商丘云水資源分析及增雨效益評估

李柯星 (河南省商丘市氣象局，河南商丘476000)

商丘位于河南省最東部平原地區(qū)，受太陽輻射、東亞季風環(huán)流等因素的綜合影響，形成了典型的大陸性季風氣候，具有四季分明、雨熱同期、旱澇不均的氣候特點。自然降水是影響干旱的最主要因子，最大蒸發(fā)量與降水量之比為1．1∶1．0，蒸發(fā)量大于降水量，常造成嚴重的干旱，地表及地下水資源也很貧乏。因此，研究商丘干旱和降水氣候特征，進行云水資源及增雨效益分析，是科學而有效的途徑之一［1－6］，為增雨作業(yè)提供物理依據(jù)。筆者在此利用商丘市1960～2014年氣象資料，采用氣候統(tǒng)計方法，研究了商丘市干旱和降水氣候特征，以及人工增雨潛力和效益評估。

1 商丘干旱特征

1．1 干旱的年代際變化 從年代際變化分析，干旱災害年份具有持續(xù)出現(xiàn)的特點，1971～1980年干旱發(fā)生的頻率為10年6遇，中旱、重旱、特旱頻率相同，均為2次;1981～1990年干旱發(fā)生的頻率為10年10遇，中旱、重旱、特旱頻率亦相同，均為3次;1991～2000年干旱發(fā)生的頻率為10年7遇，其中重旱2次、特旱5次;2001～2010年干旱發(fā)生的頻率為10年9遇，即輕旱1次、中旱4次、重旱4次。從不同干旱類型發(fā)生的頻率來看，輕旱為6．3%，中旱為28．1%，重旱特旱為65．6%，干旱年發(fā)生的頻率為80%。由此可知，商丘是干旱的多發(fā)和重發(fā)區(qū)，其中20世紀70～90年代重旱、特旱增多，危害加重;20世紀90年代～2010年特旱減少，中旱、重旱增多，干旱的發(fā)生頻率增加。

1．2 干旱的季節(jié)變化 商丘每年四季均有不同程度的干旱發(fā)生，有春旱、初夏旱、伏旱、秋旱、冬旱和秋冬連旱。

1．2．1 春季。春旱發(fā)生的頻率最高，出現(xiàn)次數(shù)最多。春季降水有明顯的周期性，春季旱年多于澇年。20世紀80年代以后春旱發(fā)生的頻率逐漸增加、干旱程度加重，極端春旱的年份有 1962、1965、1968、1970、1971、1978、1981、1986、1987、1989、2000、2001、2005、2011 年，尤以 2001 年降水最少，一半以上的縣、市降水量不足10．0 mm，民權(quán)僅6．7 mm。

1．2．2 夏季。夏季由于降水時空分布不均，旱澇交替出現(xiàn)，即易出現(xiàn)暴雨，也易發(fā)生干旱。極端干旱的年份有1966、1968、1969、1975、1983、1986、1988、1991、1993、1997、1999、2002、2008、2011年，尤以1966年降水最少，大部分縣、市降水量不足200 mm，虞城降水量僅為107 mm，全區(qū)均出現(xiàn)了歷史上的特大干旱。

1．2．3 秋季。秋季降水有明顯的周期性，最為明顯的有2～3 年，極端秋旱的年份有 1965、1966、1971、1973、1976、1988、1989、1990、1991、1994、1998、2001、2002、2007、2008 年。秋季降水極端偏少的年份出現(xiàn)在1998年，1998年成為有氣象記錄以來秋季降水極小值，全市平均降水量為14．6 mm，睢縣僅5．6 mm。

1．2．4 冬季。冬季雨雪偏少的年份有 1961、1962、1965、1967、1969、1973、1976、1980、1981、1982、1983、1985、1987、1993、1995、1996、1998、2008、2011 年，1976 年冬季降水最少，除永城外所有縣、市降水量均2 mm以下，55年的資料表明干冬多于濕冬。

2 商丘市降水特征

2．1 年降水特征 商丘各縣年降水量有較大差異，空間分布不均，全市年均降雨量為774 mm，夏邑雨量最多，為766 mm，民權(quán)最少，為678 mm，兩地年均雨量相差88 mm。年降水量另一特征是年際變化大、穩(wěn)定性差，如年最大降水量為1 246．0 mm(2003 年)，年最小降水量 322．7 mm(1966 年)，全市年降水變率為16% ～22%，降水變率大(圖1)，易造成旱災和澇災。

2．2 季降水特征 由圖2可見，近55年商丘各季降水量分布不均，夏季(6～8月)降水量最多，為430 mm，冬季(12月～次年2月)降水量最少，為44 mm，春、秋兩季降水量差異不大。

2．3 月降水特征 從圖3可看出，商丘各月降水量呈單峰型分布，7月份降水量最大，為193．7 mm，1月份降水量最少，為13．0 mm，1～7月降水量遞增，7～12月降水量遞減。

2．4 3～11月小雨日數(shù)分布 分析商丘小雨降水日數(shù)可知，7月份最多，為8～9 d，11月份最少，為4～5 d。夏季(6～8月)降水日數(shù)最多，為6～9 d;秋季(9～11月)最少，為4～7 d;春季(3～5月)為5～6 d。此外，降水日數(shù)地理分布不均，東部大于西部。

3 增雨潛力分析

根據(jù)商丘市增雨作業(yè)條件分析，商丘市春、夏、秋季(3～11月)均可開展人工增雨作業(yè)。從區(qū)域分布來看，中部地區(qū)比率最大，即可供作業(yè)日最多，相對增雨潛力最大，西部次之，東部增雨潛力較小。從月、季分布來看，6月份比率最大，即可供作業(yè)日最多，其相對增雨潛力最大，8月份最少，其增雨潛力最小;春季比率最大，即可供作業(yè)日最多，其相對增雨潛力最大，秋季次之，夏季增雨潛力最小。如果商丘市空中水資源利用率增加一個百分點，則平均年增雨138 mm。

由雨日條件分析可知，商丘西部人工增雨春季可作業(yè)日數(shù)為3～4 d，夏季為2～4 d，秋季為2～4 d;中部春季為3～4 d，夏季為2～4 d，秋季為2～3 d;東部春季為2～3 d，夏季為2～4 d，秋季為3～4 d。

4 經(jīng)濟效益和社會生態(tài)效益評估

4．1 經(jīng)濟效益 國內(nèi)外研究表明人工增雨可以增加5% ～25%的降水量［7－10］。商丘市通過對2005～2014年作業(yè)實例進行分析，特別是選取在同一天氣系統(tǒng)影響下某一站點實施增雨與相鄰縣自然降水作對比分析，發(fā)現(xiàn)增雨的潛力很大。全市累計作業(yè)40次，共出動1 206門炮次，發(fā)出炮彈16 263發(fā)，累計增水35．1億t，受益面積達532 253 km2，共創(chuàng)經(jīng)濟效益12．53億元，投入與產(chǎn)出比約為1∶30。

4．2 社會生態(tài)效益

4．2．1 增加水資源量。水資源總量增加可降低水污染防治及節(jié)水工作的難度，可以優(yōu)化水資源配置，協(xié)調(diào)城市生態(tài)建設(shè)、人民生活、工農(nóng)業(yè)發(fā)展和水資源的關(guān)系，緩解水資源短缺矛盾，對于城市的可持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

4．2．2 改善生態(tài)環(huán)境。開發(fā)利用空中水資源，增加區(qū)域降水量，增加河水徑流量，改善水分循環(huán)狀況，有利于緩解制約社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的水資源短缺等突出矛盾，對于干旱地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

4．2．3 提高社會可持續(xù)發(fā)展程度。進行云水資源開發(fā)研究，使水資源能夠適應國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的需求，將增強社會可持續(xù)發(fā)展程度，為社會經(jīng)濟的發(fā)展帶來巨大的效益。

4．2．4 改善空氣質(zhì)量。增加降水，可增大空氣濕度，減少空氣中的塵埃，提高大氣清潔度，減輕環(huán)境污染，提高人民生活質(zhì)量。

5 小結(jié)

商丘干旱年份具有持續(xù)出現(xiàn)的特點，干旱年發(fā)生的頻率為80%，四季均有不同程度的干旱發(fā)生，春旱發(fā)生的頻率最高;年降水量有較大差異，降水變率大，各季降水量分布不均，夏季最多，降水日數(shù)為6～9 d，春、秋季次之，冬季最少;各月降水量呈單峰型分布，7月份降水量最大，降水日數(shù)最多為8～9 d;從月、季增雨條件來看，春、夏、秋季均可開展人工增雨作業(yè)，6月份可供作業(yè)日最多，相對增雨潛力最大，8月份最少，增雨潛力最小，人工增雨社會生態(tài)效益和經(jīng)濟效益顯著。

［1］方立清，閆光，宋德強，等．河南省降水氣候特征分析［J］．河南氣象，2000(1):15．

［2］朱世紅，陳愛榮，龐昕．商丘降水氣候特征分析［J］．河南氣象，2006(4):23．

［3］李世欣，邵孝侯，趙春青，等．南召縣近50年降水變化特征分析［J］．氣象與環(huán)境科學，2008(4):11．

［4］王紅振，明亮，晉建設(shè)，等．近50年黃河中游三花區(qū)間降水特征分析［J］．氣象與環(huán)境科學，2009(2):20．

［5］王友賀，谷秀杰，師麗魁，等．鄭州市降水特征分析與水資源問題初探［J］．氣象與環(huán)境科學，2007(3):13．

［6］張美玲．1961－2005年魯南地區(qū)汛期降水時空演變特征［J］．氣象與環(huán)境科學，2008(S1):13．

［7］吳俊祥．商丘旱作農(nóng)區(qū)云水資源研究［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學，2010(14):106．

［8］孫杰，孫民，王海翔，等．商丘市人工增雨潛力及效益分析［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37(15):7079 －7082．

［9］鄭連科．商丘市農(nóng)村飲用水水質(zhì)狀況及保護對策［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35(7):1992 －1993，2040．

［10］洪霞，余衛(wèi)東．商丘市植被凈第一性生產(chǎn)力對氣候變化的響應［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35(14):4275 －4276．