基于降水距平百分率的衡水市干旱趨勢分析

吳志福，陳 曉

（河北省衡水水文勘測研究中心，河北 衡水 053000）

1 概述

衡水市坐落在河北省東南部，位于東經115°10′～116°34′、北緯37°03′～38°23′，東與滄州市、山東省德州市毗鄰，西與石家莊市接壤，南與邢臺市相連，北與保定市和滄州市交界，總面積8815 km2，地處河北沖積平原，境內有面積達75 km2的衡水湖。衡水市屬于溫暖半干旱性大陸季風氣候，春夏秋冬四季分明，冷暖、干濕差異較大[1]。

降水是水文循環過程中的重要組成部分，其時程變化特性對氣候的影響作用具有重要意義，因此對其變化特性、未來可能的變化趨勢以及區域水資源特征與演變方向的研究分析具有很強的現實意義。由此，本文采用衡水市境內1956—2015 年降水資料，從年際降水變化、季節降水變化、汛枯降水變化等多個角度著手進行深入研究分析。

干旱現象發生在區域內的一段時期，是由于降水量明顯偏小造成可用水資源短缺、無法保證植物自然生長的一種現象［2］。干旱現象是世界上大部分國家和地域經常發生的自然災害之一，中國地區受到干旱危害現象尤為嚴重，特別是華北平原地區所面臨的干旱情況更加嚴重［3］。按照成因分析，干旱可分為氣象干旱、農業干旱、水文干旱和社會經濟干旱4 類［4］。目前隨著針對干旱指標的研究越來越深入，各種研究成果層出不窮，但標準化降水指數SPI干旱指標難以完全體現干旱發生及形成的時空變化特征；相對濕潤度指數干旱指標所需要的參數項目較多，適用性較差；帕默爾干旱指標因地表結構復雜和數據資料同化水平的限制，也存在一定難度。當僅考慮降水因素時，降水距平百分率（Percentage of precipitation anomalies）指數所構建的評價體系，可以很清楚地體現出歷年降水偏少所造成的干旱現象，因此降水距平百分率在干旱指標建立、監測、預測預警及評價中得到了廣泛深入的使用。

衡水市地處華北平原地區，受季風氣候影響，降水量年際差異大且時空分布不均，由此所導致的干旱情況頻頻發生。在此情況下，本文選擇對1956—2015 年衡水市雨量站降水資料整編成果進行統計，分析了降水年際變化、季節變化等情況，利用降水距平百分率作為干旱評價的等級指標分析了不同等級干旱的歷史分布特征，并通過研究2001—2020 年降水變化規律對未來干旱趨勢做了預測。

2 資料選取及研究方法

2.1 資料選取

本文分析資料所采用的降水數據源于衡水市現有的11 個縣（市、區）內的基本雨量站，對部分缺測數據進行插補，保證所選用的基本雨量站降水資料可靠和觀測資料系列長度；同時，從行政區劃分布看，選用的雨量站分布均勻、密度合理，以上條件保證了本文降水資料分析的要求。

為了提高降水量資料代表性，提高面雨量計算的可靠性，同時考慮了相鄰省份及相鄰區縣的雨量站降水成果，基本雨量站降水量資料主要來源于歷年的水文整編成果，所選用的降水量資料系列為1956—2015 年共60站年。

2.2 研究方法

（1）降水量距平百分率。降水量的多少可以直接關系到干旱現象發生的概率，降水距平百分率指數可以表現出某時段的降水量與多年同期降水量的差異情況和偏離的大小幅度。計算公式如下：

式中：Pa為降水量距平百分率（%）；P為某時段降水量（mm）；為計算時段內常年同期平均降水量（mm）。

（2）降水量距平百分率干旱等級劃分。綜合考慮不同地理環境、四季季節影響等因素所造成的降水時空分布特性，制定符合本文所需的降水量距平百分率干旱等級劃分標準，詳見表1。此等級劃分標準符合半濕潤半干旱、具有完備的雨量監測站網監測資料的地區使用條件［5］。

表1 降水量距平百分率干旱等級劃分

3 降水特性分析

3.1 年際變化特性

通過分析1956—2015 年衡水市降水資料，可以得出本地區降水量的年際變化特征，如圖1所示。

圖1 衡水市降水量年際變化

由圖1 可知，1964 年降水量最大為934.5 mm，1997 年降水量最小為271.2 mm；降水年際變化較大，呈現逐年減小的趨勢，降水傾向率為-15.88 mm/10 a。在逐年降水量逐漸減小的趨勢下，發生干旱的風險將大大增加。

3.2 季節變化特性

通過分析1956—2015 年衡水市降水資料，可以得出本地區降水量的季節變化特征，如圖2所示。

圖2 衡水市降水量季節變化

由圖2可知，春、夏、秋、冬4個季節的降水量分別為1～91.3、39.8～271.8、129.5～616.2、4.9～167.1 mm；季節降水傾向率分別為春季-0.34 mm/10 a，夏季1.68 mm/10 a，秋季-15.95 mm/10 a，冬季-1.26 mm/10 a。除夏季呈現緩慢上漲趨勢外，春季、秋季、冬季均呈現下降趨勢，減小速率秋季＞冬季＞春季。

3.3 時空分布特征

對衡水市11 縣（市、區）降水量資料進行統計分析，時空分布不均是造成各地的旱情嚴重程度出現差異的原因。

各縣（市、區）的多年平均降水量情況，如圖3所示。

圖3 各縣（市、區）多年平均降水量分布

由圖3 可知，多年平均降水量最大為阜城縣537.5 mm，最小為冀州470 mm，呈現東部大西部小的趨勢，降水的空間分布差異直接導致干旱分布的不均勻性。

4 干旱特征分析及未來趨勢分析

4.1 時間序列上的特征分析

1956—2015 年衡水市降水距平百分率變化情況，如圖4所示。

圖4 1956-2015年衡水市降水距平百分率變化曲線

由圖4 可知，1956—1957、1964—1965、1968—1969、1972—1977、2002—2003 年發生旱澇交替的自然災害，1965—1968、1979—1984、1997—1999、2004—2007 年出現降水連續偏少的現象，60 a 中共有17 a發生干旱，發生頻率為28%，平均2～3 a發生1 次，其中9 a 發生輕度干旱、5 a 發生中度干旱、2 a發生嚴重干旱、1 a發生特大干旱。

干旱年份降水距平百分率值，詳見表2。

表2 干旱年份降水距平百分率

由表2 可知，1957、1975、1982、1986、1989、1998、2005—2007 年發生輕度干旱，1972、1992、1999、2002、2014 年發生中度干旱，1965、1968 年發生嚴重干旱，1997年發生特大干旱。

4.2 未來干旱趨勢分析

2001年以來，受氣候變化和人類活動等因素影響，衡水市干旱呈現上升態勢，因此著重分析2001—2020年的干旱特征及降水變化趨勢，如圖5所示，有助于預估衡水市地區的未來干旱發展前景。

圖5 2001—2020年衡水市降水變化趨勢

由圖5 可知，2001 年以來衡水市降水呈現增長的趨勢，降水傾向率為4.08 mm/10 a，表明未來發生干旱的概率將大大減小。

5 結語

基于降水距平百分率，利用1956—2015 年衡水市地區現有的11個縣（市、區）內的基本雨量站降水資料，對降水與干旱的分布特征進行了系統分析。結果表明，衡水市夏季降水呈現增長趨勢，降水年際及春、秋、冬季均呈現減小變化，降水年際和季節變化明顯，但是2001—2020 年降水呈現增長的態勢，表明未來發生干旱的可能性降低。

降水量距平百分率指標只考慮了降水量對干旱評價指標體系建立的影響，能在一定程度上體現出干旱現象發生的情況，但還不能全面表現出干旱特征發展變化影響因素的多樣性、真實狀態和自然規律，應綜合考量溫度、降水、蒸發等其他水文氣象因素以及研究區域內的自然條件以及人為影響等因素，這些都有待于進一步深入研究，研究成果可以為衡水市的干旱監測、預測預警、評價和防災減災抗旱工作提供可靠的數據支撐服務。