池再香，李贵琼，白 慧，龙先菊，潘徐燕，肖艳林

(1. 贵州省六盘水市气象台，六盘水 553001；2. 贵州省盘县气象局，盘县 553537；3. 贵州省气候中心，贵阳 550002；4. 贵州省黔东南州气象局，凯里 556000；5. 贵州省气象信息中心，贵阳 550002）



干季贵州省东西部区域干湿状况差异分析*

池再香1，李贵琼2，白 慧3，龙先菊4，潘徐燕5，肖艳林1

(1. 贵州省六盘水市气象台，六盘水 553001；2. 贵州省盘县气象局，盘县 553537；3. 贵州省气候中心，贵阳 550002；4. 贵州省黔东南州气象局，凯里 556000；5. 贵州省气象信息中心，贵阳 550002）

摘要：利用贵州85个气象观测站1960年10月-2010年3月逐日平均气温、降水量、小型蒸发量等资料，选用线性趋势、M-K突变、Morlet小波、积温干燥度指数以及气候干湿指数等方法，对贵州干季（10月-翌年3月）气象干旱进行分析。结果表明：（1）1960-2010年贵州东西部区域干季降水量均无显著线性变化趋势，但有一定的阶段性变化特点；西部区域2002年之后降水量呈极显著减少趋势，其线性变化率为-59.5mm·10a-1（p＜0.01)，东部区域2005年之后降水量呈极显著减少趋势，其线性变化率为-97.7mm·10a-1（p＜0.01）。21世纪前10a贵州东西部区域气象干旱均呈加重趋势。两区域降水量的突变时段和周期性特征均存在显著性差异（p＜0.05），西部区域1979年发生由多到少的突变，存在5～7a的周期振荡，东部区域1995年发生由多到少的突变，存在2～3a的周期振荡。（2）近50a西部区域的积温干燥度、气候干湿指数的变化比东部区域明显偏大、偏低，西部区域的气象干旱比东部区域偏重。（3）贵州东西部区域的积温干燥度、气候干湿指数与降水距平百分率线性拟合率均较高，R2均在0.8以上，但西部区域更高，积温干燥度和气候干湿指数均能真实体现贵州东西部区域干季气象干旱程度。

关键词：冬半年；降水量；干燥度；气候干湿指数；贵州

池再香,李贵琼,白慧,等.干季贵州省东西部区域干湿状况差异分析[J].中国农业气象,2016,37(3):361-367

贵州属亚热带季风湿润气候区，但地处高原山区，地势高，起伏大，局地气候差异明显[1]。在不同的地形地势影响下，降水时空分布不均，降水主要集中在4-9月，其降水量占全年总降水量85%，有干季（10月-翌年3月）和湿季（4-9月）之分。11月-翌年2月，贵州常受大陆性极地气团控制，尤其是西部地区常受单一的干暖气团控制，处于少雨季节；而春季虽然海洋暖湿气流输送开始增强，但其势力强弱不均，加上西部区域地势高，盛行偏西干暖气流，空气中水汽含量少，故呈现出西部降水少、东部降水多的格局，严重影响西部地区小麦、乔麦、油菜等夏收作物的生长发育及产量。余卫东等[2]分析了冬小麦、夏玉米主要生育期的变化趋势及对气候变化的响应，认为影响冬小麦、夏玉米生育期的主要气象因子是温度和降水量。

据有关文献记载，随着全球气候变暖，干旱灾害有进一步加重的趋势[3]，西南地区冬、春季平均每3a出现一次连旱，严重地区持续150d以上[4]。池再香等[5]曾用大气环流形势场、干燥度、气候干湿指数等方法，研究了贵州2009年秋季至2010年春季连续干旱的强度及其形成原因和物理机制；邹海平等[6]利用湿润指数研究得出海南岛年湿润指数的空间分布及变化趋势与年降水量相似；李翔翔等[7]采用降蒸差的方法研究黄淮海平原各季节水分亏缺状况，得到黄淮海平原春季水分亏缺最严重，春旱发生频率较高的结论；郑盛华等[8]利用相对湿润度指数研究松嫩平原干旱变化特征，得到松嫩平原干旱逐年加重的结论。以往研究常用降水距平百分率、相对湿润指数、Z指数等方法来研究夏季气象干旱[9-13]；而研究冬、春季连旱的则相对较少。因此，本文拟采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析、积温干燥度以及气候干湿指数等方法，分析贵州干季（10月-翌年3月）气象干旱变化特征，以期为贵州冬半年农业生产合理布局和进一步丰富秋种夏收作物防旱避灾提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料

贵州省境内85个气象观测站1960年10月1日-2010年3月31日逐日平均气温、降水量、20cm小型蒸发器的蒸发量等观测资料来源于贵州省气象信息中心。以106°30′E为界，将贵州省分为西部区域（103°36′-106°30′E）和东部区域（106°30′-109°35′E）。西部区域主要包括罗甸、长顺、清镇、金沙、仁怀等以西35个站，主要种植马铃薯、水稻、玉米、小麦、油菜、猕猴桃、刺梨、核桃等，10月-翌年3月田间主要生长小麦、乔麦、油菜、蔬菜等作物；东部区域主要包括桐梓、遵义、息峰、龙里、平塘等以东50个站，主要种植水稻、红薯、小麦、油菜、柑橘、梨、杨梅等，10月-翌年3月田间主要生长小麦、油菜、马铃薯、蔬菜等作物。

1.2 指标和方法

1.2.1 干湿季划分

采用降水相对系数C[1]将全年划分为干、湿季，其表达式为

式中，r为某旬的多年平均降水量，R为年平均旬降水量，即年平均降水量除以36，单位均为mm。C≥1.0表示旬降水相对较多，定为湿季；C＜1.0表示旬降水相对较少，定为干季。通过计算贵州85个站的C值，将10月-翌年3月划为干季，4-9月划为湿季。

1.2.2 积温干燥度指数（K）

根据池再香等[5]修订谢良尼诺夫积温法得到的公式，计算整个干季的积温干燥度指数，即

式中，ATDI为某年干季（10月1日-翌年3月31日）的积温干燥度（℃·d·mm-1），∑T为同期＞0℃日平均气温之和（℃·d），∑R为同期日降水量之和（mm）。ATDI越大表示气候越干燥、气象干旱越严重；ATDI越小表示气候越湿润、气象干旱越轻。1.2.3 气候干湿指数（I）

根据池再香等[5]对卫捷等[14]干旱指数的修订，贵州省干季的气象干旱程度用气候干湿指数进行分析，即

式中，I为某年干季（10月1日-翌年3月31日）的气候干湿指数，R为该年同期总有效降水量，E为同期气候蒸发量(口径为20cm的小型蒸发皿观测值)。I=1.0表示有效自然降水和气候蒸发收支平衡，0≤I＜1.0表示气候趋于干燥，I＞1.0表示气候趋于湿润。I越小表示气候越干燥、气象干旱越重；I越大表示气候越湿润、气象干旱越轻。

1.2.4 方法

利用85个站资料计算历年各项指标值后，分别得到东部区域和西部区域各指标值的算术平均值序列，使用线性趋势分析、滑动平均、Mann-Kendall（简称M-K）突变分析和Morlet小波分析方法，分析各区域干季气象干旱指数的时空变化特征，显著性检验均为t检验[15]。

2 结果与分析

2.1 东西部区域干季降水量变化差异分析

2.1.1 变化趋势

由图1a可见，1960-2010年，西部区域干季降水量的最大值为306.6mm，最小值为90.6mm，多年平均为223.5mm，降水量以6.5mm·10a-1的趋势减少，分析期内无明显的线性变化趋势，但有一定的阶段性变化特点。3a滑动平均曲线显示，1960-1965年、1980-1984年和1990-2002年的降水量相对较多，1968-1976年、1985-1990年相对较少；尤以2002年之后，干季降水量呈极显著减少趋势，其线性倾向率为-59.5mm·10a-1（p＜0.01）。由图1b看出，东部区域干季降水量的最大值为526.6mm，最小值为174.5mm，多年平均为349.9mm，分析期内无明显的线性变化趋势，但有一定的阶段性变化特点。3a滑动平均曲线显示，1960-1966年、1989-2004年的降水量相对较多，1968-1976年和1985-1989年相对较少；尤以2005年之后，干季降水量呈极显著减少趋势，其线性倾向率为97.7mm·10a-1（p＜0.01）。由此可见，贵州西部区域和东部区域干季降水气候存在明显不同，尤以21世纪之后，两区域的气象干旱趋于加重。

图1 贵州东、西部区域干季降水量年际变化（1960-2010年）Fig. 1 Inter-annual variation of precipitation during dry season in western and eastern region in Guizhou province(1960-2010)

2.1.2 突变分析

利用M-K突变检验方法，对1960-2010年贵州干季的降水量进行突变检测，给出显著性水平为0.05。由图2a看出，降水量序列（UF，实线）在20世纪60年代-70年代中期较高，之后逐渐降低，且降低趋势明显，西部区域降水量的突变时间在1979年（UF 与UB交点），发生由多到少的突变，降水量呈极显著减少趋势，其线性倾向率为9.1mm·10a-1（P＜0.01）。由图2b看出，降水量序列（UF，实线）在20世纪60年代-90年代中期较高，之后逐渐降低，且降低趋势明显，东部区域降水量的突变时间在1995年（UF 与UB交点），发生由多到少的突变，降水量呈极显著减少趋势，其线性倾向率为67.2mm·10a-1（P＜0.01）。从突变时间上看，东部区域干季降水量减少趋势较西部区域推迟了16a，这与东部区域干季降水量总体呈略增多趋势有关。

图2 贵州东、西部区域干季降水量的M-K突变检验Fig. 2 M-K statistic curve of precipitation during dry season in western and eastern Guizhou

2.1.3 周期变化

由图3a看出，西部区域在20世纪70年代-80年代中期存在5～7a的年代际振荡周期，同时在80年代还存在一个15～18a的年代际振荡周期，图中还显示，在2005年之后西部区域存在2a左右的年际振荡周期，是受底部的影响，而另外一个15～18a的年代际振荡周期是受头部的影响，均可能为虚假周期，故均不予采用。由图3b看出，东部区域在20世纪90年代呈2～4a的周期振荡，另一个在70年代中期存在弱的5a左右周期振荡，同理，在20世纪70年代存在的14～16a的年代际振荡周期受头部的影响，可能为虚假周期，不予采用。

图3 贵州东、西部区域干季降水量的周期特征Fig. 3 Periodic features of precipitation during dry season in western and eastern Guizhou

2.2 东西部区域干季积温干燥度差异分析

利用式（2）对贵州东、西部区域干季积温干燥度及其相应年代平均值进行计算，结果见表1。由表1可见，近50a 来，贵州西部区域和东部区域各年代平均积温干燥度在1.5℃·d·mm-1左右，历年干季积温干燥度为0.7～4.8℃·d·mm-1。从各年代平均值的变化来看，两个区域变化趋势基本一致。20世纪70年代积温干燥度值均比60年代高，表明70年代气象干旱偏重，但西部区域积温干燥度值比东部区域偏高要多，说明西部区域在70年代的气象干旱比东部区域偏重；80年代，两区域积温干燥度均略降低，但东部区域比西部区域的变化更为明显；90年代，两区域的积温干燥度继续降低，表明全省90年代气象干旱程度降低；21世纪初，东西两区域的积温干燥度趋于升高，且西部区域积温干燥度值比东部区域偏高0.826，表明贵州21世纪00年代气象干旱较重，西部区域比东部区域更严重。总体上，20世纪70年代和21世纪初，贵州干季温度偏高、降水偏少，气象干旱较重；20世纪60、80和90年代气温偏低、降水偏多，气象干旱较轻。

表1 1960-2010年贵州东、西部区域干季积温干燥度（ATDI）的年代平均值（℃·d·mm-1）Table 1 Decadal average of ATDI during dry season from 1960 to 2010 in western and eastern Guizhou（℃·d·mm-1）

将积温干燥度与同期降水距平百分率进行线性拟合，结果见图4。由图可见，近50a来，贵州东西部区域干季积温干燥度与降水距平百分率的线性拟合率均很高，R2均在0.8以上，西部区域高于东部。说明两区域积温干燥度与降水距平百分率间具有极显著的负相关关系（P＜0.01），积温干燥度越大，降水距平百分率越小，气候越干燥，气象干旱越严重；反之，积温干燥度越小，降水距平百分率越大，气候越湿润，气象干旱越轻。降水距平百分率小于-20%时，西部区域的积温干燥度比东部区域的偏大1.258～2.374℃·d·mm-1，表明西部区域干季的气象干旱比东部区域严重；降水距平百分率在-20%～20%时，西部区域的积温干燥度比东部区域偏大0.685～1.019℃·d·mm-1，表明西部区域干季的气象干旱比东部区域偏重；降水距平百分率在20%以上时，西部区域的积温干燥度与东部区域的相差不大，表明东部区域干季的气象干旱程度与西部相近。由此可知，干季降水距平百分率在20%以下时，西部区域气象干旱比东部区域偏重。

图4 贵州东、西部区域干季积温干燥度与降水距平百分率散点图Fig. 4 The scatter plot between the ATDI and precipitation anomaly percentage during dry season in western and eastern Guizhou

2.3 东西部区域干季气候干湿指数分析

利用式（3）分别对贵州东西部区域干季气候干湿指数进行计算，并计算相应年代的平均值，结果见表2。由表可见，近50a来，贵州西部区域和东部区域各年代平均气候干湿指数均在0.8左右，历年干季气候干湿指数为0.4～1.8。从各年代平均值变化来看，两区域的气候干湿指数变化趋势基本一致。20世纪70年代气候干湿指数均比60年代低，表明70年代气象干旱偏重，但西部区域气候干湿指数比东部区域偏低0.253，说明西部区域在70年代的气象干旱比东部区域严重；80年代，两区域气候干湿指数均略升高，表明80年代两区域的气象干旱较70年代偏轻；90年代，两区域的气候干湿指数与80年代相比变化不大，表明贵州90年代气象干旱偏轻；21世纪初，两区域的气候干湿指数趋于降低，且西部区域气候干湿指数比东部区域偏低0.231，表明贵州21世纪00年代气象干旱较严重，西部区域比东部区域更重。总体上，20世纪70年代和21世纪00年代，贵州干季降水偏少、蒸发偏大，气象干旱偏重；20世纪60、80和90年代降水偏多、蒸发偏少，气象干旱偏轻。

表2 1960-2010年贵州东、西部区域干季气候干湿指数（I）的年代平均值Table 2 Decadal average of arid-wet index（I） during dry season from 1960 to 2010 in western and eastern Guizhou

将气候干湿指数与同期降水距平百分率进行线性拟合，结果见图5。由图可看出，近50a来，贵州东西部区域干季气候干湿指数与降水距平百分率间的线性拟合率均很高，R2均在0.8以上，且西部区域高于东部。说明两区域气候干湿指数与降水距平百分率间具有极显著的正相关关系（P＜0.01），气候干湿指数越小，降水距平百分率越低，说明气候越干燥，气象干旱越重；反之，气候干湿指数越大，降水距平百分率越高，说明气候越湿润，气象干旱越轻。

由图5还可以看出，降水距平百分率小于-20%时，西部区域的气候干湿指数比东部区域偏低0.343～0.488，表明西部区域干季气象干旱比东部区域偏重；降水距平百分率在-20%～20%时，西部区域的气候干湿指数比东部区域偏低0.412～0.556，表明西部区域干季气象干旱比东部区域偏重更明显；但降水距平百分率在20%以上时，西部区域的气候干湿指数比东部区域偏低0.134～0.446，表明西部区域干季气象干旱比东部区域偏重。由此可知，西部区域干季气象干旱比东部区域偏重。

图5 贵州东、西部区域干季气候干湿指数与降水距平百分率散点图Fig. 5 The scatter plot between the arid-wet index and precipitation anomaly percentage during dry season in western and eastern Guizhou

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）从贵州东西部区域干季降水气候变化趋势看，1960-2010年西部区域降水量以6.5mm·10a-1的趋势减少，尤以2002年之后降水量呈极显著减少趋势，其线性倾向率为59.5mm·10a-1（P＜0.01）；东部区域降水量以2.1mm·10a-1的趋势增多，但2005年之后降水量呈极显著减少，其线性倾向率为97.7mm·10a-1（P＜0.01），说明进入21世纪贵州东西部区域干季的气象干旱呈加重趋势，但东部区域气象干旱加重趋势比西部区域延后3a。M-K检验结果显示，东西部区域降水量在突变时间上存在显著差异，西部区域降水量在1979年发生由多到少的突变，东部区域在1995年发生由多到少的突变，突变年后气象干旱程度加重，且西部区域干季气象干旱比东部区域偏重；Morlet小波周期特征显示，西部区域降水量存在5～7a的周期振荡，而东部区域降水量存在2～3a的周期振荡。

（2）1960-2010年贵州西部区域干季积温干燥度、气候干湿指数分别比东部区域的偏大、偏低，说明西部区域气象干旱比东部区域偏重；两区域的积温干燥度、气候干湿指数与降水距平百分率线性拟合率均很高，R2均在0.8以上，且西部高于东部，说明积温干燥度和气候干湿指数均能真实体现贵州东西部区域干季气象干旱程度。东西部区域干季积温干燥度变化与气候干湿指数变化呈反相位，20世纪70年代和21世纪00年代的积温干燥度大，相应地气候干湿指数低，表明此时段温度偏高、降水偏少、蒸发偏大，气象干旱偏重；20世纪60、80和90年代的积温干燥度小，气候干湿指数高，表明温度偏低、降水偏多、蒸发偏小，气象干旱偏轻。

3.2 讨论

本研究所采用的降水量线性趋势、M-K突变、Morlet小波、积温干燥度、气候干湿指数真实客观地反应了贵州东西部区域干季降水量以及气象干旱变化趋势特征，但两区域的降水突变时段、周期特征、积温干燥度、气候干湿指数均存在明显差异。干季降水距平百分率越小，西部区域的积温干燥度比东部区域明显偏大，其气候干湿指数比东部区域明显偏低，表明西部区域气象干旱比东部区域明显偏重；降水距平百分率越大，两区域的积温干燥度基本相同，表明两区域的气象干旱程度相似，但东部区域的气候干湿指数比西部区域明显偏高，这又表现为东部区域的气象干旱比西部区域偏轻，这种矛盾可能与地形地貌、植被等有关，因为西部区域具有典型的喀斯特地貌，植被条件较差，而东部区域植被条件较好[16]；另外，贵州地处低纬高原，境内山高峪深、下垫面崎岖不平，局地气候差异明显，加上地形地势自东向西呈3个阶梯状，西高东低，中部隆起为脊背，造成降水空间分布复杂多变，导致西部区域和东部区域干季降水气候存在明显不同。因此，造成贵州东西部区域降水量变化是多种影响因素共同作用的结果，这些差异有待进一步研究。

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Difference of Dry and Wet Conditions during Dry Season in Western and Eastern of Guizhou Province

CHI Zai-xiang1, LI Gui-qiong2, BAI Hui3, LONG Xian-ju4, PAN Xu-yan5, XIAO Yan-lin1
(1.Liupanshui Meteorological Station, Liupanshui 553001, China; 2.Panxian Meteorological Bureau, Panxian 553537; 3.Guizhou Climate Centre, Guiyang 550002; 4.Meteorological Bureau of Southeast Guizhou, Kaili 556000; 5.Guizhou Meteorological Information Centre, Guiyang 550002)

Abstract:Based on the data of daily air temperature, precipitation, a small amount of evaporation capacity from 85 meteorological stations from October 1960 to March 2010 in Guizhou province, by using the methods of linear trend, M-K mutation, Morlet wavelet, accumulated temperature dryness index(ATDI) and arid-wet index(I), the meteorological drought situation in dry seasons (from October to March of next year) of Guizhou province was analyzed. The results showed that the precipitation did not changed obviously in western and eastern region of Guizhou province, though with a little periodical change. In the western region, the precipitation had reduced since 2002, with the linear tendency -59.5mm·10y-1(p＜0.01).In the eastern region, the precipitation had reduced since 2005, with the linear tendency -97.7mm·10y-1(p＜0.01).The regional meteorological drought in western and eastern region of Guizhou Province increased in 1990s, and there was significant differenton the period of sudden change and periodical characteristics (P＜0.05) for precipitation in the two regions.In the western region, the sudden change of amounts occurred in 1979, with the periodical concussion of 5-7 years. In the eastern region, the sudden change occurred in 1995, with the periodical concussion of 2-3 years. In last 50 years, the aridity index and arid-wet indexin western region were larger and lower obviously than that of eastern region and the meteorological drought in western region was severe than that of the eastern region.The temperature dryness, the arid-wet index and the linear fitting rate of precipitation anomaly percentage were quite high in the two regions, and all of R2exceeded 0.8,and the western region was higher than that of the eastern region.The temperature dryness and the arid-wet index could reflect the meteorological drought extent dry seasons in eastern and western region of Guihzou province.

Key words:Winter half year; Precipitation; Aridity index; Arid-wet index; Guizhou Province

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.012

* 收稿日期：2015-09-21

基金项目：贵州省科技计划项目（黔科合NY字[2012]3020号）；贵州省科学技术基金项目（黔科合J字[2011]2148号）

作者简介：池再香（1964-），女，侗族，正研级高工，主要从事短期气候预测预报和科研工作。E-mail：qxxf_850@163.com