石羊河流域干旱特征及預(yù)測(cè)方法探討

羅曉玲，王潤(rùn)元，齊 月

(1.甘肅省武威市氣象局，甘肅 武威 733000；2.中國(guó)氣象局 蘭州干旱氣象研究所/甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)(開(kāi)放)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020)

石羊河流域干旱特征及預(yù)測(cè)方法探討

羅曉玲1，王潤(rùn)元2，齊 月2

(1.甘肅省武威市氣象局，甘肅 武威 733000；2.中國(guó)氣象局 蘭州干旱氣象研究所/甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)(開(kāi)放)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020)

為了揭示石羊河流域干旱災(zāi)害的分布特征并對(duì)其預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行探討，利用該流域的降水、干旱災(zāi)害和災(zāi)情等資料，分析了旱災(zāi)分布特征。結(jié)果表明：流域內(nèi)旱災(zāi)頻率呈現(xiàn)從上游天祝到下游民勤(高海拔到低海拔)逐漸增多趨勢(shì)，不論春旱、夏旱、伏旱，特重旱發(fā)生頻率均是民勤最高，古浪最低，最大頻次是最小頻率的4～5倍；上、中、下游干旱周期分別為1～2 a、1 a左右、不足1 a，重旱以上周期分別為2～4 a、2～4 a、1～3 a；干旱年代際特征不顯著，呈波浪式變化；流域內(nèi)(除涼州)干旱災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重，拋開(kāi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和物價(jià)變化，干旱災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失呈逐年下降趨勢(shì)；利用ENSO事件信號(hào)對(duì)干旱趨勢(shì)進(jìn)行初預(yù)測(cè)，同時(shí)結(jié)合干旱預(yù)測(cè)模式，綜合得出次年干旱預(yù)報(bào)結(jié)論，通過(guò)評(píng)分檢驗(yàn)，效果良好，基本滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用。

石羊河流域；干旱；特征；ENSO事件；預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

近年來(lái)，隨著全球氣候的變暖，頻繁發(fā)生的旱災(zāi)已成為非常突出的環(huán)境問(wèn)題，并開(kāi)始影響人類的生產(chǎn)和生活[1-2]。石羊河流域位于甘肅省河西走廊東部，地處青藏高原、黃土高原以及蒙古高原大地形的匯集區(qū)，其水系發(fā)源于祁連山，境內(nèi)山地、高山、平原、沙漠、戈壁和冰川等交錯(cuò)分布。天祝、古浪位于流域上游，涼州、永昌位于流域中游，民勤位于流域下游，其海拔高度在1300～3100 m之間，年降水量在110～410 mm之間，年蒸發(fā)量在1500～2700 mm之間。由于特殊的地形地貌，造成了該區(qū)天氣氣候的多樣性、復(fù)雜性和多變性，使境內(nèi)氣象災(zāi)害種類多、災(zāi)情重。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)1960～2015年春旱發(fā)生頻率在21%～68%之間，春末夏初旱在13%～63%之間，伏旱在21%～90%之間，干旱是該區(qū)第二致災(zāi)災(zāi)種，年均經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)5460萬(wàn)元，農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積最大，年均超過(guò)31639 hm2[3]，如此大的損失，對(duì)一個(gè)農(nóng)業(yè)小城鎮(zhèn)而言，是相當(dāng)嚴(yán)重的，因此，研究該區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)特征與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法刻不容緩。有研究者分析了旱災(zāi)特征并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[4-14]，但是對(duì)旱災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究的文章極少展示，因此筆者應(yīng)用流域內(nèi)旱災(zāi)及相關(guān)資料，分析了該區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特征，并嘗試對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，期望為干旱災(zāi)害防御提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1 資料與方法

1.1資料來(lái)源

文中應(yīng)用的數(shù)據(jù)主要有石羊河流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)干旱災(zāi)害資料、5個(gè)自動(dòng)氣象站(涼州、民勤、永昌、古浪、天祝)的觀測(cè)資料、ENSO事件和氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指數(shù)資料。

1.1.1 干旱災(zāi)情資料 干旱災(zāi)害災(zāi)情資料取自1983～2015年武威市氣象災(zāi)害普查記錄。

1.1.2 干旱實(shí)況資料 取自流域內(nèi)1960～2015年5個(gè)自動(dòng)氣象站氣象要素觀測(cè)資料。

1.1.3 ENSO事件及強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 下載于中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心。

1.1.4 氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指數(shù)資料 下載于國(guó)家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)。

1.2統(tǒng)計(jì)與分析方法

根據(jù)中國(guó)氣象局和甘肅省氣象局制定的干旱標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合本地實(shí)際情況，以降水距平百分率和日降水量lt;5 mm的連續(xù)天數(shù)為基礎(chǔ)，將干旱分為輕旱、中旱、重旱、特重旱共4級(jí)。

分別將春旱、春末夏初旱和伏旱的發(fā)生頻率通過(guò)旱級(jí)進(jìn)行分類，進(jìn)行空間及時(shí)間特征分析；以氣象災(zāi)害普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)直接經(jīng)濟(jì)損失、受災(zāi)面積等要素對(duì)干旱災(zāi)情進(jìn)行災(zāi)情特征分析。

首先通過(guò)分析ENSO事件對(duì)該流域干旱的影響，然后對(duì)其發(fā)生趨勢(shì)進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，進(jìn)一步應(yīng)用常規(guī)觀測(cè)、氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指數(shù)等資料構(gòu)建干旱等級(jí)、旱段預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模式，最后綜合做出干旱趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

應(yīng)用Excel 2003、SPSS 16.0、VB 6.0和Surfer 8.0軟件，對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1干旱標(biāo)準(zhǔn)

不同地方對(duì)干旱定義不同，根據(jù)中國(guó)氣象局和甘肅省氣象局制定的干旱標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合武威市的實(shí)際情況，制定了石羊河流域干旱分類標(biāo)準(zhǔn)，具體見(jiàn)表1。

表1 干旱分類標(biāo)準(zhǔn)

注：春旱、春末初夏旱的標(biāo)準(zhǔn):連續(xù)2旬△R≤-50%,△D≥35 d，伏旱：1旬△R≤-50%，△D≥15 d(△R為降水距平百分率，△D為日降水量lt;5 mm的連續(xù)天數(shù))。

2.2干旱特征

受地形地貌的影響，流域內(nèi)旱災(zāi)頻率從上游的天祝到下游的民勤(高海拔到低海拔)呈現(xiàn)出逐漸增多的趨勢(shì)；春旱-夏旱-伏旱，以及特重旱的發(fā)生頻率均以民勤的最高，古浪的則最低。最大頻率是最小頻率的4～5倍。

2.2.1 空間分布特征 流域內(nèi)5個(gè)站點(diǎn)1960～2015年的干旱資料顯示，56 a中各地出現(xiàn)春旱的年份分別為：涼州30 a、民勤38 a、古浪12 a、天祝17 a、永昌32 a，其發(fā)生頻率分別為53.6%、67.9%、21.4%、30.4%、57.1%(圖1-a)。其中，輕旱發(fā)生頻率最大的為民勤(25.0%)，最小的為天祝(1.8%)；中旱發(fā)生頻率最大的為永昌(19.6%)，最小的為古浪(3.6%)；重旱發(fā)生頻率最大的為涼州(19.6%)，最小的為民勤(7.1%)；特重旱發(fā)生頻率最大的為民勤(32.1%)，最小的為古浪、天祝(5.4%)(圖1-b)。

出現(xiàn)春末夏初旱的年份分別為：涼州30 a、民勤31 a、古浪9 a、天祝7 a、永昌25 a，其發(fā)生頻率分別為53.6%、55.4%、16.1%、12.5%、44.6%(圖2-a)。其中，輕旱發(fā)生頻率最大的為民勤(16.1%)，最小的為天祝(1.8%)；中旱發(fā)生頻率最大的為涼州(19.6%)最小的為古浪(0.0%)；重旱發(fā)生頻率最大的為涼州(16.1%)，最小的為古浪(3.6%)；特重旱發(fā)生頻率最大的為民勤(21.4%)，最小的為天祝(1.8%)(圖2-b)。

出現(xiàn)伏旱的年份分別為：涼州42 a、民勤48 a、古浪26 a、天祝13 a、永昌36 a，其發(fā)生頻率分別為75.0%、85.7%、46.4%、23.2%、64.3%(圖3-a)。其中，輕旱發(fā)生頻率最大的為民勤(21.4%)，最小的為天祝(1.8%)；中旱發(fā)生頻率最大的為永昌(26.8%)，最小的為古浪、天祝(10.7%)；重旱發(fā)生頻率最大的為古浪(17.9%)，最小的為天祝(1.8%)；特重旱發(fā)生頻率最大的為民勤(25.0%)，最小的為古浪、天祝(8.9%)(圖3-b)。

圖1 石羊河流域各站春旱分布趨勢(shì)

圖2 石羊河流域各站春末夏初旱分布趨勢(shì)

圖3 石羊河流域各站伏旱分布趨勢(shì)

2.2.2 時(shí)間分布特征

2.2.2.1 周期特征 規(guī)定一年中只要出現(xiàn)一次干旱(包括春旱、夏旱、伏旱)就定為一個(gè)干旱年，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，56 a中涼州只有2007年和2014年未出現(xiàn)干旱，民勤只有2014年未出現(xiàn)干旱，古浪23 a未出現(xiàn)干旱，天祝28 a未出干旱，永昌7 a未出現(xiàn)干旱。涼州和民勤干旱周期不足一年，幾乎年年發(fā)生干旱；古浪干旱周期是1～2 a；天祝干旱大周期是3～4 a，小周期是1～2 a；永昌干旱周期是1 a。

由于石羊河流域所轄地區(qū)都是以農(nóng)業(yè)為主的小城鎮(zhèn)，春旱和春末夏初旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大，故規(guī)定一年中只要出現(xiàn)一次重度以上的春旱或春末夏初干旱(包括重旱和特重旱)，就定為一個(gè)重旱年，其中，涼州出現(xiàn)23 a重旱，重旱大周期是3～4 a，小周期是1～2 a；民勤出現(xiàn)30 a重旱，重旱周期是1～3 a，特別1973～1981年連續(xù)9 a出現(xiàn)重旱；古浪出現(xiàn)12 a重旱，重旱大周期是5～6 a，小周期是2～3 a；天祝出現(xiàn)11 a重旱，重旱大周期是9～10 a，小周期是2～4 a；永昌出現(xiàn)22 a重旱，重旱大周期是5～6 a，小周期是2～3 a。

2.2.2.2 年代際特征 從圖4-a看出，春旱發(fā)生頻率從20世紀(jì)60年代開(kāi)始到2015年，上游呈下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-2.29%/a，其中60年代發(fā)生頻率最高為40%，2001～2010年的發(fā)生頻率最低，為15%；中游略有上升趨勢(shì)，其線性傾向率為1.14%/a，其中80年代發(fā)生頻率最高為75%,70年代發(fā)生頻率最低為45%；下游呈上升趨勢(shì)，其線性傾向率為2.0%/a，其中，2010～2015年的發(fā)生頻率最高為80%,2001～2010年最低為60%。

圖4-b顯示，春末夏初旱發(fā)生頻率從20世紀(jì)60年代開(kāi)始到2015年，上游呈下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-2.57%/a，其中60年代、70年代和2001～2010年發(fā)生頻率最高為20%，2011～2015年發(fā)生頻率最低為0%；中游略有下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-1.71%/a，其中60年代發(fā)生頻率最高為65%,80年代發(fā)生頻率最低為35%；下游呈明顯下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-5.14%/a，其中，60、70年代發(fā)生頻率最高為70%,80、90年代和2011～2015年最低為40%。

圖4-c顯示,伏旱發(fā)生頻率從20世紀(jì)60年代開(kāi)始到2015年，上游略有上升，其線性傾向率為1.57%/a，其中70年代發(fā)生頻率最高為50%，60年代發(fā)生頻率最低為20%；中游呈顯著下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-4.43%/a，其中60、70年代發(fā)生頻率最高為85%,90年代發(fā)生頻率最低為50%；下游略有下降，其線性傾向率為-1.71%/a，其中，60、80年代發(fā)生頻率最高為100%,70年代最低為70%。

圖4 石羊河流域干旱年代際的變化趨勢(shì)

以重度以上干旱發(fā)生頻率分別繪制年代際曲線發(fā)現(xiàn)(圖5-a、圖5-b、圖5-c)，流域內(nèi)各站年代際趨勢(shì)均不相同，上游天祝，重度春旱和夏旱發(fā)生頻率均以20世紀(jì)60年代的最高，之后呈波浪式逐漸下降，近5 a發(fā)生頻率最低；伏旱呈波浪式變化，70年代和2001～2010年發(fā)生頻率高，1991～2000年和近5 a發(fā)生頻率低。上游古浪，重度春旱70、80年代和近5 a發(fā)生頻率高，60年代、1991～2010年發(fā)生頻率低；重度夏旱60、70年代和2001～2010年發(fā)生頻率較高，但總體呈下降趨勢(shì)，近5 a發(fā)生頻率最低(未發(fā)生)；重度伏旱70、80年代發(fā)生頻率最高，后逐年下降，近5 a發(fā)生頻率最低(未發(fā)生)。中游涼州，重度春旱呈波浪式變化，80年代發(fā)生頻率最高，之后逐年降低，近5 a又反彈增多；重度夏旱60年代和近5 a發(fā)生頻率最高，90年代發(fā)生頻率最低；重度伏旱70年代發(fā)生頻率最高，后逐年呈下降趨勢(shì)，近5 a略有反彈。中游永昌，重度春旱70年代最高，后逐年呈波浪式下降趨勢(shì)，2001～2010年最低(未發(fā)生)；夏旱60年代最高，后逐年呈波浪式下降趨勢(shì)，1991～2000年和近5 a最低(未發(fā)生)；伏旱70年代最高，后逐年下降。下游民勤重度春旱70、80、90年代發(fā)生頻率較高，后逐漸下降；夏旱70年代發(fā)生頻率最高，后呈波浪式變化，近5 a發(fā)生頻率最低(未發(fā)生)；伏旱是80年代發(fā)生頻率最高，總體呈波浪式變化。

調(diào)查研究表明，72%的少數(shù)民族大學(xué)生對(duì)人際關(guān)系能力的自我評(píng)價(jià)較高，善于維系老朋友之間的關(guān)系，經(jīng)常互相幫助，但交友渠道較單一，對(duì)新朋友的結(jié)交和維系缺乏主動(dòng)性。

圖5 石羊河流域各站重度干旱年代際變化趨勢(shì)

2.3災(zāi)情特征(直接經(jīng)濟(jì)損失)

2.3.1 空間分布特征 1984～2016年，石羊河流域武威市共發(fā)生干旱災(zāi)害57次，年均經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5460.29萬(wàn)元，年均農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積達(dá)31639.67 hm2。其中年均經(jīng)濟(jì)損失分別為涼州7940.64萬(wàn)元、民勤4029.5萬(wàn)元、古浪5578.58萬(wàn)元、天祝4438.21萬(wàn)元、永昌5636.25萬(wàn)元；年均農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積分別為涼州16586.7 hm2、民勤13239.3 hm2、古浪28039.5 hm2、天祝53487.0 hm2、永昌17104.3 hm2。由于各站地形、地貌、拔海高度等不同，各種災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失不盡相同，各類災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失從高到低排序依次是[3]，涼州：凍害gt;干旱gt;大風(fēng)沙塵暴gt;暴雨洪澇gt;冰雹；民勤：干旱gt;凍害gt;大風(fēng)沙塵暴gt;暴雨洪澇gt;冰雹；古浪：干旱gt;大風(fēng)沙塵暴gt;暴雨洪澇gt;凍害gt;冰雹；天祝：干旱gt;凍害gt;暴雨洪澇gt;冰雹gt;大風(fēng)沙塵暴；永昌：干旱gt;凍害gt;大風(fēng)沙塵暴gt;暴雨洪澇gt;冰雹(圖6)。由此可見(jiàn)，流域內(nèi)(除涼州)干旱天氣造成的經(jīng)濟(jì)損失是最嚴(yán)重的。

2.3.2 年代際分布特征 不計(jì)物價(jià)及貨幣升值率等因素，1984～2016年武威市干旱年均經(jīng)濟(jì)損失5460.29萬(wàn)元，其中1984～1993年年均經(jīng)濟(jì)損失1654.2萬(wàn)元，1994～2003年年均經(jīng)濟(jì)損失7094.5萬(wàn)元，2004～2013年年均經(jīng)濟(jì)損失4854.6萬(wàn)元。拋開(kāi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和物價(jià)變化，干旱災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失呈逐年下降趨勢(shì)。

圖6 1984～2016年武威市各站分類

2.4干旱預(yù)測(cè)技術(shù)探討

2.4.1 ENSO事件對(duì)干旱影響及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

2.4.1.1 影響分析 將1963～2016年54 a發(fā)生的暖事件(17次)和冷事件(11次)峰值年定義為ENSO事件年[15-19]，按國(guó)家氣候中心劃分的強(qiáng)度分別定義為-3～4，其中強(qiáng)冷事件為-3、中等冷事件為-2、弱冷事件為-1、正常年份為0、弱暖事件為1、中等暖事件為2、強(qiáng)暖事件為3、超強(qiáng)暖事件為4。將干旱等級(jí)與之對(duì)應(yīng)分別定義為0～4，其中無(wú)旱為0、輕旱為1、中旱為2、重旱為3、特重旱為4。分析發(fā)現(xiàn)暖事件對(duì)干旱影響不是太明顯，而冷事件與干旱關(guān)系非常密切(圖7)，石羊河流域武威市是一個(gè)農(nóng)業(yè)小城市，4～6月是農(nóng)作物生長(zhǎng)關(guān)鍵期，也是需水高峰期，此時(shí)出現(xiàn)干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害極大，當(dāng)?shù)貙⑦@段時(shí)間的干旱俗稱為“卡脖子旱”，統(tǒng)計(jì)顯示，拉尼娜年發(fā)生中度以上春旱的概率：涼州45.5%、民勤54.5%、永昌54.5%、古浪18.2%、天祝18.2%，拉尼娜次年發(fā)生中度以上春旱的概率：涼州72.7%、民勤90.9%、永昌72.7%、古浪27.3%、天祝45.5%；拉尼娜年發(fā)生中度以上春末夏初旱的概率：涼州72.7%、民勤63.6%、永昌36.4%、古浪18.2%、天祝9.1%，拉尼娜次年發(fā)生中度以上春末夏初旱的概率：涼州54.5%、民勤36.4%、永昌27.3%、古浪18.2%、天祝18.2%。

綜上所述，拉尼娜次年流域中下游發(fā)生春旱的概率較高，拉尼娜當(dāng)年流域中下游發(fā)生春末夏初旱的概率較高。由于流域上游屬淺山區(qū)氣候，發(fā)生春旱及春末夏初旱的概率極低，因此，拉尼娜當(dāng)年和次年不一定出現(xiàn)干旱，反之，出現(xiàn)干旱則與拉尼娜有關(guān)，例如古浪54 a中共發(fā)生重度以上春末夏初旱6次，其中2次發(fā)生在拉尼娜年，2次發(fā)生在拉尼娜次年，天祝54 a中共發(fā)生重度以上春旱7次，其中1次發(fā)生在拉尼娜年，3次發(fā)生在拉尼娜次年。可以認(rèn)為拉尼娜事件是造成該流域干旱的主要影響因子之一。

圖7 石羊河流域春末初夏旱級(jí)別與ENSO事件強(qiáng)度的關(guān)系

2.4.1.2 趨勢(shì)預(yù)測(cè) 根據(jù)以上分析，如果確定發(fā)生了拉尼娜事件，則可預(yù)測(cè)次年有發(fā)生春旱或春末夏初旱的可能，應(yīng)提前做好抗旱準(zhǔn)備，建議合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，積極開(kāi)展人工增雨雪，有效增加水資源。

2.4.2 構(gòu)建干旱預(yù)測(cè)模型

2.4.2.1 模式建立 選取1968～2010年流域內(nèi)5個(gè)自動(dòng)氣象站的旬、月氣溫、氣壓、降水、日照、蒸發(fā)、相對(duì)濕度、地溫等資料，以及國(guó)家氣候中心下發(fā)的130項(xiàng)氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指數(shù)資料(包括大氣環(huán)流指數(shù)88項(xiàng)，海溫指數(shù)26項(xiàng)，收集下載的其他指數(shù)16項(xiàng))共165項(xiàng)作為預(yù)報(bào)因子(x)，將1970～2012年各站春旱、春末夏初旱、伏旱的干旱級(jí)別和旱段，以及3～4月、5～6月和7～8月降水距平作為預(yù)報(bào)對(duì)象(y)，將所有參數(shù)處理為距平值，利用press算子進(jìn)行因子普查后，精選出相關(guān)較好的因子進(jìn)入因子庫(kù)，將精選因子x與y利用最優(yōu)子集回歸方法構(gòu)建5站預(yù)測(cè)模式(旱級(jí)、旱段、降水趨勢(shì))，以中游涼州春旱模式為例：

y1=2.449443+0.030235x1-0.02176x2-0.51413x3-0.00431x4-0.00517x5+0.720067x6+0.318647x7+0.015186x8

(1)

其中,y1為涼州春旱級(jí)別，x1為永昌前一年1～2月平均最低氣溫之和，x2為永昌前一年1～2月平均最高氣溫之和，x3為前一年11月西太平洋編號(hào)臺(tái)風(fēng)數(shù)，x4為民勤前一年9月降水量，x5為民勤當(dāng)年1～2月極端最低氣溫之和，x6為前一年2月NINO C區(qū)海表溫度距平指數(shù)，x7為前一年1～7月熱帶印度洋海溫偶極子指數(shù)之和，x8為永昌當(dāng)年5～6月平均氣溫之和。方程擬合率為87%，準(zhǔn)確率為50.0%。

y2=41.88791-0.15367x1+0.012388x2+0.015357x3+3.663946x4+0.135762x5-3.80054x6+0.007435x7

(2)

其中,y2為涼州春旱旱段天數(shù)，x1為古浪前一年2～3月日照之和，x2為烏鞘嶺當(dāng)年6月下旬～7月上旬降水量之和，x3為民勤前一年5～7月降水之和，x4為前一年3～7月熱帶印度洋海溫偶極子指數(shù)之和，x5為永昌前一年2月平均最低氣溫，x6為當(dāng)年3月NINO 3區(qū)海表溫度距平指數(shù)，x7為古浪當(dāng)年6～7月降水量之和。方程擬合率為90.9%，準(zhǔn)確率為50.0%。

y3=-36.6+2.3334x1+1.54851x2+1.7501x3-3.628x4-16.46x5+0.9128x6-0.923x7+18.856x8

(3)

其中,y3為涼州春季降水趨勢(shì)，x1為民勤當(dāng)年6月下旬氣溫，x2為永昌當(dāng)年4月上旬降水量，x3為烏鞘嶺前一年5月日照，x4為涼州前一年3月相對(duì)濕度，x5為前一年10月～當(dāng)年8月熱帶印度洋海溫偶極子指數(shù)之和，x6為烏鞘嶺當(dāng)年2月降水量，x7為民勤前一年2～4月極端最高氣溫之和，x8為當(dāng)年4～7月暖池型ENSO指數(shù)之和。方程擬合率為84.7%，準(zhǔn)確率為70.0%。

結(jié)合方程(1)、(2)、(3)結(jié)果對(duì)次年干旱趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，若方程(1)預(yù)測(cè)旱級(jí)≥2，且方程(2)預(yù)測(cè)旱段≥35(或15)，同時(shí)方程(3)預(yù)測(cè)相應(yīng)時(shí)段降水比常年同期偏少2成以上，則直接預(yù)測(cè)次年有干旱，旱級(jí)根據(jù)方程(1)確定；若方程(1)預(yù)測(cè)旱級(jí)≥4，且方程(2)預(yù)測(cè)旱段≥35(或15)，同時(shí)方程(3)預(yù)測(cè)相應(yīng)時(shí)段降水與常年相比在±2成之間，則預(yù)測(cè)次年有中度干旱；若方程(1)預(yù)測(cè)旱級(jí)≥2，且方程(2)預(yù)測(cè)旱段≥35(或15)，但方程(3)預(yù)測(cè)相應(yīng)時(shí)段降水比常年同期偏多2成以上，則預(yù)測(cè)次年無(wú)干旱。若方程(1)預(yù)測(cè)旱級(jí)≥2，或方程(2)預(yù)測(cè)旱段≥35(或15)，方程(3)預(yù)測(cè)相應(yīng)時(shí)段降水比常年同期偏少2成以上，則預(yù)測(cè)次年有輕度干旱，降水比常年同期偏少5成以上，則預(yù)測(cè)次年有中度以上干旱。易發(fā)生干旱的中下游年降水量較小，故以上預(yù)測(cè)主要以降水趨勢(shì)為主，其他為副，其權(quán)重為降水0.4、旱級(jí)0.4、旱段0.2。

2.4.2.2 干旱預(yù)測(cè)綜合結(jié)論 根據(jù)模式預(yù)測(cè)結(jié)論結(jié)合2.4.1中冷事件趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果綜合判斷是否次年出現(xiàn)干旱。若模式和冷事件同時(shí)預(yù)測(cè)有干旱，則預(yù)測(cè)次年有中度以上干旱；若模式或冷事件有一方預(yù)測(cè)有干旱，則預(yù)測(cè)次年有輕度干旱。

經(jīng)2013～2016年式運(yùn)行春旱預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為18/20=90.0%，其中空?qǐng)?bào)1次，漏報(bào)1次，6次預(yù)測(cè)有旱，但旱級(jí)有差距(基本正確)(表2)。春末夏初旱預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為16/20=80.0%，其中空?qǐng)?bào)2次，漏報(bào)2次，1次預(yù)測(cè)有旱，但旱級(jí)有差距(基本正確)(表3)，可滿足正常業(yè)務(wù)需求。

表2 各站春旱預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)定

表3 各站春末夏初旱預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)定

3 結(jié)論與討論

(1)石羊河流域干旱災(zāi)害頻率呈現(xiàn)從上游天祝到下游民勤(高海拔到低海拔)逐漸增多趨勢(shì)，不論春旱、夏旱、伏旱，特重旱發(fā)生頻率均是民勤最高，古浪最低，最大頻率是最小頻率的4～5倍；上、中、下游干旱周期分別為1～2 a、1 a左右、不足1 a，重旱以上周期分別為2～4 a、2～4 a、1～3 a；干旱年代際特征不顯著，呈波浪式變化；流域內(nèi)(除涼州)干旱天氣造成的直接經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重，拋開(kāi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和物價(jià)變化，干旱災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失呈逐年下降趨勢(shì)；利用ENSO事件信號(hào)對(duì)干旱趨勢(shì)進(jìn)行初預(yù)測(cè)，同時(shí)結(jié)合干旱預(yù)測(cè)模式，綜合得出次年干旱預(yù)測(cè)結(jié)論，通過(guò)評(píng)分檢驗(yàn)，效果良好，可滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用。

(2)石羊河流域?qū)俑珊蛋敫珊祬^(qū)，局地的短時(shí)強(qiáng)降水偶有發(fā)生，對(duì)干旱旱段及強(qiáng)度的確定影響較大。

(3)流域內(nèi)地形復(fù)雜，測(cè)站稀少，區(qū)域氣象站資料年代短，要素少，在干旱范圍確定及旱災(zāi)收集方面有一定影響，需改進(jìn)。

(4)加強(qiáng)對(duì)GRAPSE-LZ區(qū)域高分辨率數(shù)值模式的業(yè)務(wù)應(yīng)用，努力提高干旱預(yù)測(cè)水平。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

StudyonDroughtCharacteristicsandPredictionMethodinShiyangRiverBasin

LUO Xiao-ling1, WANG Run-yuan2, QI Yue2

(1. Meteorological Bureau of Wuwei City in Gansu Province, Wuwei 733000, China; 2. Lanzhou Arid Meteorology Research Institute, China Meteorological Administration / Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction / Key and Opening Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction, China Meteorological Administration, Lanzhou 730020, China)

Using the data of rainfall, drought disaster and disastrous situation in the Shiyang River basin, we analyzed the distribution characteristics of drought disaster in this basin, and explored its forecast method. The results indicated that the drought frequency increased from the upper reaches (Tianzhu) to the lower reaches (Minqin) (from high-altitude region to low-altitude region) of this basin. The occurrence frequencies of spring drought, summer drought, midsummer drought and specially-severe drought all were the highest in Minqin, all were the lowest in Gulang, and the maximum frequency was 4～5 times the minimum frequency. In the upper, middle and lower reaches, the cycle of drought was 1～2 years, about 1 year and less than 1 year, respectively; the cycle of severe or specially severe drought was 2～4 years, 2～4 years and 1～3 years, separately. The drought revealed wave-type changes without significant decadal characteristics. The direct economic loss caused by drought disasters in this basin (except for Liangzhou) was the most serious, but the economic loss caused by drought disasters decreased year by year. By combining the signals of ENSO event with the drought prediction model, the drought trend in the next year was initially predicted, and the predictive effect was good through the score verification.

Shiyang River basin; Drought; Characteristics; ENSO event; Prediction

S423；P732

A

1001-8581(2017)12-0107-08

2017-07-25

中國(guó)氣象局氣候變化專項(xiàng)“西北區(qū)域春小麥對(duì)干旱的適應(yīng)性及其致災(zāi)臨界條件”(CCSF201713)；國(guó)家自然基金“半干旱區(qū)作物干旱致災(zāi)過(guò)程特征及其若干閾值研究”(41275118)。

羅曉玲(1966─)，女，高級(jí)工程師，主要從事天氣氣候預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)及其相關(guān)研究。