贵州省无雨日和最长连续无雨日数时空分布特征

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(1.黔南民族师范学院旅游与资源环境学院，贵州都匀558000；2.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052；3.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州贵阳550001)

在全球变暖的背景下，近几十年来，降水事件总体呈极端化趋势[1]，干旱极端天气过程、旱涝灾害呈现广发、频发的态势[2-3]。20世纪90年代后，气象灾害造成的经济损失占国民经济生产总值的3%～6%，干旱导致的占其中的50%左右[4]，旱灾严重危害粮食安全，对经济社会造成了严重的负面影响[5]，已引发了国际学术界的广泛关注[6-7]。中国的干旱具有影响范围大、灾害程度重等特点，且近年来干旱区域不断扩大，有从干旱区向湿润区发展的趋势[8]；西南地区干旱事件频发，极端干旱造成的损失难以估计[9-10]。旱涝灾害与降水量、降水日数都有重要相关性[11]，利用长期观测气象资料评价极端降水事件[12-13]已成为重要的研究手段。

贵州省位于长江和珠江上游水源区，是重要的水源涵养区和水土流失保护区。贵州省内绝大部分地区属于“雨养农业区”，极易受降水变化的影响[14]。其特殊的喀斯特地质地貌条件，山地居多，水利工程设施不足，水资源流失严重，加上极端降水事件的发生，自然灾害较多、地质灾害频发[15-16]。研究贵州省的水分条件变化对保护生态环境、指导农业生产有重要意义。21世纪以来，贵州省干旱频发，且连续出现严重干旱，受灾人口较多、农作物受灾面积较大、直接经济损失较高[17]，引起国内专家学者的广泛关注，从多角度对贵州省干旱问题开展了研究。研究表明，贵州省降水有增加趋势[18-19]，空间变化差异显著[20]，具有显著的年际、年代际异常变化特征[21-22]，且不同强度降水日数呈现先增加后减少的态势[23]。

21世纪以来贵州省出现了多次历史罕见的干旱，与降水频率、强度、极端降水事件以及无雨日数的多少关系密切。从无雨日数出发，衡量贵州省年降水量的均匀程度，研究贵州省旱涝状况的时空变化，并探讨贵州省旱涝重心的转移趋势，对预防农业旱涝灾害和地质灾害有一定的现实意义。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

贵州省地处东经103°36′～109°35′、北纬24°37′～29°13′之间，位于中国西南喀斯特高原山区，是全球三大喀斯特集中分布区的东亚片区中心。山地和丘陵占贵州省总面积的92.5%，喀斯特面积占全省面积的61.9%。其西部属于高原山地区、中部为丘原区、东部为山地丘陵区，地势西高东低，平均海拔1 100 m。贵州省地处长江和珠江上游分水岭地带，是其重要的生态屏障。属于亚热带季风气候区，年均降水量为1 100～1 300 mm，年均温在10～20℃。由于地形崎岖，气温和降水的区域差异显著。贵州省作为首批生态文明建设试验区，其生态保护建设贡献巨大，但在水土流失防治、石漠化治理及生态多样性保护等方面任重道远。

1.2 数据来源与预处理

气候数据来源于中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn)，研究数据包括了贵州省34个气象站点1981—2017年逐日降水量数据。

根据降水等级划分标准，将日降水量≤0.10 mm的天数作为无雨日。年无雨日数是指一年中降雨量≤0.10 mm的天数，四季无雨日数则是相对应的季节中降雨量≤0.10 mm的天数。

首先对每个站点的气象数据异常值进行处理，然后统计每个站点每个月的无雨日数，最后计算4个季节以及每年的无雨日数。根据3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季进行统计。

将每年每个站点统计好的无雨日数按照插值规则处理好，导入ArcGIS平台中，并基于克里金插值方法进行空间插值，在此基础上进行无雨日数的时空分析。

1.3 研究方法

1.3.1Kriging空间插值

Kriging空间插值法，又称空间自协方差最佳插值法，是用空间上所有已知点的数据加权求和来估计未知点的值。目前已广泛应用于气候学、土壤学、地理学等领域的相关研究。本文利用ArcGIS地统计模块对无雨日天数进行Kriging空间插值，用于分析研究区无雨日数空间格局的变化。

1.3.2变异系数

利用变异系数来衡量无雨日区域变异程度的大小，分析无雨日数的时间序列稳定性和波动规律。变异系数越大，表示无雨日数随时间变化波动大，时序不稳定，出现旱涝几率也越大；变异系数越小，表示无雨日数分布较为集中，波动越小，时序稳定性越好。变异系数公式[24]为：

(1)

2 结果分析

2.1 贵州无雨日的年际变化和季节变化

2.1.1年际变化

利用线性回归计算了1981—2017年间贵州省无雨日的变化趋势见图1，总体表现为显著上升趋势(r=0.477**,p<0.01)，上升速率为0.516/a，但具有阶段性变化。1981—1990年间上升趋势较大，1991—2000年间波动升高，2001—2011年间无雨日数一直较多，2011之后波动较大但仍有增加。其中1982、1997、2000、2012年是无雨日较少的年份，1987、1998、2003、2011、2013年是研究期间无雨日较多的几年。其中，1987年无雨日最多为221.55 d，1982年最少为184.45 d。

有研究表明，进入21世纪后，不同强度降水日数较20世纪末大幅减少，尤其是总降水日数和小雨日数较平均值分别偏少10.7、9.1 d[23]。总之，20世纪80年代初期之后无雨日在逐步增加，21世纪后显著增加，这一研究结果与王芬等[11]的研究结果一致。

结合贵州省年降水量的变化趋势，发现1981—2017年间贵州省年降水量呈不显著上升趋势(r=0.024,p<0.890)，年增长率为0.276 8/a(图2)。有研究表明，1980—1999年强降水平均天数呈增加趋势，1990—2009年强降水天数较多[25]。贵州省总降水量不显著增加而无雨日数显著增加，说明贵州省暴雨与大雨日数在增加，极端降水天气增加[14,26]，出现旱涝灾害的风险在增加。无雨日的增加和总降水量的保持平稳表明，单次降水强度大，而贵州石漠化现象较为严重、地质环境和农业生态脆弱，单次强降水更会加剧石漠化、地质灾害和农作物风险，因此在气候变化下，无雨日增加的情况下，贵州地区需要加强对石漠化、地质灾害和农作物风险加剧的管控。

2.1.2季节变化

通过无雨日的年际变化趋势可以了解干旱状况的总体变化情况，通过季节变化可以了解无雨日数变化的时间段，为农业生产的合理安排提供科学依据，见图3。

春季无雨日数呈显著上升趋势(r=0.338*,p= 0.041)，在0.05水平(双侧)上显著相关，年变化率为0.136 6 d/a。1987年无雨日数较多，20世纪末(1990—2000年期间)无雨日波动增加，21世纪初无雨日数较多，2013年后无雨日数减少。夏季无雨日数呈不显著上升趋势(r= 0.054,p= 0.753)，年变化率在0.024 9 d/a。1981—1989年间区域无雨日数呈下降趋势，1990—2000年间呈波动下降趋势，尤其是1995—2002年间是无雨日数较少的阶段，2003—2013年间无雨日数明显增加，2013年以后无雨日数开始减少。秋季无雨日数呈显著上升趋势(r= 0.403*,p= 0.013)，在0.05水平(双侧)上显著相关，年变化率在0.207 9 d/a。2010年之后无雨日数稍有减少。冬季无雨日数呈不显著上升趋势(r= 0.294,p= 0.078)，年变化率在0.139 6 d/a。

从无雨日的季节分配看，四季无雨日都呈增加趋势。秋季的无雨日数较多，年增长率最大，且上升趋势也明显，表明秋季干旱化速度最快，对于秋季作物种植结构和品种选择需要进行适当调整，以适应气候的变化。冬春季节的无雨日年增长率基本一致，但春季变化波动较大，冬季无雨日数较多，但波动较小。夏季无雨日数较少，且年增长率也较低，波动最小。主要因为夏季是一年中降水最多的季节，相对来说无雨日较少，但是研究期间无雨日数也是呈增长趋势。无雨日数的多少与季风强弱关系密切，同时一些海气相互作用，如ENSO等对贵州省无雨日的影响至关重要。在喀斯特地区，地表水涵养条件较差的情况下，发展水利设施工程、提高储存水资源的建设能力是保证当地生态环境可持续发展的重要手段。

2.2 贵州无雨日的空间分布及变化特征

2.2.1空间分布

利用Kriging方法将34个站点的多年平均无雨日进行空间插值，获得贵州省多年平均无雨日空间分布，见图4。研究表明，贵州各地年均无雨日数在187～230 d，总体分布特征是东多西少、南多北少，空间差异较大，与降水量由东南向西北逐渐递减的变化特征基本一致。这种分布特征与水汽来源和地形走向等有关。影响贵州的水汽主要来源于东南季风和南亚季风，而且贵州的岭谷大多南北纵列分布，地势由东南向西北逐渐增高，这些因素决定了其降水分布东南部较大，西北部较少。

贵州省无雨日最高值分布在黔南的罗甸县、黔西南的兴义市，东北部的铜仁市也处在高值区，无雨日数在200 d以上。毕节市、六盘水市、遵义市西部、贵阳西部、安顺西部和黔西南州西部为无雨日低值区，在200 d以下。东部和南部的无雨日数增加，但降水总量也较多，表明这些区域旱涝灾害、地质灾害等风险加剧，需要相关部门加强预防和治理。

2.2.2空间变化

从贵州省1981—2017年无雨日变异系数的空间分布来看，贵州省无雨日数变异系数不大，都在0.1以下，无雨日年际变化不大，但空间差异明显。

从空间分布看，西部大于东部，南部大于北部，黔西南州和毕节市、六盘水市较大，黔南州、黔东南州、铜仁市较小，遵义市最小(图5)。表明东部无雨日数稳定增加，西部无雨日数波动增加。东部和南部地区年降水量较多，而无雨日数较多，且变异系数较小，导致极端降水概率增大，容易引发旱涝灾害和城市内涝，极易诱发地质灾害。

2.3 贵州最长连续无雨日数的时空变化特征

2.3.1年际变化

1981—2017年间贵州省最长连续无雨日数总体表现为微弱下降趋势(r=-0.046,p<0.787)，下降速率为-0.011 6/a，但具有阶段性变化(图6)。1981—1992年间波动较大，最长连续无雨日数较多，1993—2010年间波动较小，最长连续无雨日数在16 d左右，2011之后波动趋于平稳。其中1982、1997、2000、2012年是最长连续无雨日数较少的年份，1983、1988、1990、2010年是研究期间最长连续无雨日数较多的年份。其中，1988年和2010年无雨日最多为22 d，2012年最少为10 d左右。与无雨日数的变化相比，最长连续无雨日数有减少趋势，无雨日数呈上升趋势。

2.3.2空间分布

贵州省多年平均最长连续无雨日数空间分布表现为，各地年均最长连续无雨日数在16 d左右，总体分布特征是东多西少、南多北少，空间差异较大，与降水量及无雨日数的空间分布特征基本一致。

贵州省多年平均最长连续无雨日数最高值分布在黔南的黔西南州东南部、黔南州南部的罗甸县和荔波县、黔东南州南部、铜仁市东部处在高值区，最长连续无雨日数在22 d以上(图7)。毕节市、六盘水市、遵义市西部、贵阳西部、安顺西部和黔西南州西北部为最长连续无雨日数低值区，在11 d以下。

黔西南州中望谟县、册亨县最长无雨日数较长，兴仁县、晴隆县和晋安县较短。黔南州最长连续无雨日数较多，但其年降水量较多，因此发生极端降水事件几率较高，再加上山地地形条件，极容易发生水土流失等生态问题。

2.3.3空间变化

贵州省近37 a来年均最长连续无雨日变异系数的空间变化不大，都在0.1以下，但空间差异明显。从空间分布看，南北变化较大，中部变化较小。黔西南州、黔南州罗甸县、遵义市北部、铜仁市东部变化较大(图8)。表明贵州省南部和北部的最长连续无雨日数的变化较大，中部等大部分区域变化较小，最长连续无雨日数较稳定。

3 结论

利用线性回归、变异系数对贵州省1981—2017年无雨日数和最长连续无雨日数进行时空变化分析，贵州南部极端降水天气较多，加上地形条件影响，水土流失等生态风险增加，研究结果如下。

a) 近37 a来，贵州省无雨日数呈增加趋势，总降水量呈微弱上升趋势，极端降水天气增多。从无雨日数的季节情况看，冬季无雨日较多，和春季年增加率相似；秋季的无雨日数较多，且年增加率最大；夏季无雨日数较少，年增加率较小。空间分布上呈由西到东、由北向南增加的趋势，空间分异特征明显；高值区位于黔西南的兴义市、黔南的罗甸县、贵州东北部的铜仁市等地区，低值区位于毕节市、六盘水市、遵义市西部、安顺西部、贵阳西部以及黔西南州的西部等区域。从变异情况看，贵州省无雨日数年际变化较小，但存在西部较大、东部较小的空间差异。

b) 研究期间，贵州省最长连续无雨日数呈微弱的下降趋势，但是空间差异明显。黔西南州的望谟县和册亨县、黔南州的罗甸县和荔波县的最长连续无雨日数较多，且变化较大。