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)氣象干旱災害對農(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)的主要災害之一,因為旱災頻發(fā)素有“十年九旱”之稱。

在全球氣候變化大背景下,諸多學者對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)為研究對象,從旱澇災害評估的角度出發(fā),根據(jù)旱澇Z指數(shù)計算得出Z值并劃分旱澇等級,分析變化特征[7]。盧曉昱,任傳友等用4個氣候模式的數(shù)據(jù)計算描述遼寧省干旱危險性強度指標,結論是各個干旱等級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]?？紤]氣象干旱累積效應及當?shù)厍锸辙r(nóng)作物生長時期內(nèi)需水要求, 陳學凱等學者驗證了貴州省秋收作物標準降水蒸散指數(shù)(Sep-SPEI-6)與糧食減產(chǎn)量之間的相關性[9]。

本文應用朝陽地區(qū)有代表性的國家氣象站1960～2020的長序列資料,統(tǒng)計分析不同時間尺度干旱等級變化規(guī)律,對掌握區(qū)域干旱發(fā)生規(guī)律、監(jiān)測預防農(nóng)業(yè)干旱災害、保障糧食安全等具有重要的意義,可有效降低干旱災害帶來的損失[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。國家基準站朝陽站為典型代表氣象站。

1.2 方法

1.2.1 基準年(30年)

按照30年時間尺度以年代為單位滑動,第Ⅰ基準年1961～1990年,第Ⅱ基準年1971～2000年,第Ⅲ基準年1981～2010年,第Ⅳ基準年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(x=1960、1961、1962、…,2020年),b為常數(shù)項,a為線性傾向值。傾向值a的符號表示氣候變量的趨勢傾向性值,a值的大小反應上升或下降的速率,正號為增加趨勢,負號為減少趨勢。傾向值乘以10為氣候傾向率。

1.2.3 氣象干旱等級

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

某時段降水量距平百分率(Pa)按公式以下計算:

式中:

P—某時段降水量(mm)。

ˉP—計算時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 結果與分析

2.1 干旱等級變化特征

2.1.1 1960～2020年干旱等級變化

計算得出1960～2020年朝陽地區(qū)年均干旱等級為1.3級,為輕旱級別;最大級別為4級,出現(xiàn)在1981年,為重旱級別,61年里出現(xiàn)過1次,出現(xiàn)頻率為1.6%;3級干旱出現(xiàn)2次,為1980年和1982年,為中旱級別,出現(xiàn)頻率為3.3%, 2級干旱出現(xiàn)13次,為輕旱級別,出現(xiàn)頻率為21.3%,1級干旱年份為45年,為無旱級別,出現(xiàn)頻率為73.8%。以年為時間尺度分析,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)計分析朝陽地區(qū)7個基準站1960～2020年平均干旱等級,其干旱等級年變化趨勢如圖1。從圖中可以看出,1960～2020年干旱等級曲線個別年份(80年代初)干旱等級凸顯偏高,其余年份干旱等級比較比較平穩(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,年度干旱等級增減趨勢不明顯。

2.1.2 不同基準年的干旱等級變化

統(tǒng)計不同基準年各類干旱出現(xiàn)次數(shù)及干旱等級變化趨勢結果見表2。

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

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

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

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

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

2.1.3 各季節(jié)干旱等級變化趨勢

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

從圖2各季節(jié)(春季、夏季、秋季、冬季)的干旱等級趨勢和線性擬合結果看出,4個季節(jié)干旱等級變化明顯不同,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)干旱等級變化趨勢Figure 2 Variation trend of drought grades in different seasons

其中春季干旱等級減少趨勢最明顯,60年干旱等級減少0.48;夏季干旱等級增加趨勢最明顯,60年干旱等級增加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, 干旱等級增加,夏旱發(fā)生頻率增加[13]。

3 結論與討論

3.1 年尺度干旱等級變化不明顯

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,年平均干旱等級為1.3,為輕旱級別,氣候氣象率為0.0/10年,其變化趨勢不明顯;統(tǒng)計得出1960～2020年重旱級別出現(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,這種趨勢對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說無疑是十分有利的。在當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,都具有良好的促進作用和深遠的良性影響。

3.2 不同基準年干旱趨勢差別較大

以基準年為時間長度,分析朝陽地區(qū)干旱等級發(fā)生結果表明:所有基準年都沒出現(xiàn)5級特旱,各基準年干旱等級發(fā)生趨勢明顯不同;第Ⅰ、第Ⅳ基準年呈現(xiàn)增加趨勢;第Ⅱ、第Ⅲ基準年呈現(xiàn)減少趨勢;第Ⅰ基準年氣候傾向率0.16/10年、增加趨勢最為明顯,第Ⅲ基準年氣候氣象率-0.24/10年、減少趨勢最為明顯。統(tǒng)計結果還表明:雖然第Ⅳ基準年干旱等級趨勢為增加,但平均干旱等級最小,即最近30年旱災發(fā)生事件增多,但是等級不嚴重。結論與高淑新等研究的遼西地區(qū)降水減少導致農(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)干旱等級發(fā)生趨勢不同

以季節(jié)為時間尺度,分析朝陽地區(qū)干旱等級發(fā)生結果表明:各季節(jié)干旱等級發(fā)生趨勢明顯不同。春季和冬季干旱等級呈減少趨勢,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)量形成關鍵期,此時發(fā)生氣象干旱,對農(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農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利

在氣候變化背景下,各時間尺度干旱等級變化趨勢不一。對本地農(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,對糧食作物適時早播、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)務服務中應用干旱等級方法的局限性

應用降水距平劃分干旱等級方法,在實際業(yè)務工作中,簡潔實用,在基層氣象為農(nóng)服務中應用比較廣泛;但在干旱發(fā)生、發(fā)展以及影響災損評估中,除考慮干旱等級一種判定方法外,還應考慮其他相關密切的因子,比如溫度、風速、土壤含水量等。因此,在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測、預報、評估業(yè)務中,需要將干旱等級與其它干旱指數(shù)結合使用,進行對比分析,才能更接近生產(chǎn)實際,使得為干旱災害防御、評估提供的依據(jù)更加全面和科學[21～23],這也是今后需要進一步研究探索的課題。