科技创新与应用ｌ ２０１７年第７期 水利科技 贵州省干旱特性规律研究 田富国 徐建新 （华北水利水电大学，河南郑州４５００４５） 摘要：干旱灾害是全球最为常见的自然灾害，贵州省是我国的干旱高发地区之一。文章基于贵州省各站点近２０年的逐月降雨 资料，以标准化降水蒸散指数ＳＰＥＩ作为干旱识别指标。采用基于Ｃｏｐｕｌａ的干旱频率分析方法对贵州省各站点近２０年进行了干 旱识别及干旱频率分析；计算了其干旱频率、干旱历时、干旱历时最大值、干旱烈度、干旱烈度最大值和干旱始末等干旱变量。研 究结果揭示了贵州省干旱在时间维度和空间维度的变化及分布规律、各季节旱的分布特征规律等，其对贵州省抗旱减灾具有一 定的指导价值。 关键词：干旱频率；干旱烈度；时空规律；贵州省 Ｉ基础数据和研究方法 ‰（如）＝ｃ（ ）一 １ｎ【１＋ （Ｐ一 一１）（Ｐ 一１） １．１研究区基本情况 （３） 贵州省地处我国西南腹，是一个高起于四川盆地、广西丘陵和 湘西丘陵之间的岩溶山区，境内地势西高东低，自中部向北、东、南 式中，０为参数，它与Ｋｅｎｄａｌｌ相关系数Ｔ之间的关系如表。 ｌ相关系数Ｔ定义为 三面倾斜。贵州属亚热带湿润季风气候，大部分地区雨量充沛，年均 Ｋｅｎｄａｌ降水量为Ｉ １４３．６ｍｍ，但其降水时空分布不均衡，同时贵州省具有复 杂的喀斯特地貌，这使得贵州省成为我国的干旱高发区。 ｒ＝（ ） ∑ｓｇｎ［（ｄ，一 ）（ 一Ｓｊ）】（ｉ，ｊ：１，２，…， ） （４） ｉ＜ｊ 所用基础数据贵州省境内ｌ９个气象站点１９９３—２０１２年的逐月 降水资料，来源于中国气象科学数据共享服务网站和贵州省水利科 式中，（ｄ ，）是干旱历时、干旱烈度联合观测值。ｓｇｎ（ｘ）是符号 学研究院，数据准确可靠且具有代表性，可真实反映贵州省相对应 函数，当ｘ＞０时ｓｇｎ（ｘ）＝１，ｘ＜０时ｓｇｎ（ｘ）＝一１，ｘ＝Ｏ时ｓｇｎ（ｘ）＝０。 时段内的实际情况。贵州省境内ｌ９个气象站点分布情况见图ｌ。 表１ Ｃｏｐｕｌａ函数参数０与Ｋｅｎｄａｌｌ相关系数Ｔ的关系 ｌ‘Ｎ ∞。Ｈ ‘Ｎ 篮‘Ｎ 嚣 Ｎ 越 Ｎ ２５。Ｎ 拼。Ｈ Ｚ，’Ｎ 图１贵州省境内气象站点分布图 １．２研究方法 １－２．１干旱频率分析方法 干旱发生频率及重现期研究主要采用基于Ｃｏｐｕｌａ的干旱特征 变量分析方法。干旱特征变量分布中，干旱烈度Ｓ及干旱历时Ｄ大 致复合Ｇａｍｍａ分布和指数分布。且可以用适线法去调试进而确定 其分布函数的相关参数，以解决因为干旱特征变量数据的有限性及 局限性而引起的计算差异及与事实不符的问题。而当要运用两个特 征变量来表示某一干旱情况、分析其频率等时，那么就需要衡量两 干旱特征变量间的关联，也就是处理两特征变量间的联合概率分布 函数。 研究表明，Ｃｏｐｕｌａ理论是解决这一问题直接、便捷的一种方法， 而其中的Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ Ｃｏｐｕｌａ函数因其形式简洁、计算方便被大量 运用，这其中最常用的Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ｃｏｐｕｌａ函数有Ｇｕｍｂｅｌ— Ｈｏｕｇａａｒｄ（ＧＨ）、Ｃｌａｙｔｏｎ和Ｆｒａｎｋ Ｃｏｐｕｌａ。假设用干旱历时和干旱烈 度二者来表述某一干旱情况、分析其干旱特性时，那么可令ｕ＝Ｆ （ｄ），ｖ＝Ｆ （ｓ），则它们可分别表示为： （ ， ）＝ｃ（“，Ｖ）＝ｅｘｐ｛一（一Ｉｎｕ） ＋（一Ｉｎｖ） ） ｓ（１） （ ， ）＝Ｃ（ｕ，Ｖ）＝（ 一 ＋Ｖ一一１） （２） 可由式（１）至（３）计算出这两干旱特征变量之间的联合分布概 率值。 】．２．２干旱的识别及计算 干旱事件识别是在选择适当时间尺度的基础上，采用某一指 标，此指标可为单一指标亦可为综合指标，对干旱的具体情况进行 判别，进而确定该干旱的特征变量序列。本文采用游程理论对干旱 事件进行识别。根据游程理论原理和干旱事件识别过程，用试值法 确定阈值的选取，通过比选不同阀值对干旱事件的识别效果，最终 确定本文采用的干旱阀值分别为：Ｒ。为０，Ｒ。为一０．５，Ｒ：为一１．０。考 虑已有站点及地市的数据，采用标准化降水蒸散指数ＳＰＥＩ作为干 旱识别指标，计算干旱频率、干旱历时、干旱烈度和干旱起止时间， 并根据当地主要作物的不同生长期，统计跨越作物不同生长期的干 旱事件，按照干旱事件发生的起止时间、历时长度以及跨越的不同 生长季进行分类统计。其中贵州各站点及地市的干旱过程识别及频 率计算表在此不再赘附。 ２结果与分析 各站点近２Ｏ年干旱分析： 根据贵州省境内ｌ９个站点１９９３—２０１２年的逐月降水资料，基 于ＳＰＥＩ研究贵州省内各站点近２０年来的干旱事件，进一步分析其 干旱频率、干旱历时、干旱烈度等特征变量及其各季节旱的时空分 布特征。分析计算结果如表２所示。 由表可知，贵州省各站点在过去的近２０年间，干旱发生次数在 ２１—３７次之间，各站点发生干旱的次数、频率相差比较明显，在 １９９３—２０１２年这近２Ｏ年间，贵州省境内各站点中位于黔南州的罗甸 是干旱发生次数最少的站点，其发生干旱的频率也相对较低；而位 于贵州省北部遵义市的站点桐梓干旱发生频次相对较高为３７次。 各站点发生干旱的历时在４３—７０个月之间，二者相差２７个月之久， 这说明各站点的干旱历时有较大差异，也说明贵州省近２０年来平 均每年发生２—３个月的干旱。同时研究发现，贵州省境内各站点的 干旱烈度相差也比较大，存在的地区差异性比较明显，干旱烈度最 大的站点是位于黔东南州的三穗，其值为４９．２０；各站干旱烈度最小 一２ｌ０一 水利科技 表２贵州省各站点近２０年降水指标干旱特征计算 ２０１７年第７期ｆ科技创新与应用 的位于毕节市的黔西，其值为３０．１９。因此贵州省内干旱的分布具有 时空不一致性，各站点的干旱强度存在较大差异。 为便于研究贵州省内各站点干旱情况的空间分布特征，基于贵 州省境内的１９各站点以及贵州省周边的的２３个站点的数据，运用 ＡＲＣＧＩＳ采用反距离插值绘制出了贵州省各站点近２０年来的干旱 次数空间分布图、干旱历时空间分布图及年均干旱烈度空间分布 图。如图２、图３、图４所示。 图３贵州省各站点近２０年来干旱历时空间分图 图２贵州省各站点近２０年来干旱次数空间分布图 图２分析结果显示：在近２０年来，贵州省各站点的干旱频次存 在较大差异，干旱频次较高的区域有遵义市东南部、铜仁市西南部 以及黔南州和黔东南＃ＩＳＥ部所组成的贵州东部地区和黔西南部分 地区；干旱频次较低的区域是遵义市的西北部。其他地区的干旱频 次大体相当。从空间分布规律上来看，贵州省各站点的干旱频次整 体呈自东北、西南依次向其周边递减的分布规律。 图３分析结果显示：在近２０年来，贵州省各点站的干旱历时亦 存在较大差异，干旱历时最长的地市是遵义市西北部、铜仁东北部、 黔东南州北部以及黔西南州大部等；而遵义市北部等区域的干旱历 时较短。加之铜仁市、黔东南州北部和黔西南州的干旱频次为各站 点之较高，可知铜仁市、黔西南州以及黔东南州为贵卅ｌ省干旱易发 图４贵州省各站点近２０年来年均干旱烈度空间分布图 度亦有较大的差异，其范围为１．５１－２．４６ｒａｍ。其中遵义市北部的年均 干旱烈度处于较低水平，而黔东南＃ｌｄｔ部、黔西南州大部的年均干 旱烈度处于较高水平。可知各站点的干旱强度存在较大差异。在空 间分布上，各站点近２Ｏ年来的年均干旱烈度大致呈以黔东南州北 地区。 部和黔西南地区为中心向周边地市递减分布规律。 从图４结果分析来看，贵州省各站点近２０年来的年均干旱烈 为便于研究贵州省内各站点各季节干旱情况的空间分布特征， 一２ｌｌ— 科技创新与应用Ｉ ２０１ ７年第７期 水利科技 ｌＪ ’０ｒ Ｉｌ ● ｚ 麓 主 ａ、春旱；ｌＪ、夏旱 、秋旱；ｄ、冬旱 图５贵州肖各站点近２０年来各季节干旱历时空间分布图 基于贵州省境ｌ』Ｊ的１９ 站点以及贵州省周边的的２３个站点的数 据，运』｝Ｊ ＡＲＣＧ ＥＳ采川反 离捕值绘制｝ｆ｜ｒ贵州省各站点近２０年 来各季节的十 时 删分 ， ５所示，分忻表明： （１）往过 的近２０年 ，贵州省 各站点的各季 Ｆ 发 的 时长差距较大，备夏伙冬符季节ｒ 分布 ６—２３个 、９—２０个Ｊｊ、 １１－２４个月、８—１８个月之ｎｊｊ＿【 此各站点的个雷 卜 发 不均衡， 地域羞芹较大 （２）与贵州省各站点的各季节ｒ早ｆ｝１比，站点制梓的存 、■穗 的夏早、毕 的秋早和习水的冬 历时最Ｋ，分圳 ≈一时Ｉ９】贵州 仝省各站点春早、复 、秋早和冬、 Ｊ 时的８．２７ 、７．８４％、６．９８％和 ７ ７６％ 参考文献 （３）从 间分布 来行，贵州省的备早历时呈东北 南『氐的 规律分布， 夏旱历时呈东ｆ 两低的分布规律，秋早 时 西南尚 东北低的规律分布 ３结束语 任全叫收集贵州省境 １９个气象站点１９９３—２０１２年逐月降水 资料的堆础上，以标准化降水蘸散指数ＳＰＥＩ作为｛ 早以）；ｌ指标，采 Ｊ｝】基于Ｃｏ１）ｔｌｌａ的 ‘一频半分析ｈ珐对贵州肯各站点近２０年进行 了ｕ卜 识别埂卜早 ０１率分忻．Ｉ州叫也分析＿ｒ 个零１ 的分ｍ特 征，基于以上分忻，结果发脱： 【Ｊ）贵州肯各 城的１ 早分 具有时 不一敛性，卜 烈度频 次、干旱历时等十旱持 变量 地域【 在较大差异 （２）贵州省各 域中铜ｆ■巾、黔南州市以故遵义巾的一｝：早频次、 干旱历时和年均干旱烈度等均处于较高水平 敞铜 市、黔南州以 及遵义市为贵州省十早易发地 ，且１： 强度较大、ｆ 较为严重 （３）贵州省１：早灾售的季 特征足西部地 以备 、冬 为主， 中东部地区则以复早为主．而黔西南州为贵州省的秋旱易发地 Ｉ ｌｊ黄晚华，杨晓光，李茂松，等．基于标：隹化降水指数的中国南方季 节性干旱近５８ａ演变特征…．农业工程学报，２０１０（０７）：５０—５９． Ｉ２Ｉ徐春晓，袁潇晨，佥菊良，等．基于Ｃｏｐｕｌａ的区域干旱空间分布特 征分析…．资源科学，２０１１（１２）：２３０８—２３１３． ［３Ｉ严登华，袁 ，杨志勇，等．１９６１年以来海河流域干旱时空变化特 征分析…．水科学进展，２０１３（０１）：３４—４１． 周玉艮，袁潇晨，金菊良，等．基于Ｃｏｐｕｌａ的区域水文干旱频率分 析…．地理科学，２０１ Ｉ（１ ｌ Ｊ：１３８３—１ ３８８． １５１陈学凯，雷宏军，徐建新，等．气候变化背景下贵州省农作物生长 期干旱时空变化规律…．自然资源学报．２０ｌ５（１Ｏ）：ｌ７３５一ｌ７４９． １６］柯宗建，王永光，贾小龙，等．中国区域秋季旱涝特征预测…．高原 气象，２０１０（０５）：ｌ３４５一ｌ３５０。 ｌ７】慎东方，商崇菊，方小宇，等．责ｇｉ，ｌ’省干旱历时和干旱烈度的时空 特征分析『ＪＩ＿干旱区资源与环境，２０１６（０７）：１３８—１４３． Ｉ８１翁白莎，严登华．变化环境下我国干旱灾害的综合应对…．中国水 利，２０１０（０７）：４—７＋３ ｌ９１李智飞，胡泽华．旱涝事件主客体系统研究…．珠江现代建设，２０１４ （０４）：ｌ０—１４＋３０． 作者简介：田富国（１９９２一），男，汉族，河南驻马店人．硕士研究 生，单位：华北水利水电大学水利学院农业水土工程专业，研究方 向：区域水资源高效利用：
