论文总字数：14106字

目 录

摘要 I

Abstract II

1 引言 1

2 数据和方法 2

2.1 研究区和数据 2

2.2 SPI指数的计算 3

2.3 SPEI指数的计算 4

3 结果和分析 6

3.1 SPI和SPEI干旱指数分析 6

3.2 SPI指数的计算结果 6

3.2.1 SPI指数的多时间尺度特征 7

3.2.2 SPI指数在浙江省的空间分布 10

3.2.3 SPEI指数的计算结果 11

3.2.4 SPI指数和SPEI指数的对比 13

3.3 气象成因分析 14

3.3.1 高度场 15

3.3.2 垂直风场 18

3.3.3 水汽通量散度 20

4 结论 22

参考文献 23

致 谢 24

1956-2014年浙江省气象干旱及成因分析

周星阳

, China

Abstract: In order to analyze the characteristic of drought variations from 1956 in Zhejiang Province, the standardized precipitation index(SPI) and the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) were calculated by using monthly meteorological data from 1956 to 2014 and ESRL reanalyze data. Through the result of indices, we analyze drought variation on the base of the meteorological mechanism. Results showed that: With the increase in the index calculation time scales, the amplitude of index decreases, the amplitude of SPI index is greater than SPEI; the trend of SPEI index indicate that the frequency of droughts in Zhejiang have increased gradually, SPI index showed no significant increase; according to the angle geographical distribution of arid, summer and autumn gradually reduce the frequency of drought from west to east, and spring and winter is on the contrary, the annual frequency decreases from the west to the east; in the section of meteorological mechanism High-latitude Geopotential height anomalies is ‘ - ’ when drought occurred; The location of SAH was wester than previous years; in the field of vertical wind anomalies, drought year had weaken the rising airflow; in water vapor flux divergence section, vapor divergent is strengthened compared with the years which are water logging.

Key word: SPI; SPEI; moisture flux divergence; meteorological drought

1 引言

干旱是指某一区域长期无降水，或者说降水较平均状况偏少或高温且少雨的气候背景下，一种水分供求极端不平衡的现象。当它维持了相当长的时间（如几个月，甚至一年、几年）并波及较大的空间范围时，干旱就成为了一种自然灾害[^[1]]。近年来随着全球气候变暖等气候因素的影响，干旱事件的发生几率在逐年的增长，干旱的发生不仅给农业的发展造成了直接的影响，造成了巨大的经济损失，同时，也会有许多伴随的自然灾害，如荒漠化现象的加剧，沙尘暴发生频率增加等诸多不利的生态影响[^[2]]。因此，如何定性、定量的研究干旱特征及其形成的物理机制，具有重要的现实意义和应用价值。

一些干旱指数如标准化降水指数（SPI）、帕默尔干旱严重程度指数（PDSI）、标准化降水蒸发指数[^[3]]（SPEI）、地表水供应指数（SWSI）、作物水分指数（CMI）、植被状态指数[^[4]]（VCI）、降水量距平百分率(Pa)等[^[5]]，常用于干旱程度评估，每个指数有其适用性及局限性[^[6]]。关于干旱的定义和指标，在过去已经有大量的投入并做了详尽的研究，而且已经硕果累累。干旱指标常常是基于水文和气象上的变量，例如降水量，河流的流量，土壤湿度，水库蓄水量和地下水水位等。一个指数可以结合若干个变量形成一个新的系数，如帕尔默干旱指标(Palmer drought severity index, PDSI)等。干旱等级是由干旱的严重程度划分的，命名为‘“轻度干旱，中度干旱，严重干旱和极度干旱”等或者通过数字来表示，干旱指数一旦达到了某一个阈值，便认为某一程度的干旱发生了。分析干旱时干旱的严重程度是最先要考虑的。大量的研究工作对衡量干旱的严重程度进行量化，截至目前已经有50多种干旱指标可用^[[7]]。最为广泛使用的指标是帕尔默干旱指标^[[8]]（PDSI）和标准化降水指标^[[9]]。许多研究认为，PDSI因为其复杂的公式推导和基于美国中西部地区的气候，导致其实用性和准确性不如SPI^[[10]]，因此SPI指数被认为要优于PDSI。为了将温度波动对蒸发的影响考虑进来并结合了SPI多时间尺度的特点，标准蒸发降水模型也被提出(SPEI) ，是监测干旱化及研究温度对干旱影响的较为理想的工具。

干旱指数有许多待改进的方面。干旱指数和干旱等级之间无法作比较，干旱指数通常列出多个指标来应对不同严重程度的干旱。但是这些指标之间的水平，在统计学的角度上看可能并不一致。[^[11]]尽管在任何给定的时间不同的干旱指标可以给出干旱等级，不一致的是就概率而言的定义。更广泛的观点是，稀有或者极端条件应该是定义干旱指数的一个因子，干旱的严重程度与统计学上的百分比一致。指标值和级别没有明确的科学和物理定义，干旱指标被定义了以后，很难被直接解释。此外，为了决定干旱的严重程度的尺度，是由这些干旱指数的系数预先定义好的。例如，严重干旱发生的时候，标准化降水指数（SPI）计算的数值为其统计序列的6.7%，地表水供给指数（SWSI）计算的数值为其统计序列的14% ， PDSI指数则为10%^[[12]]。指标可以较好地预测干旱，但是干旱结束的时间不容易确定，干旱结束同样需要一个指标。因此，为了更好地运用干旱指标，对于其背后的物理机制也需要深入地挖掘和探讨。

在干旱形成机理方面，过去的研究主要集中在局地陆气相互作用对干旱形成的相对贡献等问题上面，近些年的研究逐渐涉及海温的变化和大尺度的气候因素如受厄尔尼诺-南方涛动（ElNino-Southern Oscillation，ENSO)、北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO)、太平洋涛动(Pacific Decadal Oscillation，PDO）等在年代际尺度上对干旱形成的作用可能至关重要^[[13]]。其中Wang 等^[[14]]通过计算1951到2000年来自中国160个气象站点的历史每月降水和温度资料得到PDSI指数。

由于全球气候变化及其对农业的影响，干旱和洪涝的变化引起了特别的关注。为了监测干旱和洪涝的轮替，并研究它们的变化，有必要制定许多专门的指标，结合可用的数据，如降水和温度。干旱对中国造成了巨大的经济损失，长期的干旱可以跨越多个季节，比如2009年秋季至2010年春季发生在我国西南地区的极端干旱^[[15]]。在2003至2005年在中国的东南部发生了一场持续两年的极端干旱^[[16]]。如今，干旱现象不仅持续的时间长、同时波及的范围也在增大。干旱在演化的过程中在不同区域变化的趋势是不同的。在过去的半个世纪中，在中国的西北部有降水增加的趋势，相反的在中国的北部和东部地区年平均降水量在减少^[[17]]。干旱灾害是多种因素共同作用的结果，城市化发展、填湖造田等行为造成的河流湖泊面积减少，全球气候变暖造成的降水减少，和工业化发展导致的用水需求增加等，都是其影响因素。

本文采用浙江省各个气象站点的降水资料，计算出各气象站点的SPI指数，并通过ESRL格点数据所推算的各个站点的SPEI资料，并将两者作对比分析，得出浙江省的典型干旱年份；进一步通过NCEPT再分析资料对典型干旱年份的高度场、垂直风场、水汽通量散度场等做诊断分析，来揭示极端干旱事件的形成机制，探讨浙江省干旱成因的多样性和复杂性，以期为该区域制定科学合理的干旱灾害防范措施、缓解区域的生态环境问题等提供有针对性的建议。

2 数据和方法

2.1 研究区和数据

浙江省(118.00–123.00°E , 27.20–31.52°N)陆地面积10*104km²，其中山地面积占70.4 %。浙江省位于长江中下游地区，太平洋沿岸，属于亚热带季风气候。夏季气温24-28 °C，年平均气温 15–18 °C；夏季降水量 290-750 mm，年降水量 1000-2000 mm。夏季受到副热带高压所控制，易出现高温干旱的天气^[[18]]。

其中SPI指数采用1956-2014年浙江省10气象站点的降水资料进行计算，SPEI数据则直接采用ESRL的格点资料（2.5°*2.5°），进行分析。

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