賀雙燕，楊曉靜，劉俊釗，李云霄，李占玲，劉業(yè)偉

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083；3.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038；4. 重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400020；5.江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330029)

1 研究背景

2022年干旱遍布長江全流域[1-3]，素有“江南糧倉”美譽(yù)的江西省遭遇了自1949年以來最嚴(yán)重的干旱[4]，大范圍極端干旱給人民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面帶來不同程度影響。在全球變暖背景下，極端干旱事件的發(fā)生可能成為氣候新常態(tài)[5]，因此亟須分析此類罕見干旱事件的發(fā)展過程。

目前，針對(duì)江西省2022年發(fā)生的干旱事件研究內(nèi)容主要包括氣象、水文干旱的時(shí)空變化特征、成因分析及防災(zāi)對(duì)策等方面。例如：雷聲等[6]對(duì)鄱陽湖流域2022年干旱發(fā)展過程進(jìn)行多因素分析，應(yīng)用SPI對(duì)近72年來干旱年際、年內(nèi)分布演變特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明2022年鄱陽湖流域干旱旱情等級(jí)高、影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長，其中，7—10月發(fā)生1961年以來最嚴(yán)重的夏秋連旱，并且由于防御體系逐步完善，干旱引發(fā)的旱災(zāi)損失相對(duì)可控。賈建偉等[7]采用SPI和SRI指標(biāo)評(píng)估鄱陽湖各分區(qū)干旱程度，并結(jié)合大氣環(huán)流指數(shù)分析旱情成因，結(jié)果表明2022年7—10月鄱陽湖流域氣象干旱和水文干旱表現(xiàn)為全流域干旱，在2020—2021年拉尼娜事件影響下，2022年夏秋季西太平洋副熱帶高壓偏北，致使流域內(nèi)降水偏少、高溫頻發(fā)，發(fā)生持續(xù)高溫干旱事件，出現(xiàn)“汛期反枯”現(xiàn)象。胡振鵬[4]分析了鄱陽湖流域2022年干旱的氣象特征和水文特征，為防旱減災(zāi)提出對(duì)策建議。結(jié)論表明2022年鄱陽湖流域旱情嚴(yán)重但水利措施在抗旱救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用，不過鄱陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)仍然受到顯著影響，需要將“抗旱救災(zāi)”策略轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺篮禍p災(zāi)”。針對(duì)2022年江西大旱，對(duì)比已有研究發(fā)現(xiàn)研究范圍主要是鄱陽湖流域，研究內(nèi)容主要集中在氣象和水文方面，對(duì)整個(gè)江西省及其農(nóng)業(yè)干旱的研究分析相對(duì)較少。因此，本文綜合氣象、農(nóng)業(yè)、水文等方面對(duì)江西省干旱發(fā)展過程分別進(jìn)行研究。

本文采用降水量距平百分率(Precipitation Anomaly in Percentage，Pa)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI和土壤相對(duì)濕度指數(shù)Rsm三個(gè)干旱指數(shù)對(duì)氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱進(jìn)行研究，分析SPI指標(biāo)與Rsm指標(biāo)之間的相關(guān)性以此揭示氣象和農(nóng)業(yè)干旱之間的時(shí)滯關(guān)系，旨在對(duì)農(nóng)業(yè)干旱進(jìn)行提前預(yù)警，使相關(guān)部門能及時(shí)有效地采取干旱防御措施，保障糧食生產(chǎn)安全及人民生活。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)概況江西省地處中國東南部，位于長江中下游南岸，全省土地面積16.69萬km2，耕地面積占16.31%。省境東、西、南三面環(huán)山地，中部丘陵和河谷平原交錯(cuò)分布，北部有中國第一大淡水湖——鄱陽湖，其流域面積占江西省總面積的97%[8]。江西省屬亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候，境內(nèi)水熱條件差異較大，年均氣溫約16.3～19.5 ℃，年降水量1341～1943 mm，降水在空間分布上呈南多北少，東多西少[9-11]。江西是全國兩個(gè)商品糧輸出省份之一，也是東南沿海地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)地，以全國2.13%的耕地生產(chǎn)了全國3.21%的糧食，其主要經(jīng)濟(jì)作物以水稻為主[12]。2022年江西省早稻播種面積1220.1千公頃，總產(chǎn)量677.2萬噸(產(chǎn)量位居全國第二位)。江西省內(nèi)氣象站及墑情站分布情況見圖1。

圖1 江西省站點(diǎn)分布情況Fig.1 Distribution of sites in Jiangxi Province

2.2 數(shù)據(jù)來源

2.2.1 氣象數(shù)據(jù) 使用國家氣象信息中心(http://data.cma.cn/)提供的1960—2022年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)。根據(jù)逐日數(shù)據(jù)計(jì)算1960—2022年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，采用反距離加權(quán)法對(duì)2022年1—12月降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行插值。其中，江西省共有94個(gè)氣象站，剔除時(shí)間序列不連續(xù)的站點(diǎn)資料并修正數(shù)據(jù)異常的降水資料后，研究使用江西省81個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2022年的降水?dāng)?shù)據(jù)。

2.2.2 墑情數(shù)據(jù) 研究利用106個(gè)墑情站2022年10 cm、20 cm、40 cm土壤深度的逐日墑情數(shù)據(jù)，根據(jù)公式分別計(jì)算出逐層及三層平均壤深的月均Rsm，采用反距離加權(quán)法插值得到全省Rsm數(shù)據(jù)系列。由于獲取數(shù)據(jù)質(zhì)量不一，經(jīng)去除缺測數(shù)據(jù)大于15天的站點(diǎn)以及時(shí)間序列完整度低于99%的站點(diǎn)，最終選取71個(gè)墑情站2022年的數(shù)據(jù)。

2.2.3 地形數(shù)據(jù) 從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http:/www.gscloudcn/search)下載分辨率為30 m×30 m地形高程數(shù)據(jù)。

2.2.4 其他數(shù)據(jù) 歷史旱災(zāi)、旱情、星子站水位等資料分別來源于《中國氣象災(zāi)害大典 江西卷》《江西統(tǒng)計(jì)年鑒》《江西水旱災(zāi)害》等。

2.3 研究方法采用Pa、SPI和Rsm指標(biāo)表征研究區(qū)氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱，利用相關(guān)分析法確定農(nóng)業(yè)干旱與氣象因子之間的相關(guān)性，探求農(nóng)業(yè)干旱與氣象干旱之間的滯后響應(yīng)關(guān)系。

2.3.1 降水量距平百分率計(jì)算 降水量距平百分率Pa指某時(shí)期降水量與同期多年平均降水量的距平百分率，可以顯示某時(shí)段降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度，從而反映出降水量異常引起的干旱，是一個(gè)具有時(shí)空對(duì)比性的相對(duì)指標(biāo)。在我國氣象業(yè)務(wù)中經(jīng)常用于評(píng)估干旱事件[13]，在《氣象干旱等級(jí)》(GB/T 20481—2017)[14]中對(duì)Pa的干旱等級(jí)劃分見表1。

表1 降水量距平百分率干旱等級(jí)Table 1 Precipitation distance level percentage of drought level

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI表征氣象干旱。標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI是由McKee等在1993年開發(fā)的氣象干旱指數(shù)，對(duì)短期降雨反應(yīng)敏感，能更好地監(jiān)測土壤濕度的變化，對(duì)干旱的發(fā)生反應(yīng)靈敏能較早地識(shí)別干旱，具有良好的空間標(biāo)準(zhǔn)化[15-18]。干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)具有氣候意義，不同時(shí)段不同地區(qū)都適宜，具有較好的時(shí)空適應(yīng)性[19]，國家規(guī)范《氣象干旱等級(jí)》(GB/T 20481—2017)[14]中對(duì)SPI的干旱等級(jí)劃分見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)干旱等級(jí)Table 2 Standardized precipitation index of drought level

2.3.3 土壤相對(duì)濕度計(jì)算 土壤相對(duì)濕度Rsm指標(biāo)可表征農(nóng)業(yè)干旱。Rsm指標(biāo)是目前研究比較成熟且能較好反映作物旱情狀況的可行指標(biāo)[20]，一般以土壤重量含水量與田間持水量的比值表示，主要受到降水、氣溫、植被類型及地形條件等因素的影響[21]。國家規(guī)范《農(nóng)業(yè)干旱等級(jí)》(GB/T 32136—2015)[22]中對(duì)Rsm的干旱等級(jí)劃分見表3。

表3 土壤相對(duì)濕度干旱等級(jí)Table 3 Soil relative moisture of drought level

2.3.4 相關(guān)性分析 相關(guān)性分析是反映兩個(gè)變量間相關(guān)程度的方法，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越大變量之間的相關(guān)性越強(qiáng)(表4)。相關(guān)系數(shù)的符號(hào)決定著相關(guān)性的正負(fù)，當(dāng)符號(hào)為正，則表明變量間呈正相關(guān)，反之，則表明變量間呈負(fù)相關(guān)，此處用來分析農(nóng)業(yè)干旱與氣象干旱之間的相關(guān)性。

表4 相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的相關(guān)性Table 4 Correlation coefficients correspond to correlations

3 結(jié)果與討論

3.1 2022年江西省干旱發(fā)展過程

3.1.1 氣象干旱發(fā)展過程 2022年7月江西省呈現(xiàn)高溫少雨的特征，8月該情況持續(xù)發(fā)展并在9月達(dá)到頂峰(9月23日發(fā)布?xì)庀蟾珊导t色預(yù)警)，直至11月江西省發(fā)生明顯降水使旱情得到緩解。此次氣象干旱總體呈現(xiàn)出夏秋兩季(6—11月)高溫日數(shù)多且持續(xù)時(shí)間長，降水量減少且不均勻，蒸發(fā)強(qiáng)度大等特點(diǎn)。

根據(jù)江西省2022年逐月降水量距平百分率分布可以看出，2022年江西省年內(nèi)降水分布極其不均(如圖2所示)。7—10月降水總量136.6 mm，占全年總降水量的8.9%，較多年同期偏少70.3%，其中，9月降水量僅1.16 mm。期間，全省平均氣溫27.1 ℃，為1961年以來歷史同期新高(高于第2位0.6 ℃)，全省平均高溫日數(shù)56.5天，為1961年以來歷史同期新高(多于同期29.3天)。

圖2 2022年江西省降水及溫度變化情況Fig.2 Precipitation and temperature changes in Jiangxi Province in 2022

從SPI-1年際變化來看，2022年江西省發(fā)生罕見的氣象干旱，其干旱等級(jí)明顯高于2003年、2007年、2011年等歷史大旱年份(見圖3(a))；從SPI-1年內(nèi)變化來看，江西省氣象干旱開始于7月，直至11月才得以緩解。其中SPI-1在6月短暫回升，這是因?yàn)榻魇?月發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水，在一定程度上緩解了氣象干旱；9月SPI-1出現(xiàn)極小值(-4.08)，表明在9月氣象干旱發(fā)展到達(dá)高峰。結(jié)果如圖3(b)所示。

圖3 江西省SPI-1年際、年內(nèi)變化趨勢Fig.3 Inter and intraannual trends in SPI-1 in Jiangxi Province

江西省2022年氣象干旱空間分布及其面積占比情況如圖4所示。從SPI-1的時(shí)空分布情況來看：1—2月僅贛州市南部地區(qū)、九江市出現(xiàn)輕旱(8.61%、10.26%)；4月江西34.11%的地區(qū)發(fā)生干旱(中旱占1.96%、重旱占1.64%)，主要分布在上饒、鷹潭、景德鎮(zhèn)及贛州市南部地區(qū)；5—6月全省受旱面積持續(xù)減少。其中，5月江西北部有20.4%的地區(qū)發(fā)生干旱，6月江西中部有16.8%的地區(qū)發(fā)生干旱；7月江西93.65%的地區(qū)發(fā)生干旱，其中中旱占總干旱面積的51.41%；8月江西87.4%的地區(qū)發(fā)生干旱(中旱占58.39%，重旱占4.2%)；9月江西99.66%的地區(qū)發(fā)生中旱，萍鄉(xiāng)市、撫州市及鷹潭市部分地區(qū)出現(xiàn)重旱(0.32%)；10月中旱面積降至72.76%。

圖4 江西省2022年氣象干旱空間分布及其面積占比Fig.4 Spatial distribution of meteorological drought and its area share in Jiangxi Province in 2022

將2022年江西省氣象干旱發(fā)展過程劃分為干旱露頭期、暴發(fā)期、持續(xù)期、緩解期，每個(gè)階段主要特征如下：

7月上旬至8月中旬為干旱露頭期，降水明顯偏少氣象干旱持續(xù)發(fā)展。7月1日至7月26日，江西平均降水量為77 mm，較歷史同期偏少五成。7月25日江西省有42個(gè)縣(市、區(qū))日最高氣溫達(dá)39 ℃以上，9地出現(xiàn)超40 ℃的高溫天氣，有57個(gè)縣市區(qū)出現(xiàn)氣象干旱，其中14個(gè)縣市區(qū)達(dá)到重旱等級(jí)，5個(gè)縣市區(qū)達(dá)到特旱等級(jí)。8月20日，江西有75個(gè)縣(市、區(qū))達(dá)中度以上氣象干旱，其中29.3%的縣(市、區(qū))達(dá)重旱，46.7%的縣(市、區(qū))達(dá)特旱。

8月下旬至9月中旬為干旱暴發(fā)期，持續(xù)高溫少雨天氣使得氣象干旱持續(xù)加重。至9月中旬江西多個(gè)氣象要素突破歷史極值：全省平均高溫日數(shù)54.3天，較歷年同期偏多24.6天，平均氣溫29.6 ℃，偏高1.8 ℃，均排1961年以來歷史同期第1高位；平均降水量138.2 mm，偏少七成；平均相對(duì)濕度67.5%，偏低9.9%，均排歷史同期第1低位；平均無雨日數(shù)76.1天，偏多20.4天，排歷史同期第1高位。9月22日全省持續(xù)重度及以上氣象干旱，其中有95%的縣(市、區(qū))達(dá)到特重氣象干旱。

9月下旬至10月上旬為干旱持續(xù)期，晴多少雨天氣持續(xù)。9月22日全省持續(xù)重度及以上氣象干旱，其中有95%的縣(市、區(qū))達(dá)到特重氣象干旱，次日江西省發(fā)布?xì)庀蟾珊导t色預(yù)警信號(hào)。

10月中旬至11月下旬為干旱緩解期，降雨較前期明顯增多氣象干旱得到明顯緩解。11月上旬江西省局地發(fā)生小到中雨，撫州和贛州兩市的特旱范圍減小，氣象干旱等級(jí)降為中旱，但全省其他地區(qū)維持重度及以上等級(jí)。11月中旬江西全省大部分地區(qū)出現(xiàn)弱降水天氣，贛中、贛南地區(qū)旱情在一定程度上得到緩解，隨著持續(xù)的降水過程，至11月末，江西省除贛北北部仍有輕旱外，其他地區(qū)基本無干旱發(fā)生。

3.1.2 農(nóng)業(yè)干旱發(fā)展過程 2022年江西省農(nóng)業(yè)干旱是由長歷時(shí)、高強(qiáng)度的氣象干旱發(fā)展而來。時(shí)間尺度上：江西省2022年農(nóng)業(yè)干旱主要始于8月，9—10月處于干旱暴發(fā)階段，11月干旱有所減緩，直至12月干旱大部分得到緩解。江西省2022年農(nóng)業(yè)干旱空間分布及其面積占比情況如圖5所示?？臻g尺度上：8月降水持續(xù)偏少江西省農(nóng)業(yè)干旱逐漸顯露，全省54.56%的地方出現(xiàn)輕度干旱及以上，新余市、萍鄉(xiāng)市、宜春市、鷹潭市等地最先出現(xiàn)干旱；9月持續(xù)高溫少雨導(dǎo)致全省發(fā)生大面積干旱(99.67%)，重旱(0.32%)地區(qū)主要集中在鷹潭市、景德鎮(zhèn)市及上饒市；10月干旱程度加重，全省有63.3%和31.25%的地方發(fā)生中旱、重旱及以上的農(nóng)業(yè)干旱，其中特旱(2.86%)主要集中在鷹潭市；11月降水增多使全省旱情逐漸減緩，中度及以上干旱面積相較上月減少77%，贛州市南部旱情消除；截至12月，江西僅5.86%的地區(qū)存在干旱。

圖5 江西省2022年農(nóng)業(yè)干旱空間分布及其面積占比Fig.5 Spatial distribution of agricultural drought and its area share in Jiangxi Province in 2022

3.1.3 水文干旱發(fā)展過程 持續(xù)高溫少雨導(dǎo)致氣象干旱發(fā)生，而氣象干旱持續(xù)過程中下墊面水分收支狀況異常、流域內(nèi)徑流持續(xù)偏枯導(dǎo)致水文干旱發(fā)生[23-25]。自江西省2022年7月發(fā)生氣象干旱以來，流域內(nèi)河流湖泊受到一定影響，星子站水位和鄱陽湖水域面積屢創(chuàng)新低[6](見圖6)。9—12月，鄱陽湖標(biāo)志性水文站星子站水位進(jìn)入低枯水位(10 m以下)、極枯水位(8 m以下)的時(shí)間，較多年同期均值分別提前105天、115天，星子站水位低于原歷史最低水位(7.11 m)天數(shù)累計(jì)60余天。

圖6 2022年星子站水位變化情況Fig.6 Changes in water level at Xingzi Station in 2022

8月初，江西省啟動(dòng)水文抗旱測報(bào)Ⅳ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，省內(nèi)水文干旱初露。鄱陽湖于8月6日進(jìn)入枯水期(提前100天)，為1951年有記錄以來最早年份；22日江西省發(fā)布枯水藍(lán)色預(yù)警，24日江西省水文抗旱應(yīng)急響應(yīng)提升至Ⅲ級(jí)。星子站水位9.50 m，較多年同期偏低7.07 m，五河主要控制站水位較多年同期偏低1.05～7.05 m。

9月上旬，鄱陽湖進(jìn)入極枯水位，水文旱情加重；9月下旬，江西省連續(xù)兩日發(fā)布枯水橙色預(yù)警及枯水紅色預(yù)警，23日星子站水位跌至7.10 m，鄱陽湖首次跌破有記錄以來最低水位(歷史最低水位為2004年2月4日的7.11 m)，湖區(qū)通江水體面積僅剩244 km2，江西省流域面積10 km2以上的河流斷流25條；10月上旬至中旬，星子站水位經(jīng)歷短暫回升后再次走低，于11月18日到達(dá)年最低水位(6.48 m)。

受高溫少雨、長江上游水庫蓄水及生產(chǎn)生活農(nóng)業(yè)用水需求等因素影響，江西省中小型水庫出現(xiàn)明顯蓄水不足。截至9月上旬，江西全省10 560座中小型水庫有1838座水庫處在死水位以下，占比17%；18.36萬座山塘中有4.27萬座干涸，占比23.3%。截至10月中旬，全省中小型水庫中有3337座在死水位以下，占比31.6%；山塘中有5.43萬座干涸，占比29.6%。截至11月中旬，全省中小型水庫有3743座處在死水位以下，占比35%；全省小型水庫蓄水量為12.36億m3，蓄滿率為21.2%。

3.2 干旱的響應(yīng)關(guān)系

3.2.1 農(nóng)業(yè)干旱與氣象因子的相關(guān)性 農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)展受氣象要素、流域下墊面條件和人類活動(dòng)等因素影響[26]，同樣，一般情況下不同深度的土壤受降水和氣溫的影響程度也不同。分析研究不同深度的Rsm與降水、氣溫之間的相關(guān)關(guān)系(見表5)可以得到：(1)Rsm與降水的相關(guān)性明顯高于與氣溫的相關(guān)性，二者均通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)，Rsm對(duì)降水響應(yīng)更敏感；(2)10 cm的Rsm與降水呈正相關(guān)且相關(guān)性極強(qiáng)(0.88)，20 cm的Rsm與氣溫呈負(fù)相關(guān)且中等相關(guān)(-0.43)。

表5 江西省2022年不同壤深的Rsm與降水、氣溫的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients of Rsm with precipitation and temperature for different soil depths in Jiangxi Province in 2022

從圖7可以看出，Rsm變化趨勢與降水變化趨勢較為一致，與氣溫變化趨勢不一致，但不同土層深的Rsm變化與降水變化存在差異。6月降水量最多時(shí)10 cm和40 cm的Rsm也增長至最高，而20 cm的Rsm未增反降，可能因?yàn)?0 cm的表層土壤由于持續(xù)高溫天氣導(dǎo)致土壤相對(duì)濕度持續(xù)降低。9月降水量最少，但10 cm、20 cm、40 cm的Rsm均在10月達(dá)到最低，說明干旱少雨時(shí)，由于土壤自身的持水能力使得Rsm在10月才達(dá)到最低。

3.2.2 農(nóng)業(yè)干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng) 一般來說，土壤缺水、土壤墑情變差通常由降水長期短缺(大于1個(gè)月)導(dǎo)致，因此農(nóng)業(yè)干旱一般滯后于氣象干旱[27]。為進(jìn)一步探求農(nóng)業(yè)干旱和氣象干旱之間的滯后響應(yīng)關(guān)系，分析研究不同時(shí)間尺度SPI指標(biāo)(SPI-1、SPI-3、SPI-6)和不同壤深Rsm指標(biāo)(三層平均壤深、10 cm、20 cm、40 cm)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)(見表6)。結(jié)果表明，氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱具有一定的相關(guān)關(guān)系，且不同深度土層與氣象干旱的相關(guān)關(guān)系存在差異。首先，在三個(gè)時(shí)間尺度中Rsm指標(biāo)與SPI-1指標(biāo)相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為0.57～0.68，這表明農(nóng)業(yè)干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)時(shí)間存在一個(gè)月左右的滯后，具體滯后期的長短通常與研究區(qū)的降水產(chǎn)流關(guān)系、蒸散發(fā)和下墊面等因素有關(guān)[28]。其次，不同土壤深度中20 cm的Rsm指標(biāo)與SPI-1指標(biāo)相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為0.68，這是因?yàn)?0 cm的土壤墑情變化比10 cm的土壤墑情變化更穩(wěn)定，比40 cm的土壤墑情變化更靈敏。通過以上結(jié)論，可以為江西省農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測提供借鑒，江西省主要經(jīng)濟(jì)作物是水稻，水稻根系有90%以上分布在20 cm的土層內(nèi)，少部分到達(dá)30～40 cm，因此在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測及預(yù)警過程中，首先要關(guān)注20 cm土層內(nèi)的土壤相對(duì)濕度變化。

表6 江西省2022年不同壤深的Rsm與SPI-1的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients of Rsm and SPI-1 for different soil depths in Jiangxi Province in 2022

研究旱情發(fā)展過程中不同土層深的干旱程度變化，分析圖8可以得到，7—9月氣象干旱發(fā)展期，在10 cm土層中發(fā)生中旱及以上的面積從2.23%增至96.45%，在20 cm土層中從1.72%增至71.19%，在40 cm土層中從0.23%增至37.1%，10 cm、20 cm、40 cm土層的中旱及以上面積平均每天增加1.57%、1.16%、0.61%，即在氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱均發(fā)展的階段，淺層土壤變旱的速度更快；9—10月氣象干旱持續(xù)期，10 cm、20 cm、40 cm土層的中旱及以上面積平均每天增加0.07%、0.48%、0.87%，即在氣象干旱緩解、農(nóng)業(yè)干旱持續(xù)發(fā)展的階段，深層土壤變旱的速度更快；10—12月氣象干旱緩解期，10 cm、20 cm、40 cm土層的中旱及以上面積平均每天減少1.61%、1.38%、0.99%，即在氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱緩解的階段，淺層土壤恢復(fù)的速度更快。

圖8 2022年江西省SPI-1與不同土壤深的中度及以上干旱的面積比情況Fig.8 Percentage of the area of moderate and above drought in 2022 in Jiangxi Province with SPI-1 and different soil depths

從空間上可以看出，7月幾乎江西全省出現(xiàn)輕度氣象干旱，東北、中東部地區(qū)出現(xiàn)中度氣象干旱，農(nóng)業(yè)干旱只小范圍發(fā)生在東北地區(qū)(圖9(a))；8月氣象干旱在西部、北部地區(qū)出現(xiàn)，農(nóng)業(yè)干旱出現(xiàn)在西部、東部；9月全省發(fā)生中度氣象干旱，農(nóng)業(yè)干旱逐漸蔓延至全省，西部、東部農(nóng)業(yè)旱情加重；10月南部地區(qū)氣象干旱緩解，北部氣象旱情仍然持續(xù)。但此時(shí)江西省農(nóng)業(yè)干旱大范圍暴發(fā)，南部、東部發(fā)生特旱(圖9(b)、圖9(c)、圖9(d))。其中，在10 cm土層中鷹潭市、吉安市南部旱情較嚴(yán)重，但在20 cm、40 cm土層中吉安市南部地區(qū)農(nóng)業(yè)旱情有所緩解，不同土層發(fā)生干旱后緩解時(shí)長與研究區(qū)下墊面情況、降水等相關(guān)，土壤含水量主要受降水和灌溉補(bǔ)給，相比之下江西省西南地區(qū)(如吉安市)比東北地區(qū)(如鷹潭市)的降水偏多，贛西南地區(qū)發(fā)生農(nóng)業(yè)干旱比贛東北部地區(qū)更容易解除，所以在干旱監(jiān)測預(yù)警及實(shí)施防御措施時(shí)，更要關(guān)注發(fā)生農(nóng)業(yè)干旱不易解除的地區(qū)；11—12月隨著降溫降雨氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱在全省均有所緩解，40 cm的土層農(nóng)業(yè)干旱緩解速度慢于10 cm和20 cm的土層，這是因?yàn)榻邓妊a(bǔ)充上層土壤含水量，到達(dá)40 cm處的土層需要一定時(shí)間。

3.3 討論

3.3.1 江西省2022年干旱致災(zāi)情況 2022年江西省氣象干旱的嚴(yán)重程度從平均氣溫、平均降水量、無雨日數(shù)及高溫日數(shù)等多方面可以看出實(shí)屬歷史罕見(見表7)。流域內(nèi)總體呈現(xiàn)出氣溫高、降雨少、干旱持續(xù)時(shí)間長、發(fā)生范圍廣、干旱等級(jí)高、河湖水位降低、水庫蓄水銳減等特點(diǎn)[29]。

表7 江西省2022年氣象特征情況Table 7 Meteorological characteristics of Jiangxi Province in 2022

干旱發(fā)生期間對(duì)江西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)發(fā)展及人民生活等方面帶來一定影響[30]。2022年江西省受旱致災(zāi)情況如表8所示。江西省于2022年8月16日啟動(dòng)抗旱Ⅳ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，星子站水位降至10.34 m，較多年同期偏低6.34 m，8月19日星子站水位跌破10 m(9.99 m)；8月24日抗旱應(yīng)急響應(yīng)提升至三級(jí)，星子站水位9.50 m，較多年同期偏低7.07 m，9月6日星子站水位跌破8 m(7.99 m)；9月27日江西省啟動(dòng)歷史上首個(gè)抗旱Ⅱ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，歷時(shí)12日于10月9日降至Ⅲ級(jí)，最終全省于11月21日終止抗旱應(yīng)急響應(yīng)。

表8 江西省2022年旱災(zāi)統(tǒng)計(jì)Table 8 Drought caused disaster statistics in 2022 in Jiangxi Province

為進(jìn)一步分析江西省2022年干旱的嚴(yán)重程度，將其與2003年[31-32]、2007年、2009年、2011年和2013年干旱從平均氣溫、平均降水量、農(nóng)作物受災(zāi)等方面進(jìn)行比較(見表9)。1950—2022年，江西大范圍旱災(zāi)共有54余次，其中2003年、2007年和2009年旱情都較為嚴(yán)重[33-34]。2003年7—10月全省平均降雨量為269 mm，2022年同期降水量為146 mm(較2003年偏少45.7%)；2009年7—10月全省平均氣溫為26.5 ℃，2022年同期氣溫27.1 ℃(較2009年偏高0.6 ℃)；2003年日最高氣溫大于35 ℃天數(shù)為44.6天，2022年為56.5天(較2003年偏多11.9天)；2013年11月4日鄱陽湖水域面積最小僅1375 km2，2022年9月19日鄱陽湖水域面積最小為651 km2(較2013年減小52.7%)。

表9 江西省典型干旱年份旱情對(duì)比Table 9 Comparison of drought conditions in typical drought years in Jiangxi Province

2022年江西省農(nóng)業(yè)干旱主要發(fā)生在夏秋兩季正值早稻抽穗(6月)成熟(7月)、晚稻播種(7月中下旬)收獲(10月上中旬)期間，對(duì)早、晚稻的生長均帶來一定不利影響，但江西省克服夏秋連旱的極端天氣影響，2022年江西省糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。2022年糧食產(chǎn)量與2021年相比減產(chǎn)1.57%，但2022年糧食總產(chǎn)量依舊連續(xù)10年穩(wěn)定在430億斤以上(430.38億斤)。

3.3.2 水利工程在抗旱中發(fā)揮的作用 綜上可以得到，2022年江西氣象干旱及水文干旱的嚴(yán)重程度突破1961年以來的歷史記錄，但是旱情期間人民生產(chǎn)生活受影響程度總體較小，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然實(shí)現(xiàn)豐收，原因主要在于我國水利工程的抗旱能力持續(xù)提升[35]以及江西省政府面對(duì)干旱做到提前部署積極應(yīng)對(duì)。

在10月旱情最嚴(yán)重時(shí)，江西省11個(gè)設(shè)區(qū)市92個(gè)縣(市、區(qū))開展人工增雨作業(yè)461次，共出動(dòng)作業(yè)人員1844人次，累計(jì)影響面積約5.7萬km2，累計(jì)增加降水量約1.9億噸，在自然降水和人工增雨的共同作用下，作業(yè)影響區(qū)普降中到大雨，一定程度緩解了高溫和干旱。2022年江西省氣象部門累計(jì)組織開展人工增雨作業(yè)2769次，出動(dòng)飛機(jī)人工增雨作業(yè)11次，作業(yè)持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度、次數(shù)創(chuàng)歷史新高，為保證旱區(qū)農(nóng)民豐收、國家糧食安全，實(shí)現(xiàn)社會(huì)穩(wěn)定和江西糧食產(chǎn)量連續(xù)“十年豐”做出貢獻(xiàn)。

此外，旱情期間人民生產(chǎn)生活供水有保障，江西省面對(duì)罕見干旱投入大量人力、物力、財(cái)力抗旱救災(zāi)。截至10月8日，江西全省151處縣級(jí)以上飲水水源地供水保障正常，21個(gè)縣(市、區(qū))的31座城市自來水廠已采取工程性措施保障取水，780處“千噸萬人”農(nóng)村規(guī)模水廠均可保供到明年春節(jié)，其中67處已采取延伸取水口、新辟水源、啟用備用水源、分時(shí)段供水等應(yīng)急措施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年江西省累計(jì)投入抗旱人數(shù)320.88萬人次，投入抗旱機(jī)電井7.47萬眼、泵站2.29萬處、機(jī)動(dòng)抗旱設(shè)備44.98萬臺(tái)套、裝機(jī)容量388.37萬kW，投入機(jī)動(dòng)運(yùn)水車輛2.34萬輛次、抗旱用電2.66億度、抗旱用油1.18萬t，極大保障了群眾飲水安全和農(nóng)業(yè)灌溉用水需求，未出現(xiàn)較大規(guī)模群眾因旱飲水等困難情況。

目前，江西省建立了較為完善的防汛抗旱減災(zāi)工程體系、供水安全保障體系和生態(tài)安全保護(hù)體系，包括綜合治理水土流失面積達(dá)5.6萬km2、全省總灌溉面積達(dá)3142萬畝；已建成各類水利工程160余萬座(處)，其中堤防1.3萬km、水庫1.08萬座、水電站3846座、大中型灌區(qū)315處和集中供水工程 2.9萬處。

4 結(jié)論

文中分別從氣象、農(nóng)業(yè)、水文等方面對(duì)江西省2022年發(fā)生的特大干旱事件進(jìn)行研究，探究氣象干旱與農(nóng)業(yè)干旱之間的響應(yīng)關(guān)系，分析了大旱之年無大災(zāi)的原因，主要研究結(jié)論如下：

(1)2022年江西省干旱主要發(fā)生在7—12月，其中江西東北部、西部旱情最為嚴(yán)重。氣象干旱出現(xiàn)在7—11月，其發(fā)展過程可劃分為干旱露頭期、暴發(fā)期、持續(xù)期、緩解期，9月全省99.98%的面積出現(xiàn)中度及以上干旱；農(nóng)業(yè)干旱主要發(fā)生在夏秋兩季(8—11月)，其中10月全省99.67%的面積發(fā)生干旱；水文干旱主要出現(xiàn)在8—12月，11月中旬星子站水位降至年最低(6.48 m)。

(2)2022年江西旱情特征：氣象干旱具有覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、夏秋兩季高溫少雨等特點(diǎn)；農(nóng)業(yè)方面發(fā)生伏秋連旱，蒸發(fā)加劇、土壤相對(duì)濕度持續(xù)減小對(duì)農(nóng)作物生長帶來威脅；水文方面鄱陽湖提前100天進(jìn)入枯水期，星子站最低水位多次刷新歷史記錄，多條江河湖泊及水庫出現(xiàn)斷流干涸、蓄水不足等情況。

(3)2022年江西省農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的時(shí)間比氣象干旱滯后1個(gè)月。Rsm指標(biāo)受降水影響程度較大，且不同壤深中20 cm的Rsm指標(biāo)與SPI-1指標(biāo)相關(guān)性最大，因此在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測及預(yù)警過程中，首要關(guān)注20 cm內(nèi)的土壤相對(duì)濕度的變化。

(4)在氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱均發(fā)展的階段，淺層土壤變旱的速度更快；在氣象干旱緩解、農(nóng)業(yè)干旱持續(xù)發(fā)展的階段，深層土壤變旱的速度更快；在氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱緩解的階段，淺層土壤恢復(fù)的速度更快。

(5)2022年江西省干旱程度在歷史上雖為罕見，但相比其他受災(zāi)嚴(yán)重的年份，大旱并未造成大災(zāi)，糧食生產(chǎn)仍然實(shí)現(xiàn)“十年豐”，這與江西省干旱防御體系逐步健全、水利工程抗旱能力逐步提升密切相關(guān)。