修正的帕尔默干旱指数在昆明地区的应用研究

胡嘉佳，赵 磊

(1.云南省水文水资源局昆明分局，云南 昆明 650106；2.昆明市滇中引水工程管理局，云南 昆明 650000)

近些年来，受到气候变化影响，云南地区极端干旱情况呈现频发、多发态势[1]。昆明地区作为云南省粮食主产区，农业干旱损失大[2]。在全国抗旱规划方案实施下，云南地区开始编制抗旱规划，而抗旱规划的基础是对区域干旱特征进行有效评估[3]。干旱特征主要是区域不同干旱程度发生的频率、范围，影响程度，干旱特征常用分析方法主要采用干旱指标进行干旱等级划分，从而确定不同干旱发生的频率[4]，这其中用来分析干旱的指标较多，大致可以分为三类，第一类为气象干旱指标[7- 9]，第二类为水文干旱指标[10- 11]，第三类为农业干旱指标[12- 13]，不同干旱指标在不同区域具有其适用性。在这些指标中，帕默尔干旱指标由于可考虑气象、水文综合条件，在水文、气象、及农业领域中得到广泛应用[14- 16]，但由于其可考虑流域降水、蒸发及径流因素，而不同区域蒸发和径流条件不同，因此在不同区域其没有通用性，需要结合区域实际水文气象条件，对该指数进行修正，从而建立适合于区域实际干旱情况的指数[17]。为此在云南省抗旱规划的大研究背景下，结合昆明地区气象数据，建立修正的帕默尔干旱指标，并对昆明地区近65年的干旱特征进行分析，从而为昆明地区抗旱规划提供重要的参考价值。

1 改进的帕尔默干旱指数计算原理

帕默尔干旱指数可综合考虑气象水文因素，在水文、气象、农业干旱分析领域得到广泛应用，帕默尔干旱指数首先结合水量平衡方程对区域适宜降水量进行计算，计算方程为：

(1)

(2)

结合云南中部地区43个主要气象站点数据对帕默尔干旱指数进行修正，修正后的帕默尔干旱指数方程为：

xi=0.9251xi-1+zi/123.33

(3)

zi=K×di

(4)

式中，i—计算的时间尺度，月；xi—第i月计算的帕默尔干旱指数；zi—第i月计算的降水距平干旱指数；di—计算尺度下的降水量差值，mm；K—设定的权重系数。帕默尔干旱指数划分等级见表1。

表1 帕默尔干旱指数划分等级

2 研究成果

2.1 研究区域概况

本文以云南昆明地区为研究区域，昆明位于云南的中部区域，是云南的省会所在，也是云南省粮食主产区，昆明地区属于典型的暖温度半湿润性气候，区域年平均降水量在900～1000mm，降水也主要在夏季和秋季，受极端天气事件影响，昆明地区近些年来干旱发生的频次有所增多，特别是2000年以后，极端干旱的频率也较70—90年代也明显递增的变化。为对区域干旱特征进行分析，结合昆明地区6个气象观测站点1954—2018年实测气象要素数据，结合改进的帕尔默干旱指数对其干旱特征进行评价。如图1所示。

2.2 昆明地区年尺度干旱评价分析结果

结合修正的帕默尔干旱指数，选取昆明地区不同区域6个典型气象站点分析其年尺度干旱特征，并结合表1中干旱等级划分程度，对不同等级干旱的频率进行分析，分析结果见表2。

表2 各气象站点干旱频率分析结果 单位：%

图1 各气象站点的年尺度干旱指数评价结果

从图1中可看出，各个气象站点近65年干旱指数变化程度不同，但干旱指数总体呈现波动变幅，从年代角度出发，各站点在70年代和80年代干旱特征变化较为一致，即在这两个年代际发生干旱的年份较少，而进入90年代以后，各站点发生干旱的年份逐步增多，特别是在2005年以后，昆明地区发生极端干旱的年份明显递增，这主要是因为受到气候变化的综合影响，区域发生极端干旱的频率有所增多。从表2中可看出，各气象站点中发生微旱和中旱频率占比较多，总体在9.2%～40.6%之间，这表明昆明地区总体旱情并不是很严重，这主要还和区域降水量总体较为充沛有关，但由于从2000年代开始，昆明地区总体降水量呈现明显减少的变化，使得区域发生严旱及极端干旱的频率逐步增多，特别是2005年以后，昆明地区出现极端干旱的年份较多。从干旱频率分析结果可看出，3个气象站点发生极端干旱的频率最高，在11.5%～14.7%之间，均主要出现在2000年年以后，从其空间分布可分析，主要出现在东北部和东南部，这两个区域由于降水量较少，使得其出现极端干旱的频率较其他站点明显。

2.3 昆明地区季节尺度干旱评价分析结果

在昆明地区年尺度干旱特征评价分析的基础上，结合修正的帕默尔干旱指数对区域不同季节的干旱特征进行分析，具体分析结果见表3。

从分析结果可看出，昆明地区主要在春季及冬季易出现干旱情况，但是在夏季和秋季出现极端干旱情况也较多，这主要是因为若在夏季出现降水极端偏少的季节，而由于夏季是昆明地区降水主要补给的季节，若是夏季出现降水减少，将会产生较为严重的干旱的情况，而在春季和冬季，若降水偏少，但是由于夏季降水量的蓄存作用，将会使得春季和冬季干旱情况有所缓解，但同样夏季、秋季降水也偏少的情况下，区域春季和冬季同样也会出现较为严重的干旱情况。在春季，2#气象站点所在区域发生干旱的频率最大，达到45.27%，4#区域干旱频率相比于其他站点最低，为33.82%，2#气象站点位于昆明地区的东南部，而4#气象站点主要位于东部，由于东部降水在春季多于东南部区域，使得2#气象站点所在区域春季总体干旱频率偏高。而在夏季，属于降水量较为集中的季节，其发生干旱的频率相对较低，但夏季发生极端干旱的频率相比于其他季节，较多。区域夏季和秋季干旱特征变

表3 昆明地区各气象站点不同季节干旱频率分析结果 单位：%

(b)夏季

(c)秋季

(d)冬季

化较为相似，秋季相比于其他季节发生总干旱的频率较少，但是易在东南、东北部出现极端干旱的情况。冬季由于降水量减少，而昆明冬季气温一般较高，使得其蒸发量增大，因此出现干旱的频率也相比较大，总体从各季节干旱频率分析，东部和西部由于降水较多，出现干旱的频率总体低于东南及东北区域，而西北区域发生极端干旱的频率较大。

3 研究结论

(1)本文提出修正后的帕默尔干旱指数是基于云南中部43个气象站点综合分析得到，符合云南中部水文气象条件，适用于滇中部地区干旱特征分析；

(2)区域东南及东北部易出现干旱，而西北部易出现极端干旱，在具体规划时应加强以上区域水资源优化布局，深度挖掘抗旱补给能力；

(3)春季和冬季是昆明地区干旱易发季节，具体抗旱规划时应重点加强春季作物播种时的有效补水，加强应急备用水源基础设施的规划。

(4)本文未对区域严重及极端干旱变化趋势进行分析，存在不足，在以后分析中还应重点关注以上两个干旱等级的变化趋势，为抗旱应急储备提供相应的参考。