近50年吉林省干湿指数时空分布特征分析

张大伟，吴正方，杜海波，李 明，宗盛伟

（1.东北师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130024；2.山西师范大学城市与环境科学学院，山西临汾041000）

近50年吉林省干湿指数时空分布特征分析

张大伟1，吴正方1，杜海波1，李 明2，宗盛伟1

（1.东北师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130024；2.山西师范大学城市与环境科学学院，山西临汾041000）

采用桑斯维特在气候分类法中定义的干湿指数，结合趋势系数分析、小波分析、M－K检验等统计方法，对吉林省近50年气候干湿变化状况进行了分析.结果表明：吉林省表现出4次相对的干湿交替，即20世纪60年代的偏湿润期，70年代的相对干旱期，80年代的偏湿润期，90年代中后期以后的偏干旱期；存在10～15a和3a的变化周期，突变发生在1979—1980年；在空间变化上表现出湿润区范围不断扩大，半湿润区显著缩小，半干旱区范围略有扩大的特点.

气候变化；干湿指数；时空分布；吉林省

近年来，在全球气候变化的背景下，各区域的干湿状况及其时空分布特征也发生了不同程度的变化［1］，这种变化已经对环境、国民经济，特别是农业生产产生了一定的影响.因此气候的干湿变化及其带来的影响越来越受到气象气候学者及相关领域人士的关注和重视.

干湿指数是表征一个地区水分盈亏及收支变化的物理量［2］.目前，在降水量减少而气温升高的气候背景下，增温已经成为影响干湿状况的重要因子之一［3］，单一地分析降水量已经不能完全表征气候干湿分布状况和时空变化.综合降水、气温、蒸发量、风速、土壤湿度，植被覆盖率等因子定义的干湿指数是表征干湿状况的客观指标，但由于非常规数据缺乏长时间大范围的观测记录，多因子干湿指数具有一定的局限性.鉴于此，本文选择桑斯维特在植被气候分类法中定义的干湿指数，综合考虑降水量和气温对干湿状况的影响，同时分析水分收入量和支出量的变化情况，对气候干湿状况及其时空分布特征进行了探讨.该指数数据容易收集，方法成熟且可行性强.

目前，国内对气候干湿状况的研究已经取得一定的成果［4－8］，研究区域多集中在国家尺度和大区域尺度上［9－12］，主要是基于历史资料对中国干湿状况的形成机理、分布特征、变化趋势等方面进行的分析.如马柱国对中国北方干湿演变规律及其与区域增暖的可能联系进行了分析，指出当前北方地区的普遍增温是干旱化加剧的主要原因［13］；杨建平等分析了50年来中国干湿气候界线的空间变化，认为中国干旱/半干旱分界线与半湿润/湿润分界线也呈现出显著的区域差异性，且具有“U型”分布特征［14］；赵俊芳等基于湿润指数研究得出了中国气候总体上呈暖干趋势的结果［15］.但是，对单个省特别是农业省干湿状况变化的研究相对较少，考虑降水量和气温对吉林省干湿指数特征的研究亦未见报道.鉴于此，本文利用近50年逐日气温和降水数据，结合趋势系数、小波分析、M－K检验等方法分析了吉林省干湿指数的时空分布特征，以期为有关部门合理利用气候资源、调整农业生产提供理论依据.

1 数据和方法

1.1 数据

所采用的数据由中国气象局国家气象信息中心提供，将资料长度不足和发生过台站迁移的站点剔除后，选取了吉林省22个气象站（见图1）1958—2007年的逐日气温和降水量资料.对于个别缺测的数据，本研究选用临近站点空间插补方法对其进行了插补，以保证气象数据序列的完整性和连续性.

图1 吉林省气象站分布

1.2 方法

采用桑斯维特在植被气候分类法中定义的干湿指数Im［16－17］，公式如下：

式中：P为降水量；PE为潜在蒸散量，计算方法如公式（2）所示：

a1＝－0.0433，a2＝3.2244，a3＝－41.528；kd为长订正系数；I为热指数；T为月平均气温.

依据Im划分的干湿气候型如表1所示［16］.

表1 按干湿指数划分的干湿气候型

2 结果与分析

2.1 干湿指数时间演变特征

2.1.1 干湿指数时间序列变化趋势

1958—2007年，吉林省干湿指数总体呈上升趋势，但并不明显（见图2），只有2站通过了α＝0.05的显著性检验.吉林省相对干湿的主要特征表现为20世纪60年代的偏湿润期（但已经表现出向偏干旱期转变的趋势），70年代的相对干旱期，80年代的偏湿润期，90年代中期以后的偏干旱期.其中，最湿润的年份为1986年，干湿指数值为22.8，最干旱的年份为1958年，干湿指数值为－36.3.

图2 1958—2007年吉林省干湿指数时间变化特征

2.1.2 干湿指数时间序列周期特征

吉林省干湿指数存在不同时间尺度的震荡周期（如图3所示，实线表示偏湿润，虚线表示偏干旱）.从10～15a时间尺度上看，吉林省在1958—2007年间经历了4次相对的干湿交替，即1968年以前处于偏湿润期，1968—1982年处于偏干旱期，1982—1995年处于偏湿润期，1995年以后再度进入偏干旱期，变化周期与本文前面的趋势变化分析基本一致.准15a周期存在，但不明显，说明干湿指数时间序列年际变化并不显著，3a周期始终存在且十分明显，说明气候干湿状况年际交替频繁.

图3 1958—2007年吉林省干湿指数Mexh小波分析图

2.1.3 干湿指数时间序列突变特征

干湿指数的时间变化既有渐变也有突变，如图4所示，60年代初至80年代初正序曲线是波动下降的，说明吉林省在这一时期逐渐变干；80年代以后曲线呈波动上升的趋势，1985年湿润程度逐渐增大，曲线值大于0，直至1995年曲线再次下降，但是此时仍处于0值以上，两条曲线有多个交点，且都在信度线（u0.05＝±1.96）之内.为了确定干湿指数突变的确切位置，用t检验再次对干湿指数进行检验，得出突变点在1979—1980年和1984—1985年，综合两种检验的相同部分可以确定干湿指数的突变发生在1979—1980年，其他突变点均为伪突变点.

图4 1958—2007年吉林省干湿指数M－K检验统计量曲线

2.2 干湿指数空间分布特征

吉林省干湿气候区分为湿润区、半湿润区和半干旱区（见图5）.以突变年份1980年为界，可将近50年分为两个时间段.1958—1980年吉林省湿润区大致分布在东部和南部，包括白山市、通化市大部分和延边朝鲜族自治州的敦化市、安图县、和龙市三市（县）的南部；半湿润区分布在四平市、辽源市、长春市、吉林市和延边朝鲜族自治州的大部分地区；半干旱区大致分布在白城市和松原市.

图5 1980年前后吉林省干湿带界线分布对比图

1980年以后湿润区界线向东北、北、西北三个方向延伸，最西端到达吉林省中部，最大移动距离约为100km，不但将原有覆盖范围扩大，而且把蛟河、桦甸、梅河口三市也囊括其中，说明吉林省东部的降水增加不但抵消了气温增加所带来的影响［18］，而且使其自身在干湿分布中占主导地位，导致吉林省湿润区的范围显著增大；半干旱区的范围并没有太大的变化，界线南部两个时段相重合，北部1980年后略向东偏，最大移动距离约为15km，在吉林省西部气温不断升高、降水逐渐下降的情况下［18］，半干旱区的干旱程度加剧；半湿润区的面积明显减小，分布在湿润区的两侧.通过前后两个时段的对比，吉林省干湿区域表现出湿润区范围不断扩大、半湿润区显著减少、半干旱区范围略有扩大的特点.

3 结论

（1）1958—2007年，吉林省表现出4次相对的干湿交替：即20世纪60年代的偏湿润期，70年代的相对干旱期，80年代的偏湿润期，90年代中期以后的偏干旱期.其中，最湿润的年份为1986年，最干旱的年份为1958年.

（2）干湿指数包含了多个不同尺度的周期，在10～15a的尺度上，吉林省气候干湿更替周期与趋势变化分析基本一致，准15a周期存在，但不明显；在小于10a的尺度上，3a周期表现明显.

（3）干湿指数时间序列突变发生在1979—1980年.

（4）通过比较两个时段湿润区、半湿润区、半干旱区的界线发现：湿润区由东南向东北、北、西北三个方向延伸，最西端到达吉林省中部；半湿润区与半干旱区的界线南部两个时段相重合，北部在后时段略向东偏，整体表现出湿润区范围不断扩大、半湿润区显著减少、半干旱区范围略有扩大的特点.

［1］ 翟盘茂，播晓华.中国北方近50年温度和降水极端事件变化研究［J］.地理学报，2003（增刊）：1－10.

［2］ 孟猛，倪健，张治国.地理生态学的干燥度指数及其应用评述［J］.植物生态学报，2004，28（6）：853－861.

［3］ 马柱国.华北干旱化趋势及转折性变化与太平洋年代际振荡的关系［J］.科学通报，2007，52（10）：1199－1206.

［4］ 《气候变化国家评估报告》编写委员会.气候变化国家评估报告［M］.北京：科学出版社，2007.

［5］ 鞠笑生，邹旭恺，张强.气候旱涝指标方法及其分析［J］.自然灾害学报，1998，7（3）：51－57.

［6］ 姚玉璧，张存杰，邓振镛.气象、农业干旱指标综述［J］.干旱地区农业研究，2007，25（1）：185－189.

［7］ 袁文平，周广胜.标准化降水指标与Z指数在我国应用的对比分析［J］.植物生态学报，2004，28（4）：523－529.

［8］ 卫捷，马柱国.干旱指数、地表湿润指数与降水距平的比较［J］.地理学报，2003，58（9）：117－124.

［9］ 王菱，谢贤群，李运生，等.中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化［J］.地理研究，2004，23（1）：45－54.

［10］ 吴洪宝.我国东南部夏季干旱指数研究［J］.应用气象学报，2000，11（2）：137－144.

［11］ 孙力，沈柏竹，安刚.中国东北地区地表干湿状况的变化及趋势分析［J］.应用气象学报，2003，14（5）：542－552.

［12］ 刘波，马柱国.过去45年中国干湿气候区域变化特征［J］.干旱区地理，2007，30（1）：7－15.

［13］ 马柱国，符淙斌.中国北方干旱区地表湿润状况的趋势分析［J］.气象学报，2001，59（6）：738－746.

［14］ 杨建平，丁永建，陈仁升，等.50年来我国干湿气候界线的空间变化分析［J］.冰川冻土，2002，24（6）：731－736.

［15］ 赵俊芳，郭建平，徐精文，等.基于湿润指数的中国干湿状况变化趋势［J］.农业工程学报，2010，26（8）：18－24.

［16］ THOMTHWAITE C W.Approach toward a rational classification of climate［J］.Geography Review，1948，38：55－94.

［17］ PENMAN H L.Evaporation over the British lsles［J］.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1950，76：372－383.

［18］ 廉毅，高枞亭，沈柏竹，等.吉林省气候变化及其对粮食生产的影响［J］.气候变化研究进展，2007，3（1）：46－49.

Abstract：In this paper，we analyze the climatic drought－wet change over Jilin in the past 50years using the drywet index defined by Thonthwaite，combined with the trend coefficient，wavelet transform and M－K test.The results show that the interdecadal climatic variation experience four alternating dry and wet periods，including course of wet period in the 1960s，dry period in the 1970s，wet period in the 1980s，and dry period after mid－90s，respectively.The periods of 10～15aand 3aexist.The mutation point occurs between 1979and 1980.Humid areas expand，whereas semi－humid areas reduce significantly.The semi－arid areas slightly expand.

Keywords：climate change；dry－wet index；spatial－temporal distribution；Jilin Province

（责任编辑：方 林）

Temporal－spatial distribution of dry－wet index in Jilin in recent 50years

ZHANG Da－wei1，WU Zheng－fang1，DU Hai－bo1，LI Ming2，Zong Sheng－wei1
（1.College of Urban and Environmental Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.College of Urban and Environmental Sciences，Shanxi Normal University，Linfen 041000，China）

P467［学科代码］170·1535

A

2011－06－19

国家重点基础研究发展规划（973）项目（2009CB426305）；国家自然科学基金资助项目（41171038）；吉林省自然科学基金资助项目（20101561）.

张大伟（1984—），女，硕士研究生，主要从事区域气候变化研究；通讯作者：吴正方（1960—），男，博士，教授，博士研究生导师，主要从事生态气候研究.

1000－1832（2012）02－0123－04