經(jīng)驗頻率法分析干旱空間分布特征

沈興鳳，李永戰(zhàn)，趙曉燕，王春杰

（1.秦皇島市水利勘測設(shè)計有限公司，河北 秦皇島 066000；2.秦皇島市水利勘測處，河北 秦皇島 066000；3.東港市鐵甲水庫管理處，河北 東港 118300）

近年，干旱災(zāi)害影響范圍已由農(nóng)業(yè)為主擴(kuò)展到工業(yè)、城市、生態(tài)等領(lǐng)域，工農(nóng)業(yè)爭水、城鄉(xiāng)爭水和國民經(jīng)濟(jì)擠占生態(tài)用水現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。部分省市還經(jīng)常出現(xiàn)兩季及以上的連旱，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成重大的損失和影響。面臨如此嚴(yán)峻的干旱情勢，開展抗旱規(guī)劃工作就顯得十分迫切和必要。而歷史干旱規(guī)律分析是開展抗旱規(guī)劃、評價現(xiàn)狀抗旱能力及合理進(jìn)行抗旱應(yīng)急水源規(guī)劃的前提。歷史干旱規(guī)律分析包括干旱時間分布特征分析和空間分布特征分析。下面以秦皇島市為例，詳細(xì)說明歷史干旱規(guī)律的空間分布特征分析過程。為簡化分析過程，以旱糧食損失率來近似代替旱災(zāi)損失率，以農(nóng)業(yè)旱災(zāi)等級劃分來反映旱災(zāi)嚴(yán)重程度。

1 基本情況

秦皇島市地處河北省東北部，北依燕山，南瀕渤海，地形趨勢北高南低，呈階梯狀分布。該市屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，受地形、季風(fēng)影響，降水量時空分布不勻，年際變化大，干旱持續(xù)時間長，東部市區(qū)易旱、等級高，發(fā)生頻率高，且干旱危害程度大。

近年，秦皇島市干旱呈連季旱發(fā)生頻次增大、影響范圍逐漸加大、損失愈發(fā)嚴(yán)重等趨勢。

2 資料與方法

2.1 資料

本文所用資料為秦皇島市各行政分區(qū)（市區(qū)、撫寧縣、昌黎縣、盧龍縣、青龍縣）1990～2007年糧食產(chǎn)量與因旱糧食減產(chǎn)量統(tǒng)計序列。

2.2 因旱糧食損失率計算

因旱糧食損失率（Li）是指發(fā)生的旱災(zāi)對糧食減產(chǎn)影響量占正常年份糧食產(chǎn)量的比例，可定量反映當(dāng)年的干旱程度。其計算公式如下：

其中，正常年份糧食產(chǎn)量為前3a糧食產(chǎn)量的平均值。

根據(jù)（1）式計算出的因旱糧食損失率（Li），查詢“農(nóng)業(yè)旱災(zāi)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)”（見表1），確定出當(dāng)年的旱災(zāi)等級，從而得出歷年旱災(zāi)等級序列。

表1 農(nóng)業(yè)旱災(zāi)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.3 旱災(zāi)損失率經(jīng)驗頻率計算

將得出的15a因旱糧食損失率從大到小排列，根據(jù)（2）式計算旱災(zāi)損失率經(jīng)驗頻率。

式中 Pi為旱災(zāi)損失率經(jīng)驗頻率（%）；i為年號；n為統(tǒng)計年數(shù)；m為按由大到小順序排列的序號第m項。

2.4 因旱糧食損失率與旱災(zāi)等級統(tǒng)計分析

通過計算，1993～2007年15a中，2000年因旱糧食損失率最大，為25.5%，該年旱災(zāi)等級為嚴(yán)重旱災(zāi)；1999年次之，因旱糧食損失率為14.8%，中度旱災(zāi)；1995年和1998年因旱糧食損失率最小，均為0.6%，無旱。15a中發(fā)生嚴(yán)重干旱1a，中度干旱6a，輕度干旱2a，無旱6a，沒有發(fā)生特大干旱。

2.5 干旱發(fā)生頻率

秦皇島市旱災(zāi)損失率由圖1可知：秦皇島市特大旱災(zāi)（Li＝30%）的累積經(jīng)驗頻率為3%，嚴(yán)重旱災(zāi)（Li＝15%）的累積經(jīng)驗頻率為18%，中度旱災(zāi)（Li＝8%）的累積經(jīng)驗頻率為38%，輕度旱災(zāi)（Li＝3%）的累積經(jīng)驗頻率為66%。

通過計算，秦皇島市特大旱災(zāi)發(fā)生頻率為3%，嚴(yán)重旱災(zāi)發(fā)生頻率為15%，中度旱災(zāi)發(fā)生頻率為20%，輕度旱災(zāi)發(fā)生頻率為28%。發(fā)生頻率最大的即為秦皇島市易發(fā)旱災(zāi)等級，所以秦皇島市易發(fā)旱災(zāi)等級為輕度旱災(zāi)，發(fā)生頻率為28%。

綜合上述分析得出：

（1）秦皇島市區(qū)特大旱災(zāi)發(fā)生頻率為13%，嚴(yán)重旱災(zāi)發(fā)生頻率為28%，中度旱災(zāi)（易發(fā)旱災(zāi)）發(fā)生頻率為32%，輕度旱災(zāi)發(fā)生頻率為24%。

（2）撫寧縣特大旱災(zāi)發(fā)生頻率為3%，嚴(yán)重旱災(zāi)發(fā)生頻率為13%，中度旱災(zāi)（易發(fā)旱災(zāi)）發(fā)生頻率為19%，輕度旱災(zāi)發(fā)生頻率為17%。

（3）昌黎縣特大旱災(zāi)發(fā)生頻率為0%，嚴(yán)重旱災(zāi)發(fā)生頻率為3%，中度旱災(zāi)發(fā)生頻率為13%，輕度旱災(zāi)（易發(fā)旱災(zāi)）發(fā)生頻率為22%。

（4）盧龍縣特大旱災(zāi)發(fā)生頻率為4%，嚴(yán)重旱災(zāi)發(fā)生頻率為15%，中度旱災(zāi)（易發(fā)旱災(zāi)）發(fā)生頻率為21%，輕度旱災(zāi)發(fā)生頻率為17%。

（5）青龍縣特大旱災(zāi)發(fā)生頻率為0%，嚴(yán)重旱災(zāi)發(fā)生頻率為5%，中度旱災(zāi)發(fā)生頻率為17%，輕度旱災(zāi)（易發(fā)旱災(zāi)）發(fā)生頻率為23%。

3 秦皇島市干旱空間分布特征分析

根據(jù)秦皇島市各縣區(qū)易發(fā)旱災(zāi)及發(fā)生頻率情況，繪制出秦皇島市旱災(zāi)易發(fā)地區(qū)分布圖，見圖2。秦皇島市歷史干旱規(guī)律在空間分布上的特征：①易發(fā)中度旱災(zāi)縣區(qū)3個，其中頻率大于30%有1個，頻率小于30%有2個；易發(fā)輕度旱災(zāi)縣區(qū)有2個；②易發(fā)旱災(zāi)等級東部較為嚴(yán)重，西部較輕；中部較為嚴(yán)重，南北較輕。秦皇島市易發(fā)旱災(zāi)等級沒有特大旱災(zāi)、嚴(yán)重旱災(zāi)，沒有無旱縣區(qū)。

4 結(jié)語

經(jīng)驗頻率法分析歷史干旱規(guī)律的空間特征分析，只需各地區(qū)的各年糧食產(chǎn)量和因旱糧食減產(chǎn)量的統(tǒng)計資料，就可對各地區(qū)的干旱空間特征進(jìn)行分析，再結(jié)合其干旱時間特征、工程與非工程措施綜合評價各地區(qū)的抗旱能力，按照抗旱能力強(qiáng)弱因地制宜的規(guī)劃抗旱應(yīng)急水源，配置抗旱設(shè)施，緩解嚴(yán)峻的干旱情勢，提高抗旱減災(zāi)能力。

［1］李樹巖，劉榮花，師麗魁，等.基于CI指數(shù)的河南省近40a干旱特征分析［J］.干旱氣象，2009，27（2）：97－102.

［2］盧麗萍，程叢蘭，劉偉東，等.30年來我國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及其空間分布特征［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2009，18（4）：1573－1578.