岳 元，申雙和，王 琪

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044；2.氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京信息工程大學(xué)，南京 210044；3.吉林省氣象科學(xué)研究所，長(zhǎng)春 130062)

干旱是某地區(qū)因長(zhǎng)期無雨或降水較常年平均狀態(tài)異常偏少的氣候背景下，造成空氣干燥，土壤水分缺失，和農(nóng)業(yè)灌溉水源不足，無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需水分而形成的災(zāi)害[1]。近年來隨著全球氣候變化加劇，干旱的發(fā)生頻率也變得更高，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，其影響已經(jīng)波及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等諸多方面[2]。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期受干旱災(zāi)害影響，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)農(nóng)作物年均受旱面積為2 159.3 萬hm2，直接造成的糧食產(chǎn)量損失約為100 億kg[3]。20世紀(jì)80年代以來，全球變暖使極端氣候氣溫事件頻發(fā)，干旱的頻率、強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，受旱面積和成災(zāi)面積均呈增加趨勢(shì)[4,5]。

由于大氣系統(tǒng)本身具有非線性的特點(diǎn)[6]，使得單純依靠氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)研究干旱問題變得困難。為了使得干旱評(píng)估工作能夠做到定量化和標(biāo)準(zhǔn)化，科學(xué)家們提出了多種干旱指數(shù)，主要包括相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、帕默爾干旱指數(shù)以及綜合氣象干旱指數(shù)等[7-12]。其中標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)因其具有計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)干旱反應(yīng)靈敏，同時(shí)還可有效消除降水資料時(shí)空分布不均產(chǎn)生的差異等優(yōu)點(diǎn)，而受到世界氣象組織和不同地區(qū)的廣泛認(rèn)可[13-15]。一直以來，我國(guó)北方地區(qū)的干旱問題都是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)，但研究區(qū)域集中在我國(guó)的華北平原[16-18]和西北干旱區(qū)[19,20]。研究方向則多側(cè)重北方地區(qū)干旱災(zāi)害的變化趨勢(shì)[21]、演變特點(diǎn)[22]以及干旱成因[23]。雖然針對(duì)我國(guó)北方干旱已經(jīng)進(jìn)行大量的分析，但是已有的分析多是從整個(gè)北方地區(qū)的角度來分析的，針對(duì)更小空間尺度，如某省的干旱研究不多。吉林省地處我國(guó)東北地區(qū)中部，作為我國(guó)商品糧的主產(chǎn)區(qū)，干旱直接威脅本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。因此，分析近幾十年發(fā)生在吉林省地區(qū)干旱的頻率、強(qiáng)度以及空間分布形式，為應(yīng)對(duì)氣候變化對(duì)本地區(qū)影響有重要的實(shí)用意義。

本文利用吉林省45個(gè)氣象站近45年逐月降水資料計(jì)算不同年尺度和季節(jié)尺度的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)，分析吉林省地區(qū)干旱發(fā)生頻率、影響范圍和強(qiáng)度的時(shí)空變化特征。旨在為氣候變化背景下吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、干旱研究以及防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究采用吉林省氣象資料完整的45個(gè)氣象站1970-2014年45年逐月的降水資料(站點(diǎn)分布見圖1)，數(shù)據(jù)源于吉林省氣象局。同時(shí)對(duì)所選站點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)其中存在的明顯錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，對(duì)存在缺測(cè)漏測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理。經(jīng)質(zhì)量控制后各站45年的降水?dāng)?shù)據(jù)連續(xù)性較好，可靠性較強(qiáng)，可有效的反應(yīng)本地區(qū)降水的變化形式。同時(shí)根據(jù)氣象學(xué)中四季劃分方式，將3-5月份定為春季；6-8月為夏季；9-11月為秋季；12月到次年2月為春季。

圖1 吉林省站點(diǎn)分布圖Fig.1 Meteorological station in Jilin Province

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)

由于逐月降水量的時(shí)間序列并不符合正態(tài)分布，而近似符合一種偏態(tài)分布。所以在利用降水資料監(jiān)測(cè)干旱變化情況工作中，常采用Γ分布函數(shù)計(jì)算出某一時(shí)段內(nèi)降水量概率分布后，對(duì)計(jì)算得到的概率分布進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理，最后用標(biāo)準(zhǔn)化降水累積頻率分布來劃分干旱等級(jí)。SPI的計(jì)算步驟為：

式中：F(x)是根據(jù)Γ分布計(jì)算得到的降水分布概率；x為某時(shí)段的降水量 ；c0、c1、c2和d1、d2、d3分別為Γ分布函數(shù)在轉(zhuǎn)化為累計(jì)概率簡(jiǎn)化近似求解公式的計(jì)算參數(shù)，各參數(shù)值分別為：c0=2.515 517，c1=0.802 853，c2=0.010 328，d1=1.432 788，d2=0.189 269，d3=0.001 308。當(dāng)F(x)>0.5時(shí)，S=1；當(dāng)F(x)≤1時(shí)，S= -1。

F(x)是由Γ分布概率密度函數(shù)積分求得的，公式為：

(2)

式中：β、γ為Γ分布函數(shù)的形狀和尺度參數(shù)。

依照上述步驟即得到吉林省45個(gè)氣象站季節(jié)尺度和年尺度的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)。具體SPI值對(duì)應(yīng)的干旱等級(jí)見表1。

表1 干旱等級(jí)Tab.1 The classification of drought levels

1.3 干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文分別從干旱發(fā)生頻率、干旱發(fā)生站次比和干旱作用強(qiáng)度3個(gè)方面分析吉林省地區(qū)近45 a的干旱時(shí)空演變特征，上述3個(gè)指標(biāo)具體計(jì)算公式如下：

(1)干旱頻率(Pi)。Pi表示某氣象站有降水資料的年份中干旱發(fā)生的頻率，計(jì)算公式為：

(3)

式中：N為某氣象站有資料的總年份數(shù)；n為某氣象站發(fā)生干旱年份數(shù)量；其中下角標(biāo)i代表不同的氣象站。按照表1中的各個(gè)干旱等級(jí)計(jì)算出45個(gè)氣象站中4個(gè)等級(jí)干旱的概率發(fā)生情況。

(2) 干旱站次比(Pj)。表示某一區(qū)域內(nèi)存在不同等級(jí)干旱站數(shù)占該區(qū)域全部氣象站數(shù)量的比例，該指標(biāo)是來評(píng)價(jià)不同年份之間干旱影響范圍的大小，計(jì)算公式為：

(4)

式中：M為研究區(qū)內(nèi)的氣象站的數(shù)量；m為存在干旱的氣象站數(shù)量；其中下角標(biāo)j代表不同年份。Pj表示某一年份中干旱在某地區(qū)影響的范圍和某區(qū)域內(nèi)干旱的嚴(yán)重程度。其中認(rèn)為：Pj≥50%時(shí)，為全域性干旱；50%>Pj≥33%時(shí)，為區(qū)域性干旱；33%>Pj≥25%時(shí)，為部分區(qū)域干旱；25%>Pj≥10%時(shí)，為局域性干旱；當(dāng)Pj<10%時(shí)，全區(qū)域內(nèi)無明顯干旱發(fā)生。

(3)干旱強(qiáng)度(Sij)。表示干旱年平均嚴(yán)重程度，單站干旱強(qiáng)度可由SPI的絕對(duì)值反映，計(jì)算公式為：

(5)

式中：SPIi為發(fā)生干旱時(shí)SPI的絕對(duì)值。當(dāng)Sij<0.5時(shí)干旱強(qiáng)度不明顯；1>Sij≥0.5 為輕旱；當(dāng)1.5>Sij≥1 時(shí)為中旱；當(dāng)2>Sij≥1.5時(shí)為重旱;Sij≥2.0時(shí)為特旱。其中i表示不同氣象站。j代表不同年份，m存在干旱的氣象站數(shù)量。

(4) 氣候傾向率。將氣象要素隨時(shí)間的變化用一次線性方程擬合，即：

(6)

2 結(jié)果與分析

2.1 年尺度干旱演變特征

基于吉林省45個(gè)氣象站逐月降水量計(jì)算得到的近45年來年尺度的SPI值，統(tǒng)計(jì)各站不同等級(jí)干旱出現(xiàn)頻率。分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吉林省地區(qū)干旱(包括輕旱及以上)發(fā)生頻率在13.33%～42.22%之間，全省平均值為30.52%。進(jìn)一步分析干旱發(fā)生頻率的空間分布發(fā)現(xiàn)，吉林省西部和中部地區(qū)干旱發(fā)生頻率要高于東部地區(qū)，西部地區(qū)干旱發(fā)生頻率為38.89%；中部地區(qū)干旱發(fā)生頻率為32.30%；東部地區(qū)干旱發(fā)生頻率為27.72%。不同地區(qū)之間不同等級(jí)干旱的發(fā)生頻率為西部>中部>東部。輕旱發(fā)生頻率6.67%～31.08%[圖2(a)]。輕旱頻率高值區(qū)主要出現(xiàn)在西部的白城和松原地區(qū)，中、東部地區(qū)輕旱發(fā)生頻率仍相對(duì)較低。中旱的發(fā)生頻率0～17.77%[圖2(b)]。中旱頻率高值區(qū)出現(xiàn)在中部的農(nóng)安站和東部的吉林地區(qū)，西部地區(qū)為次高值區(qū)，低值區(qū)主要存在于東部地區(qū)大部和西、中部地區(qū)個(gè)別站點(diǎn)。中旱[圖2(c)]和特旱[圖2(d)]的發(fā)生頻率相近，均在10%以下。中旱的發(fā)生頻率在0～8.89%之間，高值區(qū)在全省范圍內(nèi)呈點(diǎn)狀分布，出現(xiàn)在乾安站、榆樹站、樺甸站。低值、次低值影響區(qū)和次高值區(qū)自西向東間隔出現(xiàn)。特旱的發(fā)生頻率0～4.44%，高值、次高區(qū)主要作用在西部的白城地區(qū)和東部的延邊地區(qū)。特旱低值和次低值區(qū)則主要作用于中部全部地區(qū)、西部和東部的部分地區(qū)。由此可見，吉林西部地區(qū)輕旱、重旱、特旱發(fā)生頻率均高于全省其他地區(qū)，中旱發(fā)生頻率為次高。

圖2 吉林省地區(qū)干旱頻率分布Fig.2 Spatial distribution of drought frequency in JiLin province

分析吉林省范圍內(nèi)干旱的影響范圍(圖3)發(fā)現(xiàn)，吉林省近45 a干旱站次比變化范圍為0～75.56%。按照干旱影響范圍的定義，近45 a中共有13 a無明顯干旱發(fā)生；發(fā)生局域性干旱和部分區(qū)域性干旱年份數(shù)量較少分別為5 a和2 a；站次比大于50%，發(fā)生全域性干旱的年份有14 a。綜合站次比分析發(fā)現(xiàn)，干旱影響范圍的演變特征以1989年為界可以分為兩個(gè)階段。20世紀(jì)70年代和80年代吉林省地區(qū)發(fā)生的干旱以局域性和區(qū)域性干旱為主，而進(jìn)入90年代以后全域性干旱開始增加。尤其是21世紀(jì)以后，由于全球氣候變化的不斷加劇，全域性干旱成為影響吉林省的主要干旱類型。尤其是2010年以后發(fā)生的干旱。站次比的變化趨勢(shì)顯示，干旱的作用范圍呈逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，未來吉林省地區(qū)發(fā)生全域性干旱的風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖3 近45年吉林省干旱發(fā)生站次比及強(qiáng)度演變特征Fig.3 Evolution characteristics of drought stations proportions and drought intensity in JiLin province during the last 45 years

分析干旱強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)(圖3)，45年來吉林省年平均干旱強(qiáng)度波動(dòng)范圍為0～1.55，干旱強(qiáng)度的平均值為0.95。進(jìn)一步分析逐年干旱強(qiáng)度值發(fā)現(xiàn)，有25 a的年平均干旱強(qiáng)度值在1.0以上，達(dá)到中旱水平，且多發(fā)生在90年代以后。其中23 a干旱強(qiáng)度值為1～1.5，且多數(shù)中旱強(qiáng)度值接近1.0。這說明從年平均干旱強(qiáng)度上來看，吉林省地區(qū)發(fā)生的干旱強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，進(jìn)入90年代以后發(fā)生的干旱多發(fā)中旱，但強(qiáng)度偏輕。2000年以后干旱強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，2001年干旱強(qiáng)度是45 a中最高，為1.55達(dá)到重旱級(jí)別。整體上看干旱強(qiáng)度的變化趨勢(shì)呈增加趨勢(shì)，且在21世紀(jì)以后干旱強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢(shì)進(jìn)一步加快。

根據(jù)不同年代之間吉林省地區(qū)站次比[圖4(a)]和干旱強(qiáng)度[圖4(b)]，不同年代之間干旱站次比為先降后增的變化形式，70年代站次比為次高值，70-80年代站次比出現(xiàn)下降并達(dá)到最低值。80年代至今站次比出現(xiàn)三連增，干旱面積不斷擴(kuò)大，2000-2014年的干旱站次比是4個(gè)年代中最高的，達(dá)到38.53%。分析不同年代之間輕旱、中旱站次比發(fā)現(xiàn)，輕旱站次比呈震蕩下降的趨勢(shì)，中旱站次比變化形式和干旱站次比變化趨勢(shì)一致為先降后增，并在2000年以后達(dá)到最高值。結(jié)合不同年代間干旱強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著中旱影響面積的不斷增加，吉林省地區(qū)2000年以來近15 a干旱強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，其后依次為70年代、90年代、80年代。

圖4 不同年代間干旱站次比和干旱強(qiáng)度的變化Fig.4 Variations of drought stations proportions and drought intensity in different decades

依據(jù)SPI指數(shù)計(jì)算分析造成吉林各地區(qū)之間干旱發(fā)生頻率、作用強(qiáng)度不同的主要影響原因是氣候變化導(dǎo)致的異常降水事件頻發(fā)，不同地區(qū)之間降水量分布不均造成的。吉林西部為半干旱區(qū)，中部為半濕潤(rùn)區(qū)，東部為濕潤(rùn)區(qū)，隨著全球氣候變化，西部地區(qū)面臨干旱的風(fēng)險(xiǎn)可能進(jìn)一步加大。吉林西部地區(qū)作為吉林省的糧食主產(chǎn)區(qū)，有關(guān)部門應(yīng)采取有力措施，以應(yīng)對(duì)未來隨著氣候變化不斷加劇且更加頻繁發(fā)生的干旱災(zāi)害對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。依據(jù)本文之前的分析發(fā)現(xiàn)，吉林中部也存在暖干化的趨勢(shì)。更應(yīng)引起關(guān)注的是，本為濕潤(rùn)區(qū)的吉林東部地區(qū)特旱的發(fā)生頻率高于全省平均水平。

2.2 季節(jié)尺度干旱時(shí)空演變特征

2.2.1 春 旱

分析吉林省春季SPI值發(fā)現(xiàn)，春季干旱發(fā)生頻率變化范圍為19.90%～39.97%，全省平均值為31.31%(圖5)。不同地區(qū)之間春旱發(fā)生概率存在明顯區(qū)別，其中吉林西部和中部為春旱高發(fā)地區(qū)，東部地區(qū)春季干旱發(fā)生頻率較低。西部春旱發(fā)生概率平均值為32.00%，中部平均值為31.37%，均高于全省平均值，只有東部地區(qū)春旱頻率平均值小于全省平均水平，為25.96%。

圖5 不同季節(jié)干旱頻率分布Fig.5 Spatial distribution of drought frequency in different

綜合分析吉林省春季發(fā)生干旱的站次比[圖6(a)]發(fā)現(xiàn)吉林省春季干旱站次比變化范圍為0～84.44%，且近45 a區(qū)內(nèi)站次比呈先增后減變化趨勢(shì)。發(fā)生干旱的年份中，存在全域性春旱的年份有11 a；存在局域性春旱的年份有7 a；存在部分區(qū)域性春旱的年份有8 a；存在區(qū)域性春旱的年份有7 a。同時(shí)春旱多出現(xiàn)在70-90年代，其中1993年發(fā)生的春旱是影響范圍最廣的一年。從不同年代看(表2),70年代站次比值最高，80年代次之，90年代最低，2000年以后為次低，不過最低值和次低值大小相近。春旱站次比時(shí)間擬合趨勢(shì)來看，45 a來站次比呈下降趨勢(shì)，平均每10a下降速率為3.86%。吉林省內(nèi)春旱站次比出現(xiàn)下降，影響面積正在減小。

分析干旱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明[圖6(a)]，45年來干旱強(qiáng)度波動(dòng)范圍為0～1.57，干旱強(qiáng)度的平均值為0.96。強(qiáng)度曲線變化形式和站次比變化形式相近，即站次比高的干旱年份中其對(duì)應(yīng)的干旱強(qiáng)度也相對(duì)較重，如發(fā)生全域性春旱的1971、1975和1993年，三年的干旱強(qiáng)度均超過1，并且接近或者達(dá)到重旱標(biāo)準(zhǔn)。分析不同年代之間春旱強(qiáng)度的變化形式發(fā)現(xiàn)，不同年代之間強(qiáng)度與站次比變化形式一致，70年代最強(qiáng)，80年代次之，90年代和2000年以后的強(qiáng)度分別為最低值和次低值，但是最低值和次低值之間差距不大。證明隨著春旱影響面積的減小，吉林省春旱作用強(qiáng)度也出現(xiàn)下降。

圖6 不同季節(jié)間干旱發(fā)生站次比及強(qiáng)度演變特征Fig.6 Evolution characteristics of drought stations proportions and drought intensity in different seasons

根據(jù)之前的分析，吉林省春旱的強(qiáng)度和影響面積雖有所減小，但仍不可掉以輕心。春季發(fā)生干旱對(duì)吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響極大。春旱會(huì)導(dǎo)致作物播種受阻，出苗不齊，出苗偏晚，苗情較差。如果春旱嚴(yán)重的話，還會(huì)導(dǎo)致作物不出苗或枯死。特別是吉林西部地區(qū)春旱嚴(yán)重，素有“十年九春旱”之稱。春季如果持續(xù)無有效降水，且氣溫持續(xù)增高，土壤蒸發(fā)能力強(qiáng)，將導(dǎo)致嚴(yán)重春旱。應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的春旱的措施主要有，選擇抗旱品種，采取坐水種、地膜覆蓋，采取有效抗旱保苗措施，有條件的地區(qū)還可采取澆水灌溉，以減輕干旱損失。此外，還應(yīng)及時(shí)除草和鏟趟，防止草荒發(fā)展，改善土壤水熱條件。

表2 不同年代間吉林省地區(qū)季節(jié)尺度干旱站次比和干旱強(qiáng)度比較Tab.2 Comparison of seasonal drought stations proportions and drought intensity in different decades

2.2.2 夏 旱

夏季干旱發(fā)生頻率變化范圍為20.00%～42.21%，全省平均值為30.07%(圖5)。夏旱的空間分布形式與春旱相似，頻率分布依次為西部>中部>東部。頻率高值區(qū)集中出現(xiàn)在吉林省西部和中部地區(qū)，但頻率高值區(qū)面積有所減小。西、中部地區(qū)夏旱發(fā)生概率平均值分別為32.89%、31.59%，均高于全省平均值。東部地區(qū)夏旱發(fā)生頻率較低，平均值為27.72%，低于全省平均水平。

夏旱的站次比[圖6(b)]發(fā)現(xiàn)吉林省夏季干旱站次比為0～68.89%變化，70-80年代站次比震蕩下降，90年代初至今站次比震蕩上升，特別是21世紀(jì)以后，夏旱站次比呈上升趨勢(shì)。發(fā)生夏旱的年份中，發(fā)生局域性夏旱的年份最多，有13 a；其次是全域性干旱，有11 a；發(fā)生部分區(qū)域性和區(qū)域性夏旱的年份分別有4 a和7 a。其中2014年發(fā)生的夏旱是影響范圍最廣的一年。從不同年代看(表2),2000年至今站次比最高，70年代次之，80年代最低，90年代為次低，呈現(xiàn)出先減后增的變化形式。夏旱站次比時(shí)間擬合趨勢(shì)來看，45 a來站次比呈下升趨勢(shì)，平均每10 a下降速率為0.71%。

分析干旱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明[圖6(b)]，夏旱強(qiáng)度波動(dòng)范圍為0～2.66，干旱強(qiáng)度的平均值為1.07。分析不同年代之間夏旱強(qiáng)度的變化形式發(fā)現(xiàn)，夏旱強(qiáng)度和站次比變化形式存在一定差異。70-80年中期，夏旱強(qiáng)度呈震蕩上升；85-90年代初快速下降并達(dá)到最低值；90年代初至今夏旱強(qiáng)度又開始波動(dòng)上升，基本維持在中旱水平。不同年代之間，90年代夏旱強(qiáng)度最輕；80年代夏旱強(qiáng)度最強(qiáng)；其后依次為70年代和2000年至今的強(qiáng)度分別為最低值和次低值。強(qiáng)度的年紀(jì)變化趨勢(shì)雖略有下降，但趨勢(shì)并不明顯。值得注意的是，21世紀(jì)以后夏旱發(fā)生的面積和作用強(qiáng)度均出現(xiàn)增加。

夏季干旱會(huì)導(dǎo)致玉米等作物供水不足，影響作物生殖生長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致植株矮小，枯黃、抽穗、開花、授粉受阻。如果夏旱持續(xù)出現(xiàn)的話，會(huì)導(dǎo)致作物整株死亡，進(jìn)而造成絕產(chǎn)絕收。針對(duì)夏旱，在加強(qiáng)旱情監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還要積極采取抗旱措施：一是抓住有利天氣條件，積極開展人工增雨作業(yè)；二是有條件的地方采取灌溉補(bǔ)充農(nóng)田土壤水，重旱區(qū)農(nóng)民可以用田間機(jī)井抽水溝灌方式抗旱；三是葉面噴施抗旱制劑； 四是加強(qiáng)水庫(kù)調(diào)度，保障農(nóng)業(yè)用水供應(yīng)；五是加強(qiáng)氣象監(jiān)測(cè)，密切監(jiān)視夏旱發(fā)展；六是做好農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)等風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移與災(zāi)害救助的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

2.2.3 秋 旱

秋季干旱發(fā)生頻率變化范圍為24.45.00%～40.00%，全省平均值為31.85%(圖5)。秋旱發(fā)生頻率高值區(qū)主要集中出現(xiàn)在吉林省中部，西部白城和東部吉林的部分地區(qū)也為秋旱高發(fā)地區(qū)。吉林中部秋旱發(fā)生頻率最高，為34.29%；西部和東部地區(qū)秋旱發(fā)生頻率相近，依次為30.22%和31.01%，均低于全省平均水平。

秋旱的站次比為0%～ 84.44%[圖6(c)]。秋旱站次比變化形式可以細(xì)分為兩個(gè)階段，70年代初至2004年站次比先增后減，2005年至今秋旱站次比則為震蕩上升。

秋旱發(fā)生的年份中，主要為全域性和區(qū)域性秋旱，發(fā)生年份數(shù)量分別為11 a和10 a。局域性和部分區(qū)域性干旱較少只有8 a和3 a。其中2001年發(fā)生的秋旱是影響范圍最廣的一年。從不同年代看(表2)，2000年至今站次比最高，其后依次為80年，90年代，70年代為次低。從秋旱站次比時(shí)間擬合趨勢(shì)來看，45 a來秋旱站次比呈上升趨勢(shì)，速率為平均每10 a上升4.94%，21世紀(jì)以后，吉林省范圍內(nèi)秋旱影響面積有所增加。

分析干旱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明[圖6(c)]，秋旱強(qiáng)度波動(dòng)范圍為0～1.52，干旱強(qiáng)度的平均值為0.91。不同年代之間，秋旱強(qiáng)度和站次比變化形式相似，呈震蕩上升的變化趨勢(shì)。秋旱強(qiáng)度序列時(shí)間擬合趨勢(shì)來看，45 a來干旱強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，平均每10 a增加0.097。21世紀(jì)以后隨著秋旱站次比增加，秋旱作用強(qiáng)度也明顯增加。

秋季是吉林省糧食作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期。秋旱的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致灌溉受阻，作物灌漿速度慢，干物質(zhì)積累少，籽粒不飽滿，千粒重低，糧食產(chǎn)量下降。應(yīng)對(duì)秋旱的措施主要是擴(kuò)大灌溉面積，有條件的地區(qū)還可以噴施抗旱劑，同時(shí)還要加強(qiáng)田間管理。

2.2.4 冬 旱

冬季干旱發(fā)生頻率變化范圍為17.78%～42.21%，全省平均值為32.44%(圖5)。冬旱的空間分布形式與之前三個(gè)季節(jié)中出現(xiàn)的干旱完全不同，冬旱高值區(qū)影響范圍包括全省大部分地區(qū)。高值區(qū)集中出現(xiàn)在吉林西部和中部，東部地區(qū)只有個(gè)別氣象站冬旱發(fā)生概率達(dá)到36%以上。西、中部地區(qū)冬旱發(fā)生概率平均值分別為33.33%、32.86%，均高于全省平均值。東部地區(qū)冬旱發(fā)生頻率較低，平均值為31.75%，低于全省平均水平。

吉林省冬季干旱站次比[圖6(d)]為0%～77.78%，整體呈震蕩下降的趨勢(shì)。發(fā)生冬旱的年份中，全域性冬旱發(fā)生數(shù)量最多，有14 a；其次為局域性干旱，有10 a；發(fā)生部分區(qū)域性和區(qū)域性冬旱年份數(shù)量較少，分別只有5 a和1 a。不同年代中(表2), 90年代冬旱站次比最高，70年代次之，2000年至今最低，80年代次低，呈現(xiàn)出階段性減少的變化形式。冬旱站次比時(shí)間序列整體變化形勢(shì)為隨時(shí)間變化下降的趨勢(shì)，平均每10 a下降0.71%。

分析干旱強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明[圖6(b)]，冬旱強(qiáng)度波動(dòng)范圍為0～1.49，干旱強(qiáng)度的平均值為0.81。分析不同年代之間冬旱強(qiáng)度的變化形式發(fā)現(xiàn)，70-90年代成增加趨勢(shì)，但90年代至今冬旱強(qiáng)度出現(xiàn)輕微下降。雖然近20a強(qiáng)度有所下降，但是冬旱強(qiáng)度整體的變化趨勢(shì)仍略有增加。

冬季干旱對(duì)吉林省的不利影響較小。但如果冬季降雪量較少，土壤無積雪覆蓋，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致次年春季桃花水少，影響次年的春耕。特別是如果冬季封凍時(shí)，土壤水分含量少，出現(xiàn)干封凍的年頭冬旱影響更大。若冬旱之后接連出現(xiàn)春旱，其危害將更為嚴(yán)重。應(yīng)對(duì)冬旱，主要是協(xié)調(diào)水利、農(nóng)業(yè)、氣象等相關(guān)部門，根據(jù)吉林省不同地區(qū)的實(shí)際情況，綜合制訂科學(xué)可行的抗旱方案，加強(qiáng)對(duì)旱情的監(jiān)測(cè)預(yù)警，利用冬季農(nóng)閑時(shí)期興修水利設(shè)施，擴(kuò)大可澆灌面積。同時(shí)指導(dǎo)農(nóng)民加強(qiáng)冬季田間管理，做好土地保墑工作。

結(jié)合上述分析發(fā)現(xiàn)吉林省干旱發(fā)生的頻率、影響面積和作用強(qiáng)度具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性。不同季節(jié)之間干旱發(fā)生的頻率相近，其中吉林西部和中部出現(xiàn)春、夏連旱的頻率較高，東部地區(qū)冬旱發(fā)生頻率更高。春、冬兩季中受干旱影響面積呈減少趨勢(shì)，夏、秋兩季中受干旱影響面積則出現(xiàn)不同程度的增加。強(qiáng)度上，春、夏兩季中干旱的作用強(qiáng)度減弱，而其余季節(jié)中干旱強(qiáng)度為增強(qiáng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文利用年、季尺度的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)分析了近45 a吉林省范圍內(nèi)干旱的時(shí)空演變規(guī)律，并基于SPI指數(shù)計(jì)算得到干旱站次比、干旱強(qiáng)度以及干旱頻率對(duì)吉林省年、季尺度干旱進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：

(1)不同時(shí)間尺度干旱頻率空間分布差異明顯。年尺度上，吉林省西部地區(qū)和中部地區(qū)干旱頻率相近，且明顯高于東部地區(qū)。四季中干旱頻率的空間分布形式和年尺度相似，但冬季干旱的頻率高值區(qū)面積更大。

(2)吉林省范圍內(nèi)年尺度干旱站次比變化形式呈階段性先減后增的變化形式，且多發(fā)全域性干旱。不同季節(jié)中，春、冬兩季中的站次比出現(xiàn)下降，干旱影響面積呈減少趨勢(shì)；夏、秋兩季中站次比有所增加，干旱影響面積增加。夏旱多發(fā)局域性干旱，其余季節(jié)中則多發(fā)全域性干旱。

(3) 強(qiáng)度上，年尺度干旱強(qiáng)度變化形式和趨勢(shì)與站次比一致，呈增加趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代后，年尺度干旱強(qiáng)度多為中旱，但強(qiáng)度偏輕。21世紀(jì)以后干旱強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)。季節(jié)尺度干旱的強(qiáng)度和站次比變化形式有所不同，春、夏兩季中干旱的作用強(qiáng)度減弱，秋、冬季中干旱強(qiáng)度呈增強(qiáng)趨勢(shì)。

通過以上的分析發(fā)現(xiàn)，氣候變化不斷加劇，極端氣候事件頻發(fā)的情況下，吉林省地區(qū)干旱的影響面積和作用強(qiáng)度整體上呈增加的趨勢(shì)，尤其是21世紀(jì)以后干旱有日漸嚴(yán)重的趨勢(shì)。不同季節(jié)中，春旱的影響范圍和作用強(qiáng)度較以往出現(xiàn)下降，有利于吉林省農(nóng)作物的播種和出苗。但是作為作物生長(zhǎng)季的夏、秋兩季中，干旱的影響范圍和作用強(qiáng)度都有加重的趨勢(shì)，尤其是作為糧食主產(chǎn)區(qū)的西部地區(qū)。冬季SPI指數(shù)顯示冬季全省降雪偏少，可能會(huì)影響次年春季的土壤水分條件。地區(qū)之間來看，西部地區(qū)的仍是吉林省干旱高發(fā)地區(qū)，但是應(yīng)引起注意的是中部地區(qū)出現(xiàn)干旱化的趨勢(shì)，東部地區(qū)受干旱影響相對(duì)較小。

本研究通過標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)得出的吉林省干旱變化特征與實(shí)際狀況較為吻合，基于SPI指數(shù)分析得到的吉林省地區(qū)干旱發(fā)生頻率和作用強(qiáng)度情況的研究結(jié)果可靠，分析結(jié)果有助于了解吉林省干旱變化特征，為今后的干旱監(jiān)測(cè)、預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)以及應(yīng)對(duì)吉林省日趨嚴(yán)重的干旱化提供科學(xué)依據(jù)。SPI指數(shù)作為氣象干旱指數(shù)，雖然可在一定程度上反映干旱對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，但由于其僅考慮逐月降水資料，其他對(duì)干旱有影響的氣象因子并未考慮在內(nèi)，忽略了如氣溫、風(fēng)速、蒸發(fā)、連續(xù)無雨日數(shù)等其他氣象要素的影響。所以仍有必要參考其他綜合性干旱指數(shù)，對(duì)本省干旱的情況進(jìn)行更深入的研究。

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