趙玉娟，張謀草，張洪芬，韓 晶，路亞奇

（慶陽市氣象局，甘肅 慶陽745000）

黨的十七大報告提出“建設(shè)生態(tài)文明”并作出具體部署，十八大報告指出“建設(shè)生態(tài)文明是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來的長遠大計”。然而生態(tài)系統(tǒng)退化嚴峻，極端氣候事件頻發(fā)，如高溫、暴雨洪澇、冰凍雨雪災(zāi)害、干旱災(zāi)害等，其中干旱災(zāi)害是最嚴重的氣象災(zāi)害，也是主要的自然災(zāi)害之一[1]。它是最復(fù)雜而且又被人們了解最少的自然災(zāi)害，對人類所造成的影響遠遠超過其它自然災(zāi)害[2]。近年來隨著氣候變暖，干旱災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等造成的影響越來越嚴重[3-4]。因此關(guān)于干旱事件的監(jiān)測、評估以及預(yù)測研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注[5-7]。目前，大量研究集中在干旱指標的對比分析方面[8-10]，也有學(xué)者從時間和空間方面研究干旱事件，如王春林等[11-13]對華南、華東、西北等地干旱災(zāi)害的時空特征進行了分析研究，喬麗等[14-20]學(xué)者對陜西、貴州、粵西、烏魯木齊、滄州、華北、河北等地干旱分布特征進行了探討，通過研究得到了很多有用的結(jié)論，但是從月、季、年不同時間尺度對氣象干旱時空特征的研究并沒有涉及，本文著重從不同時間尺度對隴東黃土高原氣象干旱的特征進行詳細分析。

隴東黃土高原屬典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，且地處我國生態(tài)環(huán)境脆弱帶，降水量時空分布不均，年際差異大，年內(nèi)分布不平衡[21]。近年來受全球氣候變暖影響以及水文、降水、氣象條件的制約，隴東黃土高原氣候向暖干轉(zhuǎn)型[22]，干旱災(zāi)害十分嚴重，這就要加強對氣象干旱災(zāi)害的診斷分析，提高干旱災(zāi)害的防治能力。已有一些學(xué)者對隴東黃土高原干旱災(zāi)害進行了研究，如張紅妮等[23]研究了慶陽市干旱風(fēng)險的變化特征及區(qū)劃，郭江勇[24]對該地區(qū)春旱進行了詳細的分析，王位泰[25]對該地區(qū)春末夏初旱的氣候特征及預(yù)測模型進行了研究。但是，對于氣象干旱時空分布特征及其對農(nóng)作物生產(chǎn)影響方面的研究較少。本文主要從時空分布方面對隴東黃土高原氣象干旱特征進行研究，并探討其對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響，為干旱災(zāi)害預(yù)報、預(yù)警及防治提供科學(xué)依據(jù)，以達到減少經(jīng)濟損失的目的。

1 資料來源和研究方法

1.1 資料來源

采用慶陽市8個縣（區(qū)）氣象觀測站1989—2018年降水資料，并收集8個縣（區(qū)）30 a農(nóng)作物干旱災(zāi)情資料，資料來源于慶陽市氣象局災(zāi)情資料庫及氣象災(zāi)害管理系統(tǒng)。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱分級標準

氣象干旱是指持續(xù)的不正常的干燥天氣導(dǎo)致缺水，而引起的嚴重水文不平衡，其最明顯的特征是降雨量持續(xù)低于某一正常值。氣象干旱是由多方面綜合因素造成的結(jié)果，從不同的層面考慮有不同的監(jiān)測方法和指標，評價氣象干旱的指標同樣也是多樣的，但降水量對干旱的影響最為直接，能夠直觀地表現(xiàn)出干旱發(fā)生的強度，且計算方法簡單，因此文中采用《氣象干旱等級國家標準》（GB/T20481-2006）中降水距平百分率干旱指標（表1），選取月、季、年不同時間尺度干旱事件，分析隴東黃土高原近30 a氣象干旱時空特征。

表1 單站降水量距平百分率劃分的干旱等級

降水距平百分率（P0）是指某段時間的降水量與常年同期降水量相比的百分率。

式中：Pi為時段i的降水量；n為樣本數(shù)，n=30。

1.2.2 等級劃分

氣象干旱輕重程度一般分為5個等級：無旱、輕旱、中旱、重旱、特旱。具體劃分標準如表1所示。

1.2.3 氣象干旱事件的選取

選取慶陽市8個縣（區(qū)）氣象觀測站30 a（1989—2018年）降水資料，采用Excel軟件進行統(tǒng)計，并用降水距平百分率法計算出各縣（區(qū)）月、季、年降水距平百分率，按降水距平百分率干旱指標選取慶陽市30 a逐月、逐季、逐年出現(xiàn)輕旱、中旱、重旱、特旱的事件，出現(xiàn)一次氣象干旱事件（輕旱、中旱、重旱、特旱）計1個頻次，對所出現(xiàn)的月、季、年氣象干旱事件的頻次進行累加，計算出各縣（區(qū)）不同時間尺度氣象干旱事件總頻次在總時間段中所占頻率，用Excel和ArcGIS軟件繪圖分析。

2 氣象干旱特征

2.1 氣象干旱總體分布特征

分析隴東黃土高原氣象干旱分布情況（圖1），隴東黃土高原氣象干旱事件存在自西北向東南逐漸減少的特點，多發(fā)區(qū)集中在西北部的鎮(zhèn)原縣和環(huán)縣，而東南部正寧縣發(fā)生的氣象干旱事件相對較少。其中鎮(zhèn)原縣、環(huán)縣出現(xiàn)氣象干旱的頻次最多，360個月中分別有118、110次，頻率分別為32.7%、30.5%；慶城、華池次之，分別為99、96次，頻率分別為27.6%、26.7%；西峰、寧縣較少，分別為94、93次，頻率分別為26.1%、25.8%；合水、正寧最少，分別為83、76次，頻率分別為23.1%、21.1%。

圖1 隴東黃土高原氣象干旱分布

2.2 氣象干旱月分布特征

分析不同月份隴東黃土高原氣象干旱事件發(fā)生的頻次（表2）可知，30 a來各縣（區(qū)）氣象干旱發(fā)生的月頻次呈波動狀，環(huán)縣、鎮(zhèn)原縣1—5月較多，6月開始減少，8月最少，11月逐漸增加，12月達最多。華池、慶城1—4月較多，5月開始減少，7月最少，11月逐漸增加，12月達最多。西峰、合水4、11、12月較多，6、7月較少，其余月份較平穩(wěn)。寧縣1、4月、11—12月較多，其余月份較平穩(wěn)。正寧11—12月較多，7—9月較少，其余月份較平穩(wěn)。通過以上分析得出，氣象干旱主要發(fā)生在10月到次年5月，其中12月最多，發(fā)生的頻次為121次，7月最少，發(fā)生的頻次為32次，這與當(dāng)?shù)亟邓康臅r間分布特征基本一致。

表2 隴東黃土高原氣象干旱月頻次/次

2.3 氣象干旱季分布特征

分析不同季節(jié)隴東黃土高原氣象干旱事件發(fā)生的頻次（表3）可知，近30 a各季發(fā)生的氣象干旱事件頻次分別是：春季77次、夏季53次、秋季54次、冬季61次。隴東黃土高原氣象干旱主要是春旱，冬旱次之，夏、秋旱較少，這與該區(qū)域降水量的季節(jié)分布特征基本吻合。從縣（區(qū)）的角度看，各縣（區(qū)）發(fā)生的氣象干旱頻次分別為：西峰27次、環(huán)縣38次、華池36次、慶城27次、鎮(zhèn)原37次、合水31次、寧縣26次、正寧23次，頻率依次為：22.5%、31.7%、30%、22.5%、30.8%、25.8%、21.7%、19.2%，可以看出：環(huán)縣、華池、鎮(zhèn)原的氣象干旱發(fā)生頻次較多，正寧較少，其余縣（區(qū)）相差不大。

圖2是季尺度氣象干旱等級分布情況。近30 a氣象干旱主要以輕旱為主、中旱次之、重旱及特旱發(fā)生概率較小，其中環(huán)縣、華池、鎮(zhèn)原、合水發(fā)生輕旱頻次較多，為24~27次，其余縣（區(qū)）相對較少，為16~19次。鎮(zhèn)原、慶城、環(huán)縣發(fā)生中旱頻次較多，為7~9次，其余縣（區(qū)）發(fā)生中旱頻次均較少。環(huán)縣發(fā)生特旱頻次最多，這是由于環(huán)縣的氣候特征、地形以及降水量等因素所導(dǎo)致。

表3 隴東黃土高原氣象干旱季頻次/次

圖2 隴東黃土高原季尺度氣象干旱等級分布

2.4 氣象干旱年分布特征

用年尺度計算，選取30 a氣象干旱事件進行分析，若1 a內(nèi)3個縣（區(qū)）同時發(fā)生氣象干旱事件，則認為是1次區(qū)域性氣象干旱事件。分析發(fā)現(xiàn)，30 a來有8 a發(fā)生了區(qū)域性氣象干旱，分別是：1991、1995、1997、2000、2004、2006、2008、2017年。從20世紀90年代至今氣象干旱事件（年尺度）發(fā)生的頻次逐漸減少。這與氣候變化、降水量的逐年變化密切相關(guān)，更重要的是近年來人們保護環(huán)境的意識增強，對干旱的監(jiān)測、預(yù)報更加重視，干旱狀況的評估更加及時，適時開展人工增雨作業(yè)，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，種植防旱植被，加強水利工程建設(shè)，充分利用空間水資源，從而降低了氣象干旱發(fā)生的頻次。

圖3是年尺度氣象干旱等級分布情況。30 a來隴東黃土高原氣象干旱以輕旱為主，中旱次之，無重旱出現(xiàn)，特旱僅在合水（1995年）出現(xiàn)過一次。其中鎮(zhèn)原發(fā)生輕旱的頻次最多，出現(xiàn)過7次，環(huán)縣、慶城次之，分別為5次、6次，寧縣最少，僅發(fā)生過1次輕旱；環(huán)縣發(fā)生中旱的頻次最多，出現(xiàn)過3次，合水沒有發(fā)生過中旱。

圖3 隴東黃土高原年尺度氣象干旱等級分布

3 氣象干旱對農(nóng)業(yè)的影響

3.1 氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積整體分布特征

統(tǒng)計1989—2018年慶陽市8個縣（區(qū)）的干旱災(zāi)情，對各縣（區(qū)）30 a氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積進行累加，詳細分析其對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響（圖4）。結(jié)果表明，近30 a受氣象干旱影響，環(huán)縣、鎮(zhèn)原農(nóng)作物成災(zāi)面積較大，受災(zāi)程度嚴重，慶城、華池、合水、寧縣次之，西峰、正寧較小，受災(zāi)程度輕。這與該地區(qū)南北氣候特征差異、地形地貌不同、植被類型各異，種植結(jié)構(gòu)多樣等有一定的關(guān)系。

圖4 隴東黃土高原氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積所占比率

3.2 氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積年際變化特征

圖5為慶陽市1989—2018年氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積年際變化。由氣象干旱災(zāi)害造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積呈波動狀增加趨勢，這與氣候變暖有關(guān)。其中1995、2011年成災(zāi)面積較大，1990、1993、2001、2002、2016年和2018年無干旱災(zāi)情。不同氣象干旱年造成農(nóng)作物受災(zāi)面積的不同與氣象干旱災(zāi)害的嚴重程度及干旱發(fā)生時農(nóng)作物生長發(fā)育時期的不同有一定關(guān)系。

圖5 隴東黃土高原氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積年際變化趨勢

3.3 年氣象干旱日數(shù)與氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積相關(guān)性分析

利用線性模擬方法，計算各縣（區(qū)）氣象干旱日數(shù)及受氣象干旱影響農(nóng)作物成災(zāi)面積逐年變化趨勢，得到其一次項系數(shù)即傾向率（表4）。近30 a鎮(zhèn)原、合水、正寧氣象干旱日數(shù)與氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積的年變化傾向率呈正相關(guān)關(guān)系，其余縣（區(qū)）呈負相關(guān)關(guān)系。其中西峰、慶城、寧縣氣象干旱日數(shù)年變化傾向率為正，說明其氣象干旱出現(xiàn)日數(shù)呈逐年增加趨勢，而氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積年變化傾向率為負，表明其呈逐年減少趨勢。其主要原因是，該區(qū)域氣象干旱主要以輕旱及中旱為主，輕旱和中旱在農(nóng)作物生長發(fā)育期對其造成的災(zāi)害相對較輕，且近年來在植被類型和種植結(jié)構(gòu)上進行了很大的調(diào)整，提高了抗旱能力。環(huán)縣、華池氣象干旱出現(xiàn)日數(shù)呈逐年減少的趨勢，而氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積表現(xiàn)為逐年增加趨勢，按季尺度劃分，環(huán)縣、華池出現(xiàn)特旱的頻次比其它縣（區(qū)）多，特旱在農(nóng)作物生長發(fā)育及成熟期造成的災(zāi)害十分嚴重。鎮(zhèn)原、合水、正寧氣象干旱出現(xiàn)日數(shù)及氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積均表現(xiàn)為逐年減少的趨勢，與近年來干旱監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警能力的提高，干旱狀況評估的及時開展、人工增雨作業(yè)的適時進行以及合理開發(fā)利用空中水資源等密不可分。為適應(yīng)干旱氣候變化，需要進行一系列種植模式的調(diào)整，如西北部地區(qū)從以糧為主的種植模式調(diào)整為牧草養(yǎng)畜、特色經(jīng)濟作物（小雜糧和白瓜子等）及中藥材等耐旱作物為主的種植模式，中部從以糧為主的種植模式調(diào)整為糧、果及設(shè)施農(nóng)業(yè)為主多元化的種植模式，東南部從以糧為主的種植模式調(diào)整為以果樹等經(jīng)濟作物為主的種植模式。

表4 隴東黃土高原氣象干旱日數(shù)及氣象干旱造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積年變化傾向率

4 結(jié)論與討論

利用慶陽市8個縣（區(qū)）30 a（1989—2018年）降水及干旱災(zāi)情資料，計算各縣（區(qū)）月、季、年降水距平百分率，按降水距平百分率干旱指標選取干旱事件，詳細分析不同時間尺度氣象干旱的時空特征，并計算氣象干旱日數(shù)及農(nóng)作物成災(zāi)面積的逐年變化趨勢，研究氣象干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，得到如下結(jié)論：

（1）以降水距平百分率標準為基礎(chǔ)，從月、季、年不同時間尺度對隴東黃土高原氣象干旱時空分布特征進行了詳細分析，并研究氣象干旱對該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，突破了傳統(tǒng)的從某一種時間尺度對氣象干旱進行研究的思維，這對氣象干旱的監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警有了新的指導(dǎo)意義。

（2）隴東黃土高原氣象干旱事件頻次自西北向東南逐漸減少，多發(fā)區(qū)集中在西北部的鎮(zhèn)原縣和環(huán)縣，而東南部的正寧縣發(fā)生的頻次相對較少。氣象干旱發(fā)生的月頻次呈波動狀主要發(fā)生在10月到次年5月，其中12月最多，7月最少。氣象干旱主要發(fā)生在春季，冬季次之，夏、秋季較少，主要以輕旱為主，中旱次之，重旱及特旱發(fā)生概率較小。30 a中8 a發(fā)生了氣象干旱事件，均以輕旱為主，且從20世紀90年代至今氣象干旱事件發(fā)生的年頻次逐漸減少，這與該地區(qū)降水量的時空分布特征基本一致。

（3）近30 a受氣象干旱影響，環(huán)縣、鎮(zhèn)原農(nóng)作物成災(zāi)面積較大，受災(zāi)程度嚴重。氣象干旱災(zāi)害造成的農(nóng)作物成災(zāi)面積年際變化呈波動狀增加趨勢。鎮(zhèn)原、合水、正寧氣象干旱日數(shù)與受氣象干旱影響農(nóng)作物成災(zāi)面積年變化傾向率呈正相關(guān)關(guān)系，其余縣（區(qū)）均呈負相關(guān)關(guān)系。

（4）用降水距平百分率作為選取氣象干旱的標準，直觀、簡單、容易理解，但是干旱是由諸多因素造成的，如降水、氣溫、蒸發(fā)、土壤墑情、灌溉條件、種植結(jié)構(gòu)、植物生育期的抗旱能力以及工業(yè)和城市用水等。為了更深入更客觀的了解氣象干旱發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，提高干旱預(yù)報、預(yù)警服務(wù)能力以及干旱的防治能力，需要建立適合當(dāng)?shù)匕T多因素的干旱指標綜合模型，以期進一步揭示隴東黃土高原氣象干旱的變化規(guī)律，提高氣象干旱的監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警及防治能力。