近50年西南地区极端干旱气候变化特征

      近年来，随着全球气候的持续变暖，极端天气气候事件的发生频率和强度都在迅速增加，严重影响了人类的生存和社会的可持续发展[1-2]，引起了国内外学者的普遍关注，成为研究全球变化的一项重要课题。Karl等[3]、Manton等[4]、Easterling等[5]、Plummer等[6]分别对美国、前苏联、东南亚和南太平洋地区、美国东北部及澳大利亚、新西兰等地区的极端气候变化特征进行了研究；Heino等[7]研究发现，在过去50年雨季中极端降水的变化幅度较总降水量的变化幅度成倍增大。2000年，严中伟等[8]对中国极端气候变化格局进行了初步探索，指出极端气候变化研究的独特价值，从此拉开了国内极端天气气候事件研究的序幕；张宁[9]通过对中国极端气温降水变化的研究认为，极端低温的增温幅度明显大于极端高温的增幅，极端降水事件在中国西北北部有明显的增加趋势，并在20世纪70年代末发生由少到多的转变；翟盘茂等[10]研究指出，我国北方的东部地区的无霜期在显著加长，西北地区的极端降水事件不断增多；马柱国等[11]也对中国北方的极端温度进行研究后认为，20世纪90年代以后，北方绝大部分地区最高温度的发生频率呈显著增多趋势，同时指出，极端最低温度发生频率的减少和年最低温度的升高与区域增暖有密切联系；钱维宏等人[12]通过研究也认为近40年来中国温度极值和降水极值事件与全球增暖和区域环流关系密切；此外，学者们也分别对西北干旱区[13]、新疆[14]、乌鲁木齐[15]、华南地区[16]、长江流域[17]、湘江流域[18]、四川盆地[19]、重庆[20]、上海[21]、宁夏[22]等地的极端气候变化进行研究和探讨。然而，之前的研究重点多集中在极端气温、降水方面，对极端干旱的探讨较少，只有马柱国等[23]利用地表湿润指数对我国北方极端干旱的分布特征进行了研究，认为近10年来东北、华北地区的极端干旱发生频率是近100年来最严重的极端干旱频发期。而近年来的几次异常干旱灾害都发生在西南地区，如2005年春季云南异常干旱、2006年夏季川渝地区特大干旱以及2009年秋-2010年春的西南大旱。可见，极端干旱发生频率正在不断增加，并且从我国北方开始向西南地区蔓延。因此，研究西南地区的极端干旱变化特征显得得尤为迫切。

      1 资料与方法

      采用由中国气象局整编的西南地区108个气象站（图1）1960-2009年的日平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数、日平均相对湿度、日平均风速等气象观测资料，计算月地表湿润指数H，将H的标准化变量小于等于-0.5的定义为极端干旱[23]，并进行了月、年的统计，按5-10月为季风期、11月-翌年4月为非季风期生成各站点不同年代及季风期和非季风期极端干旱的时间序列变化，并对年际、年代际、季风期与非季风期的极端干旱发生频率变化进行分析。

      月地表湿润指数H的计算方法如下：

      

      

      图1 西南地区气象站点分布图

      Fig.1 Distribution of meteorological stations in Southwest China

      潜在蒸发量则采用世界粮农组织（FAO）1998年修正的Penman-Monteith模型来计算，已有研究成果表明该模型的模拟效果是比较精确的[24]。计算公式如下：

      

      西南地区极端干旱空间变化的插值方法是反距离加权（Inverse Distance Weighted，简称IDW）插值法；采用滑动的t-检验法（Moving t-test technique）对年、季风期和非季风期的极端干旱发生频率进行突变检验；Morlet小波系数的实部包含给定时间和尺度下，相对于其他时间和尺度，信号的强度和位相两方面的信息[25]，小波系数的模平方能够消除使用实型小波变换系数时产生的虚假振荡，从而更真实地反映时间序列中各尺度的周期特征[26]，因此本文运用Morlet小波的实部与模平方对极端干旱发生频率进行周期分析。

      2 年极端干旱的变化规律

      极端干旱的年际变化的统计方法是：计算逐个月份地表湿润指数的标准化变量，然后分别计算每一年月地表湿润指数的标准化变量≤-0.5的次数，作为该年极端干旱发生的频率[23]。近50年来，西南地区极端干旱频率有所下降，速率为-0.0023次/年（图2）；从各个省份来看，1960-2009年西南地区极端干旱年际变化倾向率为：四川-0.0070次/年，云南-0.0022次/年，重庆-0.0024次/年，贵州0.0013次/年，广西0.0016次/年，可见，50年来川渝和云南地区极端干旱频率有所减少，而处于西南地区东南部的贵州和广西的干旱有所加强。年代际变化也较明显，20世纪60、70年代极端干旱以小幅波动为主，变化不大，80年代变幅增大，在1988年前后达到一较大值，之后的90年代到2002年极端干旱频率持续减少，然而2003年后整体变幅加剧，并处于较高的水平；1969年、1978年、1979年、1988年和2009年的极端干旱频率分别达到平均6.0、5.2、5.2、5.4、5.8次/年，说明这些年份西南地区有明显的干旱过程。