基于CI指数的祁东县干旱特征分析

赵艳兰，陈 涛，管薇薇，彭 俊，刘美玉，李 红，伍淑华

(1.湖南祁东县气象局，湖南祁东 421600；2.湖南衡阳市气象局，湖南衡阳 421001；3.湖南衡东县气象局，湖南衡东县 421400)

基于CI指数的祁东县干旱特征分析

赵艳兰1，陈 涛2，管薇薇3，彭 俊1，刘美玉1，李 红1，伍淑华1

(1.湖南祁东县气象局，湖南祁东 421600；2.湖南衡阳市气象局，湖南衡阳 421001；3.湖南衡东县气象局，湖南衡东县 421400)

利用衡阳市祁东县气象站1960～2013年逐日平均气温、降水观测数据，计算综合气象干旱指数。以国家标准《气象干旱等级GB/T20481～2006》为依据划分不同干旱等级、计算干旱日数、干旱强度等，在此基础上统计干旱日的年、年代际统计并作了线性分析，并为应对干旱提出了自己的建议:祁东县干旱日每年均有出现，但不同强度干旱日发生频率不同，在全球变暖大背景下，干旱日等级越高，其增幅愈明显；祁东县的平均干旱过程数为2.5次/a，一年出现2次干旱过程几率最大，无旱过程的几率为9.3%；在统计年干旱强度时，选用持续时间最长的一次有较好代表性。近54a来，干旱强度年变化可分为三高两低，目前处于干旱强度较高期；祁东县大部分年份有季节性干旱，单季旱以秋旱为主，在双季干旱中，夏秋连旱居多，历史上夏秋冬连旱出现了三次；为了应对日趋严重的干旱，需增强人们的防旱抗灾意识、加大水利设置投入、推广节水农业和提高干旱监测预警能力。

祁东干旱；干旱过程；干旱强度；CI指数；抗旱策略

0 引言

全球气候变暖，所带来的主要问题之一是全球范围的干旱问题日趋严重[1-5]，干旱已成为出现最多，持续时间最长，危害范围最大的气象灾害[6]，使之成为目前世界气象学界探讨的热点[1]。1997年美国气象学会将干旱分为四类即气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱[7]，其中气象干旱是其他各类干旱发生的主要原因[1]。学者对气象干旱指标作过大量的研究，国家气象干旱等级标准[8]中包含降水距平百分率、相对湿润度指数、土壤相对湿度指数、帕默尔干旱等级、综合气象干旱指数(CompositeIndex，简称CI)等多个指标。其中CI指数是以标准化降水指数、湿润度指数及近期降水量为基础设计的，它同时考虑了蒸发能力因子，与单纯利用降水量的干旱指数相比具有较大优越性[9]，目前成为国内干旱监测和评估业务工作中普遍使用的方法。谢五三等[10]对淮河流域170个气象观测点的CI干旱指数与历年受灾、成灾面积进行相关性分析，其显著性水平通过了0.01的检验；刘可群等[11]对湖北71个气象台站的CI指数分析表明，湖北省西北部干旱偏多，而长江以南的鄂西南地区相对较少；吴哲红等[12]对贵州安顺地区在CI指数和K指数下的干旱演变分析发现，两种指数均表明对历年干旱过程及灾害评定结果基本一致，但CI指数对干旱评定更为精细。张剑明等[13]利用CI指数分析湖南气象干旱时空变化特征，结果显示湘北干旱少而湘南较多。

衡阳市祁东县地处湘中南，位于衡邵干旱走廊中心，湘江中游北岸。北纬26°28′～27°4′，东经111°32′～112°20′，呈狭长形。其气候特点是:气温四季分明，气温比同纬度地区偏低，年差较大，大陆性特色明显。年降水量为1267.9mm，为衡阳境内降水最少区域，年雨日150.9d，较周边其他市县区偏少4～15d，辖区内降水时空分布不均，干旱明显，且有进一步加剧趋势[7]。鉴于其特殊的地理位置及干旱状况，现用CI指数对祁东

县近54a干旱状况予以分析，以期揭示该地区干旱特点及变化规律，并为当地抗旱提出相应对策。

1 资料与方法

1.1 资料来源及说明

本文利用祁东县观测站1960～2013年逐日气温、降水量统计逐日CI指数，逐日气温、降水量通过了湖南省气候中心质量控制。

1.2 计算方法

本文参考《气象干旱等级》国家标准[8]中CI的计算方法，利用近30d(相当月尺度)和近90d (相当季尺度)降水量的标准化降水指数，以及近30d相对湿润度指数综合得出，计算公式如式1:

CI＝aZ30＋bZ90＋cM30(1)

式中Z30、Z90分别为近30d和近90d标准化降水指数SPI；M30为近30d相对湿润度指数；其中标准化降水指数SPI、相对湿润度指数的计算方法依照文献[8]，相对湿润度指数中的潜在蒸散量ET0采用 FAO推荐的彭曼—蒙泰斯 (Penman-Monteith)蒸散公式[14]计算。a为近30d标准化降水系数，平均取0.4；b为近90d标准化降水系数，平均取0.4；c为近30d相对湿润系，平均取0.8。通过公式(1)，利用前期平均气温、降水量可以滚动计算出每天CI值。根据CI值划分各气象干旱等级，见表1。

表1 综合气象干旱指数(CI)等级Tab.1 Integratedmeteorologicaldroughtindex

1.3 干旱过程、强度及季节性干旱

根据国家气象干旱等级标准[8]，CI指数连续10d为轻旱以上等级，则确定为发生1次干旱过程。干旱过程内所有天的CI指数为轻旱以上的干旱等级之和，表示干旱过程强度，其值越小干旱过程越强。

标准规定某年四季划分为:3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12月～次年2月为冬季，当某一时段内至少出现1次干旱过程，并且累积干旱持续时间超过所评价时段的1/4时，则认为该时段发生干旱。根据此规定，在分析季节性干旱时，把一次干旱过程日数在23～45d，定为单季干旱；日数在46～68d，且日期跨季节，则为双季连旱；干旱过程在69天及以上，日期跨三季，则为3季连旱。

2 结果分析

2.1 干旱日数

2.1.1 年干旱日

祁东县1960～2013年平均干旱日为89.4d/ a，其中轻旱、中旱、重旱和特旱分别为43.9d/a、29.2d/a、11.1d/a和5.2d/a。年干旱日最多有194d(1964年)，最少4d(1993年)。轻度干旱日每年均有出现，最多年99d(1987年)，最少年4d(1993年)；92.6%的年份有中度干旱日出现，最多年120d(1964年)；68.5%的年份有重度干旱日，最多年57d(2007年)；46.3%的年份有特旱日，最多年33d(1973年)。

2.1.2 干旱日数年代际变化

表2为1960～2010年代祁东县不同量级干旱日统计表(2010年代统计时间为2011～2013年)。20世纪，干旱日数在1980年代达到峰值(95.1d/a)，至1990年代迅速减少(72.1d/a)，进入21世纪，干旱日数增多明显，2000年代为98.5d/a，2010年代为136.5d/a，达到各年代的最大值。

对各年代际干旱日数距平分析结果显示，20世纪各年代均为负距平，1990年代偏少最多(－24.6%)，2000年代和2010年代分别偏多3.0%和42.7%。2000年代，轻旱日数为负距平，其他等级干旱日为正距平，其中重旱日偏多40.0%。2010年代，轻旱、中旱、重旱、特旱日分别偏多21.8%、47.7%、74.4%、109.3%。可见在全球变暖大背景下，干旱日数整体呈增多趋势，其中干旱强度越高，其干旱日数增幅越明显。

2.2 干旱过程及强度

2.2.1 干旱过程

通常而言，年干旱过程数与当年干旱严重程度成反比。干旱过程数越多，过程持续时间相对会缩短，所造成的危害相对较越小。图1为祁东

县近54a干旱过程数变化曲线。历年平均为2.5次/a。曲线变化可分为4个阶段:20世纪60年代干旱过程数较少(2.1次/a)，60年代末至70年代中后期达到峰值(3.2次/a)，之后持续减少，21世纪前13a平均干旱过程数为2.0次/a。对照祁东县历史干旱实况，20世纪60年代及近十多年以来，都是干旱高发时段，其干旱过程数均偏少。

表2 祁东县干旱日年代际变化(单位:d/a)Tab.2 InterdecadalvariationofdroughtdaysinQidongCounty(Unit:d/a)

图1 1960～2013年祁东干旱过程数变化曲线Fig.1 Droughtprocesschangecurvefrom1960to2013inQidong

对变化曲线进行线性趋势分析，其线性倾向率为－0.09次/10a，表明干旱过程数有减少趋势，但变化缓慢。趋势系数为0.09695，这种变化过程未通过显著性水平检验。

对不同干旱过程的出现年数统计(表3)，近54年中，有5a未出现干旱过程，出现1～5次过程的分别有8a、19a、9a、8a、6a，一年之内，出现2次干旱过程几率最大(33.3%)，无干旱过程的几率为9.3%。

2.2.2 干旱强度

有些学者[1，15]在统计年干旱过程日数和强度时，将统计时间内所有干旱过程的天数及CI值累积。表3为祁东县不同干旱过程次数时所对应的年累计天数及CI值。年干旱过程为1次时，平均干旱日为73.5d/a，平均干旱强度－109.8，年干旱过程为5次时，其干旱天数110.5d/a，干旱强度为－132.9。很显然，年内干旱过程数越多，累计干旱天数和强度越大。但并不能真实反映干旱状况，这在干旱过程分析中也有所体现，故本文分析年干旱强度且有多段过程时，选取当年持续时间最长一段统计分析。

图2为祁东县历年干旱强度变化曲线。近54a来，干旱强度变化为三高两低型。1960～1966年、1979～1992年、2003～2013年为干旱强度偏大期，其他时期干旱强度较弱，历史上单次干旱强度最大为－223.4，出现在1964年7月10日

至12月28日。对各变化过程进行标准差分析结果显示:1960～1966年间干旱强度变化最大(89.8)，其次是2003～2013年(78.7)，1993～2002年在干旱强度相对较小的同时，其各年间的变化也不大(49.5)。

图2 1960～2013年祁东县干旱强度变化曲线Fig.2 Droughtstrengthcurvefrom1960to2013inQidongCounty

表3 1960～2013年祁东县不同干旱过程次数及平均天数、平均CI值Tab.3 Differentdroughts，theaveragedaysandaverageCIindexinQidongfrom1960to2013

2.3 干旱季节性变化

近54a，出现季节性干旱年份有41a，占总年份的75.9%，但季节间干旱发生频率有所不同。春、夏、秋、冬四季干旱出现频率分别为14.8%、51.9%、59.3%和14.8%，因此祁东县春旱是6～7a一遇、夏旱是2a一遇、秋旱是3a两遇、冬旱是6～7a一遇。有季节性干旱的年份中，出现单季、双季、三季干旱频率分别为 42.6%、33.3%和5.6%。双季干旱以夏秋连旱为主，累计出现14次(77.8%)，其次是秋冬旱3次(16.7%)，冬春旱仅出现1次(5.5%)。夏秋冬三季连旱累计出现3次，分别出现在1964年、1992年和2003年。

3 抗旱对策

干旱是一个持续发展的过程，它往往在人们不经意间出现，一旦人们意识到旱情时，其已经比较严重，因此人们须有防旱抗灾意识。肖卓勇[16]等对衡阳农村旱灾脆弱调查发现，由于干旱宣传力度不大，经济基础薄弱，农村有37%的人群从来没有接触过抗旱知识，村民对特大干早灾害预防不足，缺乏提前适应措施。因此无论在政府层面还是气象、农业等专业服务部门都应加强防旱抗灾工作宣传力度，让抗旱意识深入人心，防范于未然；其次是完善水利设施，提高抗旱能力。祁东县降水时空分布不均，每年7～10月是当地农作物生长旺盛期，而期间降水仅占全年的28.1%，因此完善水利设施势在必行。祁东水利设施主要修建于20世纪60～70年代，其建设标准不高，工程建成后，大多缺少专业的管理和维护，工程病险、淤积等现象十分严重，亟待各级政府、使用主体通过多种渠道筹集资金，修缮维护并进一步完善水利设施，提高抗旱应急保障能力；第三是大力提倡节水农业，充分利用降水和可利用的水资源提高水的利用率。通过调整农业生产结构，改革耕作制度与种植制度，发展节水、高产、优质高效农业；第四是加大科技投入，提高干旱监测预警能力，为政府决策提供技术支撑。

4 结论

本文采用CI干旱指数作为干旱评价因子，从

干旱日数、干旱过程、干旱强度及干旱出现季节等多方面对祁东县1960～2013年干旱进行分析研究，得出以下主要结论:

(1)祁东县干旱日每年均有发生，但不同等级干旱日出现频率有所不同，轻旱、中旱、重旱和特旱的发生频率分别为100%、92.6%、68.5%和46.3%。各等级干旱日的年平均出现天数分别为43.8d/a、29.2d/a、11.1d/a和5.2d/a。干旱日的年代际变化是20世纪各年代以负距平为主，21世纪各年代以正距平为主。在全球变暖大背景下，干旱日等级越高，其日数增幅越明显。

(2)祁东县的平均干旱过程数为2.5次/a，其历年变化可分为4个阶段，1960～1968年较少(2.1次/a)，1969～1978年相对较多(3.2次/a)，1979～2000年大幅减少(2.6次/a)，2001～2013年进一步减少(2.0次/a)，但减少趋势未能通过显著性水平检验。年出现2次干旱过程的几率最大(33.3%)，无干旱过程几率为9.3%。

(3)一年中有多次干旱过程时，用持续时间最长一次作为代表效果较好，能较好反映当年干旱状况。祁东县近54a干旱强度变化为三高两低型，目前处于干旱强度较高期，历史上干旱过程最长有171d(1964年)，干旱强度为－223.4。

(4)祁东县有75.9%的年份会出现季节性干旱，春、夏、秋、冬四季发生干旱的频率分别为14.8%、51.9%、59.3%和14.8%，其中双季干旱以夏秋连旱为主(77.8%)，历史上夏秋冬三季连旱出现了3次。

(5)通过提高人们的抗旱防灾意识、修缮完善水利设置、提倡推广节水农业、加大科技投入，提高干旱监测预警能力等方面来增强人们的抗旱防灾能力。

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Analysis of Drought Characteristics of Qidong County by CI Index

Zhao Yanlan1，Chen Tao2，Guan Weiwei3，Peng Jun1，Liu Meiyu1，Wu Shuhua1，Li Hong1
(1.Meteorological Bureau ofQidong County，Qidong，Hunan 421600，China；2.Meteorological Bureau ofHengyang City，Hengyang，Hunan 421001，China；3.Meteorological Bureau of Hengdong County，Hengdong，Hunan 421400，China)

By using the daily average temperature data and precipitation data from 1960 to 2013 from the Weather Station of Qidong County of Hengyang City，the paper calculated the integrated meteorological drought index.The paper divided the different drought ratings，calculated the number of drought days and drought intensity in accordance with the national standards of the Meteorological Drought Rating GB/T20481～2006，and then proposed suggestions about the drought countermeasures by using the annual，decadal and linear analysis.The results show that drought has occurred in Qidong County every year，but the occurrence of different drought intensity has different probabilities. Under the background of global warming，the higher the drought day level is，themore obvious its growth is.The number of drought of Qidong County is2.5 each year on average.Two droughts each year ismost possible.And no drought probability is 9.3%.When counting drought intensity，the selection of the longest time has a better representative.In recent54 years，the annual change of the drought intensity can be divided into the condition of three highs and two lows.And now we are at a higher time.The seasonal drought in Qidong County occurs in most years.The single-season drought ismainly autumn drought，while the double-season drought is summer and autumn drought in majority.In the history of Qidong County，drought took place three times from summer to winter.To deal with the increasing heavy drought，countermeasures should be taken as follows:strengthening the awareness of resisting drought；spending more money on waterpower equipment；popularizing water saving agriculture and improving the ability tomonitor and predict drought.

drought of Qidong；drought process；drought intensity；CI Index；drought resistancemeasures

P426.616

A

1673－8047(2015)01－0001－06

2014－09－15

国家自然科学基金资助项目(41171075)；衡阳市气象局2014年专项资金(201401)

:赵艳兰(1972—)，女，专科，工程师，主要从事防雷、灾害调查研究。