摘 要：【目的】探明沙河地區(qū)農(nóng)作物生長季降水量的變化及其滿足度與干旱風(fēng)險度，為沙河地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考?！痉椒ā坷媒邓蜌鉁財?shù)據(jù)，采用氣候診斷分析方法，運用水平衡及旱澇指數(shù)方法，研究農(nóng)作物生長季需水與降水的平衡關(guān)系，以及農(nóng)作物生長季旱、澇特征?！窘Y(jié)果】沙河地區(qū)農(nóng)作物生長季降水量呈弱增加趨勢，傾向率為4.972 mm/10 a;水平衡呈增加趨勢;旱澇指數(shù)呈增大趨勢，氣候濕潤程度朝著濕潤方向發(fā)展。播種期—苗期中旱、大旱出現(xiàn)頻率達40.0%，成熟期中旱、重旱出現(xiàn)頻率達62.0%;旺長期以澇為主，中澇、重澇出現(xiàn)頻率達30.0%;農(nóng)作物生長季中澇、重澇出現(xiàn)頻率為10.0%，中旱、重旱概率為14.0%?！窘Y(jié)論】沙河地區(qū)旱、澇災(zāi)害同時存在，旱災(zāi)存在減弱的趨勢，但干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然影響較大，應(yīng)加強完善災(zāi)害預(yù)警平臺建設(shè)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物; 生長季; 降水量; 水平衡; 旱澇指數(shù)

中圖分類號：P426.6; S423""""" 文獻標(biāo)識碼：A""" 文章編號：1002-204X（2023）06-0059-04

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.06.016

Analysis of Precipitation Changes and Drought-Flood Conditions

during Crop Growing Season in Shahe County， Hebei Province

Li Ruisu1， Yang Lina2， Yang Cuili1， Wu Lanfang1

（1.Meteorological Bureau of Shahe City， Shahe， Hebei 054100; 2.Xingtai Meteorological Service，

Xingtai， Hebei 054000）

Abstract [Objective] This study aims to investigate the variations in precipitation and evaluate the satisfaction and drought risk during the crop growing season in Shahe region， providing reference for the adjustment of agricultural industry structure in the region. [Method] By analyzing precipitation and temperature data using climate diagnostic analysis methods， as well as employing water balance and drought-flood index methods， the study examines the relationship between crop water requirement and precipitation balance， as well as the characteristics of drought and flood during the crop growing season. [Result] The results showed that the precipitation during the crop growing season in Shahe region exhibited a weak increasing trend， with a tendency rate of 4.972 mm/10 a. The water balance showed an increasing trend， while the drought-flood index indicated an increasing trend， suggesting a trend towards a more humid climate. The frequencies of drought and severe drought during the seeding to seedling stage reached 40.0%， and the frequencies of drought and severe drought during the maturity stage reached 62.0%. The main occurrence of flooding was during the vigorous growth stage， with frequencies of moderate flooding and severe flooding reaching 30.0%. The frequencies of moderate flooding and severe flooding during the crop growing season were 10.0%， while the probabilities of moderate drought and severe drought were 14.0%. [Conclusion] Both drought and flood disasters exist in Shahe region， and while drought disasters show a weakening trend， they still have a significant impact on agricultural production. Therefore， it is necessary to strengthen the construction of disaster warning platforms to better mitigate drought and flood risks.

Key words Crops; Growing season; Precipitation; Water balance; Drought-flood index

基金項目：科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項目“農(nóng)田土壤含水量監(jiān)測預(yù)報技術(shù)推廣應(yīng)用”（05ESN217400412）。

作者簡介：李瑞蘇（1972—），女，河北沙河人，工程師，研究方向為農(nóng)業(yè)氣象。

收稿日期：2022-01-21" 修回日期：2022-11-07

【研究意義】近年來氣候異常變化，極端氣象災(zāi)害頻發(fā)，嚴重影響糧食生產(chǎn)安全[1-2]。由于降水極端事件增多，旱澇災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成威脅。因此，研究降水變化規(guī)律，掌握旱澇成因，提高風(fēng)險防控意識，對防災(zāi)減災(zāi)確保糧食生產(chǎn)安全具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近半個世紀以來受氣候變化的影響，除新疆、西藏等極少數(shù)地區(qū)降水量呈增加趨勢，中國絕大多數(shù)區(qū)域降水呈減少趨勢，致使干旱頻率和強度增加，干旱面積顯著擴大。據(jù)王春乙等[3]研究，中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害面積平均每年高達40%，而干旱面積在2 200萬km2以上。中國北方地區(qū)半干旱區(qū)域在擴大，并在不同尺度上干旱頻率、干旱嚴重程度更為明顯[4]。張淑杰、魏鳳英等[5-6]研究了東北地區(qū)范圍的干旱現(xiàn)狀，認為干旱頻率明顯增加。李鵬程等[7]研究京津地區(qū)降水量變化時得出，非汛期降水變化平穩(wěn)，而汛期降水量明顯減少。張麗艷等[8]研究認為，從20世紀80年代以來京津冀地區(qū)干旱頻率增加、范圍在擴大。趙海燕等[9]研究表明，農(nóng)業(yè)干旱具有明顯的南輕北重特征，而且北方農(nóng)業(yè)干旱更加頻繁?！颈疚那腥朦c】目前，未見針對沙河地區(qū)降水變化與農(nóng)作物生長季水平衡，以及旱澇程度的研究報告。選用旱澇指數(shù)作為干旱指標(biāo)，研究1971-2020年沙河地區(qū)農(nóng)作物生長季（4-9月）干旱頻率和變化趨勢，定量分析農(nóng)作物生長季降水滿足程度及干旱等級。【擬解決的關(guān)鍵問題】探明沙河地區(qū)農(nóng)作物生長季旱澇特征變化、降水量的變化、水平衡及旱澇指數(shù)，以期為該地區(qū)干旱災(zāi)害防御，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、規(guī)避旱澇風(fēng)險，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用1971—2020年沙河國家氣象觀測站近50 a平均氣溫和降水量日值資料，分別統(tǒng)計農(nóng)作物生長季（4—10月）、播種期—苗期、作物旺長期和成熟期的降水量。

1.2 研究方法

1.2.1 水平衡及旱澇分析

運用參考文獻[10]的分析方法，分析沙河地區(qū)農(nóng)作物生長期不同時段的水平衡和旱澇特征。

水平衡（W）等于同期農(nóng)作物耗水量（Q）與降水量（R）之差，即W=R-Q，其中：Q=⊿∑ti。

旱澇指數(shù)等于同期降水量（R）與農(nóng)作物耗水量（Q）之比，K=R/Q。

式中：K為旱澇指數(shù)，R為降水量，Q為農(nóng)作物耗水量，∑ti為同期≥10 ℃積溫，⊿為調(diào)節(jié)系數(shù)。依據(jù)干旱指數(shù)將K值分為7個旱澇判別等級，見表1。

1.2.2 降水量、旱澇指數(shù)年際變化趨勢分析

降水量、旱澇指數(shù)年際變化趨勢分析采用參考文獻[11]一元線性方程一次項系數(shù)求解。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物生長季及各生育時期降水量變化特征

2.1.1 農(nóng)作物生長季降水量

近50 a農(nóng)作物生長季（4—10月，下同）降水量平均值為464.4 mm±153.3 mm，占年降水量的92.6%，最多降水量為896.1 mm（2016年），最少降水量為224.0 mm（1972年），降水極差為672.1 mm。正常降水量在311.1～617.8 mm之間;異常偏少（lt;311.1 mm）有6 a，幾率為12.0%;異常偏多（gt;617.8 mm）有6 a，幾率為12.0%。經(jīng)線性分析，農(nóng)作物生長季降水量呈弱增加趨勢，傾向率為4.972 mm/10 a，近50 a降水量線性增加24.9 mm。

2.1.2 農(nóng)作物各個生育時期的降水特征

播種期—苗期（4—5月）降水量累年平均值為61.1 mm±39.0 mm，占農(nóng)作物生長季的13.2%。最多降水量為192.1 mm（2018年），最少降水量為5.2 mm（1981年）。降水量正常值在22.1～100.1 mm;異常偏少（lt;22.1 mm）有5 a，幾率為10.0%;異常偏多（gt;100.1 mm）有9 a，幾率為18.0%。經(jīng)線性分析，在農(nóng)作物播種期—苗期降水量呈明顯增加趨勢，傾向率為9.892 mm/10 a，近50 a農(nóng)作物播種期—苗期降水量線性增加49.5 mm。

旺長期（6—8月）降水量累年平均值為330.2 mm±149.5 mm，占農(nóng)作物生長季的71.0%。最多降水量為745.2 mm（2016年），最少降水量為104.2 mm（2015年）。降水正常值在180.7～479.7 mm;異常偏少（lt;180.7mm）有7 a，幾率為14.0%;異常偏多（gt;479.7 mm）有9 a，幾率為18.0%。經(jīng)線性分析，在農(nóng)作物旺長期降水量呈微弱減少，傾向率為-2.41 mm/10 a，近50 a農(nóng)作物旺長期降水量線性減少12.1 mm。

成熟期（9—10月）降水量累年平均值為73.2 mm±30.6 mm，占農(nóng)作物生長季的15.8%。最多降水量為187.0 mm（1983年），最少降水量為7.8 mm（1998年）。降水正常值在30.6～115.8 mm;異常偏少（lt;16.5 mm）有5 a，幾率為10.0%;異常偏多（gt;75.5 mm）有7 a，幾率為14.0%。經(jīng)線性分析，在農(nóng)作物成熟期降水量趨勢變化平穩(wěn)，傾向率為0.297 mm/10 a，近50 a農(nóng)作物成熟期降水量增減基本保持平衡。

2.2 農(nóng)作物生長季的水平衡

由表2可知，農(nóng)作物生長季水平衡為13.1 mm，降水略顯盈余。1971—2020年，有27 a降水虧缺，幾率為54%;在近50 a中，有11 a水平衡lt;-100 mm，幾率為22.0%;有3 a水平衡lt;-200 mm，幾率為6.0%;1972年缺水最多，高達227.4 mm。有23 a降水盈余，幾率為46.0%;在近50 a中，有13 a水平衡gt;100 mm，幾率為26.0%;有6 a水平衡gt;200 mm，幾率為12.0%;2016年降水最多，盈余444.7 mm。

農(nóng)作物播種期—苗期水平衡為-3.1 mm，降水略顯不足。1971—2020年，有27 a降水虧缺，幾率為54%;在近50 a中，有18 a水平衡lt;-20 mm，幾率為36.0%;有5 a水平衡lt;-50 mm，幾率為10.0%;1981年缺水最多，高達59.0 mm。有23 a降水盈余，幾率為46.0%;在近50 a中，有16 a水平衡gt;20 mm，幾率為24.0%;有5 a水平衡gt;50 mm，幾率為10.0%;2018年降水最多，盈余127.9 mm。

農(nóng)作物旺長期水平衡為48.6 mm，降水盈余。1971—2020年，有22 a降水虧缺，幾率為44.0%;在近50 a中，有14 a水平衡lt;-50 mm，幾率為28.0%;有8 a水平衡lt;-100 mm，幾率為16.0%;2015年缺水最多，高達177.4 mm。有28 a降水盈余，幾率為56.0%;在近50 a中，有19 a水平衡gt;50 mm，幾率為38.0%;有15 a水平衡gt;100 mm，幾率為30.0%;2016年降水最多，盈余463.6 mm。

農(nóng)作物成熟期水平衡為-32.4 mm，降水不足。1971—2020年，有40 a降水虧缺，幾率為88.0%; 在近50 a中，有32 a水平衡lt;-20 mm，幾率為64.0%;有20 a水平衡lt;-50 mm，幾率為40.0%;1998年缺水最多，高達97.8 mm。有28 a降水盈余，幾率為56.0%;在近50 a中，有6 a水平衡gt;20 mm，幾率為12.0%;有5 a水平衡gt;50 mm，幾率為10.0%;1983年降水最多，盈余81.4 mm。

2.3 農(nóng)作物生長季旱澇分析

農(nóng)作物生長季旱澇指數(shù)平均為0.96，屬于正常類型。在年際變化中，K值呈弱增加趨勢，未達到顯著水平，氣候傾向率為0.02/10 a，說明農(nóng)作物生長期氣候濕潤程度朝著濕潤方向發(fā)展。由表3可知，農(nóng)作物生長期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為10.0%;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為14.0%，大旱約百年四遇。

播種期—苗期旱澇指數(shù)平均為0.95，屬于正常類型。在年際變化中，K值呈顯著增加趨勢，氣候傾向率為0.14/10 a，說明播種期—苗期氣候濕潤程度明顯增加。由表3可知，播種期—苗期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為24.0%;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為40.0%，大旱約十年四遇。

旺長期旱澇指數(shù)平均為1.13，屬于濕潤類型。在年際變化中，K值呈弱減小趨勢，氣候傾向率為-0.024/10 a，說明旺長期氣候濕潤程度向干旱方向進展。由表3分析結(jié)果看，旺長期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為30.0%，重澇頻率為24%，約十年四遇;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為18.0%，大旱約十二年一遇。

成熟期旱澇指數(shù)平均為0.69，屬于中旱類型。在年際變化中，K值呈減小趨勢，氣候傾向率為-0.034/10 a，說明成熟期氣候濕潤程度向干旱方向進展。由表3看出，成熟期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為10.0%;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為62.0%，大旱約五年二遇。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究采用亓來福[10]的旱澇指數(shù)和旱澇等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析了沙河地區(qū)農(nóng)作物生長季節(jié)需水與降水的關(guān)系，利用水平衡真實客觀地反應(yīng)了沙河地區(qū)旱、澇變化特征和發(fā)生頻率。對農(nóng)作物生長季旱澇狀況的分析結(jié)果與王新寧等[12-13]的研究結(jié)果一致，并與歷史記載大旱、澇發(fā)生狀況基本吻合。農(nóng)作物播種期—苗期降水量增加，使得水平衡提升，但大旱年景仍然十分嚴重，存在十年四遇的概率。農(nóng)作物旺長期降水集中，發(fā)生干旱的幾率較輕，大旱情景并不多見，約十二年一遇。農(nóng)作物成熟期干旱頻率雖然較高，大旱約五年二遇，但農(nóng)作物成熟后期成災(zāi)幾率較輕。沙河地區(qū)干旱災(zāi)害重于澇災(zāi)，并且旱災(zāi)多出現(xiàn)在農(nóng)作物的播種期—苗期。因此，沙河地區(qū)在防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)中，應(yīng)著重防御春秋兩季的旱災(zāi)以及夏季的澇災(zāi)。

3.2 結(jié)論

（1）沙河地區(qū)農(nóng)作物生長季各個時間尺度降水量歷年變化趨勢各有不同，播種期—苗期降水量呈增加趨勢，旺長期—成熟期降水量呈弱減少趨勢。經(jīng)線性分析，播種期—苗期降水量線性增加49.5 mm;農(nóng)作物生長季降水量總體表現(xiàn)為增加趨勢，增加24.9 mm。

（2）經(jīng)水平衡分析，農(nóng)作物播種期—苗期降水量與需水量保持在平衡狀態(tài)，農(nóng)作物旺長期降水盈余17.3%，成熟期降水虧缺30.8%，農(nóng)作物生長季降水盈余2.8%。在近50 a中，有11 a農(nóng)作物生長季水平衡lt;-100 mm，幾率為22.0%;有13 a農(nóng)作物生長季水平衡gt;100 mm，幾率為26.0%。

（3）沙河地區(qū)旱災(zāi)、澇災(zāi)同時存在，農(nóng)作物生長季中澇、重澇出現(xiàn)頻率為10.0%;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為14.0%，大旱約百年四遇。播種期—苗期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為24.0%;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為40.0%，大旱約十年四遇。旺長期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為30.0%，重澇約十年四遇;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為18.0%，大旱約十二年一遇。成熟期中澇、重澇出現(xiàn)頻率為10.0%;中旱、大旱出現(xiàn)概率則為62.0%，大旱約五年二遇。

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責(zé)任編輯：達海莉