山西省气象干旱特征分析

卢昊、李树文

太原市气象局，山西太原， 030002

摘 要：利用山西省60个台站近38年来的逐月降水数据，选取优化后的Z指数，构建山西年、季的区域干旱指数序列并进行特征分析。结果表明：山西省大旱和重旱年份大部分出现在20世纪80年代以后，这和全球气候变暖背景下80年代中后期开始华北地区气候总体呈变暖趋势相对应，夏季重旱、春夏或夏秋连旱是造成山西严重干旱的直接原因；山西区域干旱指数的年代际变化为冬季80年代到21世纪初期基本偏旱，2000年代中后期开始基本偏涝；春季在1990年代以前偏涝，90年代中后期开始有明显转向偏旱的趋势，在2010年前后回升；夏季21世纪之前偏涝，21世纪之后则偏旱，冬、春、夏季的区域干旱指数变化均不显著。秋季在2000年代中后期有明显转涝趋势，偏涝的趋势在2010年后显著，全年的区域干旱指数在80年代初期发生突变明显转旱，进入持续干期，90年代中后期到2000年代中后期转旱趋势显著，2000年代中后期开始这一趋势有所缓解。

关键词：区域干旱；Z指数；滑动平均；M-K检验

引言

干旱是某地区因长期无雨或降水较常年平均异常偏少的气候背景下，造成空气空气干燥、土壤水分缺失和农业灌溉水资源不足，无法满足正常生产、生活所需求水分而形成的灾害。其本质是严重的水资源分布不平衡现象，具有持续时间长，影响范围大，发生时危害程度大，防灾减灾困难等特点。其中气象干旱是干旱灾害发生的直接因素，在全球变暖的气候背景下，我国气象干旱发生频次、强度、受灾面积和成灾面积等均有增加趋势，1961—2010年, 我国干旱年均受灾面积约23230千hm2, 约占农作物播种总面积的15.6%；其中成灾面积约10953千hm2, 约占播种总面积的7.3%。山西位于我国中部内陆地区，年平均降水量低于我国各省平均水平，具有夏季降水多而集中，春冬季降水少而频次低的典型大陆季风气候特点，干旱是山西省主要的气象灾害之一，对社会经济发展和人民生产生活产生了严重的影响。

目前我国在区域性气象干旱的研究上取得了许多进展，但针对山西地区开展的气象干旱变化规律以及季节气象干旱发生及其成因的系统性研究依然较少。因此，选用合适的特征指标，对山西气象干旱进行特征研究和成因分析，不仅完善我国气象干旱研究，也有利于针对干旱制定适应的生产调度策略，为防灾抗旱工作提供科学参考和技术支撑。

1 资料和方法

1.1资料

从1979年到2016年山西省109站国家气象站逐月累计降水资料中，筛选资料序列较完整的60个台站，分别为：右玉、大同、天镇、广灵、偏关、平鲁、山阴、宁武、朔州、灵邱、浑源、繁峙、临县、代县、五寨、兴县、岚县、静乐、原平、忻州、阳曲、豆村、盂县、石楼、汾阳、祁县、太原、清徐、太谷、交城、寿阳、阳泉、昔阳、左权、榆社、和顺、吉县、介休、离石、蒲县、洪洞、临汾、武乡、沁县、安泽、襄垣、平顺、稷山、万荣、河津、运城、翼城、侯马、闻喜、垣曲、沁水、阳城、陵川、芮城、平陆。

1.2研究方法

Z指数适用于监测单站的旱涝情况，但是在气象干旱的计算中，针对半干旱地区月、季、年降水量一般并不服从正态分布的情况，一般假定其服从PersonⅢ型分布，那么对其进行正态化处理并转换为Z指数的公式为：

其中x为降水序列数据， 为标准化变量， 为偏态系数， 为信号序列的标准差，均可由降水资料序列计算求得；n为序列长度。之后，根据Z分布（标准正态分布）双侧的20%、15%、5%尾端概率可依次划分出偏旱（涝）、大旱（涝）、重旱（涝）的Z指数阈值。对于区域中多个站点，采取算术平均方式求得区域平均Z指数。

本文选取修正后的Z指数，构建山西省60站近38年来年、各季的区域干旱指数序列，确定典型干旱和湿润年份，运用气候趋势系数、M-K趋势与检验等方法，针对山西各季的气象干旱变化趋势、突变等基本特征进行研究分析。

2 结果分析

2.1山西省年、季区域干旱出现年份的基本特征

图1是运用修正后的Z指数，根据表1标准确定的山西近38年来年、各季干旱出现年份。就山西年平均而言，近38年来山西没有重旱；共有3年大旱，分别出现在1986、1997、2001年；1年大涝和1年重涝，分别出现在2016年和2003年。冬季的大旱和重旱发生在1983、1984和1999年；春季的大旱和重旱发生在1981、1995、2000、2001年；夏季的大旱和重旱发生在1986、1991、1997、2015年；秋季的大旱和重旱发生在1979、1986、1988和1998年。综合来看，山西的大旱和重旱年份大部分出现在20世纪80年代以后，各季重旱年份除夏季有一次出现在2015年外，均集中出现在90年代末期和21世纪初期，各季大旱年份则出现在80、90年代，这和全球气候变暖背景下80年代中后期华北地区气候总体呈变暖趋势相对应。进一步分析可知，夏季重旱、春夏或夏秋连旱是造成山西严重干旱的直接原因，如1986年大旱是夏、秋连旱造成的，1997年大旱则是夏季降水严重偏少，造成夏季重旱而引起的。

图1 山西省各季旱涝等级与Z指数年代际变化

2.2山西年、季区域干旱趋势分析

将山西年、各季的重旱、大旱和重涝、大涝年份分别定义为年和各季的典型干旱及典型湿润年，同时分别计算年、各季的区域干旱指数气候趋势系数，并作显著性检验。可以看出，冬、春季的区域干旱指数变化不明显；夏季、全年为下降趋势，秋季为上升趋势，其中全年的下降趋势较明显，但是都没有通过显著性水平0.05的显著性检验。

对山西年、各季的区域干旱指数做5a滑动平均。从5a滑动平均反应的年代际变化来看，冬季80年代到21世纪初期基本偏旱，2000年代中后期开始基本偏涝；春季在1990年代以前偏涝，90年代中后期开始有明显转向偏旱的趋势，在2010年前后回升；夏季的Z指数年代际变化相对不明显，整体看21世纪之前偏涝，21世纪之后则偏旱；秋季主要表现为自2000年代初期开始明显由偏旱转向偏涝；就全年平均而言，90年代中期之前变化幅度较小，整体呈下降趋势，90年代中期开始明显偏旱，2 000年代初期开始持续上升转向偏涝。

2 结论

本文利用山西省60个台站近38年来的逐月降水数据，选取优化后的Z指数，构建了山西年、季的区域干旱指数序列，针对干旱出现年份、变化趋势、突变等进行了特征分析，得到以下结论：

1. 山西近38年来没有重旱，共有3年大旱，分别出现在1986、1997、2001年，两年偏旱，出现在1991和1999年。山西的大旱和重旱年份大部分出现在20世纪80年代以后，各季重旱和大旱年份除夏季有一次出现在2015年外，均集中出现在80和90年代末期以及21世纪初期，这和全球气候变暖背景下80年代中后期开始华北地区气候总体呈变暖趋势相对应。夏季重旱、春夏或夏秋连旱是造成山西严重干旱的直接原因。

（2）山西的区域干旱指数年代际变化整体表现为：春、冬季变化不明显，夏季、全年为下降趋势，秋季为上升趋势，但均不显著。具体变化情况为：冬季80年代到21世纪初期基本偏旱，2000年代中后期开始基本偏涝；春季在1990年代以前偏涝，90年代中后期开始有明显转向偏旱的趋势，在2010年前后回升；夏季的Z指数年代际变化相对不明显，整体看21世纪之前偏涝，21世纪之后则偏旱；秋季主要表现为自2000年代初期开始明显由偏旱转向偏涝；就全年平均而言，90年代中期之前变化幅度较小，整体呈下降趋势，90年代中期开始明显偏旱，2 000年代初期开始又开始持续上升转向偏涝。

（3）山西冬、春、夏季的区域干旱指数变化不显著，秋季在2000年代中后期有明显转涝趋势，偏涝的趋势在2010年后显著，全年的区域干旱指数在80年代初期发生突变明显转旱，进入持续干期，90年代中后期到2000年代中后期转旱趋势显著，2000年代中后期开始这一趋势有所缓解。

参考文献：

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[4]鞠笑生,杨贤为,陈丽娟,等.我国单站旱涝指标确定和区域旱涝级别划分的研究[J].应用气象学报,1997,8(1),6—31.

作者简介：卢昊（1990.09），男，汉族，山西省太原市杏花岭人，硕士学历，工程师，从事研究方向或职业：气象学。

山西省气象局2019年青年基金项目：山西气象干旱特征及影响因子分析

项目编号SXKQNQH20195653