1961―2010年朝阳地区春播期干旱指数变化特征分析

摘要 利用朝阳地区1961―2010年50年4―5月降水、气温资料,计算春播期干旱指数,划分干旱标准,并分析了干旱指数时空分布特征和变化规律。结果表明:“十年九旱”是朝阳地区显著气候特征,叶柏寿、凌源和建平发生干旱的概率为100%,喀左为98%,朝阳、北票为96%,羊山为
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  摘要 利用朝阳地区1961―2010年50年4―5月降水、气温资料,计算春播期干旱指数,划分干旱标准,并分析了干旱指数时空分布特征和变化规律。结果表明:“十年九旱”是朝阳地区显著气候特征,叶柏寿、凌源和建平发生干旱的概率为100%,喀左为98%,朝阳、北票为96%,羊山为93.5%;重旱空间分布特点为自北部地区向南部、东部递减,特旱自西南部向东部、北部递减;建平重旱概率最大,羊山无旱象概率最大;20世纪60―70年代朝阳、叶柏寿、凌源、喀左干旱程度呈加剧趋势,凌源站表现最明显,北票和建平呈略减小趋势;90年代干旱程度相对减弱。加强干旱灾害监测、人工增雨对防御干旱灾害是一项有力措施,大力开发利用空中云水资源具有重要现实意义。
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  关键词 春播期;干旱指数;变化特征;辽宁朝阳;1961―2010年
  中图分类号 P429 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2015)01-0257-02
  气候是发展农业最重要的环境条件之一。干旱是一种气候现象,指某地某段时间内降水量与平均状况相比显著偏少;如果这种偏少使按常规年景安排的活动受到缺水影响,则称发生干旱。对于农业来说,农业干旱是指农作物在长期少雨或无雨情况下,蒸发强烈,土壤水分亏缺,致使植物体内水分平衡受到破坏,影响正常生理活动的灾害[1]。农业面临着全球变暖和极端天气气候频繁出现的现实,如何适应气候环境变化是农业可持续发展的重要课题。
  朝阳市处于半湿润向半干旱过渡的辽西易旱地区,素有“十年九旱”之称。整体地貌以丘陵山地为主,地形复杂多样,形成了极为丰富的局地气候。朝阳地区为雨养农业区,春季正值冬小麦返青、起身、拔节、抽穗和玉米等大秋作物播种、出苗的关键时期,一旦出现干旱,将严重影响农业生产,造成减产。春旱是影响粮食产量丰歉的重要因素之一,因此分析朝阳地区春播期干旱变化规律和特征,为干旱分析研究及其治理提供科学依据。
  1 资料与方法
  1.1 资料来源
  选取朝阳日常业务中应用的7个站点作为代表站,分别为朝阳、叶柏寿、凌源、喀左、北票、建平、羊山。这些站点分布比较均匀,具有一定的代表性。应用这7个站1961―2010年50年4―5月的降水、气温资料(羊山站1965―2010年共46年)分析春播期干旱变化的气候特征,对应春播时段为4月1日至5月31日,4―5月的总降水量为春播期雨量,4―5月的平均气温为春播期气温。气候均值时段选取1971―2000年30年。上述资料由朝阳市气象局资料室提供。
  1.2 研究方法
  在近50年中出现过2次连续性严重的旱灾(1980―1983年,2001―2004年),致使作物减产,甚至绝收。朝阳地区各个季节干旱均有发生,而春季干旱最为严重,占年景干旱的60%以上[2]。朝阳地区春播期(4月1日至5月31日)的干旱不仅与降水量有关,而且与气温、风速、蒸发、土壤湿度等有密切关系,但为了便于计算和应用,首先利用该时段的总降水量、平均气温计算干旱指数:
  Di,j=(Ti,j / Tj)/(Ri,j / Rj)(1)
  式(1)中,Ti,j为第j站第i年春播期平均气温,Ri,j为第j站第i年的春播期总降水量,Tj、Rj分别为该站相同时段气温和降水量的多年平均值,i=1,2,…,n为样本个数,j=1,2,…,m为站点数[3]。
  干旱等级划分为4级,即轻度干旱(轻旱)、中度干旱(中旱)、严重干旱(重旱)、特大干旱(特旱)。当Di,j<0.5时无旱象;当0.5≤Di,j<1.0时有轻旱;1.0≤Di,j<1.5时有中旱;1.5≤Di,j<2.0时有重旱;Di,j≥2.0时有特旱。这里的干旱指数考虑了降水和气温的影响,比仅用降水量考虑干旱有所改进。降水、气温资料容易获得,此方法有较好的实用价值。
  2 结果与分析
  2.1 春播期干旱指数的空间分布特征
  由表1可知,当D<0.5无旱象时,朝阳地区7个站中,朝阳地区东南部羊山站概率最大,为6.5%;其次是朝阳和北票站,为4.0%,喀左为2.0%;西北部的叶柏寿和建平为0。当0.5≤D<1.0有轻旱时,西南部的凌源站概率最大,为44%,叶柏寿、北票和喀左为40%~42%,朝阳和羊山为34.0%~34.8%,建平最小,为30%;当1.0≤D<1.5有中旱时,羊山站概率最大,为39.1%,其次是朝阳和建平站,为34.0%,其余4个站为26%~28%;当1.5≤D<2.0有重旱时,北部地区的建平概率最大,为28%,其次是叶柏寿,为14%,再次是北票和喀左,为12%,朝阳、凌源为10%,羊山站最小,为6.5%。说明发生重旱的空间分布特点是自北部地区向南部、东部递减。当D≥2.0有特旱时,朝阳地区西南部的凌源站概率最大,为20%,其次是朝阳、叶柏寿、喀左和北票,概率为18%,羊山为13%,最小是北部地区建平,为8%。空间分布特点是自西南向东、向北递减。
  7个站干旱等级分布特点:朝阳、叶柏寿、凌源、喀左和北票轻旱、中旱概率最大,其次是特旱,再次为重旱,最小为无旱象;西北部建平从大到小依次为中旱、轻旱、重旱、特旱,无旱象概率为0,重旱概率全地区最大,为28%;东南部羊山从大到小依次为中旱、轻旱、特旱、重旱,无旱象概率全地区最大,为6.5%。叶柏寿、凌源和建平发生干旱概率为100%,喀左为98%,朝阳、北票为96%,羊山为93.5%。
  2.2 春播期干旱指数的时间变化规律
  朝阳地区春播期干旱指数自1961―2010年50年中发生了较大变化。由表2可知,1961―1970年10年间,朝阳地区6个站(羊山站除外)春播期干旱指数平均值为1.27~1.55,1971―1980年10年间,朝阳地区6个站春播期干旱指数平均值为1.32~1.65;1981―1990年10年间,朝阳地区6个站春播期干旱指数平均值为1.13~1.64,1991―2000年10年间,朝阳地区6个站春播期干旱指数平均值为1.07~1.27,2001―2010年10年间,朝阳地区6个站春播期干旱指数平均值在1.17~1.58,变化特征表现为自1961―1980年20年春播期干旱指数平均值北票、建平呈略减小趋势,朝阳、叶柏寿、凌源、喀左均为增大趋势。凌源站表现最明显,增大幅度为21.3%。说明20世纪60―70年代干旱程度呈加剧趋势,而北票和建平呈略减小趋势。   1981―1990年10年春播期干旱指数平均值除喀左为增大趋势外其余均为减小趋势,喀左增大幅度为21.5%。朝阳、叶柏寿和凌源春播期干旱指数在20世纪70年代末至80年代初发生突变;而喀左站是在80年代末至90年代初发生突变;除凌源外,其余各站均在2000年前后发生突变,由减小趋势转为增大趋势,增大幅度最大的是北票站,为39%。说明除凌源站外,其余各站自2000年之后干旱程度呈加剧趋势。凌源站1971―1980年10年平均值为1.65,为全地区最大值,说明凌源70―80年代干旱最严重;其次是喀左站,1981―1990年10年平均值为1.64,再次是北票,2001―2010年10年平均值为1.58,建平1961―1970年10年平均值为1.55,朝阳1971―1980年10年平均值为1.48,最小为叶柏寿,1971―1980年10年平均值为1.43。
  图1、图2为朝阳地区春播期干旱指数历史变化曲线(1961―2010年),分析可知:凌源1972年干旱指数为4.8,为全地区最大值;羊山1981年、北票2003年干旱指数为4.4;喀左1981年、凌源1996年干旱指数为4.1;朝阳1961年干旱指数为3.7;建平1965年干旱指数为3.7;叶柏寿1972年干旱指数为3.1。
  凌源20世纪70年代初和90年代中期干旱严重;喀左60年代初、80年代初、80年代末及2000年中期干旱严重;朝阳60年代初、70年代中期、80年代初和2000年初干旱严重;叶柏寿20世纪70年代、80年代初、90年代中期,21世纪00年代初和00年代中期干旱严重;北票20世纪60年代初、70年代中期、80年代初,21世纪00年代前期干旱严重;建平20世纪60年代中期、70年代初和80年代中期干旱严重;羊山20世纪70年代中期、80年代初和80年代末干旱严重。从全区7个站综合分析,20世纪90年代干旱程度相对减弱。
  2.3 春播期干旱环流背景及影响系统
  影响大气降水的因素主要有大气环流、地理位置和下垫面性质等,但主要影响因素是大气环流。春播期大气环流特点:高空以纬向环流为主,东亚大槽逐渐宽平,高空短波槽脊活动逐渐频繁,冷空气势力有明显减弱,中纬度地区的西风风速加强,系统活动周期缩短,移速加快。朝阳地区春播期活动频繁的主导天气系统有东北低压、华北低压和冷锋3种天气类型。东北低压和华北低压天气系统适合飞机增雨作业,而冷锋天气系统和小尺度系统适合高炮、火箭、焰弹增雨作业[2]。充分利用数值预报产品、卫星云图、天气雷达等技术,有力提高人工增雨效果,对抗旱防灾具有实际意义。
  3 结论与讨论
  朝阳地区位于辽宁省西部,北接内蒙古自治区,东南与阜新和锦州为邻,西与河北省的平泉、清龙两县交界,属丘陵山区。地理坐标为东经118°55′~121°16′,北纬40°23′~42°28′。地形复杂,干旱少雨,属温带亚干旱气候区。干旱是制约朝阳地区经济发展的主要自然因素。据史料记载[4],1980―1981年朝阳地区发生了特大干旱。1980年3―8月朝阳地区逾320 d未下透雨,少数山坡地野草不长,部分幼数落叶,果树落果。全区大河断流,小河干涸,大部分水库、机电井干枯,人畜饮水困难。通过计算干旱指数,1980―1981年除建平重旱外,其他地区均发生特旱。与发生干旱实况进行对比,此方法有较好的实用价值。
  针对朝阳地区“十年九旱”的气候特点,解决干旱缺水的基本方针应当是“全面节流、适当开源、加强保护、强化管理”。大力推广节水灌溉技术、实施集水节灌农业、大力加强干旱灾害的监测。人工增雨作业对防御干旱灾害是一项有力措施,辽宁中西部“十年九旱”[5]对农业经济发展影响十分严重。研究结果表明:人工增雨的最佳作业时机和区域应选在处于发展阶段的降水回波,回波区中间没有空隙和条纹结构,强度≥20 dBZ,高度≤5 km,移速缓慢或稳定的降水回波区域,增雨效果比较明显[6];在强度超过35 dBZ的回波部位不宜使用飞机进行作业,中气旋、辐和线及逆风区基本上对应的是不稳定的对流性强降水,应使用火箭和高炮催化。合理利用水资源,大力开发利用空中云水资源具有重要现实意义。
  4 参考文献
  [1] 王馥棠,赵宗慈,王石立,等.气候变化对农业生态的影响[M].北京:气象出版社,2003:62-63.
  [2] 张国林,邓卓,梁群.辽西北地区春播期干旱及增雨天气特征分析[J].安徽农业科学,2009,37(10):4548-4549.
  [3] 郭江勇,叶燕华.甘肃东部春播期干旱指数的变化特征及预测[J].中国农业气象,2004,25(1):35-37.
  [4] 李波,孟庆楠.中国气象灾害大典(辽宁卷)[M].北京:气象出版社,2005.
  [5] 宗英飞,张国林.辽宁朝阳县降水量盈亏与干旱分析[J].安徽农业科学,2008,36(27):11954-11955.
  [6] 王吉宏,张维全,班显秀,等.积层混合云人工增雨作业条件分析[J].安徽农业科学,2009,37(10):4560-4562.

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