曹 言，王 杰，张 鹏，张 雷

(1.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228；2.河海大学，江苏南京 210098)



基于TRMM降水数据的云南干旱分析

曹 言1，王 杰1，张 鹏2，张 雷1

(1.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228；2.河海大学，江苏南京 210098)

根据2008～2012年TRMM3B43降水数据，通过计算TRMM降水距平和累积降水距平，分析云南省不同时间尺度下干旱的时空分布特征。结果表明，云南省干旱受降水影响显著，干旱主要发生在1、2、11和12月，其中特旱主要出现在11和12月，重旱主要出现在11、2、12和1月，中旱主要发生在12和2月，轻旱主要发生在2月，而在干旱频发月份中，干旱主要出现在滇中和滇西南地区；从云南省干旱累计来看，干旱主要出现在10月～次年1月，且主要出现在滇中地区；TRMM数据可用于中长期的旱情监测与评估，相对站点实测数据更适合于大尺度空间上宏观性的干旱监测。

TRMM；干旱；降水；时空分布；云南省

在全球变暖的背景下，极端气候如干旱，其发生的频次越来越多，且呈现出干旱强度大、影响范围广、持续时间长的特点[1-2]。云南省地处我国西南边陲地带，属低纬度高原季风气候区，加之境内特殊的地理、地质地貌环境，全省自然灾害尤其是旱灾频发，旱灾占云南省气象灾害的43%。2009年以来，云南持续5年干旱，其表现为持续时间长、干旱程度深、覆盖范围广、影响及损失大的特点[3]。连续的干旱不但致使河流断流，且导致土壤失墒严重，加之温度的异常升高，农作物需水也增加，在云南省水利工程蓄水不足的条件下，对云南省农业增产及粮食安全造成了严重的影响[4]。因此，加强全省范围内干旱监测预警具有重要的现实意义。

传统的干旱监测往往是通过设置地面实测站点进行人工监测，这对气象站点来说具有较高的精确性，但其数量有限，对大范围的旱情监测和评估缺乏时效性和代表性，且需要耗费大量的人力、财力和物力，加之区域降水时空分布极不均匀，因此无法对区域干旱进行快速准确的监测。TRMM卫星是由美国国家宇航局和日本国家空间发展局共同研制，其空间覆盖面广，降水数据在时间和空间上较为连续，能够补充气象站点稀少地区的降水数据[5-6]。目前主要用于区域降水的空间结构以及季节变化等研究[7-10]，如陈举等[8]研究表明TRMM降雨资料能够更好地体现降水时间和空间的变化、反映高大的山地地形对降雨分布的影响；杨绍锷等[9]分析表明通过TRMM数据计算月降水量距平百分率与地面站点观测数据没有明显差异，可作为旱情监测的有效手段。笔者选取2008～2012年TRMM3B43降水数据，利用地面站点观测数据和卫星遥感数据相结合，通过计算TRMM降水距平和累积降水距平，分析不同时间尺度下云南省干旱的时空分布特征，为云南省干旱动态监测提供科学依据，同时对推广卫星遥感数据在云南省干旱监测方面的应用具有一定的实用价值。

1　资料与方法

1.1TRMM数据TRMM卫星目前在各种星载传感器中已成为获取降水资料的首选[8]。该研究采用的TRMM降雨数据为云南省1998～2012年3B43数据产品，其中TRMM 3B43数据资料是由全球降水资料、全球格点雨量测量器资料和TRMM3B42合成的逐月平均全球格点化数据集[11]。利用MATLAB软件，提取1998年1月～2012年12月的TRMM3B43降水速率层，之后通过降水速率(mm/h)乘以各月的总时间(h)生成月降水量格点数据。数据及相关说明文件可从NASA网站(http：//mirador.gsfc.nasa.gov/)下载。

1.2降水距平百分率计算降水距平百分率能直观反映降水异常引起的干旱，是表征某时段降水量较常年同期值偏多或偏少的重要指标之一，同时也是我国气象干旱评估的主要参数之一[12-13]。某时段降水距平百分率(Pa)计算公式如下：

Pa=(Pi-P′)/P′

(1)

(2)

式中，Pa为降水距平百分率；Pi为某时段降水量；P′为计算研究时段多年同期平均降水量；n为1～30年，i=1，2，…，n。

1.3分析方法根据《中华人民共和国水利行业标准》的旱情等级标准，对降水距平百分率与干旱等级关系进行了定义[14]，根据月尺度、季尺度、年尺度的降水距平百分率将旱情划分为无旱、轻旱、中旱、重旱和特旱5个等级。该研究以1998～2008年云南地区29个气象站的月降水观测数据为自变量，与其对应的TRMM各格点内的月降水数据为因变量，分别在年、季、月尺度上构建一元线性回归方程，对TRMM3B43数据质量进行检验；在此基础上根据2008～2012年TRMM3B43降水数据，通过公式(1)、(2)分别计算云南省不同时段TRMM降水距平百分率和累计降水距平百分率，利用ArcGIS软件进行克里金插值，对照干旱等级标准分析2008～2012年云南省旱情的时空分布特征。

2　结果与分析

2.1TRMM数据的有效性分析从TRMM降水和站点实测降水的散点图和线性回归方程(图1)可以看出，TRMM降水与实测降水数据存在显著相关，其中月尺度上的相关系数达0.99以上，季尺度上的相关系数达0.92以上，年尺度上的相关系数达0.98以上。说明在宏观性区域中，TRMM降水数据在干旱监测方面具有较好的可靠度，能够弥补实测站点在全省性宏观方面干旱监测的不足。

图1　TRMM降水数据与站点实测值的相关性分析Fig.1　The correlation analysis of TRMM precipitation data with the site measured values

2.2基于TRMM的云南省干旱分析

2.2.1月尺度干旱时空分布特征。从图2可以看出，云南省旱情出现受降水影响显著，2008年干旱主要发生3、4、12月，其中12月干旱面积最大且旱情最严重，中旱和轻旱分别占全省面积的4.79%和18.91%；2009年干旱主要发生在1、2、3、5、10、11和12月，其中1和12月干旱面积最大，2、11和12月旱情最为严重，重旱和特旱的所占比例分别为6.70%、14.63%、20.28%和7.43%、2.20%、2.34%；2010年干旱主要发生在1、2、3和11月，其中1月干旱面积最大且旱情最为严重，特旱、重旱和中旱的所占比例分别为1.06%、22.91%和45.65%；2011年干旱主要发生在2、11和12月，其中2月干旱面积最大且旱情最为严重，重旱、中旱和轻旱的所占比例分别为15.95%、23.57%和49.47%；2012年除6～9月外，其余月份均发生不同程度的干旱，其中12和10月旱区面积最大，12月旱情最为严重，特旱、重旱和中旱的所占比例分别为11.59%、35.68%和22.55%。总体来看，云南省干旱发生频次最多的月份主要集中在1、2、11和12月，该月份内降雨最少，发生干旱面积最大且旱情最严重。其中特旱主要出现在11和12月，重旱主要出现在11、2、12和1月，中旱主要发生在12和2月，轻旱主要发生在2月，而在降水最多的6～9月份干旱出现次数较少。

分析干旱频发的11、12、1和2月云南省旱情空间分布特征(图3)发现，干旱主要出现在滇中和滇西南地区，其旱情不仅出现时间最早，且旱情最严重。1月干旱主要分布在滇中北部和滇西南，特旱和重旱主要出现在滇中东北部和滇西南东部地区；2月干旱向东部和南部移动，主要分布在滇西南、滇中、滇东南和滇东北，特旱和重旱主要出现在滇西南的南部和东部；11月干旱主要分布在滇中、滇西南和滇西北地区，特旱和重旱主要出现在滇中东北部和滇西南东部地区；12月干旱范围东部和南部扩大，主要分布在滇西南、滇东南和滇中，特旱和重旱主要出现在滇西南东部。

综上所述，TRMM降水距平百分率表明云南旱情在时间和空间上的分布不均匀，从2009年以后干旱事件频繁发生，旱区范围扩大，且旱情有加剧的趋势，其不仅与不同指数(如SPI、SPEI、TVDI)研究下的云南省干旱时空分布特征基本一致[15-18]，也与云南省近几年的实际情况基本相符。

图2　2008～2012年云南省各月份干旱分布情况Fig.2　Distribution of drought in Yunnan Province during 2008-2012

图3　干旱频发月内旱情空间分布Fig.3　The spatial distribution of drought in drought prone months

2.2.2干旱累计时空分布特征。干旱作为一个缓慢的累积过程，某月的干旱程度不仅与当月的降水量有关，还与前期的降水量也相关[6]。分别计算2008年10月～2009年3月、2009年10月～2010年3月、2010年10月～2011年3月、2011年10月～2012年3月4个时段不同月份之间的累积降水距平百分率，从图4可以看出，干旱主要出现在10月～次年1月，其出现干旱面积较大，且旱情较严重。其中2008年10月～2009年3月并无旱情；2009年10月～2010年3月干旱范围最广，旱情以中旱为主，2009年10月～2010年1月干旱范围最广，旱区面积占全省总面积的96.40%，其特旱、重旱和中旱的面积所占比例分别为2.88%、22.31%和51.77%；2010年10月～2011年3月仅部分地区出现轻旱；2011年10月～2012年3月出现干旱范围较大，旱情以轻旱为主，2011年10月～2012年1月干旱范围最广，旱区面积占全省总面积的61.88%，其重旱、中旱和轻旱的面积所占比例分别为0.01%、16.30%和45.57%。

从图5可以看出，2008年10月～2009年3月云南无旱情，2010年10月～2011年3月仅在滇西南南部和滇东南东部出现小面积轻旱，而全省其他地区均无旱情。2009年10月～2010年3月仅滇东北和滇西南部分地区未出现旱情，其余大部分地区出现中旱、重旱和特旱，其中重旱地区主要分布在滇西北、滇西南、滇中以及滇东南地区，滇中地区旱情最为严重，出现了特旱。2011年10月～2012年3月云南省大范围呈现轻旱，滇中和滇西北地区出现中旱，其中滇中地区最为严重。

3　结论

根据1998～2012年TRMM3B43降水数据，通过验证TRMM数据的有效性，分别计算TRMM降水距平百分率和累积降水距平百分率，进而分析2008～2012年云南省干旱特征。结果表明，云南省干旱受降水影响显著，干旱主要发生在降水最少的1、2、11和12月，其中特旱主要出现在11和12月，重旱主要出现在11、2、12和1月，中旱主要发生在12和2月，轻旱主要发生在2月，在降水最多的6～9月份干旱出现次数较少；在干旱频发月份中，干旱主要出现在滇中和滇西南地区。从干旱累计时空分布特征来看，云南省干旱主要出现在10月～次年1月，主要出现在滇中地区，其干旱面积不仅最大，且旱情最为严重。TRMM数据在云南省具有较好的实用性，可用于全省大范围的旱情监测。

图4　2008～2012年干旱累计分布Fig.4　The cumulative distribution of drought during 2008-2012 year

图5　2008～2012年云南省累积干旱空间分布Fig.5　The spatial distribution of cumulative drought in Yunnan Province during 2008-2012

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Analysis on Drought in Yunnan Based on TRMM Precipitation Data

CAO Yan1, WANG Jie1, ZHANG Peng2et al

(1. Yunnan Institute of Water Resources and Hydropower Research, Kunming, Yunnan 650228; 2. Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098)

Based on the TRMM3B43 precipitation data from 2008 to 2012, TRMM precipitation anomaly and accumulated precipitation anomaly was calculated to study temporal and spatial distribution characteristics of drought in Yunnan Province in different time scale. The results showed that, precipitation was the main factor affecting drought in Yunnan Province, drought mainly occurred in Feb., Jan., Nov. and Dec., the special drought mainly occurred in Nov. and Dec., the heavy drought mainly occurred in Nov., Feb., Dec. and Jan., the moderate drought mainly occurred in Dec. and Feb., the light drought mainly occurred in Feb., in the drought prone months, the drought mainly happend in central area of Yunnan and southwestern Yunnan; From the cumulative drought in Yunnan Province, the drought mainly occurred from Oct. to Jan. Of next year and mainly happend in central area of Yunnan; TRMM data can be used for medium and long-term drought monitoring. TRMM data are more suitable than measured data in wide-range drought monitoring.

TRMM; Drought; Precipitation; Spatial and temporal distribution; Yunnan Province

云南省科技计划项目(2012CA021)。

曹言(1987- )，男，陕西户县人，工程师，硕士，从事水文水资源及遥感等研究。

2016-06-23

S 16

A

0517-6611(2016)24-195-06