基于Z指數(shù)的壽陽縣干旱氣候特征分析

楊星星 任睿智 李丹 李武元

摘要 ? ?利用壽陽縣1961—2018年逐月降水資料，采用降水Z指數(shù)作為氣象干旱等級指標，分析該地區(qū)的干旱變化特征。結果表明，近58年來，壽陽縣年氣候呈干旱化趨勢，出現(xiàn)干旱16年，發(fā)生頻率為27.6%，1997—2010年期間干旱發(fā)生頻率最高，干旱程度最為嚴重;季節(jié)干旱中，春季有濕潤化趨勢可能，夏、秋、冬季呈不明顯干旱化趨勢;四季干旱發(fā)生頻率方面，春季為32.8%、夏季為27.6%、秋季為37.9%、冬季為31.0%。春季干旱主要發(fā)生在1971—1982年期間，夏季干旱在1965—1974年、1980—1986年、1997—2001年期間旱情最嚴重，秋季干旱在1994—2010年，冬季干旱在1981—2002年為多發(fā)階段。季節(jié)干旱，除冬季外，其他3季干旱都對當?shù)剞r(nóng)作物正常生長帶來極為不利的影響。

關鍵詞 ? ?Z指數(shù);農(nóng)業(yè)氣象;干旱特征;山西壽陽

中圖分類號 ? ?S162 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）20-0170-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?Using the monthly precipitation datas from 1961 to 2018 in Shouyang County and using the Z index of precipitation as an index of meteorological drought grades， the characteristics of drought changes in the area were analyzed. The results showed that the annual climate of Shouyang County had a aridification trend in the past 58 years， drought occurred in 16 years， with a frequency of 27.6%. The highest frequency of drought and the most severe drought appeared during 1997-2010. In seasonal droughts， there was a tendency for humidification in spring and no obvious drought trend in summer， autumn or winter. The seasonal drought frequency was 32.8% in spring， 27.6% in summer， 37.9% in autumn and 31.0% in winter. Spring drought mainly occurred during 1971-1982. Summer drought was the severest during 1965-1974， 1980-1986， and 1997-2001. Autumn drought occurred more frequently during 1994-2010， and winter drought occurred more frequently during 1981-2002. Seasonal drought， with the exception of winter drought， the drought in other season had extremely adverse effects on the normal growth of local crops.

Keywords ? ?Z index; agrometeorology; drought characteristic; Shouyang Shanxi

干旱是影響農(nóng)業(yè)最為嚴重的自然災害之一。隨著全球氣候變暖，中國干旱發(fā)生的范圍不斷地擴大，1961—2010年中國干旱年均受災面積2 323萬km2，約占農(nóng)作物播種總面積的15.6%，特別是21世紀以后干旱成災率達56%左右，反映出中國農(nóng)業(yè)干旱化趨勢嚴重[1]。近年來，不少學者對中國各區(qū)域干旱特征進行了很多研究。祁海霞等[2]對1951—2007年中國干旱發(fā)生頻率的年代際變化特征及趨勢分析認為，20世紀80年代至今是華北區(qū)域、黃河流域中游地區(qū)干旱高發(fā)區(qū);榮艷淑等[3]指出，在全球氣候變暖背景下，華北地區(qū)20世紀80年代和90年代約1/2的年份出現(xiàn)干旱，90年代華北的干旱頻率比80年代更高;王毅榮[4]研究指出，中國黃土高原1961—2000年干旱趨于加重，1973年、1989年為Petitt變點，1973年之前旱年相對較少，1989年之后干旱年份明顯增多、干旱加重;王 ?濤等[5]指出，山西省1961—2005年干旱趨勢呈增多趨勢，且旱年造成的影響大于澇年;郭 ?偉等[6]認為，山西1972—2012年春季和夏季干旱強度均呈下降趨勢，夏季下降幅度較春季明顯;周晉紅等[7]認為，山西重旱年出現(xiàn)在20世紀60年代中期，而大旱和偏旱年大部分出現(xiàn)在20世紀80年代中期;梁進秋等[8]認為，山西省大同市1955—2009年秋季向濕潤化發(fā)展趨勢不明顯，春、夏、冬季干旱均有增強趨勢。目前，干旱問題已成為許多國內(nèi)學者研究的重點，但是很多研究都是針對大區(qū)域范圍內(nèi)的，而關于縣級區(qū)域干旱特征研究得不多。壽陽縣地處山西省晉中市東北部，是典型的北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。玉米是壽陽縣的主要糧食種植作物，干旱缺水是制約當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定與發(fā)展的主要氣象災害，發(fā)生頻率高且造成的損失也非常嚴重。為了主動適應氣候變化，更好地為當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)氣象服務，筆者對壽陽縣1961—2018年干旱變化特征和規(guī)律進行了研究。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?資料來源

選用壽陽縣氣象觀測站1961—2018年逐年月降水量資料，季節(jié)劃分以3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月至翌年2月為冬季。

1.2 ? ?研究方法

1.2.1 ? ?Z指數(shù)計算。Z指數(shù)計算是某一時段的降水量一般并不服從正態(tài)分布，現(xiàn)假設其服從Person-Ⅲ型分布，通過對降水量序列進行正態(tài)化處理，將概率密度函數(shù)Person-Ⅲ型分布轉換為以Z為變量的標準正態(tài)分布[9]。具體計算公式為：

1.2.2 ? ?旱澇等級劃分。根據(jù)Z指數(shù)的正態(tài)分布曲線，將旱澇強度劃分為7個不同等級并確定相應的Z指數(shù)界限值。Z值旱澇等級劃分見表1。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?年際干旱特征分析

依據(jù)1961―2018年壽陽縣年降水資料，計算得出58年來降水Z指數(shù)序列。從圖1可知，Z指數(shù)呈下降趨勢，下降速率為0.05/10 a，說明年氣候向干旱化趨勢發(fā)展，1997—2010期間年干旱發(fā)生頻率最高，14年中發(fā)生干旱7年，幾乎每隔2年就發(fā)生一次干旱。58年中，壽陽縣發(fā)生干旱16年，干旱發(fā)生頻率27.6%，即平均3.6年遇一次干旱，其中發(fā)生偏旱年份有1980年、1984年、1989年等8年，大旱年份有1965年、1968年、1974年、2000年、2001年共5年，重旱年份有3年，分別為1972年、1986年、1997年，具體情況見表2。

2.2 ? ?季節(jié)干旱特征分析

2.2.1 ? ?春季。從圖2（a）可以看出，1961—2018年壽陽縣春季Z指數(shù)呈上升趨勢，上升速率0.05/10 a，說明春季未來向濕潤化趨勢發(fā)展。1971—1982年為春季干旱主要發(fā)生階段，12年中發(fā)生干旱8年，其中1971—1974年為4年連旱，1981—1982年為2年連旱，2000—2005年期間也是春季干旱多發(fā)階段，6年集中發(fā)生了4年干旱，且為兩段連旱，分別是2000—2001年、2004—2005年，其余時間除1961—1962年出現(xiàn)了連旱外，發(fā)生干旱的年份較少，說明春季干旱具有明顯階段性和連續(xù)性。由表3可知，58年中，春季發(fā)生干旱19年，干旱發(fā)生頻率為32.8%，3年遇一次春旱。其中，偏旱發(fā)生年份最多，有12年，占干旱年份的63.2%;大旱和重旱分別發(fā)生了4年和3年，1962年、1972年、2000年為春季3個重旱年份。

2.2.2 ? ?夏季。從圖2（b）可以看出，1961—2018年壽陽縣夏季Z指數(shù)呈下降趨勢，下降速率為0.02/10 a，說明夏季向干旱化趨勢發(fā)展。夏季干旱發(fā)生時間比較分散，主要出現(xiàn)在4個階段，分別為1965—1974年、1980—1986年、1997—2001年和2008—2015年期間均出現(xiàn)了4年干旱，尤其是前3段干旱程度最為嚴重，都以大旱或重旱年份出現(xiàn)，其中1984—1986年、2000—2001年、2014—2015年都是連年大旱。由表3可知，58年中，夏季發(fā)生干旱16年，干旱發(fā)生頻率為27.6%，3.6年遇一次夏旱。其中，偏旱5年;大旱發(fā)生年份最多，為8年，占干旱年份的50.0%;重旱3年，分別為1965年、1972年、1997年。說明夏季雖然是降水集中季節(jié)，但是大旱或重旱出現(xiàn)的年份頻率非常高。

2.2.3 ? ?秋季。從圖2（c）可以看出，1961—2018年壽陽縣秋季Z指數(shù)呈下降趨勢，下降速率為0.03/10 a，說明秋季也向干旱化趨勢發(fā)展。秋季干旱階段性和持續(xù)性也比較明顯，1965—1998年期間幾乎是每隔4～5年就發(fā)生一次干旱或2～3年連旱，如1965—1966年、1972年、1974年、1979—1981年和1986—1988年。1994—2010年是秋旱主要發(fā)生階段，15年中發(fā)生干旱9年，其中1996—1999年為4年連旱，之后基本每隔1年就發(fā)生一次干旱，直至2011年以來，秋季干旱明顯減少，僅在2018年出現(xiàn)了一次干旱。由表3可知，58年中，秋季發(fā)生干旱22年，干旱發(fā)生頻率為37.9%，2.6年遇1次干旱。其中，偏旱發(fā)生年份最多，為14年，占干旱年份的63.6%;大旱發(fā)生7年;重旱只有1年，出現(xiàn)在1998年。

2.2.4 ? ?冬季。從圖2（d）可以看出，1961—2018年壽陽縣冬季Z指數(shù)也呈下降趨勢，下降速率僅為0.01/10 a，說明冬季向干旱化趨勢發(fā)展，但不明顯。1981—2002年是冬季干旱主要發(fā)生階段，22年中發(fā)生干旱11年，基本是每隔1年就發(fā)生1次干旱，當中1983—1984年、1996—1997年為連續(xù)2年干旱。由表3可知，58年中，冬季發(fā)生干旱18年，干旱發(fā)生頻率31.0%，3.2年遇一次干旱。其中，偏旱發(fā)生最高，為10年;大旱7年;重旱只有1年，發(fā)生在1999年。

在分析各個季節(jié)旱情中，有的年份跨季節(jié)干旱時有發(fā)生。經(jīng)統(tǒng)計，2季以上連旱發(fā)生頻率25.9%，其中3個季節(jié)連旱4年，分別為1968年冬春夏連旱，1972年、1974年、2001年為春夏秋連旱;2個季節(jié)連旱11年，其中1961年、1971年、1981年為冬春連旱，1965年、1980年、1986年、1997年、2008年、2010年均為夏秋連旱，2000年和2014年為春夏連旱。

2.3 ? ?干旱對壽陽縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及其對策

壽陽縣是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全部“靠天吃飯”，玉米是主要種植農(nóng)作物，降水量及其分布直接關系到農(nóng)作物是否正常生長及糧食產(chǎn)量的高低。經(jīng)上述研究，近58年中，只有13年在各個季節(jié)無旱災，剩余年份都在不同季節(jié)出現(xiàn)了干旱。在季節(jié)干旱中，春旱主要影響玉米適時播種出苗，尤其是4月上中旬期間發(fā)生干旱，后期又無降水來補充，會影響農(nóng)作物正常播種，造成糧食減產(chǎn)。壽陽縣1962年春季大旱，到6月底受旱面積達2萬hm2 [10]。夏旱主要影響時段在6月下旬至8月中旬期間，此時玉米處于拔節(jié)—抽穗—乳熟期，干旱少雨，會出現(xiàn)“卡脖旱”，若出現(xiàn)重旱減產(chǎn)最嚴重[11-12]。秋旱主要影響玉米后期灌漿和籽粒飽滿，最后造成減產(chǎn)。如果出現(xiàn)跨季節(jié)連旱，尤其是農(nóng)作物生長季節(jié)，則會造成致命的打擊?！稌x中氣象志》[13]記載1986年壽陽縣春夏秋三季連旱，降水僅為286.5 mm，較常年減少40.2%，造成5.3萬hm2大秋作物普遍受旱，旱災較重的達3.9萬hm2，坡地玉米全部枯死，98個村、1.6萬人、1 700頭大牲畜飲水困難。

壽陽縣是以大秋作物為主的農(nóng)業(yè)區(qū)，又是以干旱為主要特征的氣候區(qū)，因而應對干旱氣候變化應采取相應的抗旱措施，從而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展起到推動作用。旱作農(nóng)業(yè)的核心是要千方百計保蓄土壤水分。近年來，大力推行地膜覆蓋和生物覆蓋栽培技術，不僅保墑作用顯著，增溫作用也很明顯。另外，實施秋田深耕、增施有機肥、培肥地力、以肥調(diào)水等措施可提高有限降水的利用率，次年春季耙耱保墑、淺犁保墑、鎮(zhèn)壓提墑也是保蓄土壤水分的有效途徑。在嚴重干旱的情況下，抓住有利的天氣條件實施人工增雨作業(yè)，是緩解干旱的最有效、最經(jīng)濟的措施。

3 ? ?結論與討論

壽陽縣1961—2018年降水Z指數(shù)以0.05/10 a的速率下降，年氣候向干旱化趨勢發(fā)展，58年中出現(xiàn)了16年干旱，發(fā)生頻率27.6%，平均3.6年遇一次干旱，1997—2010年期間為年干旱主要發(fā)生時期。

在壽陽縣1961—2018年四季干旱中，春季降水Z指數(shù)以0.05/10 a速率上升，未來向濕潤化趨勢發(fā)展，夏、秋、冬3季則分別以0.02、0.03、0.01/10 a速率下降，向干旱化趨勢發(fā)展，但不明顯。58年中，秋季干旱發(fā)生頻率最高，其次是春季，冬季低于春季，夏季最低。春旱主要發(fā)生在1971—1982年期間，夏旱在1965—1974年、1980—1986年、1997—2001年期間最嚴重，秋旱和冬旱主要發(fā)生階段分別為1994—2010年和1981—2002年。

研究表明，壽陽縣春季向濕潤化趨勢發(fā)展，對春播非常有利，夏秋冬季干旱趨勢還會進一步發(fā)展。因此，發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，在依靠天然降水的同時，必須采取相應的節(jié)水措施，如地膜覆蓋、培肥地力、集雨灌溉、深翻改土等方法，提高降水的有效利用率;同時要有計劃地培育和選用抗旱品種，積極開展人工增雨作業(yè)，使干旱氣候條件得以改善，最大程度地減輕旱災對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。

依據(jù)降水Z指數(shù)劃分干旱等級，主要考慮了降水因子，在一定程度上反映了氣象干旱的特征，而對農(nóng)業(yè)形成干旱，還受到氣溫、蒸發(fā)、土壤濕度等氣象因子以及自然條件和人類活動的影響，這些還有待于今后進一步的深入研究。

4 ? ?參考文獻

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