倪深海，王亨力，劉靜楠，顧 穎

（1水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，南京 210029；2南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；3河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210029）

0 引言

干旱災(zāi)害是全球發(fā)生頻率最高、持續(xù)時間最長、影響面積最廣的自然災(zāi)害之一[1]。在全球氣候變暖和人類活動的影響下，全球最為嚴峻的災(zāi)害問題之一是干旱頻繁發(fā)生[2]。中國位于亞洲季風(fēng)氣候區(qū)，東部瀕臨太平洋、西部深入亞歐大陸內(nèi)部的海陸分布，呈西高東低、三級階梯分布的地勢格局，本質(zhì)上決定了中國是世界上干旱災(zāi)害損失最嚴重的國家之一。

歷史文獻記載著干旱災(zāi)害發(fā)生的時間、持續(xù)季節(jié)、影響范圍及嚴重程度等，是人們認識歷史干旱災(zāi)害特征的主要途徑。Libanda[3]研究了非洲贊比亞的干旱時空格局，Zhang[4]分析了美國2012年農(nóng)業(yè)干旱嚴重程度，Carlos等[5]在考慮氣候變化的條件下研究了氣象、農(nóng)業(yè)干旱特征。國內(nèi)已有研究成果從氣象記錄或歷史記錄中，提取干旱次數(shù)或劃分干旱等級等信息[6]，計算不同時間尺度干旱災(zāi)害指標，分析不同區(qū)域干旱特征及農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時空格局[7-10]。以上研究多數(shù)是采用氣象數(shù)據(jù)開展干旱監(jiān)測評估及演變規(guī)律研究，而采用完備的農(nóng)業(yè)旱情旱災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)研究農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害特征卻鮮見。

氣候變暖及人類活動對農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生頻率、強度、范圍和持續(xù)時間等產(chǎn)生影響，糧食生產(chǎn)對干旱的敏感性增強，國內(nèi)干旱災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)國家戰(zhàn)略形勢越發(fā)嚴峻。筆者以1949—2109年全國31個省級行政區(qū)（不含港、澳、臺）具有完備的農(nóng)業(yè)旱情旱災(zāi)系列統(tǒng)計資料，研究中國農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害特征及演變規(guī)律，旨在為政府部門制定農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險防控戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

收集整理1949—2019年中國的受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、糧食產(chǎn)量和播種面積等系列數(shù)據(jù)，其中，1949—1990年旱情旱災(zāi)資料來源于《中國水旱災(zāi)害》[11]，1991—2007年旱情旱災(zāi)數(shù)據(jù)來源于《全國抗旱規(guī)劃》[12]，2008—2018年數(shù)據(jù)來源于《中國水旱災(zāi)害公報》[13]，2019年數(shù)據(jù)來源于《中國水旱災(zāi)害防御公報》[14]，歷年播種面積來源于《中國統(tǒng)計年鑒(2020)》[15]。

1.2 分析方法

受災(zāi)率是指因旱導(dǎo)致作物正常生長受到影響的受災(zāi)面積與播種面積的比值，成災(zāi)率是指在受災(zāi)面積中作物產(chǎn)量比正常年產(chǎn)量減產(chǎn)3成及以上的面積與播種面積的比值，因旱糧食損失率是指因旱導(dǎo)致糧食損失量與糧食正常年產(chǎn)量的比值。

因查閱全國1949—2019年統(tǒng)計資料時出現(xiàn)不同?。▍^(qū)、市）之間因旱糧食損失率數(shù)據(jù)精度不一及協(xié)調(diào)的困難，根據(jù)誤差相對較小的全國歷年受災(zāi)率、成災(zāi)率與因旱糧食損失率數(shù)據(jù)，通過建立全國因旱糧食損失率與受災(zāi)率、成災(zāi)率的回歸方程，形成農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標，見式(1)。農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標是一項反映因旱糧食損失率的當(dāng)量指標，應(yīng)用干旱災(zāi)害綜合指標進行各?。▍^(qū)、市）干旱年分析。

式中，L為干旱災(zāi)害綜合指標值，%；Rdr為受災(zāi)率，%；Rdd為成災(zāi)率，%；a、b為系數(shù)。根據(jù)1949—2019年全國因旱糧食損失率、受災(zāi)率、成災(zāi)率資料，經(jīng)回歸計算，a=0.037，b=0.645，如式(2)。說明成災(zāi)率對因旱糧食損失率影響大，受災(zāi)率對因旱糧食損失率影響小。

首先根據(jù)全國及各?。▍^(qū)、市）農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標系列，推求農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合指標的經(jīng)驗概率分布，然后分別推得概率P為10%、25%、50%和75%相應(yīng)的干旱災(zāi)害綜合指標值L作為不同等級干旱災(zāi)害的劃分標準，如表1，并通過典型年的實際旱情進行驗證。依據(jù)此劃分標準和干旱災(zāi)害系列資料可以得到1949—2019年全國及各省發(fā)生的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害年等級系列，分析全國農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生時空特征。

表1 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害等級劃分標準

2 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時空演變特征

2.1 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害時間演變過程

2.1.1 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害演變總趨勢 從圖1中可以看出，1949—2000年全國農(nóng)業(yè)干旱的受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出增加趨勢，其中，受災(zāi)率的增加速率為1.72%/10 a，成災(zāi)率的增加速率為1.26%/10 a，因旱糧食損失率的增加速率為0.61%/10 a。2000年以后，全國農(nóng)業(yè)干旱的受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出下降趨勢。

圖1 1949—2019年中國農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害歷史演變過程

2.1.2 代際間變化趨勢 從中國農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率、成災(zāi)率代際間變化（圖2）可知，20世紀50年代平均受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率分別為7.4%、2.4%和2.3%，到21世紀00年代平均受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率分別達到16.1%、9.3%和6.8%，分別是原來的2.2倍、3.9倍和近3倍，反映出中國農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害從1949—2010年呈越來越嚴重趨勢，干旱災(zāi)害已威脅中國糧食安全。

圖2 中國農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害年代特征

2.1.3 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害前10位的年份 前10位的干旱年中，包括1959—1961年影響全國的重旱年和特旱年（表2），1997年華北和西北地區(qū)的特旱年，2000—2001年北方地區(qū)和華東、華中地區(qū)的特旱年，相應(yīng)的因旱糧食損失率分別達到11.5%和10.8%，排序分別為第1位和第2位。

表2 中國農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害前10位排序表

2.2 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害空間分布特征

2.2.1 全國六大區(qū)空間分布 全國分為東北（遼寧、吉林、黑龍江）、黃淮海（北京、天津、河北、山西、山東、河南）、長江中下游（上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南）、華南（福建、廣東、廣西、海南）、西南（重慶、四川、貴州、云南、西藏）、西北（內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆）地區(qū)等6區(qū)（不含港、澳、臺）。由圖3可知，1949—2019年的東北、西北和黃淮海地區(qū)多年平均受災(zāi)率較大，均超過15%，華南、西南和長江中下游地區(qū)受災(zāi)率較小，小于10%。由圖4可知，1949—2019年的東北、西北和黃淮海地區(qū)成災(zāi)率較大，超過10%，華南、西南和長江中下游地區(qū)成災(zāi)率較小，低于5%。

圖3 全國六大區(qū)受災(zāi)率

圖4 全國六大區(qū)成災(zāi)率

2.2.2 ?。▍^(qū)、市）空間分布 由?。▍^(qū)、市）受旱率、成災(zāi)率空間分布圖（圖5）可以看出，遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西和甘肅等?。▍^(qū)）受災(zāi)較為嚴重，多年平均受災(zāi)率20%左右。遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、甘肅和寧夏等?。▍^(qū)）成災(zāi)較為嚴重，多年平均成災(zāi)率10%左右；其中，山西成災(zāi)最嚴重，成災(zāi)率達13.3%；其次為陜西，成災(zāi)率為12.5%。

圖5 中國多年平均受旱成災(zāi)空間分布圖

2.3 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生頻率

圖6結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻率在1949—2019年間全國發(fā)生輕旱以上的年份有55年，發(fā)生頻率為77.5%；其中，發(fā)生重旱以上的年份為26年，發(fā)生頻率為36.6%；發(fā)生特旱的年份有13年，發(fā)生頻率為18.3%。反映出中國是一個干旱災(zāi)害頻發(fā)的國家，平均1.3年就會有輕旱以上的干旱發(fā)生，平均每2.7年就會發(fā)生重旱以上干旱，平均每5.5年就會發(fā)生特旱。

圖6 中國1949—2019年不同等級干旱年示意圖

將1949—2019年系列年分為1949—1979年和1980—2019年2段來進行前后期比較。1949—1979年31年期間，全國發(fā)生重旱以上的有5年，發(fā)生頻率為16.1%；平均約6年出現(xiàn)一次；1980—2019年40年期間，發(fā)生重旱級以上的有20年，發(fā)生頻率為50%，平均約2年就發(fā)生一次重旱以上的干旱，這一時期發(fā)生重旱以上的頻率是1979年以前的3倍，說明中國干旱災(zāi)害程度在加重，干旱災(zāi)害發(fā)生頻率呈增加趨勢。

3 農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害成因

（1）氣候變暖。氣候變暖是影響農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害最直接的要素，尤其以氣溫的變化最為關(guān)鍵。20世紀以來，中國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢，并伴隨明顯的年代際波動。1951—2019年，中國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢，增溫速率為0.24℃/10 a[16]。1990—2019年是20世紀初以來的最暖時期，是農(nóng)業(yè)干旱呈現(xiàn)增加趨勢最主要原因。

（2）水土資源不平衡。中國徑流深分布的總趨勢是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，并且與人口數(shù)耕地的分布不相適應(yīng)。北方地區(qū)國土面積占全國的64%，人口約占60%，耕地約占50%，而水資源量僅占19%。水土資源時空分布不均、與耕地分布不適配的基本水情，加劇了北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害。

（3）人類活動導(dǎo)致下墊面改變。下墊面改變對農(nóng)業(yè)干旱的影響體現(xiàn)在2個方面。一是通過不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換，改變原有的產(chǎn)匯流規(guī)律以及地表水、地下水和土壤水之間的天然轉(zhuǎn)化方式，或者影響灌溉水量，進而影響土壤水分及作物吸水。對于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和以地下水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)可能造成或加劇農(nóng)業(yè)干旱；對于以地表水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)，由于灌溉供水量增加可能對農(nóng)業(yè)干旱起緩解作用。二是其他土地利用類型與農(nóng)業(yè)用地之間轉(zhuǎn)換或者農(nóng)業(yè)內(nèi)部種植結(jié)構(gòu)改變，改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和結(jié)構(gòu)，可能會改變作物蒸騰，進而影響作物需水，從而在一定程度上使得農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害更加嚴峻。

4 結(jié)論

（1）1949—2000年，中國農(nóng)業(yè)受災(zāi)率、成災(zāi)率、因旱糧食損失率增加速率分別為1.72%/10 a，1.26%/10 a、0.61%/10 a，2001—2019年，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害呈逐步減緩的趨勢，從代際間的變化過程來看，20世紀50年代的受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率分別為7.4%、2.4%和2.3%，21世紀00年代分別增加到16.1%、9.3%和6.8%?？臻g分布上，東北、西北和黃淮海地區(qū)受旱成災(zāi)較為嚴重，受災(zāi)率和成災(zāi)率均超過15%和10%；華南、西南和長江中下游地區(qū)受旱成災(zāi)相對較緩，受災(zāi)率和成災(zāi)率低于10%和5%。其中，山西、陜西、遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、甘肅和寧夏等是受旱成災(zāi)較為嚴重的省區(qū)。

（2）農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻率在1949—2019年間全國發(fā)生輕旱以上的年份有55年，發(fā)生頻率為77.5%；其中，發(fā)生重旱以上的年份為26年，發(fā)生頻率為36.6%；發(fā)生特旱的年份有13年，發(fā)生頻率為18.3%。反映出中國是一個干旱災(zāi)害頻發(fā)的國家。1980—2019年間發(fā)生重旱級以上的有20年，是1979年以前的3倍，說明中國干旱災(zāi)害程度在加重，干旱災(zāi)害發(fā)生頻率呈增加趨勢。

（3）氣候變暖、水土資源不平衡及人類活動導(dǎo)致下墊面改變是農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害加劇的主要原因。1951—2019年，中國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢，增溫速率為0.24℃/10 a。水土資源時空分布不均，與耕地分布不適配的基本水情，加劇了北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害。人類活動導(dǎo)致下墊面的改變，對于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和以地下水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)可能造成或加劇農(nóng)業(yè)干旱；對于以地表水為灌溉水源的灌溉農(nóng)業(yè)干旱起緩解作用，土地利用類型與農(nóng)業(yè)用地之間轉(zhuǎn)換或者農(nóng)業(yè)內(nèi)部種植結(jié)構(gòu)改變，可能會改變作物蒸騰，從而在一定程度上使農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害形勢更加嚴峻。