衡阳盆地的气候变化特征与气象干旱趋势

　　气候变化导致其他环境要素发生改变，进而影响人类的生产与生活。气候变化已成为国内外广泛关注的问题。众多研究表明，全球变暖有增无减[1]。不同区域对全球变暖的响应存在明显差异，故全球变暖所引起的区域气候变化响应已经成为当前研究的热点问题[2]。近年来，中国学者在区域气候变化研究方面取得了大量研究成果[3–5]，蔡新玲等[6]利用陕北黄土高原 1961—2002 年的气温、降水量、相对湿度和风速等资料，全面分析了陕北黄土高原近 42 年的气候变化特征；张丽花等[7]利用山西省1951—2010 年的气温和降水资料，运用趋势分析法、Mann–Kendall 突变检验、马尔可夫模型等分析了山西近 60 年来的气候变化及旱涝趋势。全球变暖背景下，关于区域气候响应的研究虽然很多，但学者们倾向于研究干旱、半干旱区气候变化对全球变暖的响应，关于湿润地区气候变化对全球变暖的响应研究较少[8]，将气候变化与干旱趋势相结合的研究更少。

　　衡阳盆地位于湘江中游，地处 26°07′～27°28′N，111°32′～113°17 E，总面积 15 310 km2，属于大陆性中亚热带季风湿润气候区，其水热资源可满足农作物一年二熟或三熟的要求。该区主要的粮食作物是水稻。本区年降水量丰富，但降水年际变化与季节变化十分显着，降水集中在 4—6 月，故早稻生长期一般不缺水。每年的 7—10 月降水较少，而这个时期正是晚稻生长需水量较大的时候，所以晚稻生产经常遭遇气象干旱威胁。利用长时间序列的气象数据研究衡阳盆地的气候变化特征与气象干旱趋势，对本区晚稻的防旱抗旱和减轻旱灾损失、保障水稻生产及粮食安全具有重要的参考价值，也可为区域制定中长期农业发展政策提供参考依据。

　　1 试验数据与研究方法

　　1.1 气象数据

　　基础气象数据为衡阳盆地行政辖区内祁东县、衡东县、衡南县、衡山县、衡阳县、常宁市、耒阳市以及衡阳市城区等地的 8 个地面气象观测站1981—2013 年的日平均气温、年最高气温、年最低气温和日降水量。利用日平均气温，借助数据统计分析方法得出月平均气温、年平均气温；将日降水量进行累计求和，获得各站点的月降水量、年降水量之后，再求出各站点的平均值，从而得出衡阳盆地月平均降水量、年平均降水量。利用公式(1)计算年平均气温距平；利用公式(2)计算年平均降水距平。利用计算得出的月平均气温、月平均降水量和年平均气温距平、年平均降水距平，采取回归分析法等研究手段，对春季(3—5 月)、夏季(6—8 月)、秋季(9—11 月)、冬季(12 月、1—2 月)及年际的气温、降水量进行分析，揭示衡阳盆地的气候变化特征。

　　

　　公式(1)中TA表示某一年年平均气温距平；T 表示某一年年平均气温；T 代表气候平均值。按照世界气象组织的和中国的规定，气候平均值取近 30年的平均值即可，本文中取 1981—2010 年的气温平均气温。

　　公式(2)中AP 为年平均降水量；P 为某一年的年降水量；P 为多年平均降水量。本文中取 1981—2010 年的平均降水量。

　　1.2 干旱趋势分析方法

　　干旱是指某一时段内的缺水现象。干旱趋势研究离不开干旱指数计算及干旱等级划分。现有的关于干旱指数研究的成果颇多，可分为气象干旱指数、水文干旱指数、农业干旱指数以及社会经济干旱指数等。气象干旱常常诱发水文干旱、农业干旱以及社会经济干旱事件，故气象干旱指数研究更有意义。中国 2006 年颁布的《气象干旱等级》国家标准(GB/T 20481—2006)[9]中提出了多种干旱等级划分标准，其中，综合气象干旱指数(以下用 CDI表示)同时考虑了降水和蒸发能力因子，与单纯利用降水量的干旱指数比较具有较大优越性[10]，成为目前国内干旱监测和评估业务工作中普遍使用的方法。本文中采用 CDI 指数法确定干旱等级，用干旱频率表示干旱指数，故干旱趋势分析由 2 步完成。

　　步骤 1：计算近 33 年的逐日 CDI。

　　CDI=aP30+bP90+cH30(3)式(3)中 P30、P90分别是近 30 d 和近 90 d 的标准化降水指数；H30为近 30 d 相对湿润度指数；a为近 30 d 标准化降水系数，平均取 0.4；b 为近 90 d标准化降水系数，平均取 0.4；c 为近 30 d 相对湿润系数，平均取 0.8。通过公式(3)，利用前期平均气温、降水量可以滚动计算出每天的 CDI。再根据 CDI 确定气象干旱等级，见表 1。

　　

　　步骤 2：计算近 33 年逐年干旱发生频率。本文中的干旱发生频率即为干旱指数。DI=n/N，式中，DI 为干旱指数；n 为近 33 年中每年干旱发生的时间(d)，即出现轻旱及其以上等级干旱的发生时间(d)；N 为资料样本总数。

　　2 结果与分析

　　2.1 气温变化特征

　　2.1.1 年变化

　　利用衡阳盆地气温数据，统计得出近 33 年年平均气温为 18.1 ℃，年平均气温最高值为 19.2 ℃，出现在 2007 年，该年气温距平为 1.1 ℃；1984 年年平均气温最低，为 17.1 ℃，其气温距平为–1.1 ℃。

　　由图 1 可见，近 33 年年平均气温呈上升趋势，年上升 0.034 1 ℃，其变暖程度高于全国平均水平。

　　由图 2 可见，1981—1997 年中只有 1983 年的气温距平为正数，其余年份气温距平均为负值，气温距平为负的年份所占比例为 94.1%，说明近 33 年前段时间是气候偏冷期；1998—2013 年，气温距平为正的年份所占比例为 87.5%，由此可见，自 1998 年以来，衡阳盆地的气候明显变暖。

　　

　　2.1.2 季节变化

　　从四季气温变化曲线(图 3)可以看出，四季气温均呈缓慢上升，以春季气温上升最快，其气温年上升 0.054 4 ℃，春季最高气温为 19.5 ℃，出现在 2008年，最低气温出现在 1996 年，为 16.2 ℃，最高气温与最低气温的差为 3.3 ℃；冬季变暖的幅度仅次于春季，其气温年上升 0.040 7 ℃，冬季最高气温达 9.4 ℃，出现在 1999 年，最低气温出现在 1984年，为 4.3 ℃，冬季气温变化幅度达 5.1 ℃；秋季气温年上升 0.035 1℃，说明秋季增温不显着；夏季平均气温年上升 0.006 3 ℃，是四季增温幅度最小的季节。由此可见，近 33 年衡阳盆地春季、冬季升温对气温年平均升高起了主要作用，也体现了“暖冬”气候的发展趋势。

　　2.2 降水变化特征

　　2.2.1 年际变化

　　经统计分析后得出，衡阳盆地近 33 年的年降水量平均为 135 1.0 mm，年降水量最大值出现在1998 年，为 182 2.2 mm，年降水量最小值为 104 3.4mm，出现在 2003 年，最大值与最小值的差为 778.8mm。从年降水量变化曲线(图 4)看，近 33 年降水量呈缓慢减少趋势，年降水量减少 0.808 0 mm。20世纪 80 年代降水的年际变化较为平缓，90 年代变化较为剧烈。图 5 显示，1982—1989 年连续 7 年的降水距平为负数，反映出 20 世纪 80 年代是小雨期，而 90 年代有 7 年的降水距平为正数，表明 90 年代的降水较为丰富。21 世纪的 13 年中，有 8 年的降水距平为负数，说明降水又呈现减少趋势。

　　2.2.2 季节变化

　　由四季降水趋势(图 6)可知，春、夏季降水量多，秋、冬季降水量偏少，而且近 33 年衡阳盆地降水季节变化差异明显。春、夏季降水呈明显增加趋势，尤其是春季降水量增加幅度最大，年增幅为2.664 2 mm，2004 年春季降水量高达 695.8 mm，占当年总降水量的 49.6%；夏季降水年增幅为0.447 1 mm，其中 1994 年的夏季降水量最大，为745.4 mm，占当年总降水量的 41.9%。近 33 年冬季降水呈减少趋势，年减幅为 0.584 2 mm；秋季降水量递减趋势最大，年减幅为 3.335 1 mm，1992年秋季的降水量极少，仅 63.6 mm，占当年总降水量的 4.6%。秋季降水量最大的是 1982 年，为 381.1mm，占当年总降水量的 23.9%。可见，衡阳盆地降水季节差异大，秋季降水严重不足。

　　2.3 干旱趋势分析

　　2.3.1 年际变化

　　由图 7 可见，近 33 年衡阳盆地的干旱频率呈增加趋势，年增幅为 0.379 9%。将 33 年划分成 3个时段进行统计分析，得出 2001—2013 年平均干旱频率最大，为 33.9%；1981—1990 年干旱频率次之，为 28.2%；1991—2000 年平均干旱频率最小，为 25.2% 。这一特征与近 33 年年降水量变化趋势相对应，即降水量减少的时期正是干旱频率增大的时期。由图 8~10 可见，衡阳盆地的特旱频率增加趋势最明显，其年增幅为 0.231 6%，表明近 33 年衡阳盆地特旱越来越严重；重旱频率增加趋势仅次于特旱频率，年增幅为 0.096 4%。

　　2.3.2 季节变化

　　由图 11 看出：衡阳盆地夏季、秋季干旱频率较大，春季、冬季干旱频率较小。33 年秋季平均干旱频率为 42.5%，即秋旱为 2.5 年 1 遇；夏季平均干旱频率为 36%；冬季平均干旱频率为 12.1%；春季干旱频率最小，为 9.66%，约 10 年 1 遇。秋季干旱频率增加趋势明显，年增幅为 0.910 4%；春季干旱年增幅为 0.399 1%；夏季与冬季的干旱频率呈减少趋势。这说明随着气候变暖，秋季蒸发加强，降水量减少，干旱趋势加重。

　　3 结论与讨论

　　1) 衡阳盆地近 33 年年平均气温为 18.1 ℃，年均气温最高为 19.2 ℃，年均气温最低为 17.0 ℃。根据年平均气温距平值将气温变化大致划分成 2 个时间段，即 1981—1997 年为气候偏冷期，1998—2013年为气候偏暖期。春、夏、秋、冬季气温均呈变暖趋势，以春季升温率最大，年增幅 0.054 4 ℃，冬季增温趋势也较明显，年升温 0.040 7 ℃，秋季年升温0.035 1 ℃，夏季升温最缓慢。

　　2) 衡阳盆地年平均降水量为 1 351.0 mm，年降水量最大值为 1 822.2 mm，出现在 1998 年；年降水量最小值为 1 043.4 mm，出现在 2003 年。由年降水量距平分析可知，20 世纪 80 年代是小雨期，90 年代是多雨期；21 世纪以来，降水又呈现减少趋势。衡阳盆地降水季节差异明显，春、夏季降水丰富，且呈增加趋势；秋、冬季降水较少，并呈下降趋势，其中秋季降水下降趋势最显着，降水量年均减少 3.335 1 mm。

　　3) 由逐日气候干旱指数分析结果可知，衡阳盆地近 33 年干旱趋势呈波动变化，即 2001—2013 年平均干旱频率最大，为 33.89%；1981—1990 年平均干旱频率次之，为 28.17%；1991—2000 年平均干旱频率最小，为 25.16%。这一特征与近 33 年年降水量变化趋势相对应，即降水量减少时期正是干旱频率增大时期，说明影响干旱变化的主要因素是降水量。干旱季节变化特征是夏季、秋季干旱频率较大，春季、冬季干旱频率较小，夏季与冬季干旱呈减弱趋势，秋季与春季干旱呈加强趋势，尤其是秋季干旱频率明显增大。

　　4) 衡阳盆地近 33 年气候向“暖干”趋势发展。气温呈缓慢上升趋势，年上升 0.034 1 ℃；年降水量呈缓慢减少趋势，年降水量减幅为 0.808 0 mm；干旱频率年增加 0.379 9%，不同等级干旱类别中，以特旱频率增加率最大，年增加 0.231 6%。一旦出现特旱，农业受损严重。衡阳盆地干旱灾情历史数据显示农业旱情呈加重变化趋势[11]，可见，本文关于干旱趋势的研究方法具有较高的可信度，但本研究中仅对衡阳盆地的气候进行了时间变化分析，关于空间变化趋势有待研究。

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