韓會慶，張朝瓊，王軼，程植，文明，王鵬，劉利斌

(1.貴州理工學院 建筑與城市規(guī)劃學院，貴州 貴陽 550003；2.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院，貴州 貴陽 550025)

在全球變暖背景下，氣候變化深刻影響著區(qū)域水循環(huán)，進而影響干濕狀況[1，2]。氣候干濕研究對農業(yè)產業(yè)布局、農業(yè)氣候區(qū)劃、應對氣候變化具有重要意義，日益受到學者們的關注。目前，關于氣候干濕變化的研究集中在不同尺度氣候干濕變化，干濕變化影響因素等方面。學者們在全國、省域、區(qū)域、流域、市域等各空間尺度上進行大量的研究[3～7]。氣候指標法[8]、樹輪分析法[9]、遙感分析法[10]等方法廣泛應用。其中氣候指標法涉及降水距平百分率、標準化降水指數(shù)、標準化降水蒸散指數(shù)、帕爾默干旱指數(shù)、濕潤指數(shù)、干燥度指數(shù)、綜合氣象干旱指數(shù)、相對濕潤度指數(shù)等[11]。降水量、溫度、日照時數(shù)、風速、相對濕度等氣候要素變化是氣候干濕變化影響因素研究的重要內容。如王朕等[12]研究發(fā)現(xiàn)降水增多和風速減小是長江源濕潤化的主要原因，平均氣溫上升和相對濕度下降是黃河源干旱化的主要原因。盡管各地區(qū)的氣候干濕變化及影響因素研究受到學者的關注，但這些研究鮮有關注貴州地區(qū)。

貴州省是氣候變化區(qū)域差異較大，變化較為復雜的地區(qū)之一，在全球氣候變暖推動下，其降水量和蒸散量勢必發(fā)生改變，進而影響氣候干濕狀況，對此缺乏相應的研究。此外，貴州省農業(yè)生產在全省社會經濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，且農業(yè)主要為“雨養(yǎng)型”，穩(wěn)定的氣候干濕狀況對農業(yè)生產至關重要[13]。鑒于此，本研究選取濕潤指數(shù)，分析貴州省1961—2014年氣候干濕狀況時空變化特征及影響因素，以期為該區(qū)農業(yè)生產、氣候區(qū)劃、應對氣候變化風險提供科學依據。

1 研究方法

1.1 數(shù)據來源

本研究采用的數(shù)據是1961—2014年貴州省84個氣象站點逐日觀測數(shù)據(圖1)，包括日降水量、日平均氣溫、日照時數(shù)、風速、平均水汽壓、平均相對濕度等。各站點數(shù)據經過一致性檢驗和質量控制，能滿足本研究需要。四季：春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)和冬季(12月至次年2月)。干季為11月至次年3月，濕季為4～10月。

圖1 貴州省氣象站點分布Fig.1 Spatial distribution of meteorological stations in Guizhou Province

1.2 研究方法

(1)濕潤指數(shù)

濕潤指數(shù)是反映氣候干濕狀況的重要氣候指標之一，體現(xiàn)了不同時空尺度的水分的收支狀況，同時，濕潤指數(shù)還能通過蒸散量與降水量2個因素表征氣候干濕變化特征[14]。其計算公式為：

I=P/ET0

(1)

(2)

式中，I為濕潤指數(shù)，P為降水量/mm，ET0為潛在蒸散量/mm，△為飽和水氣壓曲線斜率/kPa·℃-1，Rn為太陽凈輻射/MJ·m-2·d-1，G等于0，γ等于0.066，T為日平均氣溫/℃，U2為2 m高處風速/m·s-1，es和ea分別為飽和水氣壓和實際水汽壓/kPa。濕潤指數(shù)越大，表示氣候趨于濕潤，反之，氣候趨于干燥。

(2)氣候變化傾向率

利用線性回歸方程表示氣候變化趨勢，一般利用線性回歸方程斜率的10倍代表氣候變化傾向率[15]，其公式為：

y=at+b

(3)

式中，t為時間，a為回歸方程系數(shù)，b為回歸方程常數(shù)，10a代表為氣候變化傾向率，如10a>0表示濕潤指數(shù)呈上升趨勢，10a<0表示濕潤指數(shù)呈下降趨勢。

(3)其他方法

利用ArcGIS軟件的Kring插值法[16]將84個氣象站點的濕潤指數(shù)變化趨向率進行空間插值；利用Morlet連續(xù)復小波變換[17]分析濕潤指數(shù)變化的周期特征；利用SPSS軟件中的相關分析法[18]進行濕潤指數(shù)與各氣候因子之間的相關性分析。

2 結果與分析

2.1 濕潤指數(shù)時間變化

如圖2和圖3所示，1961—2014年貴州省全年、濕季、春季和秋季的濕潤指數(shù)呈下降趨勢，其中秋季的下降幅度相對較大，全年、濕季、春季的下降幅度相對較小。干季、夏季和冬季的濕潤指數(shù)呈上升趨勢，其中冬季的上升幅度相對較大，干季和夏季的上升幅度相對較小。

圖2 1961—2014年全年和干濕季的濕潤指數(shù)變化趨勢Fig.2 Change trend of humid index in annual, dry and wet seasons from1961 to 2014

圖3 1961—2014年四季的濕潤指數(shù)變化趨勢Fig.3 Change trend of humid index in four seasons from1961 to 2014

2.2 濕潤指數(shù)變化空間格局

從圖4和圖5可見，貴州省全年的濕潤指數(shù)變化傾向率高值區(qū)主要集中六盤水南部、安順市大部和遵義市西南部，低值區(qū)主要分布貴陽市東南部。濕季的濕潤指數(shù)變化傾向率高值區(qū)主要集中六盤水南部、安順市西部，低值區(qū)主要分布銅仁市西部、遵義市東部、黔東南州南部、貴陽市大部、畢節(jié)市東部、黔南州大部。干季和冬季的濕潤指數(shù)變化傾向率高值區(qū)主要集中遵義市、黔西南州東部、安順市，低值區(qū)主要分布銅仁市東部、黔東南州大部。春季的濕潤指數(shù)變化傾向率高值區(qū)主要集中遵義市南部、銅仁市東部、安順市大部，低值區(qū)主要分布黔東南州南部。夏季的濕潤指數(shù)變化傾向率高值區(qū)主要集中黔西南州、六盤水市的西部，低值區(qū)主要分布銅仁市、黔東南州北部、黔南州北部、貴陽市、畢節(jié)市東部、遵義市東部。秋季的濕潤指數(shù)變化傾向率高值區(qū)主要集中六盤水市南部、黔西南州西北部、安順市西部，低值區(qū)主要分布黔西南州東部、黔南州西南部。

圖4 1961—2014年全年和干濕季的濕潤指數(shù)變化趨勢空間格局Fig.4 Spatial pattern of change trend of humid index in annual, dry and wet seasons from 1961 to 2014

圖5 1961—2014年四季的濕潤指數(shù)變化趨勢空間格局Fig.5 Spatial pattern of change trend of humid index in four seasons from 1961 to 2014

2.3 濕潤指數(shù)變化周期分析

由圖6看出，貴州省全年濕潤指數(shù)存在25～29 a、15～19 a、11～14 a、5～7 a左右的4個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應28 a、18 a、13 a、6 a，其中28 a是全年濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了3次“干-濕”變化循環(huán)。干季濕潤指數(shù)存在25～29 a、14～18 a、8～11 a、3～5 a左右的4個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應28 a、17 a、10 a、4 a，其中17 a是干季濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了5次“干-濕”變化循環(huán)。濕季濕潤指數(shù)存在25～29 a、12～15 a、4～7 a左右的3個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應28 a、14 a、6 a，其中28 a是濕季濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了3次“干-濕”變化循環(huán)。

圖6 1961—2014年全年和干濕季的濕潤指數(shù)變化小波分析Fig.6 Wavelet analysis of humid index change in annual, dry and wet seasons from 1961 to 2014

由圖7看出，貴州省春季濕潤指數(shù)存在26～29 a、11～14 a、7～9 a左右的3個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應28 a、13 a、8 a，其中28 a是春季濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了3次“干-濕”變化循環(huán)。夏季濕潤指數(shù)存在25～29 a、12～16 a、7～10 a、3～5 a左右的4個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應28 a、15 a、9 a、4 a，其中28 a是夏季濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了3次“干-濕”變化循環(huán)。秋季濕潤指數(shù)存在26～29 a、16～19 a、5～9 a左右的3個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應28 a、18 a、8 a，其中28 a是秋季濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了3次“干-濕”變化循環(huán)。冬季濕潤指數(shù)存在15～18 a、4～6 a左右的2個時間尺度周期振蕩，峰值分別對應17 a、5 a，其中17 a是冬季濕潤指數(shù)變化的主要作用周期，經歷了5次“干-濕”變化循環(huán)。

2.4 濕潤指數(shù)變化影響因素分析

從濕潤指數(shù)與氣候要素相關系數(shù)(表1)可以看出，貴州省濕潤指數(shù)與降水量、平均水氣壓、平均相對濕度呈正相關，與平均風速、平均氣溫、日照時數(shù)呈負相關。降水量、平均相對濕度與濕潤指數(shù)相關性較強，而平均風速、平均氣溫、平均水氣壓、日照時數(shù)相關性較弱。全年、春季、秋季的濕潤指數(shù)與降水量、平均相對濕度相關性較強，夏季濕潤指數(shù)與降水量、平均相對濕度、日照時數(shù)、平均氣溫相關性較強，干季、冬季的濕潤指數(shù)與降水量、平均相對濕度、日照時數(shù)相關性較強，濕季濕潤指數(shù)與降水量、平均相對濕度、平均氣溫相關性較強。

圖7 1961—2014年四季濕潤指數(shù)變化小波分析Fig.7 Wavelet analysis of humid index change in four seasons from 1961 to 2014

3 討論與結論

本研究發(fā)現(xiàn)1961—2014年貴州省全年濕潤指數(shù)呈下降趨勢，干旱化加重，這與胡琦等[3]、馮禹等[19]、慎東方等[20]研究結果較為一致。然而，本研究的全年濕潤指數(shù)存在28 a的變化周期，這與王允等[21]關于我國西南地區(qū)濕潤指數(shù)變化存在10.638 a變化周期的研究結果不同。此外，陳學凱等[13]研究表明貴州省春季、夏季和秋季的干旱情況呈加重趨勢，這與春季和秋季干旱加重，夏季和冬季干旱減弱的本研究結果存在一定偏差，同時，陳學凱等關于四季干旱發(fā)生區(qū)域與本研究結果不一致，這主要受指標選取差異有關(前者利用標準降水蒸散指數(shù)，而本研究利用濕潤指數(shù))。貴州省濕潤指數(shù)變化與降水量和平均相對濕度關系密切，這與苑全治等[22]關于西南地區(qū)的研究結果基本一致，卻與王朕等[12]關于青藏高原江河源區(qū)的研究結果不同，這說明不同區(qū)域氣候干濕狀況變化的原因有所不同。

表1 濕潤指數(shù)與氣候要素相關系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between humid index and climatic factors

1961—2014年貴州省全年濕潤指數(shù)下降將增加全省干旱風險，尤其是濕季和春季的濕潤指數(shù)的下降不利于貴州水稻、玉米等主要農作物的生長和成熟，而夏季濕潤指數(shù)的上升將增加農作物的洪澇風險。貴州省北部和西南部是濕潤指數(shù)下降幅度較為突出區(qū)域，亟需做好農作物干旱預警。受地區(qū)環(huán)境差異影響，不同季節(jié)各地的濕潤指數(shù)變化存在差異。貴州省全年、濕季、春季、夏季和秋季的濕潤指數(shù)變化存在28 a的主要作用周期，干季和冬季濕潤指數(shù)變化存在17 a的主要作用周期，這需要全省農業(yè)部門根據濕潤指數(shù)變化周期規(guī)律，制定應對策略。降水量和平均相對濕度是影響貴州省濕潤指數(shù)變化的主要因素，今后農業(yè)生產中應重點加強降水量和平均相對濕度的監(jiān)測，提前做好干旱風險評估。