间分布图。第一载荷向量场上(图1a)，整个黔东南区域为一致的正值分布，这表明实际的干旱从空间异常上来讲，具有很好的一致性，说明黔东南干旱一般受天气尺度的系统影响，表现为一致的干旱或湿润，这是黔东南旱涝异常的第一气候特征。进一步可以看出，载荷向量最大值为州中南部的剑河与黎平为0.28，这2个县即是黔东南旱涝异常最敏感的区域，其次为榕江0.27。

第2载荷向量场(图1b) 表现为黔东南中西部明显与其余地区反向变化的特征，具体来说，麻江、丹寨、雷山、凯里、黄平为正值区，最大值为麻江0.79，剑河、黎平为0，其余县为负值，最小负值为从江-0.18。主要原因是受滇黔静止锋影响，由于黔东南西高东低地形，当受东北路径冷空气影响时，冷空气在西进的过程中，白天受山脉阻挡，常使得锋后降水比锋前明显，而夜间冷空气势力强盛，静止活跃锋生并向西移动，雨区才会向西扩展。此载荷向量的方差贡献率为6.18%。

第3载荷向量场(图1c)基本表现为南北反位相的特征，北部麻江、黄平、镇远、岑巩、三穗、天柱、台江为负值，其余为正值。这可能与冷空气分别以东北路径和西部路径同时夹击影响有关。此载荷向量的方差贡献率为4.20%。

图1 黔东南年尺度的干旱受灾率进行EOF 分解后的第1(a)、 第2(b)、 第3(c)载荷向量场

3.2 黔东南干旱时间变化特征

为了解黔东南干旱的时间变化特征，对黔东南干旱受灾率的前3个载荷向量场对应的时间系数曲线进行线性趋势及六阶拟合分析，如图2所示。

第1时间系数(图 2a)线性趋势总体呈上升趋势，倾向率为0.4/10 a，结合图 1a分析，表明 1981—2012年黔东南干旱整体来讲，呈加重趋势。由时间系数的六阶拟合曲线反映出，20世纪80年代直至20世纪末，第1时间系数在波动中缓慢下降，而后开始明显上升。从系数序列曲线看出，2011年为时间系数序列的正极值年，2010年为次正极值年，结合图1a反映出2010—2011连续2 a全州出现了极端干旱事件。

图2 黔东南干旱受灾率的第1(a)、第2(b)、第3(c)载荷向量场对应的时间系数、线性趋势及六阶拟合曲线

第2时间系数(图 2b)线性趋势呈微弱的下降趋势，倾向率仅为-0.08/10 a，说明黔东南中西部与其余地区因干旱导致的受灾强度呈反向变化的特征呈微弱下降的趋势。由六阶拟合曲线反映出，时间系数在20世纪80—90年代中期呈缓慢上升的趋势，接着直至2005年明显下降，近几年又明显上升。在这一系数序列中，1998是最大正值年，2003为负极值年。

第3时间系数(图 2c)线性趋势总体呈上升趋势，倾向率为0.36/10 a。结合图1c可知，黔东南旱涝异常南北反位相变化的特征呈上升的趋势。由六阶拟合曲线呈多波动型的特点， 2011年为正极值年，1989年为负极值年。

4 黔东南干旱气候区划及各干旱区年际变化特点

4.1 黔东南干旱气候区划

3.1讨论的是黔东南干旱总体空间异常结构，可以看出黔东南农业气象干旱在空间上表现为较高的整体一致性，但州中西部与其余地区，州南部与州北部具有反向变化的特征。为进一步突出境内各地域的干旱气候变化特征，在主成分分析的基础上对前3个主成分及对应的载荷向量进行旋转，旋转后的结果如图3所示。

图3 黔东南年尺度的干旱受灾率在EOF基础上取前3向量进行REOF 旋转后的第1(a)、第2(b)、第3(c)载荷向量

取旋转后载荷向量元素值绝对值>0.30(通过α0.01的显著性检验)的区域来划分主要干旱的地域相关区域，由此3个旋转载荷向量场来确定黔东南干旱的3个主要空间异常相关区域如下图4所示。

图4 黔东南干旱相关区域图

Ⅰ区：州东北部，中心在三穗，中心旋转载荷向量值为0.78(图3a)，包括锦屏、天柱、三穗、镇远、岑巩。前面已经讨论过，黔东南地形总体而言西高东底，当冷空气从东北路径影响黔东南时，会受地形阻挡使得冷空气西进受阻，进而使得锋后即州东北部降水较锋前明显，使得Ⅰ区干旱特征有别于另两个区域，这与引言部分提到的顾欣[5]等的结论比较接近。

Ⅱ区：州西北部，中心为麻江，中心旋转载荷向量值为正的0.96(图3b)，包括台江、凯里、麻江、黄平、施秉。当西风带低槽自西北向东南移动的过程中，受黔东南中部雷公山阻挡抬升，州西北部属于西风带系统的迎风坡，地形抬升作用会加强西风带系统带来的降水，而Ⅰ区却大都属于西风带系统的背风坡，故这两个区域，也就具有了不同的干旱特征。

Ⅲ区：州中南部，中心在雷山，中心旋转载荷向量值为-0.82(图3c)，包括从江、榕江、丹寨、黎平、雷山、剑河。前面在讨论EOF分解第1载荷向量时已经提到，以剑河、黎平为代表，Ⅲ区是黔东南旱涝异常最敏感的区域，黔东南属于亚热带季风气候区，也即是说这里是黔东南受季风影响最大的区域。参考文献[9]，受雷公山阻挡，Ⅲ区是南支系统的迎风坡，同样地形抬升作用会加剧南支系统系所带来的降水，使得这里的干旱特征与Ⅰ区、Ⅱ区有较大区别。

4.2 黔东南各干旱区干旱年际变化特点

图5为4.1中所划分的3个干旱气候区的干旱受灾率的变化曲线及其对应的线性趋势和六阶拟合线，从中可看出，Ⅰ区、Ⅲ区总体而言干旱呈加重的趋势，其线性倾向率分别为0.01/10 a与0.029/10 a，而Ⅱ区受旱程度则在缓慢下降，倾向率为-0.001/10 a。从六阶拟合线来看变化情况，变率最大的是Ⅲ区，其次是Ⅰ区，Ⅱ区最小。

图5 1981—2012年黔东南I区(a)、II区(b)、III区(c)干旱受灾率的曲线、线性趋势及六阶拟合曲线

5 结论

①黔东南干旱的空间分布具有较高的一致性，其第1主成分方差贡献占总体方差的73.93%。由于地理位置、地形、冷空气入侵路径、天气系统等的影响引起干旱变化的空间分布差异，主要表现为州中西部明显与其余地区反向变化以及南北反位相变化的特征，分别占总体方差的6.18%与4.20%。

②1981—2012年黔东南干旱整体呈加重趋势，其中2010—2011年全州出现了极端干旱事件。黔东南中西部与其余地区因干旱导致的受灾强度呈反向变化的特征呈微弱下降的趋势；旱涝异常南北反位相变化的特征呈趋于明显的趋势。

③根据旋转主分量载荷向量的分布及其间的相关性，大致可将黔东南干旱划分为3个基本相关的区域，即黔东南东北部、西北部以及中南部。州东北部及中南部总体而言干旱呈加重的趋势，而州西北部干旱呈缓解趋势，其中干旱年际变率最大的是中南部。

[1] 许炳南.贵州主要农业自然灾害及其防御对策[J].灾害学，2000，15(3)：61-66.

[2] 谷晓平，吴俊铭，武文辉.贵州省农业气象灾害风险研究[J].贵州气象，1997，4(21)：3- 6.

[3] 廖婧琳，苏跃，冯泽蔚，等.54年来农业自然灾害对贵州农业经济的影响分析[J].安徽农业科学，2008，36(25)：11 114-11 117.

[4] 苏跃，廖婧琳，冯泽蔚，等.54年来贵州旱灾及其对粮食生产的影响[J].贵州农业科学，2008，36(1)：51-53.

[5] 顾欣，杨邵洪，闵新平，等.黔东南地区各季节极端干期的变化特征分析[J].中国农业气象，2011，32(2)：296-302.

[6] 顾欣，杨邵洪，黄大卫，等.黔东南地区各季节极端干期日数的时空分布特征[J].高原气象，2012，31(2)：463-469.

[7] 李跃清.相空间EOF方法极其在气候诊断中的应用[J].高原气象，2001，20(1)：88-93.

[8]NORTH J R，BELL T，CAHALAN R，et al.Sampling errors in the estimation of empirical orthogonal function[J].Mon Wea Rev，1982，110：699-706.

[9] 顾欣，田楠，潘平珍.黔东南暴雨气候特征及其地形影响[J].气象科技，2006，34(4)：441-445.

2015-04-17

杨帆(1986—)，女，助工，主要从事短期天气预报工作。

新的气象干旱综合检测指标(MCI)在黔东南本地化应用研究(黔气科合 QN[2014]18号)。

1003-6598(2015)06-0046-04

P466

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