基于降水量Z指數(shù)法的昭蘇縣干旱特征分析

宋 蕾

(新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，新疆 烏魯木齊 830000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全國(guó)作物受旱面積達(dá)1608.587萬(wàn)hm2，因旱受災(zāi)面積為730.721萬(wàn)hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失483.62億元[1]。越來(lái)越多的學(xué)者意識(shí)到氣候變化引起的干旱演變對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著直接且顯著的影響，因此開(kāi)始著眼于追蹤分析區(qū)域時(shí)間尺度上干旱特征演變過(guò)程，探究氣候變化指數(shù)與干旱演變的關(guān)系[2-4]，從而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)安全方面提高應(yīng)對(duì)氣候變化的能力，為保障水資源可持續(xù)利用、維護(hù)生態(tài)環(huán)境提供可靠依據(jù)。

Z指數(shù)屬于數(shù)理統(tǒng)計(jì)類干旱指標(biāo)，能較好地劃分旱澇等級(jí)，且作為單站旱澇指標(biāo)具有較好的效果[5-6]。昭蘇縣屬于大陸性溫帶山區(qū)半干旱半濕潤(rùn)冷涼氣候類型，1955—2018年多年平均降水量為506.9mm，為新疆最多，在過(guò)去的幾十年，昭蘇縣年際和四季氣溫呈上升趨勢(shì)，降水呈增加趨勢(shì)，氣候向濕暖方向發(fā)展，與全球變暖大背景相一致[7]，但受年內(nèi)降水分配不均及工程性缺水影響，干旱時(shí)有發(fā)生。因此，本文運(yùn)用Z指數(shù)計(jì)算分析昭蘇縣1955—2018年歷年逐月、逐季度、逐年干旱情況，以期為預(yù)防干旱及做好旱災(zāi)管理提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 Z指數(shù)計(jì)算方法

Z指數(shù)計(jì)算旱澇等級(jí)的方法，即假定某時(shí)段降水量服從皮爾遜Ⅲ型分布，考慮降水量的實(shí)際情況并消除降水量平均值不同的影響，能較好地反映某一時(shí)段旱澇特征，尤其作為單站旱澇指標(biāo)具有更好的優(yōu)勢(shì)[8]。

對(duì)降水量進(jìn)行正態(tài)化處理并轉(zhuǎn)換為以Z為變量的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

1.2 旱澇等級(jí)的劃分

根據(jù)我國(guó)旱澇指標(biāo)級(jí)別，劃分7個(gè)旱澇等級(jí)確定相應(yīng)的Z指數(shù)界限值[9]，Z指數(shù)等級(jí)旱澇指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 Z指數(shù)旱澇等級(jí)劃分

2 不同尺度干旱特征分析

2.1 年尺度干旱特征分析

昭蘇縣1955—2018年干旱指標(biāo)Z指數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1，整體Z指數(shù)的變化呈增加趨勢(shì)，增加的速率為0.27/10a，即1955—2018年期間降水量呈增加趨勢(shì)，干旱程度呈減弱趨勢(shì)。昭蘇縣1955—2018年期間發(fā)生旱災(zāi)的年份共24年，即每2～3年發(fā)生一次干旱。

圖1 昭蘇縣1961—2018年Z指數(shù)演變

1955—2018年昭蘇縣不同尺度干旱情況見(jiàn)表2，在1955—2018年64年間，有24年存在年干旱，有45年存在季度干旱，既不存在年干旱也不存在季度干旱的年份有18年。

表2 1955—2018年昭蘇縣不同尺度干旱情況

從年尺度看，達(dá)到輕旱的有15年，發(fā)生輕旱的頻率為23.44%；達(dá)到中旱的年份有6年，發(fā)生中旱的頻率為9.38%；達(dá)到重旱標(biāo)準(zhǔn)的有3年，發(fā)生重旱的頻率為4.69%。其中，兩年連旱出現(xiàn)了3次，分別為1960—1961年、1965—1966年、1977—1978年。三年連旱出現(xiàn)了3次，分別為1982—1984年、1989—1991年、2012—2014年。

2.2 季尺度干旱特征分析

將降水量按春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)劃分，分析昭蘇縣1955—2018年Z指數(shù)，春、夏、秋、冬發(fā)生干旱的概率分別為35.93%、34.38%、29.69%、31.25%，各季節(jié)發(fā)生不同等級(jí)旱澇的比例見(jiàn)表3。由表3可知，發(fā)生中度及以上干旱頻率較大的為春季和冬季，而夏季和秋季發(fā)生中度及以上干旱頻率較小，這與昭蘇縣每年6—10月降水較多有關(guān)。

表3 昭蘇縣各季出現(xiàn)不同等級(jí)干旱的年份數(shù)

昭蘇縣1955—2018年四季干旱Z指數(shù)變化情況見(jiàn)圖2。由圖2可知，昭蘇縣1955—2018年64年間，春、夏、秋、冬季降水Z值均呈增加趨勢(shì)。春、秋、冬三季增加趨勢(shì)較夏季明顯，增加速率分別為0.22/10a、0.28/10a、0.27/10a，而夏季增加速率僅為0.01/10a。

圖2 昭蘇縣不同季節(jié)Z指數(shù)演變

由表2可以看出，從季尺度來(lái)看，1955—1957年、1961—1967年、1975—1980年、1982—1987年、1989—1992年、2004—2008年、2012—2015年這些時(shí)段，每年存在不同季度、不同程度的干旱。由于降水大幅度偏少，出現(xiàn)春、夏、秋、冬四季連旱的年份有1961年、1986年、1995年；春、夏、秋三季連旱的年份有1955年和1957年，夏、秋、冬三季連旱的年份有1978年；春、夏連旱的年份有1966年、1977年、1983年、1989年、2008年、2012年和2014年，夏、秋連旱的年份有1997年和2017年，秋、冬連旱的年份有1980年和1982年，冬、春連旱的年份有1965年、1975年、1985年、2000年和2001年，易連旱季節(jié)是春、夏兩季；單個(gè)季節(jié)出現(xiàn)干旱的有17年。

2.3 月尺度干旱特征分析

1955—2018年的768個(gè)月中，發(fā)生干旱的月份為316個(gè)月，占比41.15%，其中發(fā)生輕度干旱的月份為220個(gè)月，發(fā)生中度干旱的月份為96個(gè)月，月尺度上無(wú)重度干旱情況發(fā)生。1955—2018年每年均在不同月份發(fā)生輕度以上干旱，其中1972年有7個(gè)月發(fā)生干旱，是干旱月份最多的年份。在64年中，有6個(gè)月發(fā)生干旱的年份有13年，有5個(gè)月發(fā)生干旱的年份有33年。1967年有4個(gè)月發(fā)生中度以上干旱。昭蘇縣各月出現(xiàn)不同等級(jí)干旱的年份數(shù)見(jiàn)表4。由表4可知，每年都發(fā)生干旱的月份為2月，發(fā)生干旱的頻率超過(guò)50%的月份有1月、2月、3月、11月、12月，6月和7月發(fā)生干旱的概率最小。從月尺度來(lái)看，11—3月發(fā)生連旱的概率較大，4—9月發(fā)生干旱的概率較小。

表4 昭蘇縣1955—2018年各月出現(xiàn)不同等級(jí)干旱的年份數(shù)

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)昭蘇縣1955—2018年逐月降水資料利用Z指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從年、季和月3個(gè)不同尺度對(duì)昭蘇縣干旱特征進(jìn)行了分析，昭蘇縣年尺度發(fā)生干旱年份較少且以輕度干旱為主，而季尺度和月尺度發(fā)生干旱頻率較高，這與昭蘇縣降水量年內(nèi)分配不均有關(guān)，建議修建具有年內(nèi)調(diào)節(jié)能力的蓄水工程來(lái)緩解昭蘇縣季尺度和月尺度干旱情況。昭蘇縣易連旱季節(jié)是春、夏兩季，春、夏農(nóng)業(yè)需水量大幅度增加，這兩季連旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極為不利，建議加強(qiáng)水資源調(diào)度，結(jié)合蓄水、需水情況，開(kāi)展骨干水源工程水源統(tǒng)一調(diào)度，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不受影響。