畢 海

(遼寧省遼陽水文局,遼寧 遼陽 111000)

干旱是一種降水少、水資源量少，不足以滿足人的生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的氣候現(xiàn)象[1-5]。干旱一經(jīng)發(fā)生，嚴(yán)重時農(nóng)業(yè)致災(zāi)、工業(yè)建設(shè)受制約、生態(tài)環(huán)境破壞、人類生存面臨困難。干旱作為一種環(huán)境問題，近年來全國各地頻發(fā)，極端干旱頻現(xiàn)，是制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要自然災(zāi)害之一[6-9]。因此干旱的預(yù)警預(yù)測、抗旱治旱是十分重要且必要的。干旱評價作為干旱預(yù)警及抗旱的基礎(chǔ)，是不可缺少的，同時季節(jié)尺度的干旱評價對農(nóng)業(yè)抗旱具有重要的參考意義[10-15]。

遼陽市位于遼寧省中部，大陸性季風(fēng)氣候，東部山區(qū)，西部平原，降水時空分布不均。近年來受氣象因素影響，水資源短缺，水環(huán)境問題加劇，農(nóng)業(yè)需水不足，干旱問題日益突出。

1 材料與方法

采用遼陽地區(qū)氣象監(jiān)測月數(shù)據(jù)，選取1970—2015年46年系列數(shù)據(jù)，采用一個水文年四季劃分時段，3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月—次年2月為冬季，并采用相關(guān)分析法對缺測數(shù)據(jù)的站點進(jìn)行插補(bǔ)，構(gòu)建遼陽地區(qū)季尺度的水文序列。

SPI指數(shù)是一種基于降水量及其平均值之間的偏離程度對干旱情況進(jìn)行計算評價的方法。

SPI是一種適用于不同尺度的表征降水量出現(xiàn)概率的一種指標(biāo)，采用Γ分布概率進(jìn)行降水量描述，將偏態(tài)概率分布轉(zhuǎn)換為正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而用標(biāo)準(zhǔn)化降水累計頻率評估干旱狀態(tài)，主要計算公式為：

(1)

其中:S為概率密度正負(fù)系數(shù)，γ、β分別為Γ函數(shù)的尺度參數(shù)、形狀參數(shù)；c0=2.515 517，c1=0.802 853，c2=0.010 328，d1=1.432 788，d2=0.189 269，d3=0.001 308。G(x)為與Γ函數(shù)相關(guān)的降水分布概率；x為降水量樣本值。當(dāng)SPI>-0.5，為無旱；-0.5≥SPI>-1，為輕旱；-1≥SPI>-1.5，為中旱；-1.5≥SPI>-2，為重旱；SPI≤-2，為特旱。

2 結(jié)果與分析

2.1 季節(jié)干旱發(fā)生情況

繪制季節(jié)SPI干旱指數(shù)曲線，見圖1、圖2。從圖可知，遼陽地區(qū)1970—2015年季節(jié)尺度SPI指數(shù)波動明顯，遼陽地區(qū)季節(jié)性旱澇變化劇烈。春季干旱指數(shù)顯示，1970年、1993年、2004年春季重旱；1989年中旱、2001—2002年連續(xù)2年中旱；1978年、1980年、1984年、1992年、2011年、2014年及1996—1997年，共8年春季輕旱。夏季干旱指數(shù)顯示，1977—1981年發(fā)生連續(xù)5年干旱，1988—1989年、2014—2015年兩次發(fā)生連續(xù)2年干旱；1978—1979年連續(xù)重旱、2009年、2014年發(fā)生重旱或特旱；1972年、1989年、1992年、2000年、2007年，共5年中旱；1974年、1977年、1988年、1997年、2003年、2015年及1980—1981年，共8年夏季輕旱。秋季干旱指數(shù)顯示，1997年、2008年發(fā)生重旱；有4年中旱發(fā)生；有7年輕旱發(fā)生；2001—2002年連續(xù)2年輕旱，未發(fā)生連續(xù)多年干旱；冬季干旱指數(shù)顯示，1974年、2012年冬季特旱或重旱；有4年發(fā)生中旱；有9年發(fā)生輕旱；且1973—1975年發(fā)生連續(xù)3年干旱，1995—1996年連續(xù)2年輕度干旱。

綜合分析四個季節(jié)干旱發(fā)生情況，四個季節(jié)中同時發(fā)生干旱次數(shù)僅1年，即2014年出現(xiàn)四個季節(jié)發(fā)生干旱，有11年中四個季節(jié)均為無旱，為1971年、1976年、1983年、1987年、1990年、1994年、1997年、1998年、2006年、2010年、2013年。其他年份在不同季節(jié)發(fā)生干旱，其中1997年春夏秋3個季度連續(xù)干旱，1978年、1980年、1989年、1992年、1997年、2014年6年春旱夏旱同時發(fā)生，3年夏旱秋旱同時發(fā)生、5年秋旱冬旱同時發(fā)生，3年冬旱春旱同時發(fā)生。經(jīng)過對旱情調(diào)查史志分析和實地走訪調(diào)查，SPI指數(shù)評價結(jié)果合理。

圖1 秋季、冬季SPI指數(shù)曲線

圖2 春季、夏季SPI指數(shù)曲線

2.2 干旱發(fā)生頻次分析

1970—2015年系列中76%占比的年份中在不同季節(jié)發(fā)生干旱，統(tǒng)計各季節(jié)1970—2015年干旱發(fā)生頻數(shù)，結(jié)果見表1。遼陽地區(qū)夏季發(fā)生干旱頻率最高，次之為冬季，再次為春季與秋季。遼陽地區(qū)夏季與冬季發(fā)生過特旱，夏季特旱出現(xiàn)在2014年，冬季特旱出現(xiàn)在1974年；重旱發(fā)生頻率在春季與夏季較高；中度干旱在夏季發(fā)生頻率最大，春季最小。在遼陽地區(qū)，對于作物生長而言，秋季是收割的季節(jié)，干旱對作物的影響是最小的。根據(jù)SPI指數(shù)統(tǒng)計可知，雖然冬旱發(fā)生頻率較高，但遼陽地區(qū)冬季種植農(nóng)作物較少，且僅冬季土壤的含水對春季耕作稍有影響，故冬旱對農(nóng)作物影響較小。夏旱、春旱對農(nóng)作物的影響是較大的，雖然夏季雨水較多，但夏季極端天氣較容易出現(xiàn)，故夏季重旱、特旱頻率高于其他季節(jié)；春季重旱發(fā)生的概率較秋冬季重旱發(fā)生概率大。春季和夏季是農(nóng)作物生產(chǎn)的關(guān)鍵季節(jié)，發(fā)生干旱對農(nóng)作物生長及其產(chǎn)量影響較大，特別是春夏連續(xù)干旱，此時則需對農(nóng)作物進(jìn)行人工地表、地下調(diào)配灌溉補(bǔ)給作物生產(chǎn)用水。

表1 不同季節(jié)發(fā)生不同程度干旱頻率統(tǒng)計表 %

2.3 干旱趨勢分析

根據(jù)遼陽地區(qū)春季、夏季、秋季、冬季SPI指數(shù)，同時采用曲線趨勢斜率共同檢驗遼陽季節(jié)尺度干旱的趨勢演變。計算結(jié)果見表2。SPI指數(shù)趨勢分析結(jié)果表明，46年系列中春季、冬季干旱趨勢特征一致，SPI指數(shù)總體呈現(xiàn)增大趨勢，說明春旱、冬旱呈減弱趨勢，且春旱波動變幅小，冬旱減弱幅度大；夏秋季節(jié)干旱趨勢特征一致，SPI指數(shù)總體呈減小趨勢，說明夏旱、秋旱呈增強(qiáng)趨勢，且夏旱增強(qiáng)趨勢更大。

表2 遼陽地區(qū)1970—2015年干旱趨勢特征值

3 結(jié) 語

以1970—2015年氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用SPI指數(shù)，以季度為尺度，研究遼陽地區(qū)干旱情況。1970—2015年遼陽地區(qū)季節(jié)尺度旱澇變化劇烈，極端干旱頻率發(fā)生較低；各季節(jié)年際間連續(xù)干旱發(fā)生概率小，均未出現(xiàn)有連續(xù)2年嚴(yán)重干旱；且未出現(xiàn)年內(nèi)連續(xù)2個季節(jié)嚴(yán)重干旱，且四個季節(jié)連續(xù)發(fā)生干旱頻率較低。夏季干旱事件更易發(fā)生，且春季、夏季重旱發(fā)生概率較大，需要對春季、夏季干旱預(yù)警防范。46年間冬季、春季干旱呈減弱趨勢，夏季和秋季干旱呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢。季節(jié)性干旱研究可以更好服務(wù)抗旱減災(zāi)、水資源調(diào)度。