摘要：為了服務(wù)“三農(nóng)”及糧食生產(chǎn)安全，建立農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警平臺，采用大連市1951-2013年降水和氣溫資料，運(yùn)用氣候診斷分析方法、水平衡及旱澇指數(shù)方法，研究農(nóng)作物生長季降水變化及旱澇特征。結(jié)果表明，大連市4-10月農(nóng)作物生長季降水量呈減少趨勢，其中，春季降水有所增加，夏秋季則減少；農(nóng)業(yè)需水量呈明顯增加趨勢；旱澇指數(shù)呈減小趨勢，氣候濕潤度下降。春季、秋季以干旱為主，重旱頻率分別為28.6%、42.9%；夏季以澇為主，重澇頻率為23.8%；農(nóng)作物生長季中旱、重旱頻率為23.8%，中澇、重澇頻率為14.3%。大連市旱澇災(zāi)害同時存在，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大，建立農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警機(jī)制及信息共享平臺非常必要。

關(guān)鍵詞：降水量；需水量；水平衡；旱澇指數(shù)；大連市

中圖分類號：S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2774-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.016

旱澇災(zāi)害的影響一直是全社會關(guān)注的焦點(diǎn)[1-3]，影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食生產(chǎn)安全。極端降水事件是旱澇災(zāi)害形成的主要因子[4-6]，所以研究降水變化才能掌握旱澇災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，提高風(fēng)險防控意識和能力，減輕旱澇災(zāi)害的威脅。隨著防災(zāi)減災(zāi)工作的不斷深入，旱澇災(zāi)害風(fēng)險研究評估也得到了長足進(jìn)展[7-9]，張國林等[10]分析了近50年遼寧西部地區(qū)干旱成因和發(fā)生規(guī)律；安昕等[11]利用有序聚類方法分析了遼西地區(qū)降水趨勢演變和周期變化規(guī)律；盧路等[12]、周麗等[13]分別分析了海河流域、內(nèi)江地區(qū)旱澇變化趨勢及演變特征；李渝等[14]研究了州喀斯特山區(qū)季節(jié)性干旱特征并提出防御對策，對指導(dǎo)地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有實(shí)際意義。近年來氣象災(zāi)害頻發(fā)，尤其干旱災(zāi)害因影響范圍廣、頻率高，引起了學(xué)者的足夠重視[15-17]。

在氣候變暖的環(huán)境下，遼寧省大連市極端天氣及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生頻率有增加趨勢，尤其降水波動較大，旱澇災(zāi)害較為突出，該地區(qū)旱澇指標(biāo)還不完善。因此，本研究針對大連市農(nóng)作物生長栽培期間的氣候變化，運(yùn)用氣候診斷分析、水平衡、干濕指數(shù)等方法，研究該地區(qū)大氣降水變化對農(nóng)作物生長的影響以及旱澇分布特征和變化趨勢，以期為建立農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警平臺、農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)，為“三農(nóng)”及糧食生產(chǎn)服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大連市位于中國遼東半島最南端，西北瀕臨渤海，東南面向黃海，地理位置為120°58′-123°31′E、38°43′-40°10′N。全市總面積12 574 km2，耕地面積占土地總面積的22.8%，林業(yè)用地面積占總面積的33.1%，灘涂面積占總面積的5.2%。大連市主要有黃海流域和渤海流域兩大水系，境內(nèi)最大的河流為碧流河。大連屬暖溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明。年平均氣溫10 ℃左右，無霜期180～200 d，年平均降水量在550～950 mm，年平均日照時間2 710 h左右；6級或6級以上大風(fēng)時間，沿海每年90～140 d，內(nèi)陸35～50 d，冬、春季較多，夏、秋季較少。

1.2 數(shù)據(jù)來源

采用1951-2013年大連市氣象監(jiān)測站日平均氣溫和日降水量資料，分別計算各月、春季（4-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-10月）和農(nóng)作物生長季（4-10月）的平均氣溫以及>10 ℃積溫、降水量等相關(guān)統(tǒng)計量。

1.3 研究方法

1.3.1 氣候傾向率 用一元線性函數(shù)的一次項(xiàng)系數(shù)表征氣象要素的趨勢變化特征[18]。

y=ax+b （1）

式中，y為氣象要素，x為時間序列號（x=1951，1952，1953，…，2013年），b為常數(shù)項(xiàng)，a為線性傾向值，也稱氣候傾向率，一般用每10年的氣候傾向率來表示。a的大小反映了上升或下降的變化速率。a<0表示y隨時間呈下降趨勢；反之，表示上升趨勢。

1.3.2 旱澇指數(shù) 旱澇指數(shù)是用同一時期的降水量與農(nóng)業(yè)需水量之比來表示[19，20]。

K=R/Q （2）

Q=0.16∑ti （3）

式中，K為旱澇指數(shù)；R為降水量；∑ti為同期>10 ℃積溫；Q為可能蒸發(fā)量，也稱農(nóng)業(yè)需水量。依據(jù)旱澇指數(shù)可將干濕程度分為7個等級，見表1。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)偏差 用于衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度，數(shù)據(jù)分散程度的標(biāo)準(zhǔn)，可確定極端事件發(fā)生幾率[21]。

式中，S為標(biāo)準(zhǔn)偏差，N為樣本數(shù)，yi為第i年的值；y為總體平均值。

1.3.4 統(tǒng)計分析 在Excel程序支持下完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)降水量變化

2.1.1 各季節(jié)降水量 春季降水量歷年平均值為79.7 mm，占年降水量的12.7%，占農(nóng)作物生長季的14.0%。最少降水量為19.7 mm（1981年），最多為231.7 mm（2009年），標(biāo)準(zhǔn)偏差為44.7 mm。降水正常值為35.0～124.4 mm，異常偏多（>124.4 mm）有9年，幾率為14.3%；異常偏少（<35.0 mm）有10年，幾率為15.9%。降水傾向率為3.29 mm/10年，呈增加趨勢，即近63年春季降水量線性增加20.7 mm。各個年代平均降水量見表2，其中20世紀(jì)80年代降水量最少，21世紀(jì)前10年最多，相對增加46.4 mm。近13年（2001-2013年）比前50年（1951-2000年）平均降水量增加29.4 mm。

夏季降水量歷年平均值為392.1 mm，占年降水量的62.4%，占農(nóng)作物生長季的68.8%。降水量最少為132.1 mm（1999年），最多為676.8 mm（2011年），標(biāo)準(zhǔn)偏差為133.0 mm。降水正常值在259.1～525.1 mm，異常偏多（>525.1 mm）有12年，幾率為19.0%；異常偏少（<259.1 mm）有13年，幾率為20.6%。降水傾向率為-6.10 mm/10年，呈減少趨勢，即近63年夏季降水量線性減少38.4 mm。其中21世紀(jì)前10年降水量最少，20世紀(jì)60年代最多，相對減少96.5 mm。由于近3年（2011、2012、2013年）夏季降水量劇增，使得近13年（2001-2013年）平均降水量上升，與前50年（1951-2000年）平均值相近，僅少1.2 mm。

秋季降水量歷年平均值為97.9 mm，占年降水量的15.6%，占農(nóng)作物生長季的17.2%。降水量最少為6.7 mm（1982年），最多為328.7 mm（1992年），標(biāo)準(zhǔn)偏差為59.4 mm。降水正常值為38.5～157.3 mm，異常偏多（>157.3 mm）有7年，幾率為11.1%；異常偏少（<38.5 mm）有4年，幾率為6.3%。降水傾向率為-3.47 mm/10年，呈減少趨勢，秋季降水量線性減少21.9 mm。其中20世紀(jì)50年代降水量最多，20世紀(jì)80年代最少，相差40.6 mm。近13年（2001-2013年）比前50年（1951-2000年）平均降水量減少0.4 mm，說明近年來秋季降水量接近歷史平均水平。

2.1.2 農(nóng)作物生長季降水量 農(nóng)作物生長季降水量歷年平均值為569.7 mm，占年降水量的90.6%，降水量最少為213.2 mm（1999年），最多為888.0 mm（1951年），降水極差為674.8 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為172.2 mm。農(nóng)作物生長季降水正常值在397.5～741.9 mm，異常偏多（>741.9 mm）有11年，幾率為17.5%；異常偏少（<397.5 mm）有13年，幾率為20.6%。由圖1可知，農(nóng)作物生長季降水量略呈減少趨勢，傾向率為-6.29 mm/10年，降水量線性減少39.6 mm。其中20世紀(jì)80年代降水量最少，20世紀(jì)70年代最多，相差102.3 mm。前30年（1951-1980年）降水較多，平均為597.7 mm，后30年（1981-2010年）降水相對較少，平均為525.1 mm，平均減少72.6 mm。而近13年（2001-2013年）與前50年（1951-2000年）相比，降水量平均增加27.8 mm。2005-2013年降水量明顯增加，并接近前30年（1951-1980年）的平均水平。

2.2 農(nóng)業(yè)需水量變化

2.2.1 各季節(jié)需水量 春季需水量歷年平均值為101.9 mm，占農(nóng)作物生長季需水量的17.2%，最大值為149.1 mm（1989年）。經(jīng)線性趨勢分析，需水傾向率為2.294 mm/10年，呈增加趨勢，即近63年春季需水量線性增加14.5 mm。各個年代平均需水量見表2，其中20世紀(jì)50、60年代需水量最少，20世紀(jì)90年代最多，年代最大相差17.0 mm。近33年（1981-2013年）需水量比前30年（1951-1980年）平均增加9.3 mm。

夏季需水量歷年平均值為331.5 mm，占農(nóng)作物生長季需水量的56.0%，最多為364.8 mm（2000年），需水傾向率為3.017 mm/10年，呈增加趨勢，夏季需水量線性增加19.0 mm。其中20世紀(jì)60年代需水量最少，20世紀(jì)90年代最多，年代最大相差18.9 mm。近33年（1981-2013年）需水量比前30年（1951-1980年）平均增加12.3 mm。

秋季需水量歷年平均值為158.5 mm，占農(nóng)作物生長季需水量的26.8%，最大值為188.4 mm（1998年），需水傾向率為3.290 mm/10年，呈增加趨勢，秋季需水量線性增加20.7 mm。其中20世紀(jì)50年代需水量最少，21世紀(jì)90年代最多，年代最大相差16.4 mm。近33年（1981-2013年）需水量比前30年（1951-1980年）平均增加10.1 mm。

2.2.2 農(nóng)作物生長季需水量 農(nóng)作物生長季需水量歷年平均值為591.9 mm，最大值為675.1 mm（2001年）。由圖2可以看出，農(nóng)作物生長季需水量呈增加趨勢，序列相關(guān)系數(shù)為0.512 9（P<0.01），傾向率為8.601 mm/10 年，需水量線性增加54.2 mm。各個年代平均需水量見表2，其中20世紀(jì)50年代需水量最少，20世紀(jì)90年代最多，平均相差49.0 mm。前30年（1951-1980年）需水量較少，平均為575.2 mm，后33年（1980-2013年）需水量相對較多，平均為607.0 mm，相對增加31.8 mm。近13年（2001-2013年）與前50年（1951-2000年）相比，需水量平均增加20.8 mm，說明隨著氣候變暖農(nóng)作物生長季需水量也在增加。

2.3 水平衡及旱澇分析

2.3.1 各季節(jié)水平衡及旱澇 同時期降水量與需水量之差稱為水平衡。春季水平衡為-22.2 mm，降水不足，占春季需水量的21.8%。1951-2013年降水盈余的有17年，幾率為27.0%；降水虧缺的有46年，幾率為73.0%。分析各個年代平均水平衡得出，降水虧缺最多的是20世紀(jì)80、90年代，水平衡分別為-43.7、-43.6 mm；21世紀(jì)前10年降水盈余3.9 mm。由表2可知，春季總體表現(xiàn)為輕旱類型，其中20世紀(jì)80、90年代為中旱類型，2001-2013年表現(xiàn)為正常類型。K傾向率為0.022/10年，呈上升趨勢，即春季濕潤程度有所增加。由表3可知，近63年春季中旱出現(xiàn)概率為22.2%，輕旱、正常、濕潤為34.9%，中澇、重澇出現(xiàn)頻率為14.3%，重旱出現(xiàn)頻率高達(dá)28.6%，約占樣本數(shù)的1/3，約10年3遇。

夏季水平衡為60.6 mm，降水盈余，占夏季需水量的18.3%。1951-2013年降水盈余的有41年，幾率為65.1%；降水虧缺的有22年，幾率為34.9%。分析各個年代平均水平衡得出，降水盈余最多出現(xiàn)在20世紀(jì)50、60和70年代，1951-1980年平均盈余89.3 mm；1981-2010年平均盈余14.5 mm；由于近13年（2001-2013年）降水有所增加，水平衡為53.5 mm。由表2可知，夏季總體表現(xiàn)為為濕潤類型，1951-1980年表現(xiàn)為濕潤、中澇類型；1981-2013年表現(xiàn)為正常、濕潤類型。由表3可知，夏季中旱、重旱出現(xiàn)概率為11.1%，約10年1遇；中澇、重澇出現(xiàn)頻率為36.5%，重澇出現(xiàn)頻率為23.8%，約10年4遇。K值氣候傾向率為-0.029/10年，說明夏季氣候向干燥方向發(fā)展。

秋季水平衡為-60.6 mm，降水不足，占秋季需水量的38.2%。1951-2013年中降水盈余的有11年，幾率為17.5%；降水虧缺的有52年，幾率為82.5%。分析各個年代平均水平衡得出，降水虧缺最多出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，平均為-76.8 mm；而50年代最少為-30.4 mm。由表2可知，秋季旱澇指數(shù)為中旱類型。從各個年代分析結(jié)果看，除20世紀(jì)50年代表現(xiàn)為輕旱類型，其他各年代均表現(xiàn)為中旱類型。由表3可知，秋季中旱、重旱出現(xiàn)概率為66.7%，其中重旱出現(xiàn)頻率為42.9%，約4年1遇；中澇、重澇出現(xiàn)頻率為6.4%。K值氣候傾向率為-0.035/10年，說明秋季氣候向干燥方向發(fā)展。

2.3.2 農(nóng)作物生長季水平衡及旱澇 農(nóng)作物生長季水平衡為-22.0 mm，降水略顯不足，僅占需水量的3.8%。1951-2013年降水盈余的有33年，幾率為52.4%；降水虧缺的有30年，幾率為47.6%。在近63年里，降水異常盈余的有9年，幾率為14.3%；降水異常虧缺的有14年，幾率為22.2%。分析各個年代平均水平衡得出，20世紀(jì)50、60和70年代降水盈余，分別為9.4、31.7、26.5 mm，從20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)降水虧缺，虧缺最多的在80和90年代，分別為-88.8 mm和-98.9 mm。由此計算，前30年（1951-1980年）降水盈余22.5 mm，后30年（1981-2010年）降水虧缺82.0 mm。由圖3可知，水平衡呈下降趨勢，氣候傾向率為-14.887 mm/10年。因近5年（2009-2013年）連續(xù)出現(xiàn)較大降水，水平衡平均值高達(dá)107.0 mm，使水平衡整體線性趨勢上揚(yáng)。

經(jīng)K值分析，農(nóng)作物生長季干濕程度總體表現(xiàn)為正常類型（K為0.97）。從各個年代分析結(jié)果看，20世紀(jì)80-90年代表現(xiàn)為輕旱類型，其他各年代均表現(xiàn)為正常類型。由表3可知，農(nóng)作物生長季中旱、重旱出現(xiàn)概率為23.8%，其中重旱出現(xiàn)頻率為4.8%，約20年1遇；中澇、重澇出現(xiàn)頻率為14.3%。前30年（1951-1980年）K為1.04，表現(xiàn)為正常；后30年（1981-2010年）K下降至0.87，表現(xiàn)為輕旱類型。由圖4可知，K值氣候傾向率為-0.024/10年，說明農(nóng)作物生長季氣候在向干燥方向發(fā)展。而近5年（2009-2013年）由于降水較多干濕指數(shù)位于較高水平，平均值為1.18，成為濕潤類型，減緩了氣候繼續(xù)朝著干燥方向發(fā)展的趨勢。

3 結(jié)論

1）農(nóng)作物生長季4-9月間各個時間段降水量歷年變化趨勢各不相同，春季（4-5月）降水量呈增加趨勢，夏季（6-8月）和秋季（9-10月）降水量呈減少趨勢。經(jīng)線性趨勢分析，春季降水量增加20.7 mm，夏季降水量減少38.4 mm，秋季減少21.9 mm。農(nóng)作物生長季降水量總體表現(xiàn)出下降趨勢，減少39.6 mm。

2）隨著氣候變暖，農(nóng)作物生長季的各個時間段農(nóng)業(yè)需水量均表現(xiàn)出增加趨勢。經(jīng)線性趨勢分析，春季需水量增加14.5 mm，夏季增加19.0 mm，秋季增加20.7 mm，全生長期（4-10月）增加54.2 mm。

3）經(jīng)水平衡分析可知，農(nóng)作物生長季各月中除4、7、8月降水量盈余外，其他各月均表現(xiàn)不足。春季降水虧缺21.8%，夏季降水盈余18.3%，秋季虧缺38.2%，農(nóng)作物全生長期降水虧缺3.8%。

4）因降水變化幅度較大，大連地區(qū)旱災(zāi)、澇災(zāi)同時存在，春季的4、5月，夏季的6月，秋季的9、10月均以旱災(zāi)為主，7、8月則以澇災(zāi)為主。春季中旱、重旱頻率為50.8%，中澇、重澇頻率為14.3%；夏季中旱、重旱頻率為11.1%，中澇、重澇頻率為36.5%；秋季中旱、重旱頻率為66.7%，中澇、重澇頻率為6.4%；全生長期中旱、重旱頻率為23.8%，中澇、重澇頻率為13.3%。

4 討論

大連市降水年際、季節(jié)變化較大，旱、澇災(zāi)害同時存在。分析結(jié)果得出，大連地區(qū)春、秋兩季以干旱災(zāi)害為主，夏季則以澇災(zāi)為主。隨著氣候變暖，降水量和需水量呈逆向變化過程，即降水量在減少，需水量在明顯增加，暖干旱化日趨嚴(yán)重。從各年代來看，各個季節(jié)降水離散度較大，旱、澇成災(zāi)嚴(yán)重，例如：1995年4月降水量7.6 mm，2012年5月0.2 mm，發(fā)生了嚴(yán)重的春季干旱，2009年4-5月連續(xù)降水231.2 mm，發(fā)生了嚴(yán)重的春季澇災(zāi)，嚴(yán)重影響了春季播種和苗期生長；2013年7月降水517.1 mm，出現(xiàn)了夏季澇災(zāi)，而同年的8、9月連續(xù)兩個月降水只有14.1 mm，又出現(xiàn)了秋季重旱災(zāi)害。因此，大連地區(qū)在防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)中，旱災(zāi)、澇災(zāi)的防御工作應(yīng)同時進(jìn)行。

旱澇災(zāi)害防御應(yīng)從以下4點(diǎn)抓起：①提高認(rèn)識。切實(shí)掌握大連市降水分布特征和變化規(guī)律，提高職能部門及百姓對自然災(zāi)害的風(fēng)險防控意識，要清楚認(rèn)識到大連市旱澇災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的嚴(yán)重性，如2009年秋季干旱造成大面積秋季蔬菜絕收，菜價上漲等實(shí)際案例。②工程建設(shè)。農(nóng)田基本建設(shè)是防災(zāi)減災(zāi)的基礎(chǔ)工程。山地、河灘植樹種草可減少徑流和蒸發(fā)，對洪水和干旱具有長效抑制作用。因地制宜建設(shè)臺田、平整土地，設(shè)計遇干旱能灌溉、遇多雨能排澇的多功能農(nóng)田。③掌握信息和新技術(shù)。提高天氣預(yù)報準(zhǔn)確率，建立天氣預(yù)測預(yù)報信息平臺，通過通訊、電視、電臺，農(nóng)村大喇叭、電子屏幕等方式，擴(kuò)大覆蓋區(qū)域，讓公眾在第一時間掌握天氣變化動向和未來趨勢，做到提早預(yù)防。引進(jìn)人工影響天氣新技術(shù)，開發(fā)云水資源，人工增雨可提高有效降水緩解干旱程度，人工消雹消云可驅(qū)散積雨云減輕冰雹暴雨洪澇的危害程度。④協(xié)同聯(lián)網(wǎng)資源共享。各個部門都有自己的防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)平臺，單一作戰(zhàn)能量發(fā)揮有限，建立監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源共享，防災(zāi)減災(zāi)能力和效果、效益倍增。自然災(zāi)害相互之間是有聯(lián)系的，一個災(zāi)害的發(fā)生可引發(fā)次生災(zāi)害，如暴雨可引發(fā)山洪和泥石流。所以加強(qiáng)監(jiān)測和信息傳輸工作顯得尤為重要。

大連市旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率較高，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大，建立災(zāi)害預(yù)警機(jī)制及信息共享平臺，做到快速反應(yīng)，聯(lián)合作戰(zhàn)，減少受災(zāi)損失則非常必要。本研究結(jié)果可為進(jìn)一步研究旱澇發(fā)生規(guī)律和防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

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