倪深海 呂 娟 劉靜楠 顧 穎 屈艷萍

（1.水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210029；2.南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；4.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

0 引 言

干旱災(zāi)害是全球發(fā)生頻率最高、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、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(dòng)的影響下，全球最為嚴(yán)峻的災(zāi)害問(wèn)題之一是干旱頻繁發(fā)生[2]。我國(guó)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(jí)階梯分布的地勢(shì)格局，本質(zhì)上決定了我國(guó)是世界上干旱災(zāi)害損失最嚴(yán)重的國(guó)家之一。根據(jù)全國(guó)自然災(zāi)害損失統(tǒng)計(jì)，全部自然災(zāi)害損失中氣象災(zāi)害損失占61%、地震災(zāi)害損失占37%、雪崩、海嘯等災(zāi)害損失占2%；而干旱災(zāi)害損失占?xì)庀鬄?zāi)害損失的55%，干旱災(zāi)害已成為我國(guó)主要自然災(zāi)害之一。

珍貴的歷史文獻(xiàn)記載著干旱災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、持續(xù)季節(jié)、影響范圍及嚴(yán)重程度等，是人們認(rèn)識(shí)歷史干旱災(zāi)害特征的主要途徑。埃及、希臘、美索不達(dá)米亞青銅時(shí)代文明的衰落，歸因于發(fā)生在公元前3000 年至公元前1000 年之間的一系列干旱事件和饑荒[3]。加勒比海地區(qū)8 世紀(jì)中葉開始持續(xù)了150多年的干旱，每隔50 a 左右就發(fā)生一起嚴(yán)重的旱災(zāi)[4]。墨西哥的農(nóng)業(yè)災(zāi)害記錄始于1450 年，Mendoza等[5]利用墨西哥東南部1502-1899 年農(nóng)業(yè)等方面的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建了干旱時(shí)間序列，研究了干旱發(fā)生的頻率和周期。Libanda[6]研究了非洲贊比亞的干旱時(shí)空格局。Carlos、Nam 和Brainard 等研究了考慮氣候變化條件下的干旱特征、旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控[7-9]。我國(guó)已有研究成果從氣候演變角度分析全球變暖或北方干旱化等對(duì)干旱災(zāi)害的影響[10-11]；以及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(jí)等信息[12-13]，計(jì)算不同時(shí)間尺度干旱災(zāi)害指標(biāo)，分析不同區(qū)域干旱災(zāi)害時(shí)空特征[14-17]。以上研究多數(shù)是采用氣象數(shù)據(jù)開展干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估及演變規(guī)律研究，而采用完備的旱情旱災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)研究我國(guó)干旱災(zāi)害特征卻鮮見。

隨著氣候變暖和高強(qiáng)度人類活動(dòng)因素及其協(xié)同影響，全球尺度上陸地升溫造成了大氣蒸發(fā)需求和干旱事件強(qiáng)度的增加（高信度）[18]，糧食生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境對(duì)干旱的敏感性增強(qiáng)，我國(guó)干旱災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家戰(zhàn)略形勢(shì)越發(fā)嚴(yán)峻。本文以1949-2020 年全國(guó)31 個(gè)省級(jí)行政區(qū)（不含香港、澳門、臺(tái)灣）完備的旱情旱災(zāi)系列統(tǒng)計(jì)資料，研究我國(guó)干旱災(zāi)害特征及演變規(guī)律，可為政府部門制定干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文收集整理了1949-2020年我國(guó)干旱受災(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(lái)源于《中國(guó)水旱災(zāi)害》[19]，1990-2008 年旱情旱災(zāi)數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)抗旱規(guī)劃》[20]，2009-2018年數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)水旱災(zāi)害公報(bào)》[21]，2019-2020年數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)水旱災(zāi)害防御公報(bào)》[22]，歷年播種面積來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒（2020）》[23]。

1.2 分析方法

受災(zāi)率是指因旱導(dǎo)致作物正常生長(zhǎng)受到影響的比正常年產(chǎn)量減產(chǎn)1成以上的面積（因旱受災(zāi)面積）與播種面積之比值；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（因旱成災(zāi)面積）與播種面積之比值；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。

全國(guó)1949-2020 年統(tǒng)計(jì)資料不同?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）之間因旱糧食損失率數(shù)據(jù)精度不一及協(xié)調(diào)困難，因此，根據(jù)誤差相對(duì)較小的全國(guó)歷年受災(zāi)率、成災(zāi)率與因旱糧食損失率數(shù)據(jù)，建立全國(guó)因旱糧食損失率與受災(zāi)率、成災(zāi)率的回歸方程，形成干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)。干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)是一項(xiàng)反映因旱糧食損失率的當(dāng)量指標(biāo)，見式（1）。應(yīng)用干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)進(jìn)行各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）干旱年分析。

式中：L為干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)值，%；Rdr為受災(zāi)率，%；Rdd為成災(zāi)率，%；a、b為系數(shù)，通過(guò)回歸計(jì)算。

根據(jù)1949-2020 年全國(guó)因旱糧食損失率、受災(zāi)率、成災(zāi)率資料，經(jīng)分析計(jì)算，a=0.037 1，b=0.644 8。說(shuō)明成災(zāi)率對(duì)因旱糧食損失率影響大，受災(zāi)率對(duì)因旱糧食損失率影響小。式（1）可寫為：

首先根據(jù)全國(guó)及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)系列，推求干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)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(biāo)值L作為不同等級(jí)干旱災(zāi)害的劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表1，并通過(guò)典型年的實(shí)際旱情進(jìn)行驗(yàn)證。據(jù)此劃分標(biāo)準(zhǔn)和干旱災(zāi)害系列資料可以得到1949-2020 年全國(guó)及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）發(fā)生的干旱災(zāi)害年等級(jí)系列，分析全國(guó)干旱災(zāi)害演變趨勢(shì)。

表1 干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)劃分旱災(zāi)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果分析

2.1 干旱災(zāi)害時(shí)間尺度演變趨勢(shì)

（1）總體演變趨勢(shì)。1949-2020 年我國(guó)多年平均因旱受災(zāi)面積、成災(zāi)面積及因旱糧食損失量分別是1 998.13萬(wàn)hm2、897.62萬(wàn)hm2和163.0億kg。1949-2000年全國(guó)因旱受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，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。2001-2020年全國(guó)因旱受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。1949-2020 年全國(guó)受災(zāi)率、成災(zāi)率及因旱糧食損失率變化趨勢(shì)見圖1。

圖1 1949-2020年全國(guó)受災(zāi)率、成災(zāi)率及因旱糧食損失率趨勢(shì)圖

（2）代際變化趨勢(shì)。從1949-2020 年不同年代因旱受災(zāi)成災(zāi)損失率倍比趨勢(shì)（圖2）可知，第一個(gè)年代（1949-1959年）的基準(zhǔn)為1.0，則2000-2009年成災(zāi)率和因旱糧食損失率倍比分別為3.9和2.9，都處于高位年代。

圖2 1949-2020年不同年代因旱受災(zāi)成災(zāi)損失比率變化趨勢(shì)圖

（3）干旱災(zāi)害發(fā)生頻率。根據(jù)計(jì)算的全國(guó)干旱災(zāi)害綜合指標(biāo)系列值，對(duì)應(yīng)干旱災(zāi)害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，得出全國(guó)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻率：1949-2020年70 a間發(fā)生輕旱以上的年份有55 a，發(fā)生頻率為76.4%，其中，發(fā)生中旱以上的年份為46 a，發(fā)生頻率為63.9%，發(fā)生重旱以上的年份為26 a，發(fā)生頻率為36.1%，發(fā)生特旱的年份有13 a，發(fā)生頻率為18.1%。反映出我國(guó)是一個(gè)干旱災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，平均1.3 a就會(huì)有輕旱以上的干旱發(fā)生，平均1.6 a就會(huì)有中旱以上的干旱發(fā)生，平均每2.8 a 就會(huì)發(fā)生重旱以上干旱，平均每5.5 a 就會(huì)發(fā)生特旱。全國(guó)1949-2020 年不同等級(jí)干旱年示意圖如圖3所示。

圖3 全國(guó)1949-2020年不同等級(jí)干旱年示意圖

（4）干旱災(zāi)害前10 位的年份。70 a 干旱災(zāi)害系列的前10 位干旱年中，包括1959-1961 年影響全國(guó)的重旱年和特旱年，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，2000年和2001年因旱糧食損失量較大，分別為599.6億kg 和548.0億kg，相應(yīng)的因旱糧食損失率分別達(dá)到11.5%和10.8%，排序分別為第1位和第2位。1949-2020年我國(guó)干旱災(zāi)害前10位排序見表2。

表2 1949-2020年我國(guó)干旱災(zāi)害前10位年份排序表

2.2 干旱災(zāi)害空間尺度演變趨勢(shì)

根據(jù)全國(guó)氣候、地理?xiàng)l件和干旱的特點(diǎn)，按東北、黃淮海、長(zhǎng)江中下游、華南、西南、西北、內(nèi)蒙古、新疆和西藏九個(gè)大區(qū)，分析全國(guó)干旱災(zāi)害空間演變趨勢(shì)。

（1）受災(zāi)率、成災(zāi)率空間演變。1949-2020 年，全國(guó)范圍的東北、西北、內(nèi)蒙古地區(qū)多年平均受災(zāi)率較大，超過(guò)20%，黃淮海地區(qū)為17.5%，華南、西南和長(zhǎng)江中下游地區(qū)受災(zāi)率在8%～10%之間，新疆為5.3%，西藏?zé)o旱情旱災(zāi)資料；全國(guó)范圍的東北、西北、內(nèi)蒙古地區(qū)多年平均成災(zāi)率較大，超過(guò)10%，黃淮海地區(qū)為7.4%，華南、西南、長(zhǎng)江中下游和新疆地區(qū)成災(zāi)率較小，低于5%，1949-2020年多年平均受災(zāi)率和成災(zāi)率分布圖見圖4。

圖4 1949-2020年多年平均受災(zāi)率和成災(zāi)率分布圖

（2）干旱災(zāi)害發(fā)生頻率空間演變。1980年以后，我國(guó)北方的內(nèi)蒙古、西北、東北和黃淮海地區(qū)是干旱災(zāi)害發(fā)生頻繁的區(qū)域，重旱以上的干旱災(zāi)害發(fā)生頻率分別為45.0%、40.0%、35.0%和25.0%；相對(duì)北方地區(qū)而言，我國(guó)南方的長(zhǎng)江中下游、華南和西南地區(qū)，出現(xiàn)特旱的情況較少，發(fā)生重旱以上的頻率在10%以下。全國(guó)1980年發(fā)生重旱以上的干旱發(fā)生頻率分布圖見圖5。發(fā)生干旱災(zāi)害的?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的個(gè)數(shù)有隨時(shí)間呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，1980 年前發(fā)生重旱以上干旱的?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）有10個(gè)，而1980年以后發(fā)生重旱以上干旱的范圍擴(kuò)大到了16個(gè)，重旱以上發(fā)生的范圍有所增加。

圖5 全國(guó)1980年以后發(fā)生重旱以上的干旱發(fā)生頻率分布圖

（3）干旱災(zāi)害分布類型。1949-2020 年發(fā)生輕旱以上的55 a中，干旱災(zāi)害空間格局和規(guī)模差異較大，有分散型、黃河以南型、長(zhǎng)江以北型等，總之，我國(guó)干旱災(zāi)害絕大多數(shù)發(fā)生在中東部地區(qū)，其中，東部分散型占34.5%，全國(guó)分散型占18.2%。1949-2020年我國(guó)干旱災(zāi)害分布類型見表3。

表3 1949-2020年我國(guó)干旱災(zāi)害分布類型

3 成因分析

干旱災(zāi)害的演變趨勢(shì)主要受到氣候變暖和人類活動(dòng)等方面的影響。

3.1 大氣環(huán)流異常、氣候變暖是干旱災(zāi)害形成的主要因素

海溫和海洋引起的大氣環(huán)流異常導(dǎo)致降水時(shí)空分布變異，降水變化趨勢(shì)區(qū)域差異明顯，部分區(qū)域降水量減少，是干旱形成的主要因素之一。根據(jù)中國(guó)氣象局氣候變化中心的《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書（2021）》[24]，21世紀(jì)最初10 a降水量總體偏少。1961-2020 年，東北南部、華北東南部、黃淮大部、西南地區(qū)東部和南部、西北地區(qū)東南部年降水量呈減少趨勢(shì)（圖6）；氣候變暖也是干旱形成的另一個(gè)主要因素，1951-2020 年，我國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，升溫速率為0.26℃/10 a。近20 a 是20 世紀(jì)初以來(lái)的最暖時(shí)期，1901 年以來(lái)的10 個(gè)最暖年份中，除1998 年，其余9 個(gè)均出現(xiàn)在21 世紀(jì)（圖7），這是我國(guó)干旱災(zāi)害呈現(xiàn)增加趨勢(shì)最主要原因。

圖6 1961-2020年我國(guó)年降水量變化速率分布

圖7 1901-2020年我國(guó)地表年平均氣溫距平

此外，地形地貌是部分地區(qū)干旱災(zāi)害形成的主要自然因素。青藏高原通過(guò)屏障、側(cè)邊界動(dòng)力和下沉運(yùn)動(dòng)帶等作用影響水汽輸送，導(dǎo)致部分地區(qū)降水量減少。

3.2 人類活動(dòng)是干旱災(zāi)害形成的重要因素

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的第六次評(píng)估報(bào)告（AR6）[25]指出，人為強(qiáng)迫很可能影響了20世紀(jì)全球尺度的土壤濕度變化，主要通過(guò)增加蒸散發(fā)和/或大氣蒸發(fā)需求。溫度升高、相對(duì)濕度降低、凈輻射增加聯(lián)合導(dǎo)致了大氣蒸發(fā)需求增加，進(jìn)而引起蒸散發(fā)增大（高信度）；造成了旱季全球陸地大部分區(qū)域可用水量的減少，其中有人類活動(dòng)的影響（中等信度）。人類活動(dòng)改變下墊面條件，進(jìn)而改變地-氣能量、動(dòng)量和水分交換。植被退化、水資源利用、城市化進(jìn)程等陸面因子改變?cè)斐傻乇矸凑章试龃?，?huì)導(dǎo)致下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，干擾作物的水分收入和支出，是干旱形成的重要因素。

影響水分收入的因素包括：改變下墊面，如人類城市化進(jìn)程、植被退化、水土保持等方式改變下墊面，改變了區(qū)域/流域產(chǎn)匯流條件和地下水再生條件，從而間接影響土壤水分。水資源開發(fā)利用，包括水利工程建設(shè)等工程措施和水資源管理與調(diào)控等非工程措施。影響水分支出的因素包括：種植規(guī)模、種植方式及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，改變農(nóng)作物蒸騰消耗，實(shí)際上也是下墊面改變的一種方式。根據(jù)遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料的分析，農(nóng)業(yè)種植面積呈增加趨勢(shì)，引起農(nóng)業(yè)用水量的增加，在一定程度上是干旱致災(zāi)的重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，農(nóng)業(yè)種植面積呈增加趨勢(shì)，2020 年全國(guó)糧食播種面積11 680萬(wàn)hm2，其中耕地灌溉面積6 700 萬(wàn)hm2，引起農(nóng)業(yè)用水量的增加，從而在一定程度上使得干旱災(zāi)害更加嚴(yán)峻。

4 結(jié) 論

（1）以1949-2020 年全國(guó)及各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）作物播種面積、干旱受災(zāi)面積、干旱成災(zāi)面積及因旱糧食損失量等數(shù)據(jù)系列，構(gòu)建了我國(guó)受災(zāi)率、成災(zāi)率、因旱糧食損失率及干旱災(zāi)害綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)系列，分析了我國(guó)干旱災(zāi)害的時(shí)空分布特征及其變化趨勢(shì)。1949-2000年全國(guó)干旱受災(zāi)率、成災(zāi)率和因旱糧食損失率都呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，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；而2001-2020 年干旱災(zāi)害呈逐步減緩的趨勢(shì)?？臻g分布上，我國(guó)北方地區(qū)的東北、黃淮海、西北和內(nèi)蒙古是干旱災(zāi)害發(fā)生頻繁且較為嚴(yán)重的地區(qū)，受災(zāi)率和成災(zāi)率均超過(guò)15%和10%；而南方地區(qū)的華南、西南和長(zhǎng)江中下游受旱成災(zāi)相對(duì)較輕，受災(zāi)率和成災(zāi)率低于10%和5%。

（2）由干旱災(zāi)害綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析可得，1949-2020年全國(guó)發(fā)生重旱以上的年份為26 a，其中，發(fā)生特旱的年份為13 a，平均每2.8 a 就會(huì)發(fā)生重旱以上干旱，平均每5.5 a就會(huì)發(fā)生特旱；1980 年以后，我國(guó)北方的內(nèi)蒙古、西北、東北和黃淮海地區(qū)是干旱災(zāi)害發(fā)生頻繁的區(qū)域，重旱以上的干旱災(zāi)害發(fā)生頻率分別為45.0%、40.0%、35.0%和25.0%；發(fā)生干旱災(zāi)害的?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的個(gè)數(shù)有隨時(shí)間呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，1980 前發(fā)生重旱以上干旱范圍的有10 個(gè)，1980 年以后擴(kuò)大到了16 個(gè)，反映出我國(guó)是一個(gè)干旱災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)的國(guó)家。

（3）大氣環(huán)流異常、氣候變暖是干旱災(zāi)害形成的主要因素。海溫和海洋引起的大氣環(huán)流異常導(dǎo)致降水時(shí)空分布變異，降水變化趨勢(shì)區(qū)域差異明顯，部分區(qū)域降水量減少。1961-2020 年黃淮海、西南等地區(qū)年降水量呈減少趨勢(shì)，1951-2020年我國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，升溫速率為0.26℃/10 a。人類活動(dòng)通過(guò)干擾作物的水分收入和支出對(duì)干旱災(zāi)害形成產(chǎn)生作用，農(nóng)業(yè)種植面積增加導(dǎo)致需水量呈增加態(tài)勢(shì)，在一定程度上使得干旱災(zāi)害更加嚴(yán)峻。