遼寧北部區(qū)域1965～2015年干旱時空變化特征分析

關(guān)明皓

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110043）

遼寧北部區(qū)域1965～2015年干旱時空變化特征分析

關(guān)明皓

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110043）

基于PDSI氣象干旱指數(shù)，以遼寧北部區(qū)域為研究區(qū)，結(jié)合區(qū)域內(nèi)6個氣象站點1965～2015年共51年氣象數(shù)據(jù)，對區(qū)域干旱時空分布特征進行分析。研究結(jié)果表明：區(qū)域各站點從1965～2015年發(fā)生干旱的頻率在31.58%～46.14%之間，發(fā)生特旱年份較少；區(qū)域在秋季發(fā)生干旱次數(shù)多于其他季節(jié)，易發(fā)生秋旱；區(qū)域從20世紀80年代到21世紀10年代，其干旱空間分布受降水影響，分布較為不均勻，但發(fā)生特旱和嚴旱的區(qū)域逐年代際減少。研究成果對于分析區(qū)域干旱時空分布的特征提供方法參考。

PDSI氣象干旱指數(shù)；干旱頻次分析；季節(jié)干旱分析；干旱空間特征

區(qū)域干旱時空分布特征的分析對于區(qū)域農(nóng)業(yè)氣象干旱預(yù)警分析至關(guān)重要，許多學者對區(qū)域干旱特征進行評價分析，并取得一定研究成果［1-6］，但是不同的干旱指數(shù)在不同區(qū)域的適用條件不同，PDSI氣象干旱指數(shù)在東北和華北地區(qū)的干旱評價中得到應(yīng)用［7-10］，成果表明該指標在東北和華北地區(qū)的干旱評價具有較好的適用性，但是PDSI氣象干旱指數(shù)在區(qū)域干旱時空分布特征評價中的應(yīng)用還較少，特別是在遼寧地區(qū)干旱空間分布特征的研究還較少，為此本文引入PDSI氣象干旱指數(shù)，以遼寧北部為研究區(qū)域，基于該區(qū)域內(nèi)6個氣象站點1965～2015年的氣象要素數(shù)據(jù)，對區(qū)域干旱時空分布特征進行定量評價和分析。

1 PDSI氣象干旱指數(shù)計算原理

PDSI氣象干旱指數(shù)為當前應(yīng)用較為成熟的氣象干旱指數(shù)，該干旱指數(shù)從區(qū)域水量平衡的角度出發(fā)，綜合考慮區(qū)域的降水、蒸發(fā)、徑流以及土含等4個要素進行干旱評價分析，并考慮區(qū)域水量供需平衡之間的聯(lián)系，其首選計算區(qū)域正常適宜的降水量︵

P，其計算的主要方程為：

其中區(qū)域蒸發(fā)適宜量E︵T采用單層蒸發(fā)模型進行計算，雙層蒸發(fā)模型植被葉面截留水量和植被根系的蒸騰計算方程為：

雙層蒸發(fā)模型考慮植被蒸騰量計算外，還考慮了土壤蒸發(fā)計算，計算方程為：

式（2）～（4）中，Rnc表示為植被葉面受太陽輻射量；rc表示植被葉面氣孔總的阻抗，sm-1；ras為植被葉面與土壤之間的空間動力學的阻抗，sm-1；λ為大氣蒸發(fā)的潛熱常數(shù)，MJkg-1；ρ為大氣空氣密度常數(shù)，kgm-3；CP為大氣的比熱常數(shù)，1.013×10-3k Jkg-1℃-1；Wfr表示為植被葉面冠層截留水量，mm；D0表示植被冠層處大氣壓差值，kPa；表示為飽和的水氣壓差值，kPa；G表示為土壤熱交換通量，Wm-2；γ表示為空氣中濕度的常數(shù)值，Kpa℃-1；rs表示為土壤表層的空氣動力學阻抗，sm-1。

在計算區(qū)域適宜降水量P︵后，計算區(qū)域?qū)嶋H降水和區(qū)域適宜降水的差值，計算方程為：

此外，本文結(jié)合遼寧北部6個氣象站點的氣象要素數(shù)對PDSI氣象干旱指數(shù)進行了修正，修正后的方程為：

式（6）和（7）中，i表示為計算的時間尺度；xi表示為時間尺度i下的PDSI氣象干旱指數(shù)；zi表示為降水距平值；di則為計算的降水適宜量和實際降水之間的差值；K表示為設(shè)定權(quán)重參數(shù)值。對于計算的PDSI氣象干旱指數(shù)，采用表1的干旱等級對區(qū)域干旱情況進行劃分，劃分結(jié)果見表1。

表1 PDSI干旱指標等級劃分

2 干旱時空分布特征分析

2.1 區(qū)域概況

本文以遼寧北部為研究區(qū)域，該區(qū)域面積為1015km2，區(qū)域多年降水量為650mm，多年平均蒸發(fā)量為450mm，屬于干旱半干旱區(qū)域，區(qū)域農(nóng)作物以玉米為主，區(qū)域內(nèi)共有6個氣象站點，各氣象站點位置分布如圖1所示。結(jié)合區(qū)域6個氣象站點1965～2015年共51年的氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合PDSI氣象干旱指數(shù)對區(qū)域干旱時空特征進行分析。

2.2 區(qū)域年過程PDSI氣象干旱指數(shù)時間變化特征分析

本文結(jié)合區(qū)域6個氣象站點1965～2015年氣象要素數(shù)據(jù)，采用PDSI氣象干旱指數(shù)計算了各站點1965～2015年P(guān)DSI指數(shù)的變化過程，計算結(jié)果見圖2。并結(jié)合表1中PDSI氣象干旱指數(shù)等級劃分結(jié)果，統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)6個氣象站點發(fā)生不同等級干旱的頻次。結(jié)果見表2。

圖1 研究區(qū)域氣象站點分布圖

表2 區(qū)域內(nèi)各氣象站站點年干旱頻率統(tǒng)計

圖2為遼寧北部各氣象站點1965～2015年P(guān)DSI氣象干旱指數(shù)變化過程，從圖中可以看出，各氣象站點PDSI氣象指數(shù)年變化過程都不相同，其各個年份的PDSI變化幅度均較大，主要是因為PDSI氣象干旱指數(shù)受多種要素綜合影響，因此變化較大。表2為區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計的6個氣象站點不同等級干旱發(fā)生頻次的情況，從統(tǒng)計結(jié)果看，1#氣象站點發(fā)生干旱的年份多于其他幾個氣象站點，頻率為46.14%，主要是因為1#氣象站點主要位于研究區(qū)氣溫高，且降水偏少的區(qū)域，因此該氣息站點周圍區(qū)域發(fā)生干旱的年份較多，而5#氣象站點主要位于降水偏多，蒸發(fā)相對較小的區(qū)域，因此其發(fā)生干旱的年份相比于其他站點偏少，頻率為31.58%。

2.3 區(qū)域季節(jié)過程PDSI氣象干旱指數(shù)時間變化特征分析

在分析年尺度PDSI氣象干旱指數(shù)變化的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計分析遼寧北部區(qū)域不同季節(jié)PDSI干旱指數(shù)變化的頻率，分析結(jié)果見表3。

圖2 各氣象站點1965～2015年P(guān)DSI氣象干旱指數(shù)變化過程

表3為區(qū)域內(nèi)6個氣象站點不同季節(jié)干旱頻率分析，從表中可看出，區(qū)域在秋季發(fā)生干旱的頻率高于其他幾個季節(jié)，這和區(qū)域?qū)嶋H情況也較為吻合，研究區(qū)域較易出現(xiàn)秋旱的情況，而在春季和冬季發(fā)生干旱的頻率要低于其他季節(jié)，這主要是因為區(qū)域在春季和冬季降水雖然偏少，但是區(qū)域蒸發(fā)也相對較少，因此區(qū)域在這兩個季節(jié)干旱頻率較低。而在夏季，雖然區(qū)域降水主要集中在這個季節(jié)，但是區(qū)域在夏季蒸發(fā)量偏大，使得夏季出現(xiàn)干旱的次數(shù)偏多。

表3 區(qū)域內(nèi)6個氣象站點在不同季節(jié)發(fā)生干旱的頻次（a）春季

2.4 區(qū)域PDSI氣象干旱指數(shù)空間變化特征分析

采用地理空間插值方法對區(qū)域氣象進行插值計算，并結(jié)合PDSI氣象干旱指數(shù)，分析區(qū)域不同年代PDSI氣象干旱指數(shù)的空間變化特征，分析結(jié)果見圖3。

圖3為研究區(qū)域各個年代計算的PDSI指數(shù)空間分布圖，從圖中可以看出，各個年代PDSI指數(shù)空間總體分布受降水、蒸發(fā)、徑流補給要素的綜合影響，分布較為不均勻，但從不同年代際PDSI干旱指數(shù)空間分布可以看出，從20世紀80年代到21世紀10年代PDIS指數(shù)在-2.85～4.0的區(qū)域（極

圖3 區(qū)域不同年代際PDSI干旱指數(shù)分布圖

端干旱的區(qū)域）和-2.85～-2.05（重度干旱）的區(qū)域逐個年代際減少，這主要還是區(qū)域近些年來加大水資源有效利用和合理配置相關(guān)措施力度加大有關(guān)，使得區(qū)域發(fā)生嚴重干旱的區(qū)域逐年減少。

3 結(jié)論

本文結(jié)合PDSI氣象干旱指數(shù)對遼寧北部區(qū)域干旱時空分布特征進行分析，分析得出以下結(jié)論：

（1）PDSI氣象干旱指數(shù)可結(jié)合降水、蒸發(fā)、徑流等多要素對區(qū)域干旱進行綜合定量分析，相比于其他單一氣象干旱指標，干旱分析結(jié)果更符合實際，適用于遼寧地區(qū)的干旱分析。

（2）遼寧北部區(qū)域較易發(fā)生秋季干旱，應(yīng)在秋季加強干旱預(yù)警措施。

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S166

A

1008-1305（2016）06-0100-04

2016-12-01

關(guān)明皓（1978年—），男，工程師。

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.032