衡邵盆地的干旱时空分布特征及其与土地类型的关系

周莉 周慧 李巧媛 朱歆炜 蒋帅 尹依雯

摘要：利用湖南省97个气象站1975—2015年常规气象资料分析了湖南省降水特征和干旱特征，在此基础上结合衡邵盆地地形，对衡邵盆地2005—2015年的干旱进行时空分布特征分析，并重点研究了该时段干旱与土地利用之间的关系。结果表明，湖南省各地年降水量时空分布不均，大部分地区的降水量主要集中在4—6月，占全年总降雨量的42%，年降水量在地域分配上差异也较大，西、南、东三面山地降水多，中部丘陵和北部洞庭湖平原降水相对较少。湖南省绝大部分地区夏秋干旱日数占全年干旱日数的60%～80%，尤以湘中衡邵盆地干旱出现的频率最高，达70%以上，且区域内各县市干旱的时空分布差别较大，衡邵盆地因受地形性下沉气流影响，过程降雨量往往少于其他地方，干旱概率较其他地区高。对于大部分区域而言，耕地、林园地、草地所占比重与综合气象干旱指数（CI）呈负相关，城乡、工矿、居民用地所占比重与CI呈正相关。

关键词：干旱;衡邵盆地;分布特征;土地类型

中图分类号：S423         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）14-0056-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.14.010 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Based on the conventional meteorological data of 97 meteorological stations in Hunan province from 1975 to 2015， the precipitation and drought characteristics in Hunan province were analyzed. On this basis， combined with the topography of Hengshao basin， the spatial and temporal distribution characteristics of drought in Hengshao basin from 2005 to 2015 were analyzed， and the relationship between drought and land use in this period was mainly studied. The results showed that the annual precipitation in Hunan province was different. The spatial and temporal distribution was uneven. The precipitation in most areas was mainly concentrated in April to June， accounting for 42% of the total precipitation in the whole year. The annual precipitation varied greatly in regional distribution. The precipitation in the west， south and east mountainous areas was more than that in the middle hills and the northern Dongting lake plain. The drought days in summer and autumn account for 60%～80% of the total number of drought days in Hunan province， especially in Hengshao basin in central Hunan province， where the frequency of drought was the highest， reaching more than 70%， and the spatial and temporal distribution of drought varies greatly among counties and cities in the region. Because of the influence of topographic subsidence airflow， the process rainfall in Hengshao basin was often less than that in other areas， and the probability of drought was higher than that in other areas. For most regions， the percentage of cultivated land， forest garden land and grassland was negatively correlated with composite meteorological drought index （CI）， while the percentage of urban and rural， industrial and mining， residential land is positively correlated with CI.

Key words： drought; Hengshao basin; distribution characteristics; land type

干旱是世界上造成經济损失最多的自然灾害，由于其影响范围大、持续时间长，所造成的经济损失也非常严重。湖南省处于亚热带季风气候区，常年6月下旬以后受西太平洋副热带高压控制，大部分地区进入晴热少雨的干旱期。干旱是湖南省主要气象灾害之一，几乎每年都有发生[1-5]。地形地表特征是影响干旱的重要因素，衡邵盆地因受地形性下沉气流影响，干旱频率较高。湘西、湘西南的石灰岩地质区土层薄，不利于蓄水保水，十天半月不雨，就容易发生干旱[6-10]。

目前对干旱指数的研究较多，一类是通过研究干旱的机理来反映具体旱涝的各个物理过程，能明确其物理机制，但其对资料的要求较高且计算繁琐，指数中的参数往往要通过经验估计来确定，大大降低了计算精度，也在一定程度上降低了这类旱涝指标的适用范围。另一类旱涝指标则是基于气象方法，从统计方面去研究降水量的分布规律，来反映旱涝的程度和持续时间，计算较为简单，所需资料容易获取，且由于指标不涉及具体的干旱机理，具有较为广泛的时空适用性[5，10-13]。综合气象干旱指数（简称CI）便是其中一种，该指数同时考虑了降水和蒸发能力因子，综合考虑了前期的天气状况，具有较好的时空对比性，目前国家气候中心运用该指数对全国范围的干旱实况进行逐日滚动实时监测，业务实践效果良好[5]。

本研究利用湖南省97个气象站1975—2015年常规气象资料，分析湖南省降水特征和干旱特征，在此基础上，利用EOF统计分析计算方法，得出各县气象站的综合气象干旱指数，根据干旱影响程度对综合气象干旱指数进行等级划分。结合衡邵地形，对衡邵盆地2005—2015年的干旱进行时空分布特征分析，此外还重点研究了该时段干旱与土地利用之间的关系。

1 资料与方法

1.1 资料

利用湖南省信息中心提供的97个气象站1975—2015年常规气象资料，包括逐小时气压、最高气温、最低气温、相对湿度、风速、风向、降水量等气象要素观测数据以及蒸发量、日照时数、植被等因子资料。

1.2 综合气象干旱指数

CI是利用近30 d和近90 d降水量标准化降水指数，以及近30 d相对湿润指数进行综合而得，该指标既反映短时间尺度（月）和长时间尺度（季）降水量气候异常情况，又反映短时间尺度水分亏欠情况。该指标适合实时气象干旱监测和历史同期气象干旱评估[5，14-17]。CI的计算公式如下：

式中，Z30、Z90分别为近30 d和近90 d标准化降水指数（SPI）;a为近30 d标准化降水系数，由达轻旱以上级别Z30的平均值除以历史出现的最小Z30得到，平均取0.4;b为近90 d标准化降水系数，由达轻旱以上级别Z90的平均值除以历史出现最小Z90得到，平均取0.4;c为近30 d相对湿润系数，由达轻旱以上级别M30的平均值除以历史出现最小M30得到，平均取0.8。M30为近30 d相对湿润度指数，由式（2）可得;相对湿润度指数是表征某时段降水量与蒸发量之间平衡状况的指标之一。该等级标准反映作物生长季节的水分平衡特征，适用于作物生长季节旬以上尺度的干旱监测和评估。

相对湿润度指数的计算见式（2）：

式中，P为某时段的降水量;PE为某时段的可能蒸散量[5]。

CI分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级[5]，分级标准：CI>-0.6，无旱;-1.2

2 湖南省降水特征和干旱特点

湖南省各地年降水量时空分布不均，由图1a可以看出，大部分地区的降水量主要集中在4—6月，其中湘东、湘南、益阳大部、常德南部、怀化北部降水量最大，超过1 600 mm，衡阳、邵阳、娄底南部降水量最小，不足1 300 mm。由图1b可以看出，3个月的降水量占全年总降雨量的42%，其中怀化大部、吉首南部4—6月降水量占全年降水量的百分比最大，超过45%。因入汛相对较迟，湘西北地区年降水量主要集中在5—7月（图1c）。年降水量在地域分配上差异也较大，西、南、东三面山地降水多，中部丘陵和北部洞庭湖平原降水相对较少。

由图2可以看出，湖南省年干旱日数为60～95 d，其中，湘中衡邵盆地干旱日数最长，达85 d以上，有“干旱走廊”之称。由图2b可以看出，湖南省年中旱日数在30～48 d，其中湘中衡邵盆地中旱日数最长，达38 d以上。由图2c可以看出，全省绝大部分地区夏秋干旱日数占全年干旱日数百分比达60%～80%，尤以湘中衡邵盆地干旱出现的频率最高，达70%以上。衡邵盆地因受地形性下沉气流影响，过程降雨量往往少于其他地方，干旱概率较其他地区高。由于地形、地貌不同，各地气候略有差异，加上土壤、植被、水利设施、耕作制度不同，以及各地的抗旱能力也不同，旱灾具有明显的地区差异。

3 衡邵盆地干旱的时空分布

衡邵盆地區域内每年都有不同程度的干旱发生，冬旱、春旱、夏秋干旱均有出现，但以夏秋干旱最为常见，年年都有发生，持续时间最长，影响也最大，从7月初开始旱象露头，一般可持续2～3个月，部分县市有的年份旱情可持续到12月。由2005—2015年年平均干旱日数（表1）和各县市平均干旱日数（图3）可知，各县市干旱的时空分布差别较大。衡邵盆地区域内年干旱日数为96.3 d，其中，冷水江市最少，为75 d，绥宁县最多，为112 d。干旱最少日数出现在2006年，发生在邵阳市，干旱日数为9 d，最多出现在2007年，发生在东安县，干旱日数为222 d，2006年是11年中最轻的一年，区域平均干旱日数仅38 d，当年最多的衡南县也只有81 d。而2007年却是11年间干旱最严重的一年，区域平均干旱日数为158 d。年中旱以上日数平均为48.5 d，其中，涟源市最少，为36.6 d，衡阳县最多，为60.6 d，中旱以上日数最多出现在2007年，发生在邵阳市，2006年是最轻的一年，近30%的区域出现中等以上干旱，次年2007年却是11年间中旱最严重的一年，区域平均中旱以上日数为108 d，研究区内全境达中旱标准。年重旱日数平均为20 d，其中，常宁市最少，为9.0 d，邵阳市最多，为28.5 d，干旱最多出现在2007年，发生在邵阳市，干旱日数为111 d，2006年重旱日数仅1 d，有近20%的区域为出现重度以上干旱，2007年却是11年间重旱程度最重、范围最广的一年，区域平均重旱日数为20 d，研究区内全境达重旱标准。年特旱日数为7.5 d，其中常宁市最少，为3.5 d，邵阳市最多，为12.7 d，邵阳市、邵阳县、新邵县、邵东市、隆回县、武冈市、绥宁县、祁阳县、东安县、新田县等地都在9 d以上，特旱最多出现在2005年，发生在隆回县，干旱日数为68 d，2006年全区域无特旱站点，2007年区域平均特旱日数为23 d，除娄底站外，研究区其他站均出现特旱天气。2005、2007、2011、2013年研究区中旱以上平均日数都在50 d以上，尤以2007年最为严重，研究区内每2～3年出现重度以上（90%）的干旱。从出现干旱的范围和程度来分析，干旱发生频率远较省内其他地区要高，灾害程度也较其他地区严重。