1961—2015年喀左縣氣象干旱分析及預(yù)報

梁志兵　孫立德　馬成芝

摘要 利用1961—2015年喀左氣象站4—10月的月平均氣溫和月降水量資料，采用濕潤指數(shù)分析喀左縣春季、夏季、秋季的干旱發(fā)生情況，利用灰色系統(tǒng)理論做出春旱、夏旱、秋旱的GM（1，1）預(yù)測模型。結(jié)果表明，近55年來，喀左縣春旱和秋旱發(fā)生較重，呈減輕的趨勢；夏旱發(fā)生相對較輕，但有加重的趨勢。

關(guān)鍵詞 干旱；濕潤指數(shù)；灰色預(yù)測；遼寧喀左；1961—2015年

中圖分類號 P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）16-0198-02

干旱是氣象災(zāi)害中最主要的災(zāi)害，因其出現(xiàn)頻率高、持續(xù)時間長、涉及范圍廣，對國民經(jīng)濟(jì)，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響嚴(yán)重[1]?？ψ罂h處于半濕潤向半干旱過渡的易旱地區(qū)，降水量少，季節(jié)分配不均衡，降雨主要集中在7—8月[2]。春旱、夏旱（伏旱）、秋旱等自然災(zāi)害頻發(fā)，危害較大。本文利用1961—2015年喀左縣氣溫和降水量資料，分析喀左縣干旱發(fā)生情況，同時采用灰色系統(tǒng)理論對春旱、夏旱、秋旱進(jìn)行預(yù)報。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選用1961—2015年喀左氣象站（54328）月平均氣溫和月降水量資料。按照春季（4—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—10月）進(jìn)行綜合分析。

1.2 研究方法

本文利用濕潤指數(shù)分析喀左縣干旱發(fā)生情況，濕潤指數(shù)計算公式如下：

K=R/0.16∑t

式中，K為月濕潤指數(shù)；R為月降水量（mm）；∑t為>0 ℃的月積溫，為月平均氣溫與當(dāng)月日數(shù)的乘積。

R代表供水量，0.16∑t代表需水量，K=1.0表示農(nóng)業(yè)水分供需平衡；K<1.0表示干旱；K>1.0表示水分供大于求。K值越小表示越干旱，K值由小到大的逐漸變化說明農(nóng)業(yè)用水依次得到滿足。根據(jù)季濕潤指數(shù)由小到大的變化范圍和農(nóng)業(yè)旱澇程度，可依次劃分為9個旱澇等級（表1）。

根據(jù)1961—2015年喀左縣月均氣溫（t）和月降水量（R）計算1961—2015年4—10月各月的K值。然后計算春季、夏季、秋季濕潤指數(shù)，以此作喀左縣各季的農(nóng)業(yè)旱澇分析。

2 干旱分析

2.1 季農(nóng)業(yè)旱澇分析

利用1961—2015年各季的濕潤指數(shù)，對照旱澇等級和旱澇程度，分析近55年喀左縣的旱澇情況，統(tǒng)計出各季旱澇出現(xiàn)的頻率（表2）。

春季是喀左縣易發(fā)生干旱的季節(jié)，平均K值為0.46，屬于重旱區(qū)，每年有不同程度的春旱發(fā)生，其中極旱頻率為23.6%，4年一遇；重旱頻率為36.4%，3年一遇；中旱為32.7%，3年一遇。只有1998年和2010年春季降水量較多，達(dá)到偏濕程度。

夏季農(nóng)業(yè)水分條件較好，平均K值為0.98。有42%的年份夏季K值>1.0，其中1962年、1965年、1977年K值分別為1.58、1.52、1.57，達(dá)到輕澇程度。有58%的年份出現(xiàn)夏旱，其中輕旱占32.7%，中旱占23.6%，重旱占1.8%（1968年，降水量165.6 mm）。近55年中，喀左縣夏季未發(fā)生極旱。

喀左縣秋旱發(fā)生程度較大，平均K值為0.51。82%的年份有中等以上的秋旱，其中極旱占12.7%，8年一遇；重旱占47.3%，2年一遇；中旱占21.8%，4～5年一遇；輕旱占14.5%，7年一遇。其中，2010年K值為1.41，屬于濕潤；1986年K值為1.7，達(dá)到輕澇的程度。

2.2 干旱發(fā)生的趨勢

圖1～3可知，近55年喀左縣春季、夏季、秋季濕潤指數(shù)（K值）變化情況。春季K值變化方程為y=0.001 6x+0.410 2，K值呈增大趨勢；夏季K值變化方程為y=-0.003 5x+1.078 2，K值呈減小趨勢；秋季K值變化方程為y=0.001 6x+0.461 5，K值呈增大趨勢。春季和秋季的濕潤指數(shù)波動增加，干旱程度有所減輕。夏季濕潤指數(shù)波動降低，夏旱程度有所加重。

2.3 干旱年代際變化

由表3可知，1971—1980年，春季濕潤指數(shù)（K值）最小，發(fā)生旱災(zāi)程度最重；2001—2015年春季K值較小，發(fā)生旱災(zāi)程度也較重。1981—1990年，夏季K值最小，發(fā)生旱災(zāi)程度最重；2001—2010年K值較小，發(fā)生旱災(zāi)程度較重。1961—1970年，秋季K值最小，發(fā)生旱災(zāi)程度最重；1991—2000年K值較小，發(fā)生旱災(zāi)程度較重。各年代均以春旱和秋旱發(fā)生較為嚴(yán)重，夏旱相對較輕。

3 干旱預(yù)報

建立灰色災(zāi)變GM（1，1）模型，只需要有x（0）（k）數(shù)列。設(shè){x（0）（k），k=1，2，…，n}，n為隨機(jī)序列。由于受隨機(jī)影響，序列可能出現(xiàn)較大波動，在數(shù)據(jù)信息處理方面用“累加生成”對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到隨機(jī)性弱化、規(guī)律性強(qiáng)化的數(shù)列，使雜亂無章的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有規(guī)律的較平滑的數(shù)列，再用生成數(shù)據(jù)建立模型，最后把灰色系統(tǒng)模型得到的數(shù)據(jù)，通過“累減生成”還原成原數(shù)據(jù)的平滑值[3-4]。

3.1 春旱預(yù)報模型

利用2009—2014年喀左縣春季的濕潤指數(shù)（K值）作為原始序列，即

x（0）（k）=[x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n）]

=[0.61，1.11，0.21，0.41，0.31，0.61]，

累加得到x（1）（k），則

x（1）（k）=[0.61，1.72，1.93，2.34，2.65，3.26]

利用累加生成的數(shù)據(jù)，建立春旱GM（1，1）預(yù)測模型：

x（1）（k+1）=9.410 75exp（0.163 005×k）-8.800 75

第一步預(yù)測得到預(yù)測值為3.764 129，再利用“累減生成”得到2015年春季K值為0.566 179。2015年4—5月降水量為76.2 mm，K值為0.54，在中旱范圍內(nèi)。預(yù)測與實況相符，預(yù)報正確。

3.2 夏旱預(yù)報模型

利用2011—2015年喀左縣夏季的濕潤指數(shù)（K值）作為原始序列，得出夏旱GM（1，1）預(yù)測模型：

x（1）（k+1）=13.584 631exp（0.195 122×k）-12.284 631

根據(jù)預(yù)測模型，預(yù)測出2016年夏季濕潤指數(shù)（K值）為1.132 406。2016年夏季降水量為411.8 mm，K值為1.14，達(dá)到偏濕程度。

3.3 秋旱預(yù)報模型

利用2011—2015年喀左縣秋季的濕潤指數(shù)（K值）作為原始序列，得出秋旱GM（1，1）預(yù)測模型：

x（1）（k+1）=3.161 345exp（0.287 349×k）-3.091 345

根據(jù)預(yù)測模型，預(yù)測出2016年秋季濕潤指數(shù)（K值）為0.829 574。2016年秋季降水量為97.0 mm，K值為0.76。

4 結(jié)論

（1）1961—2015年喀左縣春旱的發(fā)生最重，有93%的年份發(fā)生中等程度以上的干旱；秋旱發(fā)生較重，有82%的年份發(fā)生中等程度以上的干旱；夏旱發(fā)生相對較輕，有25%的年份發(fā)生中等程度以上的干旱。

（2）近年來，喀左縣春旱和秋旱發(fā)生存在減小的趨勢，夏旱的發(fā)生存在增大的趨勢。1971—1980年喀左縣春旱發(fā)生程度最大；1981—1990年喀左縣夏旱發(fā)生程度最大；1961—1970年喀左縣秋旱發(fā)生程度最大。

（3）利用灰色系統(tǒng)理論，對喀左縣春季、夏季、秋旱建立了GM（1，1）預(yù)測模型。但由于預(yù)報模型為指數(shù)形式，因而要滿足光滑條件，且預(yù)測步數(shù)應(yīng)以1～2步為宜，否則會產(chǎn)生誤差。應(yīng)用時要對模型進(jìn)行修正才能逐步提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 孫立德，孫虹雨.農(nóng)業(yè)病蟲害氣象學(xué)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2015.

[2] 喀左縣氣象局.農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)手冊[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

[3] 龔日朝，羅鈺婕，王芳，等.湖南旱災(zāi)灰色災(zāi)變預(yù)測模型與實證研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，13（1）：86-90.

[4] 呂小俊，謝海平，木紹良.基于灰色災(zāi)變理論的云南省干旱氣候預(yù)測研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識，2015，45（1）：164-168.