張富榮李書君王 優(yōu)劉志鵬

(遼寧省朝陽市氣象局,遼寧 朝陽 122000)

朝陽地區(qū)位于遼寧省西部,受大氣環(huán)流影響和地理位置等綜合因素影響,屬于半干旱半濕潤易旱氣候區(qū)[1]。朝陽地區(qū)多丘陵山地,年降水量偏少,農(nóng)業(yè)氣象干旱災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最大,是影響糧食產(chǎn)量穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的主要災(zāi)害之一,因?yàn)楹禐?zāi)頻發(fā)素有“十年九旱”之稱。

在全球氣候變化大背景下,諸多學(xué)者對(duì)不同空間尺度下干旱發(fā)生規(guī)律及其影響做了大量的研究和探討[2～6]:蘇君,馬志軍以西北干旱區(qū)為研究對(duì)象,從旱澇災(zāi)害評(píng)估的角度出發(fā),根據(jù)旱澇Z指數(shù)計(jì)算得出Z值并劃分旱澇等級(jí),分析變化特征[7]。盧曉昱,任傳友等用4個(gè)氣候模式的數(shù)據(jù)計(jì)算描述遼寧省干旱危險(xiǎn)性強(qiáng)度指標(biāo),結(jié)論是各個(gè)干旱等級(jí)的超越概率增加率最大的地區(qū)位于遼寧西部以及南部環(huán)渤海地區(qū)[8]。考慮氣象干旱累積效應(yīng)及當(dāng)?shù)厍锸辙r(nóng)作物生長時(shí)期內(nèi)需水要求, 陳學(xué)凱等學(xué)者驗(yàn)證了貴州省秋收作物標(biāo)準(zhǔn)降水蒸散指數(shù)(Sep-SPEI-6)與糧食減產(chǎn)量之間的相關(guān)性[9]。

本文應(yīng)用朝陽地區(qū)有代表性的國家氣象站1960～2020的長序列資料,統(tǒng)計(jì)分析不同時(shí)間尺度干旱等級(jí)變化規(guī)律,對(duì)掌握區(qū)域干旱發(fā)生規(guī)律、監(jiān)測預(yù)防農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害、保障糧食安全等具有重要的意義,可有效降低干旱災(zāi)害帶來的損失[10～11]。

1 研究方法

1.1 資料來源

收集朝陽地區(qū)7個(gè)國家觀測站資料:收集朝陽、葉柏壽、北票、喀左、建平、羊山、建平站7個(gè)國家基本氣象站1960～2020年的逐月和年降水量序列資料。國家基準(zhǔn)站朝陽站為典型代表氣象站。

1.2 方法

1.2.1 基準(zhǔn)年(30年)

按照30年時(shí)間尺度以年代為單位滑動(dòng),第Ⅰ基準(zhǔn)年1961～1990年,第Ⅱ基準(zhǔn)年1971～2000年,第Ⅲ基準(zhǔn)年1981～2010年,第Ⅳ基準(zhǔn)年1991～2020年。四季劃分:春季為3～5月份,夏季為6～8月份,秋季為9～11月份,冬季為12～翌年2月份。

1.2.2 氣候傾向率[12]

氣象要素y 序列的長期趨勢變化用一元線性函數(shù)y=ax+b來表示,x為年序列號(hào)(x=1960、1961、1962、…,2020年),b為常數(shù)項(xiàng),a為線性傾向值。傾向值a的符號(hào)表示氣候變量的趨勢傾向性值,a值的大小反應(yīng)上升或下降的速率,正號(hào)為增加趨勢,負(fù)號(hào)為減少趨勢。傾向值乘以10為氣候傾向率。

1.2.3 氣象干旱等級(jí)

根據(jù)GB/T32135用降水量距平百分率劃分,共分為5個(gè)等級(jí)。降水量距平百分率是表征某時(shí)段降水量較常年值偏多或偏少的指標(biāo)之一,能直觀反映降水異常引起的干旱;在我國氣象日常業(yè)務(wù)中多用于評(píng)估月、季、年發(fā)生的干旱事件。

某時(shí)段降水量距平百分率(Pa)按公式以下計(jì)算:

式中:

P—某時(shí)段降水量(mm)。

ˉP—計(jì)算時(shí)段同期氣候平均降水量。按中國氣象局行業(yè)規(guī)定,ˉP取1981～2010年30年平均降水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱等級(jí)變化特征

2.1.1 1960～2020年干旱等級(jí)變化

計(jì)算得出1960～2020年朝陽地區(qū)年均干旱等級(jí)為1.3級(jí),為輕旱級(jí)別;最大級(jí)別為4級(jí),出現(xiàn)在1981年,為重旱級(jí)別,61年里出現(xiàn)過1次,出現(xiàn)頻率為1.6%;3級(jí)干旱出現(xiàn)2次,為1980年和1982年,為中旱級(jí)別,出現(xiàn)頻率為3.3%, 2級(jí)干旱出現(xiàn)13次,為輕旱級(jí)別,出現(xiàn)頻率為21.3%,1級(jí)干旱年份為45年,為無旱級(jí)別,出現(xiàn)頻率為73.8%。以年為時(shí)間尺度分析,朝陽地區(qū)無旱年份居多,出現(xiàn)極端干旱年份頻率極少。

統(tǒng)計(jì)分析朝陽地區(qū)7個(gè)基準(zhǔn)站1960～2020年平均干旱等級(jí),其干旱等級(jí)年變化趨勢如圖1。從圖中可以看出,1960～2020年干旱等級(jí)曲線個(gè)別年份(80年代初)干旱等級(jí)凸顯偏高,其余年份干旱等級(jí)比較比較平穩(wěn)。由線性擬合方程分析來看,趨勢分析方程為y=0.000x-0.250,其氣候傾向率為0.0/10年,即近60年來年,年度干旱等級(jí)增減趨勢不明顯。

2.1.2 不同基準(zhǔn)年的干旱等級(jí)變化

統(tǒng)計(jì)不同基準(zhǔn)年各類干旱出現(xiàn)次數(shù)及干旱等級(jí)變化趨勢結(jié)果見表2。

表 1 降水量距平百分率干旱等級(jí)劃分Table 1 Drought classification table of percentage precipitation anomalyprecipitation anomaly

表 2 不同基準(zhǔn)年干旱等級(jí)出現(xiàn)次數(shù)及趨勢變化Table 2 Occurrence times and trend changes of drought grades in different base years

5級(jí)干旱4個(gè)基準(zhǔn)年均沒有發(fā)生。4級(jí)干旱第Ⅰ基準(zhǔn)年、第Ⅱ基準(zhǔn)年、第Ⅲ基準(zhǔn)年發(fā)生均為1次,第Ⅳ基準(zhǔn)年沒有出現(xiàn)。3級(jí)干旱第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ基準(zhǔn)年均發(fā)生2次,第Ⅳ基準(zhǔn)年沒有出現(xiàn)。2級(jí)干旱第Ⅰ、第Ⅱ基準(zhǔn)年發(fā)生4次,第Ⅲ基準(zhǔn)年發(fā)生7次,第Ⅳ基準(zhǔn)年出現(xiàn)9次;1級(jí)干旱第Ⅰ基準(zhǔn)年、第Ⅱ基準(zhǔn)年發(fā)生23次,第Ⅲ基準(zhǔn)年發(fā)生20次,第Ⅳ基準(zhǔn)年出現(xiàn)21次。

干旱等級(jí)變化氣候傾向率第Ⅰ基準(zhǔn)年0.16/10年、第Ⅱ基準(zhǔn)年-0.05/10年、第Ⅲ基準(zhǔn)年-0.24/10年、第Ⅳ基準(zhǔn)年0.08/10年,第Ⅰ基準(zhǔn)年增加趨勢明顯,第Ⅲ基準(zhǔn)年減少趨勢明顯。

第Ⅲ基準(zhǔn)年平均干旱等級(jí)最大,為1.5,第Ⅳ基準(zhǔn)年平均干旱等級(jí)最小,為1.3。第Ⅳ基準(zhǔn)年里沒有發(fā)生3級(jí)以上干旱。

2.1.3 各季節(jié)干旱等級(jí)變化趨勢

以一年四季為時(shí)間尺度,統(tǒng)計(jì)1960～2020年各季節(jié)干旱等級(jí)變化趨勢如圖2。

從圖2各季節(jié)(春季、夏季、秋季、冬季)的干旱等級(jí)趨勢和線性擬合結(jié)果看出,4個(gè)季節(jié)干旱等級(jí)變化明顯不同,春季和冬季氣候傾向率分別為-0.08/10年和-0.05/10年,是減少趨勢;夏季和秋季氣候傾向率分別為0.03/10年和0.02/10年,是增加趨勢。

圖 1 朝陽地區(qū)干旱等級(jí)年變化趨勢Figure 1 Annual variation trend of drought grades in Chaoyang area

圖 2 各季節(jié)干旱等級(jí)變化趨勢Figure 2 Variation trend of drought grades in different seasons

其中春季干旱等級(jí)減少趨勢最明顯,60年干旱等級(jí)減少0.48;夏季干旱等級(jí)增加趨勢最明顯,60年干旱等級(jí)增加0.18。說明春季干旱發(fā)生概率減少,夏季干旱發(fā)生概率增加,這與張富榮,張玉書等研究的玉米生長季降水變化特征分析結(jié)論相一致,即玉米播種～苗期(春季)降水量呈增加趨勢,干旱等級(jí)減少,春旱發(fā)生頻率降低;拔節(jié)～孕穗期(夏季)的降水量呈下降趨勢, 干旱等級(jí)增加,夏旱發(fā)生頻率增加[13]。

3 結(jié)論與討論

3.1 年尺度干旱等級(jí)變化不明顯

在氣候變化的背景下,以年尺度分析1960～2020年朝陽地區(qū)干旱等級(jí),年平均干旱等級(jí)為1.3,為輕旱級(jí)別,氣候氣象率為0.0/10年,其變化趨勢不明顯;統(tǒng)計(jì)得出1960～2020年重旱級(jí)別出現(xiàn)最少,61年里出現(xiàn)過1次,出現(xiàn)頻率為1.6%,1級(jí)干旱(無旱)出現(xiàn)最多為45次,出現(xiàn)頻率為73.8%;說明朝陽地區(qū)以年為時(shí)間尺度的極端氣象干旱事件發(fā)生概率較低,年度氣象干旱沒有隨著氣候變暖的趨勢而明顯增加,這種趨勢對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說無疑是十分有利的。在當(dāng)今氣候變化愈加明顯的背景下,區(qū)域年度干旱增加趨勢不明顯,對(duì)本區(qū)域農(nóng)林牧業(yè)發(fā)展,乃至生態(tài)環(huán)境改變,都具有良好的促進(jìn)作用和深遠(yuǎn)的良性影響。

3.2 不同基準(zhǔn)年干旱趨勢差別較大

以基準(zhǔn)年為時(shí)間長度,分析朝陽地區(qū)干旱等級(jí)發(fā)生結(jié)果表明:所有基準(zhǔn)年都沒出現(xiàn)5級(jí)特旱,各基準(zhǔn)年干旱等級(jí)發(fā)生趨勢明顯不同;第Ⅰ、第Ⅳ基準(zhǔn)年呈現(xiàn)增加趨勢;第Ⅱ、第Ⅲ基準(zhǔn)年呈現(xiàn)減少趨勢;第Ⅰ基準(zhǔn)年氣候傾向率0.16/10年、增加趨勢最為明顯,第Ⅲ基準(zhǔn)年氣候氣象率-0.24/10年、減少趨勢最為明顯。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還表明:雖然第Ⅳ基準(zhǔn)年干旱等級(jí)趨勢為增加,但平均干旱等級(jí)最小,即最近30年旱災(zāi)發(fā)生事件增多,但是等級(jí)不嚴(yán)重。結(jié)論與高淑新等研究的遼西地區(qū)降水減少導(dǎo)致農(nóng)業(yè)需水滿足度下降,干旱頻率增加相一致[14～16]。

3.3 不同季節(jié)干旱等級(jí)發(fā)生趨勢不同

以季節(jié)為時(shí)間尺度,分析朝陽地區(qū)干旱等級(jí)發(fā)生結(jié)果表明:各季節(jié)干旱等級(jí)發(fā)生趨勢明顯不同。春季和冬季干旱等級(jí)呈減少趨勢,其中春季氣候傾向率為-0.08/10年,減少趨勢最為明顯;夏季和秋季干旱等級(jí)呈增加趨勢,夏季氣候傾向率為0.03/10年,增加趨勢最為明顯。由此可見,大田作物生長季(春、夏、秋季)三季里有兩季(夏、秋季)干旱呈增加趨勢,此時(shí)正是農(nóng)作物營養(yǎng)生長向生殖生長過渡期和產(chǎn)量形成關(guān)鍵期,此時(shí)發(fā)生氣象干旱,對(duì)農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有非常不利影響。如2014年、2015年、 2020年朝陽地區(qū)發(fā)生了較重的夏季干旱,使農(nóng)作物產(chǎn)量減產(chǎn)明顯[17～18]。

3.4 年度和春季干旱變化趨勢對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利

在氣候變化背景下,各時(shí)間尺度干旱等級(jí)變化趨勢不一。對(duì)本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最有利趨勢的是年度氣象干旱增加趨勢不明顯以及春季干旱等級(jí)呈下降趨勢;特別是春旱發(fā)生減少,春播生產(chǎn)十分有利,朝陽地區(qū)有見苗三分收之說,足以說明春旱的威脅是最大的[19～20]。而春季干旱的減少,對(duì)糧食作物適時(shí)早播、選擇高產(chǎn)品種以及保障地區(qū)糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),具有重要意義。

3.5 業(yè)務(wù)服務(wù)中應(yīng)用干旱等級(jí)方法的局限性

應(yīng)用降水距平劃分干旱等級(jí)方法,在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中,簡潔實(shí)用,在基層氣象為農(nóng)服務(wù)中應(yīng)用比較廣泛;但在干旱發(fā)生、發(fā)展以及影響災(zāi)損評(píng)估中,除考慮干旱等級(jí)一種判定方法外,還應(yīng)考慮其他相關(guān)密切的因子,比如溫度、風(fēng)速、土壤含水量等。因此,在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測、預(yù)報(bào)、評(píng)估業(yè)務(wù)中,需要將干旱等級(jí)與其它干旱指數(shù)結(jié)合使用,進(jìn)行對(duì)比分析,才能更接近生產(chǎn)實(shí)際,使得為干旱災(zāi)害防御、評(píng)估提供的依據(jù)更加全面和科學(xué)[21～23],這也是今后需要進(jìn)一步研究探索的課題。