李寶五

摘要：鄭州地區(qū)有一半的耕地?zé)o灌溉條件，同時土質(zhì)多為砂壤土，蓄水保墑能力特別差。雖然年均降雨600 mm左右，但季節(jié)分布很不均勻同時降雨量呈逐年減少的趨勢。該文以鄭州地區(qū)1960到2014年逐月降雨量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算標(biāo)準(zhǔn)化降雨指標(biāo)，分析了不同時間尺度的spi值的特征。發(fā)現(xiàn)55年中鄭州地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱6次，中旱5次，輕度干旱2次。在55年中，鄭州地區(qū)有13年處于干旱的狀況，發(fā)生干旱頻率為，這表明鄭州地區(qū)干旱頻發(fā)。對鄭州地區(qū)玉米的全生育期進行了調(diào)查。以一個月為尺度的spi值計算55年里玉米不同生育時期旱情發(fā)生的頻率。發(fā)現(xiàn)在對產(chǎn)量有關(guān)鍵影響的7月份發(fā)生干旱的頻率為31.5%，其中發(fā)生特旱和重旱頻率為7.6%。重旱和特旱會造成玉米嚴(yán)重減產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：干旱；玉米；生育期；標(biāo)準(zhǔn)化降雨指標(biāo)

在2007的IPCC上，指出從1900年到現(xiàn)在全球平均氣溫升高了0.74℃[1]。隨著日益顯著的全球變暖，全球性氣候變暖這個環(huán)境問題也受到更多方面的關(guān)注[2]。由于全球溫度的普遍升高，降水量的區(qū)域差異更加明顯。近五十年來，根據(jù)資料中國總的年降水量呈減少趨勢[3]；在北方各個流域中以黃河流域的年降水量減少17%的最為明顯。進入新世紀(jì)以來，全國每年因災(zāi)導(dǎo)致的經(jīng)濟損失超過2000億元，這其中干旱是自然災(zāi)害中，影響范圍、波及人口、破壞能力最大的[4]。跟其他自然災(zāi)害比起來，干旱的特點是：出現(xiàn)次數(shù)多、時間持續(xù)長、造成破壞大，尤其會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不可挽回的損失[5]。1949年以后，全國修建了大量的農(nóng)田水利工程，促進了農(nóng)業(yè)科技的飛躍。前所未有的改善了全國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對干旱有了一定的防御能力，保持了糧食產(chǎn)量的持續(xù)增長。雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到了很大的改善，但是由于底子太薄，據(jù)統(tǒng)計截至2009年全國有超過50%的農(nóng)田缺少灌溉設(shè)施，生產(chǎn)力水平低下[6]。因此分析近幾十年來干旱發(fā)生的頻率、強度以及范圍有很強的實際意義。

國內(nèi)外很多學(xué)者對干旱指標(biāo)做了大量的研究來分析干旱發(fā)生與發(fā)展的規(guī)律[7]。對于干旱來說，目前沒有大家普遍接受的定義。一般來說大家將干旱分為四類氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會經(jīng)濟干旱[8]。在這四種干旱中，造成其他三種干旱的基本原因是氣象干旱。一般，氣象干旱就能代表其他三種干旱[9]。研究氣象干旱的指標(biāo)有很多，其中比較有代表性的是：相對濕潤指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）、Z指數(shù)[10]、帕默爾干旱指數(shù)[11]、綜合氣象干旱指數(shù)等。通常都利用以上指標(biāo)來研究區(qū)域干旱的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律。通過對不同干旱指標(biāo)監(jiān)測區(qū)域干旱的效果來講，基于降水?dāng)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化降雨指數(shù)SPI具有：計算簡單、穩(wěn)定性高、具有多時間尺度和時空可比性等優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的干旱監(jiān)測中。

1 研究區(qū)

鄭州地處河南省中部偏北，西南面地勢山區(qū)、丘陵居多。同時降雨季節(jié)分布不均導(dǎo)致常有干旱發(fā)生，西部黃土崗地和低山丘陵的耕地?zé)o任何灌水條件，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全靠天然降水[12]。這樣無灌溉條件的雨養(yǎng)田占總灌溉面積的將近一半，同時鄭州地區(qū)耕地的土質(zhì)多為砂壤土蓄水保水能力差。綜上所述，鄭州地區(qū)農(nóng)業(yè)比較容易受干旱災(zāi)害的影響。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以來自于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的氣象數(shù)據(jù)和河南省氣象局提供的鄭州市3個氣象站以的逐月降水資料（mm）作為計算SPI指數(shù)的基礎(chǔ)資料。該資料的時序為1960年到2014年55年的逐月降雨量。

2.2 研究方法

2.2.1 SPI（標(biāo)準(zhǔn)化降雨指標(biāo)）的原理。SPI指標(biāo)首先將降雨量進行正態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)處理，把降雨量的變化用Γ函數(shù)來表達，將降雨累計頻率標(biāo)準(zhǔn)化來計算出spi值，最終用spi值來劃分干旱等級SPI。

根據(jù)計算原理，利用matlab程序編寫公式，就可以計算出基于1、3、6、12不用時間尺度的SPI 標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)GB/T20481-2006對SPI的干旱等級界定標(biāo)準(zhǔn)如下表1。

2.2.2 結(jié)果與分析。選擇鄭州57083基準(zhǔn)站為代表站，選取1960-2014中55年的降水量為基本資料。計算發(fā)現(xiàn)1960年到2014年這55年間平均降水量為631.6 mm。通過降水量變化曲線進行初步分析，在1986-1997年12年間只有3年的降水量在平均值以上，其它9年都低于平均值。同時鄭州地區(qū)年降水量逐年減少、干旱表現(xiàn)出逐年加重趨勢。

本章首先以1年為時間尺度計算SPI指標(biāo)，然后進行干旱等級劃分，分析地區(qū)的旱情演變規(guī)律。根據(jù)SPI指標(biāo)的計算方法，得出1960-2014年55年間SPI值化如圖2所示，根據(jù)表1《氣象干旱等級標(biāo)準(zhǔn)》表，得到這55年干旱等級如圖3所示。

在1960-2014年的55年中，鄭州地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱6次，中旱5次，輕度干旱2次。實際上，鄭州地區(qū)每年四季各季都會發(fā)生不同干早現(xiàn)象，尤其是。為了更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)，下面我們以一個月為尺度，研究鄭州玉米生育期內(nèi)5月份到9月份的旱情發(fā)生規(guī)律，對旱情演進狀況進行分析。

3 鄭州地區(qū)夏玉米生育期內(nèi)干旱分析

下面以1個月為尺度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)SPI，分析統(tǒng)計鄭州夏玉米生育期內(nèi)不同干旱持續(xù)期的周期，干旱持續(xù)期的次數(shù)、干旱強度、干旱發(fā)生頻率和發(fā)生周期。

3.1 旱情發(fā)生頻率

在1960年到2014年55年間只有72年10月份到73年10鄭州地區(qū)沒有發(fā)生任何等級的干旱，其他的年份或多或少都有不同等級的干旱發(fā)生。

接下來對鄭州夏玉米生育期4-9月份的旱情進行統(tǒng)計，各月份發(fā)生旱情頻率如下表2。

3.2 玉米不同生產(chǎn)時期耗水調(diào)查

以玉米各個生產(chǎn)時期為基準(zhǔn)觀測玉米的全生育期，實際觀測玉米各個生育期如表3所示。

對于鄭州地區(qū)夏玉米來說，玉米不同生育期的耗水變化，主要受氣候因素的影響。出苗期時由于植株小對耕地的覆蓋少，這個時期耗水主要是土壤蒸發(fā)，受天氣影響比較大，這個階段的耗水量最小。進入拔節(jié)期與抽穗期以后，氣溫也逐漸上升。這個階段是耗水量最大的階段。拔節(jié)期以后每日耗水量開始慢慢減少。因此拔節(jié)與抽穗期是玉米整個生育期內(nèi)最耗水的時期也是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時期。通過表2、表3我們可以知道玉米不同生育期發(fā)生干旱的頻率。

4 結(jié)論

分析表明，鄭州地區(qū)年降水量逐年減少、干旱表現(xiàn)出逐年加重的趨勢。在1960-2014年的55年中，鄭州地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱6次，中旱5次，輕度干旱2次。在55年中，鄭州地區(qū)有13年處于干旱的狀況，在SPI值以1一年為尺度的干旱頻率為，這表明鄭州地區(qū)干旱頻發(fā)。實際上，鄭州地區(qū)每年四季各季都會發(fā)生不同干早現(xiàn)象。

對于無灌溉條件地區(qū)來說，夏玉米的產(chǎn)量跟拔節(jié)和抽穗期的降雨量相關(guān)性最大，這段時期如果沒有降雨造成土壤墑情不足，會造成嚴(yán)重減產(chǎn)。在鄭州地區(qū)根據(jù)我們對玉米全生育期的調(diào)查，對玉米產(chǎn)量起關(guān)鍵作用的月份是7月份。然而7月份發(fā)生輕旱的頻率為11.1%，中旱的頻率為13%，重旱和特旱的頻率分別為5.6%和1.8%?？偟膩碚f干旱發(fā)生的頻率為31.5%。一旦發(fā)生重旱和特旱將會造成玉米的嚴(yán)重減產(chǎn)。

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