吳志福，陳 曉

（河北省衡水水文勘測研究中心，河北 衡水 053000）

1 概述

衡水市坐落在河北省東南部，位于東經(jīng)115°10′～116°34′、北緯37°03′～38°23′，東與滄州市、山東省德州市毗鄰，西與石家莊市接壤，南與邢臺市相連，北與保定市和滄州市交界，總面積8815 km2，地處河北沖積平原，境內(nèi)有面積達(dá)75 km2的衡水湖。衡水市屬于溫暖半干旱性大陸季風(fēng)氣候，春夏秋冬四季分明，冷暖、干濕差異較大[1]。

降水是水文循環(huán)過程中的重要組成部分，其時程變化特性對氣候的影響作用具有重要意義，因此對其變化特性、未來可能的變化趨勢以及區(qū)域水資源特征與演變方向的研究分析具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。由此，本文采用衡水市境內(nèi)1956—2015 年降水資料，從年際降水變化、季節(jié)降水變化、汛枯降水變化等多個角度著手進(jìn)行深入研究分析。

干旱現(xiàn)象發(fā)生在區(qū)域內(nèi)的一段時期，是由于降水量明顯偏小造成可用水資源短缺、無法保證植物自然生長的一種現(xiàn)象［2］。干旱現(xiàn)象是世界上大部分國家和地域經(jīng)常發(fā)生的自然災(zāi)害之一，中國地區(qū)受到干旱危害現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，特別是華北平原地區(qū)所面臨的干旱情況更加嚴(yán)重［3］。按照成因分析，干旱可分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會經(jīng)濟(jì)干旱4 類［4］。目前隨著針對干旱指標(biāo)的研究越來越深入，各種研究成果層出不窮，但標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI干旱指標(biāo)難以完全體現(xiàn)干旱發(fā)生及形成的時空變化特征；相對濕潤度指數(shù)干旱指標(biāo)所需要的參數(shù)項目較多，適用性較差；帕默爾干旱指標(biāo)因地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜和數(shù)據(jù)資料同化水平的限制，也存在一定難度。當(dāng)僅考慮降水因素時，降水距平百分率（Percentage of precipitation anomalies）指數(shù)所構(gòu)建的評價體系，可以很清楚地體現(xiàn)出歷年降水偏少所造成的干旱現(xiàn)象，因此降水距平百分率在干旱指標(biāo)建立、監(jiān)測、預(yù)測預(yù)警及評價中得到了廣泛深入的使用。

衡水市地處華北平原地區(qū)，受季風(fēng)氣候影響，降水量年際差異大且時空分布不均，由此所導(dǎo)致的干旱情況頻頻發(fā)生。在此情況下，本文選擇對1956—2015 年衡水市雨量站降水資料整編成果進(jìn)行統(tǒng)計，分析了降水年際變化、季節(jié)變化等情況，利用降水距平百分率作為干旱評價的等級指標(biāo)分析了不同等級干旱的歷史分布特征，并通過研究2001—2020 年降水變化規(guī)律對未來干旱趨勢做了預(yù)測。

2 資料選取及研究方法

2.1 資料選取

本文分析資料所采用的降水?dāng)?shù)據(jù)源于衡水市現(xiàn)有的11 個縣（市、區(qū)）內(nèi)的基本雨量站，對部分缺測數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，保證所選用的基本雨量站降水資料可靠和觀測資料系列長度；同時，從行政區(qū)劃分布看，選用的雨量站分布均勻、密度合理，以上條件保證了本文降水資料分析的要求。

為了提高降水量資料代表性，提高面雨量計算的可靠性，同時考慮了相鄰省份及相鄰區(qū)縣的雨量站降水成果，基本雨量站降水量資料主要來源于歷年的水文整編成果，所選用的降水量資料系列為1956—2015 年共60站年。

2.2 研究方法

（1）降水量距平百分率。降水量的多少可以直接關(guān)系到干旱現(xiàn)象發(fā)生的概率，降水距平百分率指數(shù)可以表現(xiàn)出某時段的降水量與多年同期降水量的差異情況和偏離的大小幅度。計算公式如下：

式中：Pa為降水量距平百分率（%）；P為某時段降水量（mm）；為計算時段內(nèi)常年同期平均降水量（mm）。

（2）降水量距平百分率干旱等級劃分。綜合考慮不同地理環(huán)境、四季季節(jié)影響等因素所造成的降水時空分布特性，制定符合本文所需的降水量距平百分率干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。此等級劃分標(biāo)準(zhǔn)符合半濕潤半干旱、具有完備的雨量監(jiān)測站網(wǎng)監(jiān)測資料的地區(qū)使用條件［5］。

表1 降水量距平百分率干旱等級劃分

3 降水特性分析

3.1 年際變化特性

通過分析1956—2015 年衡水市降水資料，可以得出本地區(qū)降水量的年際變化特征，如圖1所示。

圖1 衡水市降水量年際變化

由圖1 可知，1964 年降水量最大為934.5 mm，1997 年降水量最小為271.2 mm；降水年際變化較大，呈現(xiàn)逐年減小的趨勢，降水傾向率為-15.88 mm/10 a。在逐年降水量逐漸減小的趨勢下，發(fā)生干旱的風(fēng)險將大大增加。

3.2 季節(jié)變化特性

通過分析1956—2015 年衡水市降水資料，可以得出本地區(qū)降水量的季節(jié)變化特征，如圖2所示。

圖2 衡水市降水量季節(jié)變化

由圖2可知，春、夏、秋、冬4個季節(jié)的降水量分別為1～91.3、39.8～271.8、129.5～616.2、4.9～167.1 mm；季節(jié)降水傾向率分別為春季-0.34 mm/10 a，夏季1.68 mm/10 a，秋季-15.95 mm/10 a，冬季-1.26 mm/10 a。除夏季呈現(xiàn)緩慢上漲趨勢外，春季、秋季、冬季均呈現(xiàn)下降趨勢，減小速率秋季＞冬季＞春季。

3.3 時空分布特征

對衡水市11 縣（市、區(qū)）降水量資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，時空分布不均是造成各地的旱情嚴(yán)重程度出現(xiàn)差異的原因。

各縣（市、區(qū)）的多年平均降水量情況，如圖3所示。

圖3 各縣（市、區(qū)）多年平均降水量分布

由圖3 可知，多年平均降水量最大為阜城縣537.5 mm，最小為冀州470 mm，呈現(xiàn)東部大西部小的趨勢，降水的空間分布差異直接導(dǎo)致干旱分布的不均勻性。

4 干旱特征分析及未來趨勢分析

4.1 時間序列上的特征分析

1956—2015 年衡水市降水距平百分率變化情況，如圖4所示。

圖4 1956-2015年衡水市降水距平百分率變化曲線

由圖4 可知，1956—1957、1964—1965、1968—1969、1972—1977、2002—2003 年發(fā)生旱澇交替的自然災(zāi)害，1965—1968、1979—1984、1997—1999、2004—2007 年出現(xiàn)降水連續(xù)偏少的現(xiàn)象，60 a 中共有17 a發(fā)生干旱，發(fā)生頻率為28%，平均2～3 a發(fā)生1 次，其中9 a 發(fā)生輕度干旱、5 a 發(fā)生中度干旱、2 a發(fā)生嚴(yán)重干旱、1 a發(fā)生特大干旱。

干旱年份降水距平百分率值，詳見表2。

表2 干旱年份降水距平百分率

由表2 可知，1957、1975、1982、1986、1989、1998、2005—2007 年發(fā)生輕度干旱，1972、1992、1999、2002、2014 年發(fā)生中度干旱，1965、1968 年發(fā)生嚴(yán)重干旱，1997年發(fā)生特大干旱。

4.2 未來干旱趨勢分析

2001年以來，受氣候變化和人類活動等因素影響，衡水市干旱呈現(xiàn)上升態(tài)勢，因此著重分析2001—2020年的干旱特征及降水變化趨勢，如圖5所示，有助于預(yù)估衡水市地區(qū)的未來干旱發(fā)展前景。

圖5 2001—2020年衡水市降水變化趨勢

由圖5 可知，2001 年以來衡水市降水呈現(xiàn)增長的趨勢，降水傾向率為4.08 mm/10 a，表明未來發(fā)生干旱的概率將大大減小。

5 結(jié)語

基于降水距平百分率，利用1956—2015 年衡水市地區(qū)現(xiàn)有的11個縣（市、區(qū)）內(nèi)的基本雨量站降水資料，對降水與干旱的分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，衡水市夏季降水呈現(xiàn)增長趨勢，降水年際及春、秋、冬季均呈現(xiàn)減小變化，降水年際和季節(jié)變化明顯，但是2001—2020 年降水呈現(xiàn)增長的態(tài)勢，表明未來發(fā)生干旱的可能性降低。

降水量距平百分率指標(biāo)只考慮了降水量對干旱評價指標(biāo)體系建立的影響，能在一定程度上體現(xiàn)出干旱現(xiàn)象發(fā)生的情況，但還不能全面表現(xiàn)出干旱特征發(fā)展變化影響因素的多樣性、真實(shí)狀態(tài)和自然規(guī)律，應(yīng)綜合考量溫度、降水、蒸發(fā)等其他水文氣象因素以及研究區(qū)域內(nèi)的自然條件以及人為影響等因素，這些都有待于進(jìn)一步深入研究，研究成果可以為衡水市的干旱監(jiān)測、預(yù)測預(yù)警、評價和防災(zāi)減災(zāi)抗旱工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。