基于CI指数的衡阳县2013年干旱特点分析

王 巍，阳文亮，甘武阳，郎德林，张 磊

(湖南省衡阳县气象局，湖南 衡阳 424000)

基于CI指数的衡阳县2013年干旱特点分析

王 巍，阳文亮，甘武阳，郎德林，张 磊

(湖南省衡阳县气象局，湖南 衡阳 424000)

利用衡阳县观测站1960—2013年逐日平均、最高(低)气温、降水量等气象资料，统计出该区域2013年逐日综合气象干旱指数(CI指数)、积温等数据，并对其进行日、月变化分析及历年对比。结果表明：2013年衡阳县干旱是在全球变暖背景下出现的极端气候事件，年内有两次干旱过程，过程数略偏少，第2次过程持续时间长达149 d，干旱强度为-235.1，仅次于1964年；本次干旱发展及消失过程迅速，中段持续时间长，以中等及以上干旱为主，越严重的干旱日，较历年偏多越显著；全年达到CI干旱等级日数偏多，共有162 d，7月3日—8月14日，出现了该地区有气象记录以来的最长连续高温日数(43 d)；衡阳县全年热量充沛，月积温以正距平为主，3月积温偏多最明显(32.9%)；CI指数干旱等级越高，其对降水敏感性越强。

CI指数；高温过程；高温强度；2013干旱

1 前言

2013年7—8月，湖南省衡阳县出现了历史罕见的高温酷热天气，35℃以上高温持续43 d，其中40℃以上高温3 d。全县因旱导致早稻欠收、一季稻绝收、晚稻无法栽种，农业直接经济损失达1.9亿元。关于这次高温干旱成因，专家们从大气环流形势、海温及洋流变化等方面进行了广泛研究，并达成共识[1-4]：夏季台风活动异常偏少，副高持续加强西伸，副高西侧持续稳定控制我国南方大部分地区，导致该地区持续受异常下沉运动控制，对流活动受到抑制，造成持续高温事件。

对于干旱发生、发展、结束及持续时间这一过程变化可以用综合气象干旱指数CI(Compound Index)进行描述[5]，它是以标准化降水指数、湿润度指数及近期降水量为基础设计的，同时考虑了降水和潜在蒸散两项因子，与单纯利用降水量的干旱指标相比更具说服力，指数的物理机制明确，便于深入探讨干旱发生的规律。吴哲红[6]用多种干旱指数分析贵州安顺干旱发现，CI指数可体现大部分地区农业干旱的实际情况，谢五三等[7]的研究表明，CI指数在淮河流域具有较好的区域适应性，基于CI指数计算得到的历年干旱日数与受灾面积和成灾面积的相关性通过了0.01的显著性水平检验。

大部分学者在使用CI指数时，通常是对年代际以上的长时间序列进行研究，而对单个年份的干旱状况分析还不多。基于CI指数对农业干旱有较好的指示意义，本文用它对衡阳县2013年特大干旱进行分析，并与历年值对比，以期揭示此次特大干旱过程的特点及变化规律。

2 资料与方法

2.1 资料来源及说明

本文利用衡阳县观测站1960—2013年逐日气温、降水量统计逐日CI指数。CI指数气候值基于1981—2010年数据统计所得，逐日气温、降水量值通过了湖南省气候中心质量控制。

2.2 计算方法

本文参考《气象干旱等级》国家标准(GB/T 20481～2006)[8]中CI计算方法，利用近30 d(相当月尺度)和近90 d(相当季尺度)降水量标准化降水指数，以及近30 d相对湿润度指数综合得出，计算公式如下：

CI=aZ30+bZ90+cM30

(1)

式中Z30、Z90分别为近30 d和近90 d标准化降水指数SPI；M30为近30 d相对湿润度指数；a为近30 d标准化降水系数，平均取0.4；b为近90 d标准化降水系数，平均取0.4；c为近30 d相对湿润度系数，平均取0.8。通过公式(1)，利用前期平均气温、降水量可以滚动计算出每天CI值。根据CI值划分各气象干旱等级，见表1。

表1 综合气象干旱指数(CI)等级

干旱过程是指当综合气象干旱指数CI连续10 d为轻旱以上等级，则确定为发生1次干旱过程。干旱过程内每日的CI指数为轻旱以上的干旱等级之和，表示干旱过程强度，其值越小干旱过程越强[9]。一年中如有多次干旱过程，统计时以持续时间最长一次干旱过程的CI值之和作为当年的干旱强度。某时段积温为期间逐日平均气温累计所得，气候值统计时段是1981—2010年。

3 结果分析

3.1 干旱过程、强度分析

根据《气象干旱等级》标准，2013年衡阳县出现2次干旱过程，第1次过程出现在3月9—19日，持续时间短，影响甚微，未造成干旱。第2次过程出现在6月15日—11月10日长达149 d。衡阳县历年平均干旱过程为2.3次，年最多有5次，2013年干旱过程数较历年略偏少。但干旱过程日数较历年偏多199.4%，是有气象记录以来干旱过程次长年份，最长出现在1964年，有161 d。

2013年干旱强度为-235.1，历年平均为-66.5，偏大253.4%，其干旱强度仅次于1964年(-267.3)。

图1 衡阳县1960—2013年干旱过程日数及干旱强度变化曲线

图1是衡阳县历年干旱日数及干旱强度变化曲线，过程日数和干旱强度呈对称性变化，过程日数越多，强度越强。近11 a来(2003—2013年)，干旱过程日数以偏多、强度以偏强为主，只有2006、2008和2012年在均值以下，表明在全球变暖大背景下，干旱趋势更加明显，而2013年为该区域的干旱高峰期。

3.2CI指数各等级频率分布及日变化

根据综合气象干旱指数等级指标(表1)，2013年衡阳县特旱、重旱、中旱、轻旱出现频率分别为3.6%、9.9%，16.7%、14.2%(图2)，干旱日数占全年的44.4%，有162d。在达到干旱量级的日数中，有37.6%是中旱，32.1%为轻旱，重旱和特旱分别为22.2%和8.0%。

图2 2013年各级别干旱及无旱日出现频率

干旱不同于洪水、台风、地震等自然灾害，一旦形成或发生就很容易观测到，其发生非常缓慢，灾前无明显的征兆，有时甚至直到灾害已形成人们还未能意识到一次干旱已构成了危害，只有灾后评估时才能明确界定[10-11]。通过对衡阳县2013年逐日CI指数变化(图3)，就能清晰地反映当年干旱变化过程。衡阳县2013年干旱主要集中在6月中旬后期至11月上旬末，其中7月28日—8月11日为特旱日集中时段，7月29日和8月8日CI值为-3.0，是全年干旱最严重的时间点。重旱发生在2个时段，分别是7月2日—7月27日和8月12日-8月22日。

图3 衡阳县2013年CI指数逐日变化曲线

2013年轻旱日发生干旱频率仅为总干旱日数的14.2%，这说明以下3点：当年的干旱过程数偏少；轻度向中旱发展较快；干旱过程结束迅速。2013年第2次干旱过程中，轻旱发展到中旱历时9 d，中旱发展到重旱历时8 d，这次干旱过程结束在11月11日，当日出现了43.7 mm暴雨，直接由中旱转为正常。逐日降水与CI指数对比发现，CI指数对降水的敏感度在不同干旱等级中存在差异，干旱等级越高，其对降水的敏感性越强。8月2—3日，该区域出现了累计8.1 mm阵性降水，3日最高气温为35.9℃，但干旱等级迅速由特旱转为重旱。而在8月15—19日，连续出现5 d降水，18日降水为7.9 mm，干旱等级不变，仍为重旱。

3.3 高温日及积温变化

2013年衡阳县累计出现35℃以上高温69 d，其中7月最多(30 d)，占全年高温日数的43.5%，其次是8月(21 d)，5、6、9月分别为2 d、8 d、8 d。5—9月高温日数较历年分别偏多174.0%，193.0%，86.0%，70.3%，144.6%，全年偏多94.0%；38℃以上高温集中在7月(6 d)和8月(12 d)，较历年分别偏多127.7%、386.5%，全年偏多264.9%；40℃以上高温3 d，出现在8月，历年平均仅0.3 d，2013年偏多达900%。以上分析表明，在2013年高温天气中，气温越高，其日数偏多越明显。

2013年持续最长高温出现在7月3日—8月14日，累计43 d，这也是衡阳县有气象记录以来持续时间最长的一段，其较次多的1963年、1971年还偏多13 d，衡阳县历年最长持续高温平均为11 d，平均出现时间在7月22日—8月2日。

衡阳县2013年热量充沛，年积温为7 032.3℃，较历年偏多6.5%。全年仅4、9月积温略偏少(-1.3%)，其它月份均为正距平。尽管2013年7、8月多高温日，由于这2月的平均热量基数大，其积温偏多并不十分突出，分别为7.9%和 7.2%。倒是气温相对偏低的1、3月积温偏多较明显，达到了16.9%和32.9%。

4 结论

通过对衡阳县2013年逐日综合干旱指数分析，结合年高温日及积温变化研究，结果表明这是一次历史罕见的高温热害天气过程，具有以下特点：

① 2013年衡阳县的干旱过程相对偏少但过程持续时间长。全年有2次干旱过程，其中第2次过程持续时间长达149 d，是有气象记录以来干旱过程次长年，其干旱强度为-235.1，较历年干旱强度偏大253.4%，2013年衡阳县干旱强度和干旱持续时间均处于高峰期。

② 衡阳县2013年CI干旱日偏多，CI指数全年有162 d达到轻度及以上标准，其中轻旱、中旱、重旱和特旱出现比例分别为32.1%、37.6%、22.2%和8.1%。轻旱日数相对偏少，表明2013年衡阳县干旱发展、结束过程迅速。

③ 2013年衡阳县高温日数69 d，7月最多(30 d，43.5%)，其次是8月(21 d，35.6%)。不同等级的高温日数与历年比较，高温等级越高，其偏多越显著。最高气温≥40℃、≥38℃、≥35℃出现日数较历年偏多900.0%、264.9%和94.0%。2013年高温持续天数为有气象观测以来的最长(43 d)。

④ 衡阳县全年热量充沛，积温达7 032.3℃，较历年偏多6.5%，3月积温偏多最明显(32.9%)，而全年最炎热的7、8月，偏多不十分突出，分别为7.9%和7.2%。

⑤CI指数对降水的敏感性在不同干旱等级中存在明显差异。CI干旱指数等级越高，其对降水敏感性越强，干旱等级变化越迅速，在相对低的干旱等级中，则其对降水反应相对迟钝。

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2014-07-29

王巍(1972—)，男，工程师，主要从事灾害调查评估工作。

国家自然科学基金资助项目(41171075) ；衡阳县气象局2014年专项资金(201401)。

1003-6598(2015)02-0045-03

P426

B