近30年廊坊市冬小麥干旱時空分布規律

馬春平 楊帥 白千川 趙博宇

摘要：根據1990—2017年3月上旬至6月上旬廊坊市9個縣（區）冬小麥產區的逐旬降水資料，以降水距平（Pa）為干旱指標，從時間、空間尺度分析近30年廊坊市冬小麥干旱時空分布特征。研究結果如下：（1）年代發生趨勢：廊坊地區冬小麥干旱多發于20世紀90年代，其中1996年發生次數最多;干旱的總體發生次數呈下降趨勢;（2）旬變化特征：從3月上旬至6月上旬干旱的總體發生次數呈明顯下降趨勢;（3）空間分布：干旱發生概率整體呈現南部偏高，中北部偏低;西部低、東部高的空間分布特征。

關鍵詞：廊坊市;冬小麥;干旱;時空分布

中圖分類號： S423文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）08-0252-08

收稿日期：2019-04-03

基金項目：河北省廊坊市氣象局自立項目（編號：201712）。

作者簡介：馬春平（1982—），女，河北南宮人，高級工程師，主要從事農業氣象服務研究。E-mail：951295863@qq.com。

農業是露天生產為主的高風險性產業，我國又是世界上易災、多災與災情嚴重的國家。干旱是我國最常見的自然災害之一，具有發生頻率高、持續時間長和影響范圍廣的特點。在農業氣象災害中，旱災是影響我國糧食生產最嚴重的自然災害，頻發率占53%[1]。冬小麥是廊坊重要的糧食作物，每年干旱災害都會給冬小麥生長帶來不同程度的影響。特別是21世紀以來，廊坊氣候特點為氣溫升高、降水減少，70%以上的降水主要集中在7—9月份，冬小麥生育期內自然降水不能滿足其生長需要，對冬小麥產量造成了明顯影響，例如，2000、2001年冬小麥因旱減產10%～30%。

國內外在干旱的監測、指標、預測、影響和減輕防御等方面做了大量的研究[2-7]。20世紀90年代以來，我國開展了干旱短期氣候預測預警，其中西北、華北地區的干旱預警預測取得了明顯的進展與效果，但是主要針對氣象干旱。21世紀以來，氣象干旱指標在干旱監測預測方面的研究和應用都得到快速發展[8-11]。本研究依據20世紀90年代以來的農業氣象觀測資料，探討廊坊市冬小麥干旱發生規律及其變化趨勢，旨在為農業生產適應氣候變化、確保小麥安全生產提供科學依據。研究結果對于現代農業生產防災減災、趨利避害具有現實意義。

1?研究區概況

廊坊市位于河北省中部偏東部，地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性季風氣候，全市年平均日照時數在2 660 h左右，光熱條件可滿足冬小麥生長需求;年平均降水量為554.9 mm，降水季節分布不均，6—8月份降水量一般可達全年總降水量的70%～80%。冬小麥生育期在10月至翌年6月上旬，自然降水一般不能滿足其生長需要。

2?材料與方法

2.1?資料來源

研究所用資料來自于廊坊市氣象局各地面氣象觀測站、《中國氣象災害大典（河北卷）》以及霸州市、三河市農業氣象觀測站資料。

2.2?研究方法

2.2.1?降水量距平（Pa）?反映的是某時段內的降水量相較常年偏多或偏少的程度，即某時段內的降水同平均狀態的偏離程度。它可以反映降水少引起的干旱（表1）。

降水量距平指數的計算公式為：

Pa=p-PP;

P=1n∑ni=1Pi。

式中：Pi為某時段降水量;P為計算某時段同期氣候平均降水量，n為研究的年數，i=1，2，3，…，n。

3?結果與分析

3.1?干旱的空間分布特征

統計各站3月上旬至6月上旬各等級干旱發生次數，分析空間分布特征（圖1）。

由圖1-a可知，1990—2017年近30年冬小麥主要生長季中，固安縣發生干旱次數最少，為69次;其次為三河市、香河縣、廊坊市區、永清縣、大廠回族自治縣，發生次數為 108～110次;霸州市、大城縣、文安縣發生次數較多，為112～119次;總干旱發生次數整體呈現南部偏高、中北部偏低，西部低、東部高的空間分布特征。

由圖1-b可以看出，輕旱、特重旱的空間分布特征基本一致，整體表現為南北兩頭偏高，中部偏低。其中固安縣發生輕旱次數最少，為17次;文安縣發生輕旱次數最多，為37次。香河縣特重旱發生次數最少，為20次;大城縣特重旱發生次數最多，為38次。

中旱的空間分布整體呈現西部低，南部高的特征。固安縣發生中旱次數最少，為16次;大城縣發生次數最多，為36次;其他地區發生次數為17～28次。

重旱空間分布呈現西部低、東部高，南北兩頭偏低、中部偏高的特征，與輕、特重旱分布規律大致相反。其中固安縣發生重旱次數最少，為14次;大城、三河、文安、大廠、霸州發生次數較少，范圍為17～29次;香河、永清、廊坊發生次數較多。

由圖1-c可以看出，各等級干旱輕旱發生的次數最多，為278次，出現概率為29%;其次是特重旱為242次，出現概率為25%;中、重旱的發生的次數最少，為214～224次，出現概率為22%～23%。

3.2?干旱的旬變化特征

空間分布反映了30年間每年3月上旬至6月上旬10個旬出現干旱次數的特征，為了揭示各旬干旱變化特征，統計了1991—2017年各旬各等級干旱出現次數（圖2）。

由圖2-a可知，3月上旬至6月上旬，干旱總次數整體呈先升后降趨勢，其中3月上旬至3月下旬干旱出現最多，范圍為124～137次。4月上旬至4月下旬干旱出現次數較多，為94～102次;5旬上旬至6月上旬出現次數最少，為57～82次。

由圖2-b可以看出，輕旱主要發生在4月份的各旬和5月下旬，出現概率均在11.5%以上，其他各旬出現概率較低，均在9.4%以下;中旱主要發生在3月中旬和4月上旬至5月上旬，出現概率均在10.7%以上，其他各旬出現概率較低，均在7.9%以下;重旱主要發生在3月份的各旬和5月上中旬，出現概率均在10.7%以上，其他各旬出現概率較低，均在9.4%以下;特重旱集中發生在3月份的各旬，出現概率占到74.8%;其次為4月上旬，出現概率占到10.3%;4月中旬至6月上旬發生次數較少，出現概率在0.4%～3.7%。

3.3?干旱的年代變化特征

統計逐年3月上旬至6月上旬各站各等級干旱出現次數，從干旱總次數逐年變化曲線（圖3-a）可以看出，1990年發生次數最少，僅1次;1996年發生次數最多，為80次。20世紀90年代，干旱發生次數 較多，占總次數的41.3%，從年代發生趨勢看，干旱的總體發生次數呈下降趨勢。

從輕旱次數逐年變化曲線（圖3-b）可以看出，2015年未出現輕旱，1990、1991、2014、2004年發生次數較少，均不到5次，1992、2003年發生次數最多，為22～23次。從年代發生趨勢看，輕旱的總體發生次數呈下降趨勢。

從中旱次數逐年變化曲線（圖3-c）可以看出，1990、2008—2010、2015年均未出現輕旱，1991、1997、1998、2000、2002—2005、2016、2017年發生次數較少，為2～7次，出現概率不足3%，1996、2006年發生次數最多，為23次。從年代發生趨勢看，中旱年際間變化較大，總體發生次數呈下降趨勢。

從重旱次數逐年變化曲線（圖3-d）可以看出，1990、1991、2003、2009、2010、2015年均未出現重旱，1999、2008、2011年發生次數較少，為2次，出現概率不足1%，1996、2006年發生次數最多，為24～28次。從年代發生趨勢看，重旱年際間變化較大，下降趨勢較小。

從特重旱次數逐年變化曲線圖（圖3-e）可以看出，1990、1991、1998、2003、2009、2010年均未出現特重旱，1999、2007年發生次數較少，為2～3次，出現概率約1%，1996、2016年發生次數最多，為 21～22次，出現概率約9%。從年代發生趨勢看，20世紀90年代特重旱發生次數較多，21世紀初發生次數較少，最近幾年，隨著極端天氣增多，特重旱發生次數又開始增加。

3.4?與土壤相對濕度分析對比

土壤相對濕度（R）是表征土壤干旱的指標，能直接反映作物可利用水分的狀況。該指標的優點是，基于田間實測，客觀反映農業旱情。麥田耗水以1 m深內的土層為主，其中，耕層0～20 cm是主要的供水層，土壤水分含量變幅也最大，本研究中土壤相對濕度指數為逢8取土的10、20 cm土層土壤相對濕度的平均值，以百分數表示。

本研究中采用霸州市、三河市農業氣象觀測站資料，觀測地塊為有灌溉條件的麥田。

由于越冬期不進行土壤墑情觀測，并且有的站點土壤墑情資料不完整，經整理得到三河、霸州氣象站1990—2017年旬樣本資料，按照土壤相對濕度（R）的干旱等級劃分標準（表2）進行統計分析檢驗，得出冬小麥主要生長季（3月上旬至6月上旬）干旱時空變化規律。

3.4.1?各等級干旱的空間分布特征對比

三河、霸州氣象站在1990—2017年560個旬樣本資料中，三河市發生干旱的次數較多，為69次;霸州市出現次數較少，為32次。這一規律跟降水距平分析得到的干旱總次數空間分布特征一致。

3.4.2?各等級干旱的旬變化特征對比

由圖4-a可以看出，6月上旬干旱出現次數最多，4月下旬至5月下旬次之;3月上旬至4月中旬較少。由圖4-b、圖4-c可以看出，旱情主要發生在4月下旬至6月上旬，其中，重旱及以上旱情主要發生在6月上旬，出現概率最高為38.5%;3月上旬至4月中旬未出現重旱以上旱情，旱情以輕旱、中旱為主。這一規律跟降水距平分析得到的干旱的旬變化特征幾乎相反，分析主要原因為三河、霸州2個氣象站觀測點均為灌溉條件便利的地段，田間管理措施得當，3月上旬至4月中旬麥田澆返青水，及時補充土壤水分，未出現重旱以上旱情;4月下旬至5月下旬，隨著氣溫升高，土壤表層蒸發量增加，出現干旱的概率增加;6月上旬冬小麥進入成熟期，為防止倒伏和貪青晚熟降低產量，不適合澆水，而此時氣溫高，蒸發量大，重旱及以上旱情出現概率大大增加。

3.4.3?干旱的年代變化特征對比

從干旱次數年際變化來看，各等級干旱總次數呈增加趨勢（圖5-a）;1991—2000年26次，2001—2010年37次，2011—2017年36次，干旱頻發期位于21世紀，20世紀90年代干旱發生次數相對較少。其中2002、2016年發生的次數最多，為10次;從輕、中旱次數逐年變化曲線圖（圖5-b）可以看出，2002、2015年發生的次數最多，為9～10次;由圖5-c可知，重、特重干旱只出現在1996、1997、2001、2016、2017年份，其中2016、2017年發生的次數較多，為4～5次，出現概率為30.8%～38.5%，其他年份均出現1次。因此1990—2017年中干旱程度較重和范圍較廣的年份為2002、2015、2016、2017年。

從各等級干旱出現的次數來看，輕旱出現次數最多，占干旱總次數的50%以上（圖5-d），其次為中旱，大部分年份占總干旱次數的30%以上，重、特重干旱出現次數最少，占總干旱次數的12%。這一規律跟降水距平分析得到的干旱年代變化特征對比發現，干旱程度較重和范圍較廣的年份為1996、2002、2016年。輕旱最嚴重的年份是2002年;中旱、重旱最嚴重的年份是1996年;特重旱最嚴重的年份是1996、2016年。有灌溉條件的麥田，發生重旱及以上干旱的概率大大降低。

4?結論與討論

廊坊地區冬小麥干旱年代發生趨勢：多發于20世紀90年代，其中1996年發生次數最多，干旱的總體發生次數呈下降趨勢;旬變化特征：從3月上旬至6月上旬干旱的總體發生次數呈明顯下降趨勢;空間分布特征：干旱發生概率整體呈現南部偏高、中北部偏低，西部低、東部高的空間分布特征。

本研究只采用降水距平作為冬小麥干旱指標，優點是方法簡單明了、資料容易獲取、意義明確，但該指標僅考慮了單一的降水量因子，沒考慮蒸發、下墊層、灌溉及其他相關因素的影響。通過與土壤相對濕度作為冬小麥干旱指標分析結果對比，有灌溉條件的麥田，發生重旱及以上干旱的概率大大降低。