遼寧北部區域1965～2015年干旱時空變化特征分析

關明皓

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110043）

遼寧北部區域1965～2015年干旱時空變化特征分析

關明皓

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110043）

基于PDSI氣象干旱指數，以遼寧北部區域為研究區，結合區域內6個氣象站點1965～2015年共51年氣象數據，對區域干旱時空分布特征進行分析。研究結果表明：區域各站點從1965～2015年發生干旱的頻率在31.58%～46.14%之間，發生特旱年份較少；區域在秋季發生干旱次數多于其他季節，易發生秋旱；區域從20世紀80年代到21世紀10年代，其干旱空間分布受降水影響，分布較為不均勻，但發生特旱和嚴旱的區域逐年代際減少。研究成果對于分析區域干旱時空分布的特征提供方法參考。

PDSI氣象干旱指數；干旱頻次分析；季節干旱分析；干旱空間特征

區域干旱時空分布特征的分析對于區域農業氣象干旱預警分析至關重要，許多學者對區域干旱特征進行評價分析，并取得一定研究成果［1-6］，但是不同的干旱指數在不同區域的適用條件不同，PDSI氣象干旱指數在東北和華北地區的干旱評價中得到應用［7-10］，成果表明該指標在東北和華北地區的干旱評價具有較好的適用性，但是PDSI氣象干旱指數在區域干旱時空分布特征評價中的應用還較少，特別是在遼寧地區干旱空間分布特征的研究還較少，為此本文引入PDSI氣象干旱指數，以遼寧北部為研究區域，基于該區域內6個氣象站點1965～2015年的氣象要素數據，對區域干旱時空分布特征進行定量評價和分析。

1 PDSI氣象干旱指數計算原理

PDSI氣象干旱指數為當前應用較為成熟的氣象干旱指數，該干旱指數從區域水量平衡的角度出發，綜合考慮區域的降水、蒸發、徑流以及土含等4個要素進行干旱評價分析，并考慮區域水量供需平衡之間的聯系，其首選計算區域正常適宜的降水量︵

P，其計算的主要方程為：

其中區域蒸發適宜量E︵T采用單層蒸發模型進行計算，雙層蒸發模型植被葉面截留水量和植被根系的蒸騰計算方程為：

雙層蒸發模型考慮植被蒸騰量計算外，還考慮了土壤蒸發計算，計算方程為：

式（2）～（4）中，Rnc表示為植被葉面受太陽輻射量；rc表示植被葉面氣孔總的阻抗，sm-1；ras為植被葉面與土壤之間的空間動力學的阻抗，sm-1；λ為大氣蒸發的潛熱常數，MJkg-1；ρ為大氣空氣密度常數，kgm-3；CP為大氣的比熱常數，1.013×10-3k Jkg-1℃-1；Wfr表示為植被葉面冠層截留水量，mm；D0表示植被冠層處大氣壓差值，kPa；表示為飽和的水氣壓差值，kPa；G表示為土壤熱交換通量，Wm-2；γ表示為空氣中濕度的常數值，Kpa℃-1；rs表示為土壤表層的空氣動力學阻抗，sm-1。

在計算區域適宜降水量P︵后，計算區域實際降水和區域適宜降水的差值，計算方程為：

此外，本文結合遼寧北部6個氣象站點的氣象要素數對PDSI氣象干旱指數進行了修正，修正后的方程為：

式（6）和（7）中，i表示為計算的時間尺度；xi表示為時間尺度i下的PDSI氣象干旱指數；zi表示為降水距平值；di則為計算的降水適宜量和實際降水之間的差值；K表示為設定權重參數值。對于計算的PDSI氣象干旱指數，采用表1的干旱等級對區域干旱情況進行劃分，劃分結果見表1。

表1 PDSI干旱指標等級劃分

2 干旱時空分布特征分析

2.1 區域概況

本文以遼寧北部為研究區域，該區域面積為1015km2，區域多年降水量為650mm，多年平均蒸發量為450mm，屬于干旱半干旱區域，區域農作物以玉米為主，區域內共有6個氣象站點，各氣象站點位置分布如圖1所示。結合區域6個氣象站點1965～2015年共51年的氣象數據，結合PDSI氣象干旱指數對區域干旱時空特征進行分析。

2.2 區域年過程PDSI氣象干旱指數時間變化特征分析

本文結合區域6個氣象站點1965～2015年氣象要素數據，采用PDSI氣象干旱指數計算了各站點1965～2015年PDSI指數的變化過程，計算結果見圖2。并結合表1中PDSI氣象干旱指數等級劃分結果，統計區域內6個氣象站點發生不同等級干旱的頻次。結果見表2。

圖1 研究區域氣象站點分布圖

表2 區域內各氣象站站點年干旱頻率統計

圖2為遼寧北部各氣象站點1965～2015年PDSI氣象干旱指數變化過程，從圖中可以看出，各氣象站點PDSI氣象指數年變化過程都不相同，其各個年份的PDSI變化幅度均較大，主要是因為PDSI氣象干旱指數受多種要素綜合影響，因此變化較大。表2為區域內統計的6個氣象站點不同等級干旱發生頻次的情況，從統計結果看，1#氣象站點發生干旱的年份多于其他幾個氣象站點，頻率為46.14%，主要是因為1#氣象站點主要位于研究區氣溫高，且降水偏少的區域，因此該氣息站點周圍區域發生干旱的年份較多，而5#氣象站點主要位于降水偏多，蒸發相對較小的區域，因此其發生干旱的年份相比于其他站點偏少，頻率為31.58%。

2.3 區域季節過程PDSI氣象干旱指數時間變化特征分析

在分析年尺度PDSI氣象干旱指數變化的基礎上，統計分析遼寧北部區域不同季節PDSI干旱指數變化的頻率，分析結果見表3。

圖2 各氣象站點1965～2015年PDSI氣象干旱指數變化過程

表3為區域內6個氣象站點不同季節干旱頻率分析，從表中可看出，區域在秋季發生干旱的頻率高于其他幾個季節，這和區域實際情況也較為吻合，研究區域較易出現秋旱的情況，而在春季和冬季發生干旱的頻率要低于其他季節，這主要是因為區域在春季和冬季降水雖然偏少，但是區域蒸發也相對較少，因此區域在這兩個季節干旱頻率較低。而在夏季，雖然區域降水主要集中在這個季節，但是區域在夏季蒸發量偏大，使得夏季出現干旱的次數偏多。

表3 區域內6個氣象站點在不同季節發生干旱的頻次（a）春季

2.4 區域PDSI氣象干旱指數空間變化特征分析

采用地理空間插值方法對區域氣象進行插值計算，并結合PDSI氣象干旱指數，分析區域不同年代PDSI氣象干旱指數的空間變化特征，分析結果見圖3。

圖3為研究區域各個年代計算的PDSI指數空間分布圖，從圖中可以看出，各個年代PDSI指數空間總體分布受降水、蒸發、徑流補給要素的綜合影響，分布較為不均勻，但從不同年代際PDSI干旱指數空間分布可以看出，從20世紀80年代到21世紀10年代PDIS指數在-2.85～4.0的區域（極

圖3 區域不同年代際PDSI干旱指數分布圖

端干旱的區域）和-2.85～-2.05（重度干旱）的區域逐個年代際減少，這主要還是區域近些年來加大水資源有效利用和合理配置相關措施力度加大有關，使得區域發生嚴重干旱的區域逐年減少。

3 結論

本文結合PDSI氣象干旱指數對遼寧北部區域干旱時空分布特征進行分析，分析得出以下結論：

（1）PDSI氣象干旱指數可結合降水、蒸發、徑流等多要素對區域干旱進行綜合定量分析，相比于其他單一氣象干旱指標，干旱分析結果更符合實際，適用于遼寧地區的干旱分析。

（2）遼寧北部區域較易發生秋季干旱，應在秋季加強干旱預警措施。

［1］董婷婷，于燕，黨如童.遼寧省旱情監測預警與評估系統設計與實現［J］.水利技術監督，2014（06）：43-46.

［2］關明皓.基于水文模型的土壤相對濕潤度干旱指數構建及運用研究［J］.水利規劃與設計，2016（01）：37-38+42.

［3］周游.不同干旱指數在遼寧西部地區的對比及適用性分析［J］.水利規劃與設計，2016（01）：43-45.

［4］侯軍.呼倫湖濕地干旱評價及生態修復［D］.昆明理工大學，2015.

［5］楊康.河南省農田干旱評價系統設計與實現［D］.河南大學，2015.

［6］劉薇.山東省抗旱預案研究［D］.山東大學，2005.

［7］衛捷，陶詩言，張慶云.Palmer干旱指數在華北干旱分析中的應用［J］.地理學報，2003（S1）：91-99.

［8］張永，陳發虎，勾曉華，等.中國西北地區季節間干濕變化的時空分布——基于PDSI數據［J］.地理學報，2007（11）：1142-1152.

［9］蘇宏新，李廣起.基于SPEI的北京低頻干旱與氣候指數關系［J］.生態學報，2012（17）：5467-5475.

［10］閆桂霞，陸桂華，吳志勇，等.基于PDSI和SPI的綜合氣象干旱指數研究［J］.水利水電技術，2009（04）：10-13.

S166

A

1008-1305（2016）06-0100-04

2016-12-01

關明皓（1978年—），男，工程師。

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.032