基于DI的南澳县气象干旱演变特征

刘小勇，陈婷莎，许泽龙，张晓宇

（1.南澳县气象局，广东南澳 515900；2.汕头市气象局，广东汕头 515041；3.汕头市潮阳区气象局，广东汕头 515100）

干旱是一种常见的自然灾害，有影响范围大、持续时间长、经济损失重等特点，主要分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱4类，其中气象干旱是其他3类干旱的基础。干旱指数（DI）是反映气候干旱程度的指标，在气象干旱研究中发挥重要作用，但不同区域、不同时节中各种气象干旱指数的适应性存在差别［1-4］，如王素萍等［1］对多种干旱指数在中国北方的适用性及差异原因进行了研究；符静等［2］对湖南省气候干湿特征及气象干旱指标的适用性进行了研究；李军等［3］利用新型综合干旱指数，以珠江流域为例分析未来气候变化情景下研究区综合干旱的变化特征等等。许多气象工作者也对华南气象干旱进行了相关的研究［5-10］，如王春林等［6］对近50年华南气象干旱时空特征及其变化趋势进行了分析；刘嘉劲等［7］采用干旱指数（DI）对连州市气象干旱变化特征进行了分析；袁业溶等［9］基于SPI指数对近57年肇庆市干旱特征进行分析。逐日气象干旱指数（DI）是采用标准化前期降水指数（SAPI）和常年平均相对湿度指数构建的，目前已通过广东省气象局业务准入评审，成为广东省气象部门现行气象干旱指标标准。

南澳县是广东省唯一的海岛县，地处广东省最东面，属亚热带季风海洋性气候，受低纬度热带天气系统和中高纬度天气系统的交替影响，气候复杂多变。南澳县位于广东省少雨区，常出现季节性的气象干旱，给岛上的群众生活、农业生产和海岛旅游带来重大影响。本研究采用近59年来南澳县国家基本站逐日气象干旱指数对当地的气象干旱演变特征进行分析，以期掌握南澳县气象干旱的变化趋势，为南澳县气象干旱的预测和政府防灾减灾提供参考。

1 资料与方法

本研究采用南澳站1962—2020年南澳县国家基本站逐日降水资料。

逐日气象干旱指数（DI）采用当前监测站的逐日气象数据计算，并根据逐日气象干旱指数（DI）范围判断当前监测站的干旱等级。

具体包括以下步骤：

第1步：定义单站逐日气象干旱指数（DI）：

其中，APIi为第i日API；Pi为当日降水量（mm）；APIi-1为APIi前一日值；k为衰减系数，取经验值0.955。

第3步：计算式（1）中当前监测站第i日常年同期平均相对湿润度指数

①逐站计算历史同期30年（1981—2010年）逐日平均相对湿润度指数：

第4步：计算出定义的逐日气象干旱指数（DI），并根据DI范围对应的干旱类型、干旱等级判断当前监测站的干旱等级。

目前DI干旱指标已通过广东省气象局业务准入评审，成为广东省气象部门干旱指标标准。基于DI的气象干旱等级标准如表1所示。

表1 干旱等级和指标

本研究中干旱日数定义为DI达到轻旱及以上指标的日数；干旱日数连续出现10 d认为发生一次干旱过程，之后当连续10 d无干旱日数出现，认为干旱过程结束；干旱过程开始到结束时间为干旱持续时间。本研究根据1962—2020年南澳县国家基本站逐日气象DI统计气象干旱日数，运用数理统计、线性趋势、多项式分析、小波分析等统计方法对近59年来南澳县气象干旱的演变特征进行分析。

2 结果与分析

2.1 年际变化

统计可知，1962—2020年南澳县干旱总日数为6 657 d，其中轻旱3 021 d、中旱2 172 d、重旱1 038 d、特旱426 d，分别占45.4%、32.6%、15.6%和6.4%，说明南澳县干旱日数以轻旱、中旱为主，重旱、特旱日数相对较少。

由图1可知，南澳县干旱日数以0.41 d／年的速率递减（通过0.05的显著性检验），说明近59年来南澳县干旱总日数呈显著性减少趋势。1962—1973年和2009—2020年为偏多期，1974—2008年为偏少期。

图1 南澳县1962—2020年干旱日数变化

2.2 月际变化

由图2可知，南澳县1—12月都有干旱出现。干旱日数和轻-特旱日数的月际变化趋势基本相一致，11月—次年3月为干旱日数高峰期，3—7月逐月减少，8—11月逐月增加，其中6—9月没有特旱日出现。季节划分来看，冬季（12月—次年2月）干旱日数最多，占42.1%；春季（3—5月）和秋季（9—11月）相差不多，分别占25.9%和25.3%；夏季（6—8月）最少，占6.7%，可见季节性干旱现象明显。

图2 南澳县干旱日数的逐月变化

2.3 年气象干旱日数的周期变化

由年干旱日数的小波分析（图3）看出，近59年来南澳县干旱日数的年际变化具有20年的完整周期，出现多和少交替的3次振荡；1962—1985年具有准12年的周期，出现2次振荡；1995—2020年具有准8年的周期。

图3 南澳县年干旱日数小波分析

2.4 年气象干旱日数的突变

图4为南澳县年干旱日数Mann-Kendall检验。

图4 南澳县年干旱日数Mann-Kendall检验

从图4可以看出，南澳县气象干旱日数呈减少趋势，特别是1975—1976、1978—1983和1998—2001年份减少趋势都超出了信度水平0.05的临界值（-1.96）。另外UF与UB曲线分别在1965和2019年出现交点，且都位于显著性检验水平范围之内，可认为这2个时间点为突变点，其中1962—1965年气象干旱日数偏多，1966—2019年偏少。

2.5 气象干旱过程

1962—2020年南澳县共出现125次气象干旱过程，平均每年出现2.1次，气象干旱过程平均日数49 d，过程最长248 d（2001年11月—2002年7月），最短10 d（7次），其中持续时间10～30 d的过程有54次，占43.2%；31～60 d的过程有42次，占33.6%；61～90 d的过程有12次，占9.6%；91 d以上的过程有17次，占13.6%，可见干旱过程持续时间以10～60 d为主。季节划分来看，近59年来，93.2%的冬季、89.9%的秋季和74.6%的春季有出现气象干旱过程，可见在秋季到次年春季的时间里，南澳县极易发生气象干旱过程。

3 结论

1）南澳县年平均干旱日数为113 d，主要以轻旱、中旱日数为主。南澳县干旱日数以0.41 d／年的速率递减（通过0.05的显著性检验），呈显著性减少趋势。

2）干旱日数与轻-特旱日数的月际变化趋势基本相一致，11月—次年3月为干旱日数高峰期。冬季（12月—次年2月）干旱日数占42.1%；春季（3—5月）和秋季（9—11月）分别占25.9%和25.3%；季节性干旱现象明显。

3）近59年来南澳县干旱日数的年际变化具有20年的完整周期，1962—1985年具有准12年的周期，1995—2020年具有准8年的周期。

4）M-K突变检验表明，近59年来南澳县气象干旱日数呈减少趋势，1965和2019年为干旱日数突变点。

5）南澳县平均每年出现2.1次气象干旱过程，过程平均日数49 d，干旱过程持续时间以10～60 d为主。在秋季到次年春季的时间里，南澳县极易发生气象干旱过程。