本文依据2017年修订的《气象干旱等级》国家标准，计算了西南地区86个气象站点的逐日MCI指数，利用ArcGIS进行空间插值，主要分析了整个西南地区以及重庆、四川、云南、贵州四省市56年不同季节的干旱特征。结果表明：云南大部，四川西部以及重庆北部是西南干旱的多发区，四川中部，贵州大部干旱日数相对较少；四川和云南地区干旱主要出现在春、冬季节，重庆地区干旱主要发生在夏末秋初，贵州地区的干旱主要发生在夏季。1962~2017年西南地区干旱日数总体呈增加趋势，重庆增加趋势最强，为0.97 d/a。近56a来，秋旱发生的频率最高，云南省的干旱强度最高，而贵州省最小。 According to the national standard of meteorological drought classification revised in 2017, the daily MCI index of 86 meteorological stations in Southwest China was calculated, and the spatial interpolation was carried out by ArcGIS, mainly analyzing the drought characteristics of the whole southwest region and Chongqing, Sichuan, Yunnan and Guizhou provinces in 56 years. The results show that most of Yunnan, the west of Sichuan and the north of Chongqing are drought prone areas in Southwest China, while the number of drought days in Central Sichuan and most of Guizhou is relatively small; the drought in Sichuan and Yunnan mainly occurs in spring and winter, the drought in Chongqing mainly occurs in late summer and early autumn, and the drought in Guizhou mainly occurs in summer. From 1962 to 2017, the number of dry days in Southwest China showed an increasing trend, and Chongqing showed the strongest increasing trend, which was 0.97 d/a. In recent 56 years, the frequency of autumn drought is the highest, the intensity of drought is the highest in Yunnan Province, and the lowest in Guizhou Province.
毛飞扬，李谢辉
成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都
收稿日期：2019年10月29日；录用日期：2019年11月13日；发布日期：2019年11月20日
本文依据2017年修订的《气象干旱等级》国家标准，计算了西南地区86个气象站点的逐日MCI指数，利用ArcGIS进行空间插值，主要分析了整个西南地区以及重庆、四川、云南、贵州四省市56年不同季节的干旱特征。结果表明：云南大部，四川西部以及重庆北部是西南干旱的多发区，四川中部，贵州大部干旱日数相对较少；四川和云南地区干旱主要出现在春、冬季节，重庆地区干旱主要发生在夏末秋初，贵州地区的干旱主要发生在夏季。1962~2017年西南地区干旱日数总体呈增加趋势，重庆增加趋势最强，为0.97 d/a。近56a来，秋旱发生的频率最高，云南省的干旱强度最高，而贵州省最小。
关键词 :MCI指数，时空分布特征，干旱频率，干旱日数，西南地区
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干旱是全球各地区普遍能造成严重影响的自然灾害之一。近几十年来由于全球变暖，干旱发生的频率以及程度愈来愈严重，对社会稳定运转以及人民生活水平造成了不可忽视的影响，因此国内外学者对干旱做了大量的研究 [
西南地区位于97˚21'~110˚11'E，21˚08'~33˚41'N之间，包含了青藏高原东南部，四川盆地，云贵高原大部。以亚热带季风气候为主，降水量在600~2300 mm之间，且降水的季节分布极其不均匀 [
计算干旱指标所需的气象数据来源于中国气象数据网(http://data.cma.cn/)下载的西南地区从1962~2017年的逐日温度和降水等数据，数据处理前对异常值，缺测值和缺省值等都进行了检验预处理。
干旱是由于降水长期亏缺和近期亏缺综合效应累加的结果，MCI考虑了60天内的有效降水，30天内蒸散以及季节和近半年尺度降水的综合影响，基于业务服务的需求，还增加了季节调节系数，具体计算公式如下 [
MCI = K a × ( a × S P I W 60 + b × M I 30 + c × S P I 90 + d × S P I 150 ) (1)
式中，SPIW60为近60天标准化权重降水指数；MI30为近30天相对湿润度指数；SPI90和SPI150分别为近90天和近150天的标准化降水指数；a、b、c、d分别为权重系数，随着地区和季节变化进行调整，南方地区冬、春季一般取为0.3，0.4，0.3，0.2，夏、秋季为0.5，0.6，0.2，0.1。干旱程度影响基于GB/T 32135确定，划分的气象干旱等级见表1。文中对季节的划分为春季(3~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12月至次年2月)。
| 等级干旱类型 | MCI阈值范围 |
|---|---|
| 1 | 无旱 > −0.5 |
| 2 | 轻旱(−1.0, −0.5] |
| 3 | 中旱(−1.5, −1.0] |
| 4 | 重旱(−2.0, −1.5] |
| 5 | 特旱 < −2.0 |
表1. MCI指数干旱等级划分
对56a西南地区各季至少有1次轻旱及以上干旱过程发生的年份进行统计，利用公式(2)计算干旱发生频率 [
式中，n为实际有干旱过程发生的年数，N为资料年代序列数，本文用于计算MCI指数的数据序列为1962~2017年，因此N取56。
表2为1962~2017年西南4省市年内各月中旱及以上干旱平均日数统计。可以看出，西南地区不同省市中旱及以上干旱日数的年内分布特征差异明显。四川和云南地区干旱主要出现在春、冬季节，其中云南地区1~4月干旱日数相对较多，月干旱日数基本在23 d左右；四川地区1~3月各月干旱日数在11 d以上，其中1月最多，为15 d；重庆地区干旱主要发生在夏末秋初，正好是当地农业生产的主要时段，8月最多，为19 d；贵州地区的干旱主要发生在夏季，其中8和9月并列最多，为11 d。
| 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 | 全年 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 重庆 | 12 | 8 | 9 | 5 | 1 | 6 | 9 | 19 | 16 | 11 | 9 | 8 | 113 |
| 四川 | 15 | 11 | 14 | 13 | 6 | 7 | 4 | 6 | 5 | 3 | 11 | 13 | 108 |
| 云南 | 24 | 21 | 24 | 24 | 18 | 14 | 8 | 3 | 2 | 6 | 14 | 19 | 177 |
| 贵州 | 5 | 2 | 4 | 4 | 1 | 1 | 3 | 11 | 11 | 10 | 6 | 5 | 63 |
表2. 1962~2017年西南4省市年内各月中旱及以上干旱平均日数(单位：d)
图1为1962~2017年西南4省市整体年均中旱及以上干旱日数年际变化及线性趋势图。
图1. 西南地区1962~2017年年均中旱及以上干旱日数年际变化与趋势
可以看出，56a间西南地区年均中旱及以上干旱日数总体呈增加趋势，线性变化趋势为0.59 d/a，其中2009年最多，为177 d，1983年最少，只有95 d，二者相差达82 d。干旱日数的年代际变化特征明显，呈现持续增加的趋势，年际之间干旱日数差异较大，其中20世纪60~80年代，年均中旱及以上干旱日数在123 d左右，90年代持续增加，为127 d，21世纪以来又有所增加，为145 d。
图2为1962~2017年西南4省市分别年均中旱及以上干旱日数年际变化及线性趋势图。
可以看出，56a间，重庆、云南、贵州、四川年均中旱及以上干旱日数总体呈增加趋势，线性变化趋势分别为0.97 d/a、0.69 d/a、0.77 d/a、0.36 d/a。其中重庆在1988年最多，为178 d，1982年最少，只有57 d，二者相差达121 d；云南在2009年最多，为260 d，1983年最少，只有145 d，二者相差达115 d；贵州在2011年最多，为111 d，1967年最少，只有29 d，二者相差达82 d；四川在1979年最多，为158 d，1989年最少，只有84 d，二者相差达74 d。四省市中年均中旱及以上干旱日数最多天数的是云南省，最少天数的是贵州省，最多天数和最少天数相差最大的是重庆市。
图2. 西南4省市1962~2017年年均中旱及以上干旱日数年际变化与趋势
4省市中旱及以上干旱日数的年代际变化都呈现持续增加的趋势，但年际之间干旱日数差异较大。其中重庆在20世纪60~80年代，年均干旱日数在110 d左右，90年代增加为119 d，21世纪以来又有所增加，为144 d；云南在20世纪60~80年代，年均干旱日数在181 d左右，90年代增加为为184 d，21世纪以来增加到200 d；贵州在20世纪60~80年代，年均干旱日数在63 d左右，90年代增加为72 d，21世纪以来增加到88 d。四川在20世纪60~80年代，年均干旱日数在115 d左右，90年代增加到118 d，21世纪以来持续增加为128 d。综上可知，4个省市的年均中旱及以上干旱日数年代际变化呈现出不断增加的趋势，特别是进入21世纪以来，在全球变暖背景下，极端干旱事件的增加趋势更为明显。
图3为利用ArcGIS软件进行空间插值后得到的1962~2017年西南地区年均中旱及以上干旱日数的空间分布图。可以得出，云南大部，四川东部和南部，以及重庆北部是西南干旱的多发区，年均干旱日数普遍在150 d以上。其中云南中部，四川东部和南部部分地区在200 d以上，四川西北部和中部，贵州中东部在100 d以下。就4省市平均而言，云南地区年均干旱日数最多，达187.7 d，重庆和四川地区相差不多，分别为122.4 d和119.5 d，贵州地区相对最少，为72.4 d。
利用ArcGIS软件进行空间插值可以得到1962~2017年西南地区不同季节中旱及以上干旱日数的平均空间分布图4。可以看出，四个季节中，春季，云南大部以及四川东部和南部干旱日数较多，普遍在60 d以上，而贵州地区干旱日数相对较少，普遍在15 d以下；夏季，西南地区中旱及以上干旱日数大值区主要分布在云南中部、四川东部和重庆北部，普遍在60 d以上，而四川西北部和贵州东部是夏旱少发区，干旱日数平均在0~30 d；秋季，西南地区干旱日数大值区主要分布在四川东部、贵州西部、重庆大部和云南东南部，普遍在60 d以上，而四川西北部和中部，贵州东部和云南大部为秋旱少发区，干旱日数在15~30 d，部分地区在15 d以下；冬季，云南大部、重庆北部，四川南部和中东部地区干旱日数较多，普遍在60 d以上，而贵州地区、四川西北部地区干旱日数相对较少，普遍在15 d以下。
图3. 西南地区1962~2017年年均中旱及以上干旱日数空间分布
图4. 西南地区1962~2017年各季中旱及以上干旱日数平均空间分布
表3为1962~2017年西南4省市年均和各季节平均干旱频率统计。可以看出，各季干旱发生频率分布特征差异明显，四川和云南省干旱容易在秋季发生，其中云南省秋旱发生频率最高，为74%，重庆地区夏旱频率最高，达64%，其次为春旱，为40%；贵州地区夏旱频率较高，为72%，其次为秋旱频率，为37%。
| 省市干旱频率(%) | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 春季 | 夏季 | 秋季 | 冬季 | 年均 | |
| 重庆 | 40 | 64 | 25 | 26 | 74 |
| 四川 | 23 | 39 | 64 | 15 | 59 |
| 云南 | 10 | 16 | 74 | 13 | 69 |
| 贵州 | 40 | 72 | 37 | 34 | 68 |
表3. 西南4省市1962~2017年年均和各季节平均干旱频率
图5为1962~2017年西南地区年和各个季节的平均干旱发生频率分布图。可以看出，年尺度上，除四川中部，云南东部，贵州西部外，其他各区发生干旱的频率高于60%，贵州东部和云南西南部甚至达到80%以上；春季，西南地区整体发生干旱的频率较低，其中云南大部，四川西部发生干旱的频率低于20%；夏季，贵州东部，重庆南部和四川中东部地区发生干旱的频率较高，云南西部，四川西北部发生干旱的频率较低；秋季，云南西部，四川西部发生干旱的频率较高，重庆地区，四川东部，贵州大部发生干旱的频率较低；冬季，西南地区整体发生干旱的频率较低，除贵州和四川中东部部分地区发生干旱的频率高于40%外，其他地区发生干旱的频率均低于40%，其中四川西部，北部，云南北部发生干旱的频率低于10%。
图5. 西南地区1962~2017年年均和各季平均干旱频率空间分布
1) 云南大部，四川西部以及重庆北部是西南干旱的多发区，平均年干旱日数普遍在150 d以上。其中云南中部，四川少部等地在200 d以上，四川中部，贵州大部干旱日数相对较少。春季和冬季更容易出现大范围干旱。
2) 西南地区不同省份干旱的季节性特征差异明显，其中四川和云南地区干旱主要出现在春、冬季节；重庆地区干旱主要发生在夏末秋初；贵州地区的干旱主要发生在夏季。
3) 西南地区干旱日数总体呈增加趋势，线性趋势为0.59 d/a，其中重庆的增加趋势最明显，为0.97 d/a；四川的增加趋势最弱，为0.36 d/a。
4) 西南地区干旱发生频率，从空间上，重庆，贵州中东部，云南中西部，四川西南部发生频率最高；从时间上，秋旱发生的频率最高。
由分析结果可知，虽然MCI较之前的CI取得了较大进步，但是MCI主要考虑的是气象因子，对农业，社会经济等方面反应不够，还有待后续进一步的改进。文中对于西南地区近56年的统计分析结果与廖要明，李军和贾艳青等 [
四川省科技厅项目(2017ZR0043，2015GZ0238)。
毛飞扬,李谢辉. 基于日气象干旱综合指数的56a西南地区干旱时空分布特征Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Drought in Southwest China in 56a Based on Daily MCI[J]. 气候变化研究快报, 2019, 08(06): 812-820. https://doi.org/10.12677/CCRL.2019.86089
https://doi.org/10.1175/1520-0477(1998)079<2693:YODVIT>2.0.CO;2