水文与水资源工程水灾害课程设计

基于CI指数的辉县1961-2009年干旱特征分析

摘要：基于河南省辉县市1961年-2009年完整的气象资料，根据GB/T 20481—2006《干旱气象等级》中规定的综合气象干旱指数CI计算方法得出的CI值，对辉县1961年-2009年共49年的的干旱特征进行了统计分析，计算得出各种干旱类型的年均日数，每年发生各种干旱类型的日数及平均强度，每年发生的干旱次数及其过程。

关键词：干旱；综合气象干旱指数CI；辉县

引言：近年来我国干旱时有发生，对农业、城市供水和工业、自然环境以及水力发电、航运等其他社会经济活动都带来了严重影响，其时间之长、范围之广、损失之大，都是其它自然灾害所无法比拟的。河南省人口众多，是一个农业大省，对干旱更为敏感，受干旱的影响更为严重，因此，对干旱特征及其变化趋势的研究显得尤为重要。本文从气象干旱角度出发，以河南省辉县为例，引入综合气象干旱指数CI进行1961年-2009年的气象干旱演变分析。 1. 资料选取

所用资料为河南省辉县1961年-2009年的逐日综合气象干旱指数CI原始值资料，是利用GB/T 20481—2006《气象干旱等级》中规定的综合气象干旱指数CI计算方法来计算得到的。

辉县市地处北纬35°17′～35°50′，东经113°23′～113°57′，位于河南省北部，由地级新乡市代管，地处豫晋两省之交，西与山西省陵川县交界，北同林州市及山西省壶关县相接，东靠卫辉市，南临获嘉县，东南与新乡市、新乡县毗连，西南与修武县相邻，市域总面积2007平方公里，总人口82万人（2011年）。 2 研究方法

在进行分析计算前计算CI值的真实值，真实值可用用资料中CI值的原始值乘0.1得到，在以下计算中所提到的CI值均为其真实值。 2.1 气象干旱指数CI分类

根据CI值的不同划分为不同的干旱等级，如表1所示

当日CI值符合某干旱类型CI值范围时，则该日定义为该干旱类型发生日，如1961年1月14日CI值为-1.5，其CI值属于中旱范围，该日为中旱发生日。

当日CI值达到轻旱及以上等级则定义为发生干旱。 2.2 干旱过程的确定及其强度的确定

当综合气象干旱指数CI连续10天为轻旱以上等级，则确定为发生一次干旱过程。干旱过程的开始日为第1天CI指数达到轻旱以上等级的日期。在干旱发生期，当综合气象干旱指数CI连续10天为无旱等级时干旱解除，同时干旱过程结束，结束日期为最后1次CI指数达到无旱等级的的日期。干旱过程开始到结束期间的时间为干旱持续时间。

干旱过程强度是指干旱过程内所有天的CI指数为轻旱以上的干旱等级之和，其值越小干旱过程越强。

平均干旱强度是指当发生某干旱类型时，该干旱类型CI值的平均值即为该类型干旱的平均干旱强度。

年干旱过程发生次数是指该年份一共发生干旱过程的数量，由于干旱过程可能出现跨年的情况，故我们将干旱过程的起始年份统计成为干旱过程发生的年份。 3 结果与分析

3.1 干旱发生日数年均值的变化

根据表1的综合气象干旱指数CI等级划分情况，运用C语言编程，统计站点每年发生发生干旱总日数、轻旱日数、中旱日数、重旱日数、特旱日数如表2所示，对各年发生各种干旱类型的日数取平均值，可得站点每年发生干旱总日数、轻旱日数、中旱日数、重旱日数、特旱日数的年均值，分别为162.4、77.8、55.6、19.7、9.3。

表2 辉县站点各种干旱类型年发生日

采用柱状图表示各种干旱类型的年均值，如图1所示。其中轻旱日数的年均值为77.8，发生频率为47.91%；中旱日数的年均值为55.6，发生频率为34.24%；重旱日数的年均值为19.7，发生频率为12.13%；特旱日数的年均值为9.3，发生频率为5.72%。1989年为轻旱发生频率最高的年份，达4.1%，1980年为中旱发生频率最高的年份，达4.55%，1965年为重旱发生频率最高的年份，达5.19%，1968年为特旱发生频率最高的年份，达15.13%，1965年为干旱发生日数最多的年份，达到了253天。 3.2 干旱强度的变化

根据平均干旱强度的定义，计算每年各种干旱类型的平均强度，如表3所示。根据表2、表3中的数据，用折线图表示辉县1961年-2009年各种干旱类型的年发生日及各种干旱类型平均干旱强度的逐年变化情况，如图2～图11所示。

表3 辉县站点各种干旱类型年平均强度值

图2 辉县站点干旱总日数逐年变化趋势图

图3 辉县站点轻旱日数逐年变化趋势图

图4 辉县站点中旱日数逐年变化趋势图

图5 辉县站点重旱日数逐年变化趋势图

图6 辉县站点特旱日数逐年变化趋势图

图7 辉县站点平均干旱强度逐年变化图

图8 辉县站点平均轻旱强度逐年变化图

图9 辉县站点平均中旱强度逐年变化图

图10 辉县站点平均重旱强度逐年变化图

图11 辉县站点平均特旱强度逐年变化图

从图2至图6，即各种干旱发生日数逐年变化趋势图可以看出来，干旱总日数、中旱日数在这49年中基本保持不变，轻旱日数呈轻微增长趋势，重旱日数、特旱日数则呈轻微下降趋势。各种干旱总日数最大值为253，出现在1965年；轻旱日数的最大值为156，出现在1989年；中旱日数的最大值为124天，出现在1980年；重旱日数的最大值为50，出现在1965年；特旱日数的最大值为69，出现在1968年。另外，各种干旱日数在年际之间变化幅度较大。

从图7至图11，即各种干旱平均强度逐年变化趋势图可以看出来，干旱平均强度、轻旱平均强度、中旱平均强度、重旱平均强度、特旱平均强度均呈不断

增长趋势。重旱强度除在1963年、2003年、2004年出现突变点，强度为0以外，在其它年份分布都较为集中、平均；特旱强度相比其它干旱强度来说，突变性较强，这与特大干旱发生的不确定性相吻合。同时，各种干旱类型的干旱强度的变化趋势与该类型干旱发生日数的变化趋势不尽相同。 3.3 干旱过程及强度

根据干旱过程及其强度的确定方法，分析站点每年发生干旱过程次数、每次干旱过程持续时间、起止日期及干旱过程强度，如表5所示。

表4 辉县站点每个干旱过程详细参数表

从上表中可以看出，1961-2009年共发生干旱150次，1983年12月6日至1984年7月15日为干旱过程持续时间最长的干旱过程，持续时间长达223天，1968年2月21日至1968年7月29日为干旱强度最强的干旱过程，强度为-323.80。干旱过程持续时间最短为20天，强度最小为-8.30。 4.结语

此次干旱特征分析所用资料为辉县1961年-2009年的气象资料，资料信息完整，分析时段较长，可以很好的反映辉县最近49年干旱特征的变化规律。对这49年的资料统计分析后可知：（1）发生干旱的类型以轻旱、中旱为主；（2），干旱总日数、中旱日数在这49年中基本保持不变，轻旱日数呈轻微增长趋势，重旱日数、特旱日数则呈轻微下降趋势；（3）各种干旱总日数最大值为253，出现在1965年，轻旱日数的最大值为156，出现在1989年，中旱日数的最大值为124天，出现在1980年，重旱日数的最大值为50，出现在1965年，特旱日数的最大值为69，出现在1968年；（4）干旱平均强度、轻旱平均强度、中旱平均强度、重旱平均强度、特旱平均强度均呈不断增长趋势；（5）特旱强度相比其它干旱强度来说，突变性较强。

干旱作为一种自然灾害，往往给全国或某个地区的农业、工业、自然环境等带来严重影响，使人们遭受巨大的经济损失。因此，研究干旱类型及其强度的变化特征对于预防及减轻干旱损失具有重要意义。