孔令穎, 扶松林, 韓曉陽, 劉文兆,

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌712100; 2.中國科學(xué)院 水利部水土保持研究所, 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌712100)

干旱作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，通常有長歷時(shí)、高頻率、影響范圍大的特點(diǎn)，關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境等諸多方面[1-3]。在全球氣候變暖的背景下，受干旱災(zāi)害影響的地區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，我國是干旱頻發(fā)的國家，平均每年因旱災(zāi)引起的損失占總自然災(zāi)害損失的15%以上，受災(zāi)面積約占總受災(zāi)面積的57%左右[4-7]。研究表明黃土高原地區(qū)為干旱化較為顯著的區(qū)域，陜西省地跨黃土高原中部，自然災(zāi)害發(fā)生頻繁且種類多，其中干旱災(zāi)害為主要災(zāi)害之一，素有“十年九旱”之說，由于區(qū)域內(nèi)降水時(shí)空分布不均勻，降水量不足使得水分嚴(yán)重虧缺，地形地貌特殊復(fù)雜等因素導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，從而形成干旱頻發(fā)的環(huán)境[8-13]。氣象干旱是其他各類干旱發(fā)生的主要原因，同時(shí)影響著氣候的干濕狀況，干濕區(qū)劃的波動可以較直觀反映出區(qū)域內(nèi)干旱發(fā)生的變化情況[14-16]。干旱一直是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的自然災(zāi)害之一，干旱頻發(fā)常會導(dǎo)致糧食等作物減產(chǎn)，嚴(yán)重影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[17-18]。

在已有研究中，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多可以定量評估干旱狀況和干濕區(qū)劃的指標(biāo)，目前常用的氣象干旱指標(biāo)有基于降水量因素關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，如降水量指標(biāo)、降水距平百分率、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)等，以及基于降水量和蒸散量兩種因素的指標(biāo)，如干燥度、帕爾默干旱指數(shù)(PDSI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)、綜合氣象干旱指數(shù)(CI)等[19-23]。近年來針對陜西省的干旱問題，韋開等[24]采用降水距平百分率分析了陜西省近50 a干旱變化特征，發(fā)現(xiàn)干旱頻率由高至低依次為陜北高原、關(guān)中平原、秦巴山地。李斌等[25]采用SPI分析發(fā)現(xiàn)陜西省整體上干旱范圍有擴(kuò)大的趨勢，干旱呈現(xiàn)出較明顯的區(qū)域變化特征。周丹等[26]采用SPEI分析陜西省干旱發(fā)生的時(shí)空和強(qiáng)度演變特征，發(fā)現(xiàn)近50 a 來陜西省干旱發(fā)生頻率呈明顯的增長趨勢，干旱發(fā)生強(qiáng)度由大到小分別為關(guān)中、陜南、陜北地區(qū)。針對陜西省干旱對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響也有許多研究，高茂盛等[27-28]對陜西省旱澇災(zāi)害的發(fā)生特征及旱澇災(zāi)害對糧食生產(chǎn)造成的損失進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)近年來干旱導(dǎo)致糧食產(chǎn)量有減產(chǎn)的趨勢；王連喜等[29]利用SPI指數(shù)分析了陜西省的干旱變化規(guī)律及其對玉米產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)干旱的發(fā)生在一定程度上限制了玉米生產(chǎn)。對于陜西省早期的干旱問題研究，陳明榮[30]采用旬干燥度作為干旱評價(jià)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)1951—1970年近20 a全省各地絕大多數(shù)年份都出現(xiàn)不同程度的干旱，陜北與陜南相比，干旱較嚴(yán)重，多發(fā)生春旱，關(guān)中與陜南地區(qū)夏旱發(fā)生頻率較大。石憶邵[31]采用相同指標(biāo)研究23 a內(nèi)陜西省干旱分布規(guī)律，將研究區(qū)域劃分成了11個不同的干旱類型區(qū)。對于干濕區(qū)劃的研究，陳明榮[32]也提出了以干燥度為分類指標(biāo)對黃土高原及陜西省地區(qū)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)陜西省可分為濕潤、半濕潤、半干旱、干旱4個干濕氣候區(qū)。寸待貴[33]采用相同指標(biāo)對黃土高原臺原階地乾縣試區(qū)進(jìn)行干濕氣候分析，發(fā)現(xiàn)其屬于易旱區(qū)，農(nóng)業(yè)用水主要靠自然降水。陳明榮干旱指標(biāo)在早期的研究工作中被廣泛認(rèn)可，具有一定的代表性[34]，但所研究的時(shí)序較短。本文在此基礎(chǔ)上，采用與陳明榮干旱研究中相同的指標(biāo)，利用目前被廣泛應(yīng)用的1998年FAO推薦的Penman-Monteith 公式計(jì)算潛在蒸散量，對干旱指標(biāo)重新界定。以陜西省為例，從省域尺度長時(shí)序上分析氣象干旱的時(shí)空變化特征及其對糧食產(chǎn)量的影響，對于科學(xué)地防御干旱災(zāi)害，合理調(diào)控水土資源利用，推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，做好生態(tài)建設(shè)均具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西省位于105°29′—111°15E′，31°42′—39°35′N，地處我國中部內(nèi)陸腹地，全省面積20.6萬km2，南北狹長，地貌類型多樣。是東南濕潤地區(qū)到西北干旱地區(qū)的氣候過渡帶，降水多集中在7—9月，占全年降水量的50%。由氣候及地形條件由南至北通常劃分為陜北高原、關(guān)中平原和陜南秦巴山地3個地區(qū)，南北氣候差異較大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文選擇1960—2017年陜西省22個氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，氣象數(shù)據(jù)資料為來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn)所提供的地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集，氣象要素包括各氣象站點(diǎn)逐日降水量(mm)、平均氣溫(℃)、最高氣溫(℃)、最低氣溫(℃)、日照時(shí)數(shù)(h)、風(fēng)速(m/s)和平均相對濕度(%)等。對個別臺站的缺測數(shù)據(jù)采用插補(bǔ)處理后22個氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)較完整，站點(diǎn)空間分布尺度較均勻，其中8個站點(diǎn)位于陜北地區(qū)，關(guān)中與陜南地區(qū)均為7個。進(jìn)行季節(jié)性分析時(shí)，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，1月、2月和上一年的12月為冬季。糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于陜西省各區(qū)縣經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒。研究區(qū)內(nèi)氣象站點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 陜西省各氣象站點(diǎn)分布

1.3 研究方法

1.3.1 潛在蒸散計(jì)算 本文分別利用陳明榮潛在蒸散計(jì)算公式和聯(lián)合國糧食農(nóng)業(yè)組織(FAO)推薦的FAO56-Penman-Monteith公式計(jì)算陜西省22個氣象站點(diǎn)的潛在蒸散量。

(1) 陳明榮潛在蒸散。陳明榮潛在蒸散是一種基于氣壓、氣溫和日照的計(jì)算方法[32]。

Ea=nprk[0.74+0.25(2.0+t)(0.01+s)]

(1)

式中：Ea為月潛在蒸散(mm)；n為月的天數(shù)；k為換算系數(shù)；pr為相對氣壓；t為月平均氣溫(℃)；s為月平均日照百分率；其中換算系數(shù)k根據(jù)月份變化而不同，1月、2月、11月、12月為0.7～0.75；3月、4月、9月、10月為0.85～0.90；5月、6月、7月、8月為0.90～0.95。

(2) FAO56-PM潛在蒸散量ET0，表達(dá)式為：

(2)

式中：ET0為日潛在蒸散量(mm/d)；Δ為飽和水汽壓與氣溫曲線的斜率(kPa/℃)；Rn為作物冠層表面的凈輻射[MJ/(m2·d)]；G為土壤熱通量[MJ/(m2·d)]；γ為干濕表常數(shù)(kPa/℃)；T為平均氣溫(℃)；u2為2 m高度處的風(fēng)速(m/s)；es和ea分別為飽和水汽壓與實(shí)際水汽壓(kPa)。

1.3.2 干燥度及干濕氣候類型劃分 干燥度[32]為衡量某個地區(qū)干濕氣候的指標(biāo)，表達(dá)式為：

(3)

式中：Da為干燥度；∑ET0為全年或某時(shí)段潛在蒸散總量；P為同期降水量。根據(jù)年干燥度Da大小，可劃分為以下幾種干濕類型，見表1。

表1 年干燥度等級劃分

1.3.3 干旱指標(biāo)界定及干旱等級劃分 陳明榮以旬干燥度為干旱指標(biāo)，將干旱分成3種類型(表2 )，即微旱、中旱和大旱根據(jù)上述干旱指標(biāo)與氣象數(shù)據(jù)，可計(jì)算干旱發(fā)生頻率：

(4)

式中：m為一定時(shí)期內(nèi)某干旱等級出現(xiàn)的旬?dāng)?shù)；M為該時(shí)期的總旬?dāng)?shù)；f為干旱頻率。

表2 干旱指標(biāo)

1.3.4 其他方法 采用Mann-Kendall(M-K)趨勢檢驗(yàn)法分別對陜西省22個氣象站點(diǎn)的干燥度年際變化趨勢進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；采用M-K突變檢驗(yàn)分別判斷陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)的干燥度年際變化的突變點(diǎn)；利用變化趨勢率對各年代際及不同季節(jié)的干旱頻率變化進(jìn)行趨勢分析；采用Pearson相關(guān)系數(shù)[35]分析干燥度、降水量與單位面積糧食產(chǎn)量間的線性相關(guān)性。M-K檢驗(yàn)法是非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其特點(diǎn)是不要求數(shù)據(jù)服從一定的分布，是目前較常用的趨勢和突變檢驗(yàn)方法；變化趨勢率通常為測站歷年氣候要素?cái)?shù)據(jù)時(shí)間序列擬合直線的斜率，方法簡單、物理意義清晰，應(yīng)用廣泛。

2 結(jié)果與分析

2.1 FAO56-PM與陳明榮年潛在蒸散及年干燥度的關(guān)系

陳明榮潛在蒸散值與FAO56-PM潛在蒸散值線性關(guān)系擬合很好，決定系數(shù)R2為0.72，二者分別與降水量之比而得到的年干燥度，由于相同降水量的介入，而使R2提高到0.98(圖2)。表3為按照由FAO56-PM公式計(jì)算后重新界定的干濕區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)，分別對應(yīng)濕潤、半濕潤、半干旱、干旱、干燥氣候區(qū)間的劃分界限值。

圖2 兩種潛在蒸散、干燥度關(guān)系

表3 FAO56-PM公式計(jì)算的陜西省干濕分區(qū)界限值

圖3為陜西省各站點(diǎn)年干燥度的變化趨勢，其中M-K趨勢系數(shù)大于0，表明年干燥度呈上升趨勢，即氣候類型呈干旱化，反之，則趨于濕潤；當(dāng)趨勢系數(shù)的絕對值大于1.64時(shí)，表明變化趨勢達(dá)到90%的顯著水平。從趨勢系數(shù)的分布情況可以看出，年干燥度呈上升趨勢的站點(diǎn)數(shù)大于呈下降趨勢的站點(diǎn)數(shù)。陜西省地區(qū)年干燥度呈上升趨勢的站點(diǎn)占68.2%，其中有1個站點(diǎn)達(dá)到了90%以上的顯著水平，有7個站點(diǎn)呈微弱下降趨勢。從年干燥度變化趨勢的空間分布差異來看，濕潤化站點(diǎn)主要集中分布在陜西南北兩端，如陜北地區(qū)的神木、榆林、定邊和陜南地區(qū)的石泉、佛坪、安康、商州，但并未達(dá)到顯著性水平。

通過計(jì)算可得，陜西省各站點(diǎn)1960—2017年平均干燥度Da的范圍為1.03～3.65，按照由FAO56-PM公式重新界定的干濕區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)(表3)可將其分為4個氣候區(qū)域，即干旱、半干旱、半濕潤和濕潤區(qū)，多年平均年干燥度等值線見圖4，北部為干旱氣候，中部為半干旱與半濕潤氣候，南部偏西為濕潤氣候。佛坪Da是1.03，為全省最小,定邊Da是3.65，為全省最大。陜北地區(qū)各站點(diǎn)干燥度范圍為1.67～3.65，平均為2.54；關(guān)中地區(qū)各站點(diǎn)干燥度為1.18～2.24，平均為1.68；陜南地區(qū)各站點(diǎn)干燥度為1.03～1.56，平均為1.20。

圖3 陜西省22個氣象站點(diǎn)干燥度年際變化趨勢

2.2 干濕分區(qū)的時(shí)空變化特征

圖5A，B，C分別為由FAO56-PM公式計(jì)算的年干燥度1.17，1.77，2.36等值線在1960—2017年之間的6個不同年代際的空間分布圖。由圖5可見，1.17等值線在各年代際變化較為明顯，1970s相較于1960s向東南下移至略陽—太白—安康北部，1980s整體向北擴(kuò)展至太白—佛坪—商州—華山附近，濕潤區(qū)面積達(dá)最大，1990s分界線向南移動至漢中—佛坪—石泉以南，濕潤區(qū)面積達(dá)最小，之后2000s和2010年以后又逐漸向北移動至略陽—漢中—佛坪—安康附近；1.77等值線在1970s與1960s相比整體向南平移至永壽—武功—蒲城以南，1980s分布在蒲城、咸陽周圍，半濕潤區(qū)面積達(dá)最大，1990s明顯向南移動至長武—武功—商州—華山附近，半干旱區(qū)面積達(dá)最大，2000s向北移至永壽—咸陽—蒲城南部一帶及洛川周圍，2010年以后相較于1960s基本重合。從分界線的分布變化及干燥度分級標(biāo)準(zhǔn)來看,陜北的南部及關(guān)中西部為半濕潤氣候，關(guān)中中東部地區(qū)為半干旱氣候，這與陳明榮之前的研究結(jié)果基本一致[32,36]；2.36等值線在1970s比1960s略微南移，1980s向西北部移至神木西部，1990s南移至延安北部一帶，致干旱區(qū)面積最大，2000s略微向北移動，2010年以后向西北移至橫山、定邊附近，干旱區(qū)面積達(dá)最小。

圖4 陜西省多年平均年干燥度等值線分布圖

圖5 陜西省各年代際年干燥度1.17，1.77，2.36等值線分布

分別對陜北、關(guān)中、陜南3個地區(qū)干燥度年際變化進(jìn)行MK趨勢分析，發(fā)現(xiàn)陜北、陜南地區(qū)近58 a干燥度呈略微下降趨勢，關(guān)中地區(qū)呈略微增加趨勢；圖6分別為3個地區(qū)干燥度年際變化MK突變檢驗(yàn)，與滑動T檢驗(yàn)結(jié)果結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)1974年是關(guān)中地區(qū)干燥度突變點(diǎn)，1976年、2011年為陜南地區(qū)突變點(diǎn)，陜北地區(qū)無突變點(diǎn)。計(jì)算各地區(qū)各年代際干燥度值發(fā)現(xiàn)1991—2000年陜西省3個區(qū)域干燥度均最大，1981—1990，2011—2017年全省干燥度都較小。

2.3 干旱發(fā)生頻率年代際變化

陜西省從1960—2017年近58 a來干旱發(fā)生頻率為60.3%，全省各年代干旱頻率線性傾向率為0.14%/10 a(表4)，說明陜西省內(nèi)干旱頻率整體上為增加趨勢。從表4可以看出，隨年代際增加，干旱頻率在1960—2000年之間呈波動變化，2000年之后又逐漸減小，在1991—2000年之間干旱頻率達(dá)最大，為63%，其次是1971—1980年,61.7%。陜西省春季、秋季干旱頻率趨勢率為正，夏季、冬季趨勢率為負(fù)，表明全省春旱、秋旱發(fā)生頻率有增加趨勢，夏旱、冬旱發(fā)生頻率有減少趨勢，其中春季最大，為1.79%；春旱頻率在2001—2010年最大，達(dá)74.2%，夏旱頻率在1981—1990年之間最小，為36.1%，冬旱頻率在1960—1970年之間最大，達(dá)89.9%，春、夏、冬旱頻率隨年代際增加呈波動變化，而秋旱頻率呈先增后減的趨勢，在1991—2000年之間達(dá)最大，為49.9%。

圖6 陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)干燥度年際變化M-K突變檢驗(yàn)

2.4 干旱發(fā)生頻率空間分布

對陜西省各氣象站點(diǎn)的干旱發(fā)生頻率進(jìn)行計(jì)算并做克里金插值后得到干旱頻率的空間分布情況(圖7)。由圖7中可以看出近58 a陜西省年干旱發(fā)生頻率分布規(guī)律大致為：陜北地區(qū)普遍較大，范圍在60%～80%，年干旱頻率最大值在橫山和定邊附近，達(dá)到了80%以上；陜南地區(qū)整體較小，在44%～55%范圍內(nèi)，干旱頻率最大值在商州附近，為54.2%左右，石泉、佛坪附近干旱發(fā)生頻率最低，為44%左右；關(guān)中地區(qū)介于陜北與陜南之間，范圍在45%～70%，蒲城附近干旱發(fā)生頻率最大，為68%左右。全省干旱頻率從北向南呈從陜北向關(guān)中先逐漸減小后又略微增大，從關(guān)中向陜南又逐漸減小的分布格局。陜北西北部地區(qū)干旱發(fā)生頻率最大，關(guān)中中部地區(qū)比東西部干旱頻率大，陜南中部干旱發(fā)生頻率最小。陜西省年干旱頻率空間分布差異較為明顯。

圖7 陜西省年、春、夏季干旱發(fā)生頻率空間分布

春季干旱發(fā)生頻率地區(qū)差異較大，陜北北部和中部是干旱頻率最大的區(qū)域，為81%～92%，最大頻率出現(xiàn)在定邊附近，達(dá)92.3%左右，表明陜北地區(qū)春季極易發(fā)生干旱，干旱頻率呈由北向南逐漸減小分布；陜南地區(qū)干旱頻率普遍較小，在46%～54%范圍內(nèi)，其中頻率最小的為佛坪、安康附近，為46%左右，干旱頻率呈西北向東南逐漸減小趨勢；關(guān)中地區(qū)除華山附近外，均在50%～78%范圍內(nèi)，東部華山附近干旱頻率最小，為40%左右，西、中部蒲城附近最大，達(dá)到了78%，干旱頻率呈從中部向東西兩邊遞減分布。陜西省春季干旱發(fā)生頻率南北跨度較大，最大可相差約50%左右。夏季干旱頻率空間分布特征與年干旱頻率大致相同，陜北北部與關(guān)中中西部是干旱發(fā)生頻率較大的地區(qū)，陜南的西南部一帶是頻率最小的地區(qū)。陜北地區(qū)干旱發(fā)生頻率最大，范圍為36%～67%，關(guān)中地區(qū)為26%～60%，陜南地區(qū)為20%～41%。秋季干旱頻率陜北地區(qū)最大，關(guān)中地區(qū)除蒲城附近較高，呈中部高于西部，東部最小分布，陜南地區(qū)干旱頻率較小，呈從東向西逐漸減小分布。冬季干旱發(fā)生頻率空間分布地區(qū)差異較大，陜北地區(qū)頻率最大，其次是關(guān)中與陜南西部的太白、略陽一帶和東南部安康、石泉附近，頻率最小的地區(qū)在華山附近，冬季干旱在全省范圍內(nèi)普遍發(fā)生且頻率在各季節(jié)中最大。

2.5 不同等級干旱時(shí)空變化

陜西省微旱發(fā)生頻率呈南大北小的特征(圖8)，整體為從西北向東南逐漸增大的趨勢，微旱頻率較大的地區(qū)為關(guān)中東部與陜南東南部地區(qū)，全省微旱發(fā)生頻率最大的是華山附近，達(dá)9.1%左右，最小為定邊、橫山附近，不到4%。陜西省全省微旱發(fā)生頻率整體較低，各站點(diǎn)均不到10%。圖9顯示微旱在夏季發(fā)生頻率最大，達(dá)9.8%，其次為秋季，7.8%，表明陜西省微旱多出現(xiàn)在夏、秋兩季。中旱發(fā)生頻率呈中部大南北小的空間分布特點(diǎn)(圖8)，從陜北向關(guān)中先逐漸增大，之后又向陜南逐漸減小，關(guān)中中部和東部地區(qū)為中旱主要發(fā)生地區(qū)，頻率最大的是華山和長武附近，為9%左右，最小為定邊附近，僅3.1%，其次是關(guān)中的太白附近。全省中旱發(fā)生頻率與微旱相同，整體較低，不到10%。中旱在夏季發(fā)生頻率最大(圖9)，達(dá)8.6%，其次為秋季，6.2%左右，表明陜西省中旱多出現(xiàn)于夏季。大旱發(fā)生頻率空間分布特征為北大南小(圖8)，關(guān)中地區(qū)由中部向東西兩邊逐漸減少。大旱發(fā)生頻率較大地區(qū)主要為陜北和關(guān)中中部，頻率最大點(diǎn)為定邊附近，達(dá)到了73%，最小為華山附近，為21%左右。全省大旱發(fā)生較為頻繁，大旱發(fā)生頻率遠(yuǎn)大于微旱和中旱。大旱發(fā)生頻率在冬季最大(圖9)，達(dá)81%，其次為春季，54.8%，最后是夏季與秋季，為30%左右。

圖8 陜西省不同等級干旱發(fā)生頻率空間分布

圖9 陜西省各季節(jié)不同等級干旱發(fā)生頻率

表5中的旱年是指記錄年代中的某年中只要出現(xiàn)中旱和大旱都稱之為旱年，不旱年是指一年中4—9月(暖半年)都不出現(xiàn)干旱的年份[36]。由表5可知，陜南地區(qū)的不旱年數(shù)較多，年份最多的為佛坪，近58 a之內(nèi)出現(xiàn)了20次，其余地區(qū)大部分也為10次以上；相比而言陜北地區(qū)不旱年數(shù)較少，榆林、神木、定邊、橫山均為0，其余地區(qū)58 a內(nèi)平均只出現(xiàn)1～2次，表明陜北干旱十分嚴(yán)重。關(guān)中地區(qū)介于南北之間，地區(qū)差異較明顯，其中不旱年數(shù)較多的為太白和華山，分別是16，15 a，蒲城和咸陽僅為0，其余地區(qū)為1～3 a。春、夏、盛夏、秋旱年總次數(shù)從北向南均為陜北>關(guān)中>陜南。

表5 陜西省各站點(diǎn)不旱年數(shù)與暖半年各季旱年數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.6 干旱對糧食單產(chǎn)的影響

具體探究氣象干旱對單位面積糧食產(chǎn)量的影響，考慮到關(guān)中與陜南地區(qū)可通過灌溉來調(diào)節(jié)作物需水量，會在一定程度上減弱干旱對糧食作物造成的不良影響，所以在這里特別就以旱作為主的陜北地區(qū)作為研究對象，分析干燥度及降水量單位面積糧食產(chǎn)量的影響。其中糧食單產(chǎn)所統(tǒng)計(jì)的作物種類包括谷物、豆類和薯類。對陜北各縣整體分析，糧食單產(chǎn)與干燥度的直線回歸的決定系數(shù)是0.588，達(dá)極顯著水平，與降水量的直線回歸的決定系數(shù)是0.437，達(dá)顯著水平。年干燥度每下降0.1個單位，糧食產(chǎn)量增加約56 kg/hm2，降水量每增加10 mm，糧食產(chǎn)量增加約30.2 kg/hm2。

圖10分別為陜北地區(qū)2005—2017年單位面積糧食產(chǎn)量與年干燥度和年降水量的年際變化趨勢對比。陜北地區(qū)單位面積糧食產(chǎn)量呈較明顯上升趨勢，年干燥度呈微弱下降趨勢，兩者都通過顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到了99%置信度，通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)兩者呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，且通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)，說明陜北地區(qū)干燥度對糧食產(chǎn)量的影響顯著，干燥度越小，單位面積產(chǎn)量越大。年降水量13 a間呈波動變化，整體呈上升趨勢，通過分析單位面積糧食產(chǎn)量與年降水量之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)兩者呈較強(qiáng)正相關(guān)，且通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明陜北地區(qū)降水量對糧食產(chǎn)量的影響較為顯著，降水量越大，單位面積產(chǎn)量越大。

圖10 陜北地區(qū)年干燥度、年降水量與單位面積糧食產(chǎn)量年際變化

3 結(jié) 論

本研究在FAO56-Penman-Monteith公式計(jì)算的潛在蒸散量基礎(chǔ)上對陳明榮干旱指標(biāo)進(jìn)行了重新界定，分析了陜西省近58 a來干旱發(fā)生的時(shí)空變化情況及干旱與糧食單產(chǎn)之間的關(guān)系，主要得到以下結(jié)論：

(1) 全省大多數(shù)地區(qū)年干燥度呈增加趨勢，年干燥度呈上升趨勢的氣象站點(diǎn)占總數(shù)68.2%，呈下降趨勢的站點(diǎn)居少數(shù)。

(2) 陜西省分為干旱、半干旱、半濕潤和濕潤4種干濕氣候類型，對應(yīng)的由FAO56-PM公式界定的干濕區(qū)劃界限值分別為2.36，1.77，1.17，各氣象站點(diǎn)多年平均年干燥度范圍為1.03～3.65，整體呈由北向南逐漸減小分布。干燥度界限值等值線年代際波動較為明顯，干旱氣候區(qū)在20世紀(jì)90年代面積達(dá)到最大，濕潤氣候區(qū)在80年代達(dá)到最大。

(3) 陜西省多年來干旱發(fā)生頻率整體呈增加趨勢，全省各年代干旱頻率線性趨勢率為0.14%/10 a。干旱頻率在1991—2000年之間最大，達(dá)63%。春、秋季干旱發(fā)生頻率呈增加趨勢，夏、冬季呈減少趨勢。干旱頻率空間分布不均勻，呈從陜北向關(guān)中先逐漸減小后又略微增大，再從關(guān)中向陜南又逐漸減小分布。干旱的季節(jié)性差異顯著，冬季干旱發(fā)生頻率最大，其次為春季，夏、秋兩季相對較低。

(4) 全省不同等級干旱分布規(guī)律不同。微旱發(fā)生頻率是北小南大，中旱為中部最大，大旱是北大南小，大旱發(fā)生頻率整體高于微旱和中旱。中旱和微旱多發(fā)于夏季，大旱主要發(fā)生于冬季與春季。

(5) 通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，干燥度和降水量對于以旱作為主的陜北地區(qū)的糧食單產(chǎn)的影響較為顯著，單位面積糧食產(chǎn)量與干燥度呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，與降水量呈正相關(guān)，表明干燥度越小或降水量越大，單位面積產(chǎn)量越大。