云南极端气候干旱的特征分析*

2013-01-26张万诚郑建萌任菊章

灾害学 2013年1期

张万诚，郑建萌，任菊章

(1.云南省气象科学研究所，云南昆明650034;2.云南省气候中心，云南昆明650034)

0 引言

极端天气气候事件是气候异常变化的一种集中表现，是指出现概率非常小的罕见强烈天气气候事件。它具有破坏性大、突发性强和难以准确预测等特点。IPCC第四次评估报告指出过去50年中，强降水、高温热浪、干旱等极端天气气候事件呈现不断增多增强的趋势，预计今后随着气温的升高，这种极端事件的出现将更加频繁［1］。根据历年旱灾受灾面积统计，1951－2006年中国平均受灾面积(农业减产10%以上)、成灾面积(农业减产30%以上)，分别为4 247.1万hm2、1 883.1万hm2，分别占自然灾害的57.0%和54.0%，与洪涝受灾面积、成灾面积所占比例24.8%和29.5%相比，远远高出洪涝对农业的危害［2］。在全球变暖背景下，极端天气气候灾害事件的强度不断增大，百年或几十年一遇的极端干旱或异常强降水事件频繁出现，如2006年夏季，重庆和四川东部地区遭受罕见的高温热浪袭击，四川经历了1951年以来最严重的干旱，重庆则遭受了百年一遇的特大伏旱，给当地经济、社会和人民生活带了巨大影响［3］。而2010年西南地区的云南、贵州等地出现了特大干旱，其中云南出现了冬、春季及初夏连旱，是有气象记录以来持续时间最长的特大旱灾。因此，开展区域干旱事件特征分析，有助于提高对干旱灾害的预测和风险管理［4－6］。

云南地处低纬高原，受季风影响，5－10月为雨季，11月至次年4月为干季，干季降水仅占全年的16%，年干旱频率达50%～60%，是西南地区干旱最严重的，也是我国干旱发生频繁的地区之一［2，7］，当地有“十年九旱”之说。对于云南旱涝的气候成因，文献［8－13］等开展了相关的分析研究，而对于历史上出现的极端干旱则很少作气象干旱强度的评估及特征分析。因此，本文主要应用综合气象干旱指数和降水量，分析1961年以来云南出现的主要极端气象干旱及其特征。

1 资料和方法

取云南124个站，1961年1月1日至2011年12月31日的旬、日、月降水和气温资料。根据国家标准中的综合气象干旱指数［14］，其计算公式为:

式中:Z30、Z90分别为近30 d和近90 d标准化降水指数SPI值;M30为近30 d相对湿润度指数，a、b、c分别取0.4、0.4、0.8。P是30 d的降水量，PE是30 d的可能蒸散量，PE可用FAO Pennman-Monteith或Thornthwaite方法计算，由于前者需要的气象要素资料较多，大部县气象站并不开展相关监测，本文采用Thornthwaite［12］计算。根据国标的规定干旱等级，当CI＞－0.6时为无旱，－1.2≤CI＜－0.6为轻旱，－1.8＜CI≤－1.2为中旱，－2.4＜CI≤－1.8为重旱，CI≤－2.4为特旱。按(1)式计算各站每天的CI指数，无旱时强度为0。干旱过程内CI达轻旱以上程度的所有天的CI之和表示干旱过程强度，干旱强度负值越大表示干旱越严重。

目前的干旱指数如国标中的综合气象干旱指数［14］、Thornthwaite干燥度指数、湿润度指数等针对云南干旱的监测在干旱过程发生、结束的具体日期存在差异。根据各地应用的情况，近几年国家气候中心也在不断地改进综合干旱指数计算方法，虽然这些方法对干旱过程监测的具体日期有差异，但在特大干旱的确认上基本一致［12］。由于干旱形成的最直接原因主要是大气降水量偏少、气温偏高引起，本文用逐日降水量和综合气象干旱指数方法来确定极端气候干旱。

2 极端干旱事件的选取

图1a是云南逐日平均干旱强度和降水量变化，从图中可以看出云南干旱出现频繁。1980年代之前干旱的强度较重，20年中有5次干旱过程强度指数小于－80以下，其中1962/1963、1968/1969、1978/1979年干旱强度小于－100以下，其余2次的干旱过程强度在－81以上，分别是1966年5月为－85.7以及1974年3月为－82.1。从1980年以来的31年中有7次小于－61以下，其中2009/2010干旱过程强度达到－198.3，有2次干旱过程的强度小于－71以下，分别是1980年5月为－73.9，1984年4月达－80.4，其余4次在－61～－67间。可见，从1961年以来干旱过程强度指数达－61.5～－86有8次，强度在－100以上的有1962/1963、1968/1969、1978/1979、2009/2010年，分别为107.9、118.6、112.6、198.3，其它干旱过程的强度都在－50以下。2011年云南虽然也出现干旱，但强度指数在－30以下。从逐日降水变化上也可看出，干旱强度和降水呈反相变化，干旱过程强度在－50以上时，逐日降水不足3 mm，特别是干旱强度小于－100以下的1962/1963、1968/1969、1978/1979、2009/2010年，干旱时段内降水为特少。从图1中还可看出，从1970年代末期以来，中等以上强度干旱(综合指数在－20以上)出现的频率呈增加趋势，特别是CI在－40以上达14次(1980年代以前才有6次)，这与文献［12］得出的2000年以后干旱比前10年重是一致的。

图11961 年1月1日－2011年12月31日云南干旱强度变化

选取易发生干旱的滇中昆明、滇东曲靖、滇西大理、滇东南文山作干旱强度评估。从图1b可以看出昆明干旱出现频繁，并且干旱强度重，从1961年以来有12次干旱过程强度指数在－100以上，其中1962/1963、1968/1969、1978/1979年、2009/2010年干旱过程强度指数为－220以上，2009/2010年的干旱强度指数最强达－411.6，其余的8次干旱过程强度在－110～－176;另外，强度指数在－50～－100间的中等干旱过程出现的频率也高;从昆明逐日降水变化上可看出，干旱强度越强，降水越少，在干旱过程强度达－70以上时段，降水距百分率均为特少。从1970年代末期以来，综合指数在－70以上的中等以上干旱出现的频率呈增加趋势。

在曲靖干旱强度和降水逐日变化上可以看出(图略)，1961年以来曲靖有8次干旱过程强度指数达－100以上，其中1962/1963、1978/1979年、1992年10月、2009/2010年干旱过程强度指数为－210以上，1962/1963、1978/1979年、1992年10月干旱过程强度指数分别为－237.7、－226.7、213.4，2009/2010年的干旱过程最强达－388.6，其余的4次干旱过程强度大于－140以上。而大理从1961年以来有10次干旱过程强度指数在－100以上(图略)，小于－200以下的只有1968/1969和1981/1982年，其余的8次(包括1962/1963、1978/1979年、2009/2010年)干旱过程强度在－110～－145;另外，强度指数在－50～－100的中等干旱过程出现的频率非常高。1961年以来，滇东南文山有10次干旱过程强度指数达－118以上(图略)，其中1962/1963、2009/2010年干旱过程强度指数分别为－226.8、－407.4，其余的8次(包括1968/1969、1979/1980年)干旱过程强度在－118.1～－174间。造成滇中昆明、滇东曲靖、滇西大理、滇东南文山干旱强度指数大小差异的主要原因主要是由于云南地处低纬高原地区，受季风影响，雨季平均降水占全年的84%［7］，但降水分布极不均匀，造成了干旱强度分布的不一致。

综上所述，用全省平均与用区域站选取的严重干旱时段基本一致，并且特大干旱出现的时段与降水特少对应非常一致。总体来讲，干旱强度最强主要集中在1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年，其降水均是云南历史上最少的。另外，从1970年代末期以来中等强度以上干旱呈增加趋势。

3 极端干旱年的气候特征

选取干旱过程强度最强的1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年，分析其干旱年的气候概况。

3.11962 /1963的冬春初夏连旱

从图2a可看出，1962年9月至1963年5月云南降水持续偏少，除10月和3月偏少1%和10%以外，其它7个月偏少40%以上，其中有5个月偏少60%以上。1962年9月上旬至1963年5月下旬，全省有101个县市偏少20%以上，其中滇中、滇东南、滇东北大部等地有58县市偏少了50%～80%(图2b)。全省平均降水276.4 mm(1.012 mm/站天)，较常年同期偏少45.1%，为1961年来历史同期最少值。大春栽插时期的5月除滇西南、滇西北北部和滇东南边缘偏少2～6成外，其余地区偏少7成至1倍，有51县市偏少8成以上。全省平均5月降水只有38.9 mm，偏少62.6%，为1961年来云南5月降水的最少值。

从干旱强度指数变化的情况看(图3)，1962年11月中旬开始出现旱情，干旱一直持续到1963年6月上旬，5月26日重、特旱站数分别达21站和54站，中旱程度以上的站数达到98站。全省大部雨季在6月上旬末后才开始，而昆明雨季在6月12日开始，各地进入雨季后干旱才得以逐步缓解。昆明的最大干旱强度是1963年6月24日为－229.1，持续天数最长达120 d;滇东曲靖是1963年6月17日强度最大为－237.7，持续112 d;滇东南文山干旱最大强度是1963年3月6日为－226.8，持续119 d;滇西大理是1963年3月11日强度最大为－116.5，持续58 d;而全省平均干旱强度在1963年6月7日达到最重为－107.9。可见，1962/1963年的冬春初夏连旱是由于1962年的秋季、冬季及1963年的春、初夏季降水特少造成的。

图2 云南平均降水距平百分率

图34 次极端干旱过程头年9月至当年7月的强度演变

3.21968 /1969的冬春初夏连旱

从图4a可看出，云南1968年11月至1969年5月各月降水除1月偏少20%，其余6个月偏少40%以上，有4个月偏少65%～92%。1968年11月上旬至1969年6月上旬丽江、宾川、南涧等14个县(市)降水在40 mm以下，与常年同期相比全省有108个县市偏少20%以上，其中滇中、滇西北、滇西南大部和滇东南部分地区有71县市偏少了50%～90%(图4b)，1968年11月上旬至1969年6月上旬，全省平均降水170.1 mm(0.80 mm/站天)，较常年同期偏少50.9%，为1961年来历史同期最少值。从图3还可看出，1968年12月中旬开始出现旱情，干旱一直持续到1969年6月中旬，5月21日重、特旱站数分别达17站和57站，达到中旱程度以上的站数为95站。当全省大部地区的雨季在6月中旬开始(昆明是6月20日开始)时，干旱才得以解除。昆明最大干旱强度是1969年6月20日为－240，持续天数最长达127 d;滇西大理是1969年6月10日强度最大为－205.6，持续115 d;滇东南文山干旱最大强度是1969年5月7日为－134.1，持续85 d;滇东曲靖的干旱强度相对较小，在1969年5月25日达最大为－75.9，持续41 d;而全省平均干旱强度在1969年6月1日达到最大为－118.6。可见，1968/1969年的冬春初夏连旱是由于1968年的冬季及1969年的春、初夏季降水特少造成的。

图4 云南平均降水距平百分率

4.31978 /1979的冬春初夏连旱

1978年10 月至1979年5月云南各月降水偏少20%以上，其中有6个月偏少40%以上(图5a)。1978年10月上旬至1979年5月下旬，全省平均降水185.4 mm(0.76 mm/站天)，较常年同期偏少49.5%，为1961年来历史同期最少值。华坪、昆明、东川等18个县市降水在60 mm以下，与常年同期相比，除文山州和盐津、勐腊属于正常外，全省有113个县市偏少20%以上，其中有77县市偏少了50%～90%，主要集中在滇中、滇西北东部、滇西南地区(图5b)。从1978年11月中旬开始出现旱情(图3)，6月1日重、特旱站数分别达45站和35站，达到中旱程度以上的站数为91站，干旱一直持续到1979年的6月上旬雨季开始时(昆明6月19日开始)。昆明最大干旱强度是1979年6月18日为－397.3，持续天数最长达238d;曲靖是1979年4月18日干旱强度最大为－226.7，持续114 d;滇西大理干旱最大强度是1979年2月8日为－113.1，持续50 d;滇东南文山的最大干旱强度发生在1979年的秋季;而全省平均的干旱强度在1979年3月16日达到最重为－112.6。可见，1978/1979年的冬春初夏连旱是由于1978年的秋季降水偏少、冬季降水特少，以及1979年春季、初夏季降水偏少造成的。

图5 云南平均降水距平百分率

4.42009 /2010的秋冬春初夏连旱

2009年雨季以来，云南出现持续降水偏少、气温偏高的异常气候。进入9月后，云南降水锐减，偏少幅度加大，大部地区雨季提前结束。2009年1月－2010年6月，除2009年4月和2010年4月降水偏多15.8%和46.3%外，其余各月都偏少，有12个月偏少20%以上，6个月偏少60%以上(图6a)。特别是秋、冬季的降水偏少、气温偏高突出。2009年秋季降水135.2 mm，较常年偏少135.7 mm，偏少50.1%，偏少幅度比历史上最少的1998年还大10.7%，是1961年来的最少年份;秋季气温为17.7℃，较常年偏高1.1℃，为1961年来的最高记录。2009/2010年冬季降水14.9 mm，较常年偏少34.9 mm，偏少70.0%，与大旱年1962/1963、1968/1969年的冬季降水并列为1961年来的第二少;2009/2010年冬季云南气温较常年偏高1.6℃，为1961年以来最高。由于雨季提前结束，秋季降水过程偏少，大雨、暴雨分别只有124和26站次，比常年偏少131、28站次。在降水偏少最严重的9月上旬至2010年4月中旬时段内全省有63个站降水在150 mm以下，其中23个站降水在100 mm以下。与常年同期相比，除德钦和盈江偏多18%和1%外，其余地区都偏少。大理、保山东部、临沧东部、普洱北部及以东的地区共有83县市偏少4成以上，其中滇中、滇东南、曲靖大部和大理南部有45县市偏少6成以上(图6b)。最少的巍山、东川、开远分别为52、56、58 mm，较常年同期偏少84%、79%、80%，昆明的降水仅88 mm，较常年同期偏少72%。全省平均降水201 mm，较常年同期偏少46.4%，为有气象记录以来历史同期最少值。

图6 云南平均降水距平百分率

从图3可以看出，2009年9月下旬开始出现旱情，比前3次特大干旱中旱情出现较早的1978/1979年还早50 d。与前3次极端干旱过程最严重的时段出现在5月底、6月初不同，最严重的时段出现在2010年3月下旬，到3月23日时，全省出现重、特旱的站数分别为43站、65站，达到中旱程度以上的站数为116站。2010年云南各地雨季开始参差不齐，大部地区偏晚，楚雄州、大理州一带在7月中旬末开始，其余地区在5月下旬到6月中旬开始，昆明6月14日开始，各地进入雨季后严重干旱才得以逐步缓解。昆明最大干旱强度是2010年3月27日为－411.6，持续天数最长达199 d;滇东曲靖是2010年4月22日为－388.6，持续163 d;滇东南文山是2010年4月22日为－407.4，持续184 d;滇西大理的干旱强度相对较小，在2010年1月25日达最大为－137.3，持续83 d;而全省平均干旱强度在2010年3月26日最重为－198.3。可见，2009/2010年的秋冬春初夏连旱是由于2009年的夏季降水偏少、秋季和冬季降水特少，以及2010年春季、初夏季降水偏少造成的。

此次干旱造成云南省16个州市2497.7万人受灾，有1 167.4万人、619万头大牲畜饮水困难;有564座小型水库干涸，1 119眼机井出水不足;农作物受灾面积2 957.2khm2，绝收面积1015.5 khm2;林地受灾面积3847.3 khm2、报废1 078.7 khm2。直接经济损失2 732 983.6万元，其中农业经济损失1 986 286.7万元［15］。

综上所述，在4次极端干旱过程中，强度最强的是2009/2010的秋冬春初夏连旱，其造成的危害及经济损失也最大，其次是1978/1979年、1968/1969年和1962/1963年的冬春初夏连旱。在云南极端干旱过程的分布中，滇西、滇西南局部边沿地区由于降水偏多、出现极端干旱相对较少，其余地区最容易发生特大干旱，并且干旱最容易出现在冬季、春季及初夏季，有时会发生在秋季，形成秋冬春初夏连旱连旱，其造成的经济损失也最大。