漢中干旱時(shí)空分布特征分析

馬楚楚，張 帥，彭菊蓉，黎 穎

(1.漢中市氣象局，陜西漢中 723000;2.略陽縣氣象局，陜西漢中 724300)

干旱災(zāi)害是世界上危害最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一[1]，發(fā)生頻率高、影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長[2],它往往從局部輕災(zāi)逐步演變?yōu)榇蠓秶貫?zāi)。旱災(zāi)的頻繁發(fā)生和長期持續(xù)給我國的國民經(jīng)濟(jì)特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等帶來巨大損失[3]。因此通過有效的方法監(jiān)測評(píng)估干旱，對于減少干旱損失、保障人類生命財(cái)產(chǎn)安全顯得尤為重要[4]。蘇俊輝等[5]通過對漢中盆地近45 a的溫度特征分析，發(fā)現(xiàn)近45 a來漢中盆地年平均氣溫總體呈上升趨勢。與此同時(shí)，張小峰等[6]通過對漢中盆地氣候生產(chǎn)力的研究發(fā)現(xiàn)，降水是限制作物產(chǎn)量的主要因素[6]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化、專業(yè)化和區(qū)域化，農(nóng)業(yè)投入的增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)隨之增大，且變得更為集中，災(zāi)害的破壞力及其所造成的經(jīng)濟(jì)損失也愈來愈大[7]。漢中市處于陜西省南部，北依秦嶺，南靠巴山，中部為盆地、丘陵和淺山區(qū)，屬于北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨熱同季，四季分明，春秋略短，冬夏稍長。由于地處漢江、嘉陵江上游區(qū)域，水資源主要來源于降水，而降水量多少和時(shí)空分布，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)。多年氣象災(zāi)害統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，旱災(zāi)是漢中氣象災(zāi)害中除暴雨之外第二多的氣象災(zāi)害，受災(zāi)面積大，影響范圍廣,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害嚴(yán)重。而且隨著近年全球氣溫升高，氣候惡化，干旱有逐年加劇趨勢[8]。干旱是漢中主要的氣象災(zāi)害之一，研究其災(zāi)害特征，有利于充分利用自然降水資源，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一定參考，同時(shí)也為氣候區(qū)劃分提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來源

選取漢中地區(qū) 11個(gè)縣區(qū)氣象觀測站點(diǎn)1971—2015年逐日降水量觀測資料，逐年分別統(tǒng)計(jì)各季節(jié)(春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—次年2月))降水?dāng)?shù)據(jù)和年降水?dāng)?shù)據(jù)，得到降水季節(jié)序列和年序列數(shù)據(jù)。資料來源于CIMISS中國地面日值資料。

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 降水量距平百分率(Pa) 降水量距平百分率(Pa)反映某一時(shí)段降水量對于同期平均狀態(tài)的偏離程度，從而反映出降水量異常引起的干旱, 在我國氣象業(yè)務(wù)中經(jīng)常用于評(píng)估干旱事件。Pa計(jì)算公式為

(1)

根據(jù)《氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[9](見表1)，將干旱劃分為無旱、輕旱、中旱、重旱和特旱五個(gè)等級(jí)。利用公式(1)分別計(jì)算1971—2015年的逐季和逐年的降水距平百分率，再依據(jù)《氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》分別劃分干旱等級(jí)。

表1 降水量距平百分率干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 干旱評(píng)估指數(shù) 選取干旱頻率、干旱站次比、干旱強(qiáng)度3個(gè)干旱指數(shù)來評(píng)價(jià)漢中地區(qū)干旱時(shí)空變化特征。

(1)干旱頻率(Q) 指研究站點(diǎn)在某時(shí)段內(nèi)干旱發(fā)生的頻繁程度，算式為

Q=(x/N)×100%,

(2)

式中：N為某站有資料的總年(季)數(shù)，N=45；x為該站發(fā)生干旱的年(季)數(shù)。

(2)干旱站次比(H) 指研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生干旱的站點(diǎn)數(shù)與總站點(diǎn)數(shù)的比值，用于評(píng)價(jià)干旱的范圍，算式為

H=(m/M)×100%,

(3)

式中：M為研究地區(qū)總站點(diǎn)數(shù)，M=11；m為發(fā)生干旱的站點(diǎn)數(shù)。定義當(dāng)干旱站次比H=100%、100%>H≥70%、70%>H≥50%、H≥30%時(shí)分別對應(yīng)為全區(qū)性干旱、大范圍干旱、部分區(qū)域干旱，局部性干旱。

(3)干旱強(qiáng)度(I) 指研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生干旱站點(diǎn)干旱等級(jí)的平均值，用來評(píng)價(jià)干旱嚴(yán)重程度，算式為

(4)

式中:Ig為某站點(diǎn)的干旱等級(jí)，分別以1、2、3、4對應(yīng)輕旱、中旱、重早、特旱，g=1,2，…，m。

2 干旱特征分析

2.1 年尺度干旱時(shí)空特征

2.1.1 空間分布特征 計(jì)算漢中地區(qū)45 a來11個(gè)縣區(qū)氣象觀測站點(diǎn)的年干旱頻率，采用反距離權(quán)重插值方法進(jìn)行插值，生成空間柵格數(shù)據(jù)，得到1971—2015年漢中地區(qū)11站點(diǎn)年尺度干旱頻率分布(圖1)。漢中地區(qū)年尺度干旱頻率分布區(qū)間為17%～31%，11站平均干旱頻率為23%。空間分布上漢中東南大部地區(qū)干旱頻率低，在24%以下，留壩等靠近秦嶺山區(qū)的地區(qū)干旱頻率高，整體分布上呈現(xiàn)從東南部向西北部遞增的態(tài)勢。

圖1 1971—2015年漢中地區(qū)年尺度干旱頻率(%)分布

2.1.2 時(shí)間分布特征 圖2為漢中地區(qū)11個(gè)縣區(qū)氣象觀測站點(diǎn)干旱站次比與干旱強(qiáng)度年際變化。如圖所示，漢中地區(qū)45 a年來有31 a出現(xiàn)干旱，其中1986—2002年干旱站次比最高接近100%，2002—2015年干旱站次比明顯降低的趨勢，年際波動(dòng)明顯。從干旱站次比來看，共12 a干旱明顯，其中3 a發(fā)生局部性干旱，3 a發(fā)生部分區(qū)域干旱，4 a發(fā)生大范圍干旱，2 a發(fā)生全區(qū)域干旱。干旱強(qiáng)度分布在0～2之間，平均干旱強(qiáng)度為0.8，有10 a干旱強(qiáng)度大于1，說明漢中地區(qū)出現(xiàn)的干旱大多數(shù)為輕旱。從圖中還可以看到，從1996年開始干旱強(qiáng)度有由弱增強(qiáng)的趨勢，而干旱站次比有明顯降低趨勢，說明漢中地區(qū)干旱形勢朝著小區(qū)域性中旱發(fā)展。

圖2 1971—2015年漢中干旱站次比與干旱強(qiáng)度年際變化

2.2 季尺度干旱時(shí)空特征

2.2.1 空間分布特征 如圖3所示，春季干旱頻率分布區(qū)間為13%～24%，漢臺(tái)和南鄭干旱頻率最高為24%，留壩最低為13%，分布特征為中部地區(qū)干旱發(fā)生頻率最高，并從中部地區(qū)向北部山區(qū)和南部盆地逐步降低。夏旱的干旱頻率分布區(qū)間為18%～29%，留壩、漢臺(tái)和南鄭的干旱頻率最高為29%，分布特征為南北干旱頻率高，東西干旱頻率低，呈現(xiàn)出馬蹄形分布。秋旱的干旱頻率分布區(qū)間為27%～36%，鎮(zhèn)巴、洋縣和佛坪3站干旱頻率最高為36%， 分布特征為由略陽、 勉縣、 漢臺(tái)和西鄉(xiāng)一線向南北兩側(cè)逐漸升高。冬旱的干旱頻率分布區(qū)間為29%～49%，城固站干旱頻率最高為49%，略陽站干旱頻率最低為29%，分布特征為由東部向西部逐漸降低。

2.2.2 時(shí)間分布特征 如圖4所示，1971—2015年漢中春季和夏季干旱站次比有增加趨勢，秋季和冬季有減少趨勢，其中夏季干旱站次比增加趨勢最為明顯，其余三季變化趨勢較不明顯。四季普遍存在3～5 a震蕩周期，秋季周期變化最為明顯。春旱只有4 a干旱站次比在80%以上，其余年份干旱站次比普遍不足40%；絕大多數(shù)年份的干旱強(qiáng)度為1，只有3 a干旱強(qiáng)度大于1且不超過2。夏旱大部分干旱站次比在50%以上，其中1986—2002年為夏旱高發(fā)期，干旱強(qiáng)度基本為1。秋季站次比大多在60%以上，短期波動(dòng)明顯，干旱強(qiáng)度最大為1.8，共出現(xiàn)2次，其余年份干旱強(qiáng)度基本在1左右。冬季站次比基本集中在40%以上，60%以上占多數(shù)，全區(qū)性干旱出現(xiàn)3次，干旱強(qiáng)度最強(qiáng)達(dá)3.1，干旱強(qiáng)度集中在1.5左右。

3 結(jié)論和討論

(1)漢中地區(qū)年尺度干旱頻率東南部低，西北部高， 并從東南部向西北部遞增。季節(jié)尺度分布特征為：春季中部地區(qū)干旱發(fā)生頻率最高，并從中部地區(qū)向北部山區(qū)和南部盆地逐漸降低； 夏季南北干旱頻率高，東西干旱頻率低；秋季干旱頻率由中部地區(qū)向南北兩側(cè)逐漸升高；冬季干旱頻率由東部逐漸向西部降低。

圖3 1971—2015年漢中地區(qū)季尺度干旱頻率(%)分布

圖4 1971—2015年漢中干旱站次比和干旱強(qiáng)度季節(jié)變化

(2)漢中地區(qū)年尺度上，干旱強(qiáng)度從1996年開始有弱增強(qiáng)趨勢，而干旱站次比有明顯減少趨勢，漢中地區(qū)干旱形勢朝著小區(qū)域性中旱發(fā)展。季尺度上，春季和夏季干旱站次比有增加趨勢，且夏季增加趨勢較強(qiáng)，秋季和冬季有減少趨勢，春季和夏季干旱范圍逐漸擴(kuò)大，秋季和冬季干旱范圍逐漸減少；干旱強(qiáng)度上春季、夏季和秋季干旱強(qiáng)度基本在1左右，冬季干旱強(qiáng)度在2左右，最高達(dá)3.1，說明漢中地區(qū)春季、夏季和秋季發(fā)生的干旱基本為輕旱，冬季干旱多為中旱，有時(shí)能達(dá)到重旱。

(3)依據(jù)降水距平百分率作為劃分干旱等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，未考慮土壤實(shí)際的濕潤程度，具有一定局限性。同時(shí)從年尺度和季尺度上單元時(shí)跨較長，未能較好地反映出關(guān)鍵農(nóng)事時(shí)期干旱特征，有待通過月尺度以及綜合考慮土壤等因素對關(guān)鍵農(nóng)事時(shí)期的干旱進(jìn)一步研究。