1980—2018年贵州省PDSI干旱指数与降水Z指数对比分析
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摘要 本文基于1980—2018年逐日氣象资料计算了PDSI干旱指数与降水Z指数，对2种指数场进行了EOF分析，并与干旱实况进行了比对。结果表明，PDSI指数能很好地表征贵州省的冬、春、秋3个季节的干旱特征，降水Z指数在夏季应用效果较好，贵州省四季旱涝特征具有全区变化一致的特征。4个季节的年代际变化特征明显，仅冬季和秋季呈涝变旱的趋势，其中冬季倾向率达到0.2;夏季的旱情从整体上看还是呈现略有减缓的趋势，但年际变化较大;2011年以后就没有出现过明显的春季旱情，呈现由干变湿的趋势，春旱近些年有所缓解。冬、春、秋季在1980年前后发生突变后干旱化趋势一度在加重，而春季在2016年、秋季在2014年突变后干旱都有减缓的趋势，夏季则相对复杂多次反复后在2014年再次发生突变，干旱化趋势减缓。Z指数与PDSI指数反映出的周期基本一致，冬、春、夏有2～3年的周期，秋季有3～4年周期。
关键词 四季;PDSI干旱指数;降水Z指数;EOF;贵州省;1980—2018年
中图分类号 P426.616 文献标识码 A
文章编号 1007-5739（2020）07-0202-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）
Comparative Analysis of PDSI Drought Index and Z Index of Precipitation in Guizhou Province from 1980 to 2018
MAO Hai-xiang NIE Yun YANG Qun XU Da-hong ZHOU Chang-zhi
（Tongren Meteorological Bureau of Guizhou Province，Tongren Guizhou 554300）
Abstract Based on the daily meteorological data from 1980 to 2018，this paper calculated the PDSI drought index and the Z index of precipitation，analyzed the EOF of these two index fields and compared with the actual drought situation.The results showed that the PDSI index could well characterize the drought characteristics of the three seasons of winter，spring and autumn in Guizhou Province，the Z index of precipitation had a good application effect in summer，the four seasons of drought and flood in Guizhou Province had the characteristics of consistent changes in the whole region.The characteristics of interdecadal change about the four seasons were obvious，only winter and autumn showed a trend of changing from waterlogging to drought，in which the winter tendency rate reached 0.2.The summer drought situation as a whole was still slightly slowing down，but the interannual change was large.There had been no obvious drought in spring since 2011，and the trend had changed from dry to wet.Spring drought had eased in recent years.The trend of aridity was increasing after the mutation in winter，spring and autumn around 1980，however，the spring drought in 2016 and the autumn drought in 2014 showed a trend of slowing down，while in summer it was relatively complex and repeated for many times，and then it changed again in 2014，and the trend of aridity slowed down.The Z index and the PDSI index reflected the same cycle，winter，spring and summer had a cycle of 2-3 years，and autumn had a cycle of 3-4 years. Key words four season;PDSI drought index;Z index of precipitation;Guizhou Province;1980-2018
干旱的影响程度在各种气象灾害中位居首位，是全球最主要的自然灾害之一，世界上超过120个国家在不同程度上遭受着干旱问题的困扰[1-2]。从整体上看，我国干旱的变化范围与全球干旱演变均呈现出了增加的趋势[3]，进入21世纪以来的10多年中，有研究表明干旱事件多发区逐渐从我国北方地区向西南地区蔓延[4]。据贵州省气象部门统计，贵州省各种自然灾害发生的面积占受灾总面积的比例中干旱就达到了50%，因而研究贵州省干旱的空间分布特征和时间变化趋势具有重要的意义。很多研究表明，PDSI干旱指数和降水Z指数都能较客观地反映旱涝程度[4-5]，而干旱指数有较强的季节适应性，针对不同季节不同指数的适用性的对比分析方面的文献还很少，故本文针对应用效果较好的PDSI指数、Z指数从EOF出发对贵州省的4个季节的干旱特征进行对比分析，以期得出贵州省有关干旱的更多有用信息。
1 资料与方法
为了保证资料的完整性和连续性，选取贵州省83个气象台站1980—2018年的海拔高度、逐日降水量、平均气温、日最高气温、日最低气温、平均本站气压等气候资料进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 贵州省四季PDSI干旱指数与降水Z指数的空间分布特征
对1980—2018年贵州省83个气象站冬、春、夏、秋四季的PDSI干旱指数和Z指数场进行了EOF分析。结果表明，PDSI指数在冬、春、秋3个季节能很好地反映出贵州省的干旱特征，而Z指数在夏季应用效果较好，旱涝特征具有全区变化一致的特征。PDSI指数在冬、春、秋3个季节前4个特征向量的累积方差贡献分别达到83.2%、68.3%和73.6%，Z指数夏季累积方差贡献达到67.2%，说明夏季的干旱与降水的关系最为密切也最为直接。
冬季前4个特征向量累积方差贡献可以看出Z指数仅42.5%，尤其是第一特征向量方差贡献仅18.2%，而PDSI指数高达83.2%，第一特征向量67.4%，具有很强的收敛性，且第一特征向量均为正值，中心值达到0.12，表明PDSI指数表征的贵州省旱涝特征全区一致，具有很强代表性。结合实际旱情比对结果，PDSI指数在贵州省的冬季对于中旱以上的旱情具有非常好的表征性。
春季前4个特征向量累积方差贡献可以看出Z指数64.9%，其中第一特征向量44.6%，较冬季有明显的提高，PDSI达68.3%，第一特征向量47.6%，效果相当，PDSI指数略好。夏季前4個特征向量累积方差贡献Z指数67.2%，第一特征向量48.2%，且第一特征向量全区呈旱涝一致型，中心值在贵州省黔南、黔东南交界一带，而PDSI仅39.4%，第一特征向量仅15.9%，远远低于降水Z指数，表明用降水Z指数表征的旱涝特征具有较强的代表性，这可能与夏季的旱涝很大程度上取决于降水的多少有关，与贵州省的喀斯特地貌有很大关系。
秋季前4个特征向量累积方差贡献Z指数68.7%，第一特征向量46.83%，PDSI指数达73.6%，第一特征向量48.9%，且第一特征向量均为正值，中心值在遵义的习水（0.09）和黔东南的黎平（0.13），表明PDSI指数在贵州省的秋季适用性很好，结合与实际旱涝特征的比对结果也是吻合的。
2.2 贵州省Z指数与PDSI指数时间变化特征及趋势
PDSI指数对贵州省冬、春、秋3个季节的代表性较降水Z指数要好，尤其是冬季效果更明显，而Z指数在贵州省的夏季的应用效果较好，故选取冬季、春季、秋季的PDSI指数的第一特征向量和夏季Z指数第一特征向量的时间系数进行趋势分析、M-K分析和小波分析。
从图1可以看出，4个季节的年代际变化特征明显，仅冬季和秋季呈由涝变旱的趋势，其中冬季倾向率达到0.2，说明贵州省冬季变干的趋势相对于春季、夏季和秋季来说更为明显，21世纪以来冬旱有所抬头[6]，尤其是2010年，这与实际的情况[7]亦是吻合的，再次证明了PDSI指数在贵州省的冬季效果较好;20世纪80年代至90年代中期、21世纪前期春季旱情比较普遍也比较严重，2011年以后就没有出现过明显的春季旱情，呈现由干变湿的趋势，倾向率达0.02，说明贵州省的春旱近些年有所缓解;以Z指数表征的夏季干旱情况在1981年、1989年、1990年、1992年、1994年、2003年、2005年、2009年、2011年、2013年、2018年都发生了比较明显的旱情，近些年来也是旱涝交替，夏季的旱情从整体上看还是呈现略有减缓的趋势（倾向率0.01），但是年际变化较大;秋旱在贵州的变化趋势仅次于冬季，呈现由涝变旱，倾向率达到0.06，近几年秋旱比较明显的年份为2002—2005年、2007年、2009年、2012年、2013年、2017年。
2.3 贵州省Z指数与PDSI指数时间系数的突变特征
由冬季UF曲线可以看出，20世纪80年代开始，贵州冬季的干旱有明显加重趋势，其中80年代中期到90年代初期干旱化的趋势大大超过显著性水平0.05临界线，表明贵州冬季的干旱趋势十分显著。根据UF和UB曲线的焦点的位置可以确定贵州冬季的干旱20世纪80年代是一突变现象，具体是从1981年开始，90年代中期以后趋势有所缓和，2010年以后略有加重的趋势。
从图2可以看出，春季和秋季的干旱趋势与冬季较为类似，只是突变发生在1980年，春季和秋季在1983—1993年这段时间干旱化趋势超过显著性水平0.05的临界线，春季在2006—2016年略有加重，2016年再次发生突变，之后干旱趋势缓解;秋季1993—2001年干旱化趋势略有缓解，在2014年再次发生突变以后一直呈上升趋势，但不明显，这些都与之前分析得出的近些年春旱和秋旱有所缓和的结论是保持一致的;夏季的情况则相对较为复杂，在1986年发生突变后呈现变涝的趋势，特别是90年代末期至21世纪初期，变涝的趋势超过显著性水平0.05的临界线，在2009年发生突变由涝变旱，2014年再次发生突变，干旱化趋势有所减缓。 2.4 贵州省Z指数与PDSI指数时间系数的周期特征
由图3可知，除了冬、春、夏、秋4个季节2～3年的周期特征比较明显，冬季在80年代初、90年代中期 、21世纪初，春季在90年代初期2～3年的周期特别明显;夏季在90年代初期和2010年以后3年周期明显;秋季在90年代中期和21世纪初期3～4年周期明显。Z指数与PDSI指数反映出的周期基本一致，冬、春、夏有2～3年的周期，秋季有3～4年周期。
3 结论与讨论
（1）PDSI指数能很好地表征贵州省的冬、春、秋3个季节的干旱特征，前4个特征向量的累计方差贡献分别达到83.2%、68.3%和73.6%，夏季的干旱特征效果较差（39.4%），相反降水Z指数在夏季应用效果较好（67.2%），说明夏季的干旱与降水的关系最为密切也最为直接。
（2）4个季节的年代际变化特征明显，仅冬季和秋季呈由涝变旱的趋势，其中冬季倾向率达到0.2;夏季的旱情整体上呈现略有减缓的趋势（倾向率0.01），但是年际变化较大;在80年代到90年代中期、21世纪前期春季旱情比较普遍也比较严重，2011年以后就没有出现过明显的春季旱情，呈现由干变湿的趋势，倾向率达0.02，春旱近些年有所缓解。
（3）冬、春、秋季在1980年前后发生突变后干旱化趋势一度在加重，而春季在2016年突变、秋季在2014年发生突变后干旱化都有减缓的趋势，夏季则相对复杂1986年突变后呈现变涝的趋势，在2009年发生突变由涝变旱，2014年再次发生突变，干旱化趋势减缓。
（4）Z指数与PDSI指数反映出的周期基本一致，冬、春、夏有2～3年的周期，秋季有3～4年周期。
4 参考文献
[1] 张晓熤，杨晓光，李茂松，等.农业干旱预警研究现状及发展趋势[J].干旱区资源与环境，2011，25（11）：18-22.
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[3] 贺晋云，张明军，王鹏，等.近50年西南地区极端干旱气候变化特征[J].地理学报，2011，66（9）：1179-1190.
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[7] 严小冬，李阳，夏阳.1961—2016年贵州省持续性干旱特征及成因分析[J].中低纬山地气象，2019，43（3）：1-7.
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