新疆阿勒泰地區(qū)連續(xù)無雨日干旱時(shí)空演變特征分析

馬哈提·穆拉提別克

(阿勒泰水文勘測(cè)局，新疆 阿勒泰 836500)

新疆阿勒泰地區(qū)位于新疆最北部，屬于典型的中溫帶大陸性氣候，夏季時(shí)間短，降水主要集中在夏季，屬于干旱半干旱區(qū)域，區(qū)域干旱特征季節(jié)性十分顯著。夏季發(fā)生干旱的頻率較低，而在其他季節(jié)發(fā)生干旱的頻率較高。其次阿勒泰地區(qū)發(fā)生干旱存在較為明顯的區(qū)域性。干旱時(shí)空演變規(guī)律分析是區(qū)域水資源保護(hù)規(guī)劃重要參考依據(jù)。當(dāng)前，對(duì)于區(qū)域干旱時(shí)空演變特征分析大都集中在對(duì)大尺度的干旱分析[1- 6]，而對(duì)于連續(xù)無雨日的干旱時(shí)空特征研究還較少，特別是在新疆阿勒泰地區(qū)，還未進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用，為此本文結(jié)合修正Z指數(shù)方法[7- 9]，以新疆阿勒泰某區(qū)域?yàn)檠芯繉?shí)例，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的氣象水文數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域連續(xù)無雨日的時(shí)空演變特征規(guī)律進(jìn)行分析，分析成果對(duì)于區(qū)域農(nóng)作物生長規(guī)律下的需水規(guī)律分析具有重要的參考價(jià)值。

1 修正的Z指數(shù)方法干旱分析原理

本文結(jié)合修正的Z指數(shù)方法[10]對(duì)區(qū)域連續(xù)無雨日的干旱特征進(jìn)行分析，分析的方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

在指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，需要對(duì)其干旱等級(jí)進(jìn)行劃分，修正前后干旱等級(jí)劃分結(jié)果見表1。

表1 修正前后Z指數(shù)干旱等級(jí)劃分結(jié)果

2 連續(xù)干旱時(shí)空特征演變分析

2.1 區(qū)域概況

本文以新疆阿勒泰某區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域，區(qū)域?qū)儆诘湫偷闹袦貛Т箨懶詺夂颍涤曛饕性谙募?。但是農(nóng)作物主要在春季生長，而春季又易出現(xiàn)較大的旱情，為進(jìn)行有效的水資源配置，急需對(duì)區(qū)域干旱時(shí)空特征進(jìn)行相關(guān)研究，分析區(qū)域干旱的特點(diǎn)，提出相應(yīng)的抗旱措施。本文結(jié)合區(qū)域的1960—2017年水文氣象數(shù)據(jù)，各水文氣象站點(diǎn)如圖1所示。

圖1 區(qū)域水文氣象站點(diǎn)分布圖

2.2 不同季節(jié)作物生長期連續(xù)無雨日時(shí)空分布特征

結(jié)合區(qū)域降雨數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了區(qū)域不同重現(xiàn)期(5年、10年、15年、20年)農(nóng)作物生長期最大連續(xù)無雨日的空間分布特征，分析結(jié)果如圖2所示；并分析不同月份各重現(xiàn)期連續(xù)無雨日天數(shù)的最大值及最小值，結(jié)果見表1—3。

圖2 區(qū)域(3—10月)不同重現(xiàn)期最大連續(xù)無雨日分布

從圖2中可看出，新疆阿勒泰地區(qū)不同重現(xiàn)期最大連續(xù)無雨日分布呈現(xiàn)較為明顯的地域空間變化，各重現(xiàn)期下呈現(xiàn)從東到西逐步遞減的變化趨勢(shì)，從分布特征來看，20年一遇重現(xiàn)期下最大連續(xù)無雨日的天數(shù)在40～43d的區(qū)域逐步增多，而5年一遇下最大連續(xù)無雨日的天數(shù)大都在20～25d，在作物生長期，中部發(fā)生連續(xù)無雨日的天數(shù)有所減少，適合作物生長。

2.3 區(qū)域春季最長連續(xù)無雨日特征及干旱分析

對(duì)研究區(qū)域春季(3—5月份)最長連續(xù)無雨日進(jìn)行時(shí)空特征統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表2、如圖3所示，并結(jié)合修正的Z指數(shù)對(duì)區(qū)域不同程度的干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表2 區(qū)域不同重現(xiàn)期(3—5月份)最長連續(xù)無雨日統(tǒng)計(jì)特征

圖3 區(qū)域春季不同重現(xiàn)期最大連續(xù)無雨日分布

與作物生長期最大連續(xù)無雨日分布特征有所不同，春季，最大連續(xù)無雨日天數(shù)整體有從東向西遞增的變化趨勢(shì)，從表3中可看出，發(fā)生總干旱的頻率在27.1%～34.9%之間，空間分布上各區(qū)域總體發(fā)生干旱的頻率較為一致。春季，區(qū)域易發(fā)生中度和輕度的干旱情況。從表2中可看出，不同重現(xiàn)期下最長連續(xù)無雨日變化幅度較小。

2.4 區(qū)域夏季最長連續(xù)無雨日特征及干旱分析

對(duì)研究區(qū)域夏季(6—8月份)最長連續(xù)無雨日進(jìn)行時(shí)空特征的統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表4、如圖4所示，并結(jié)合修正的Z指數(shù)對(duì)區(qū)域不同程度的干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。

20年一遇10年一遇5年一遇2年一遇最小值/d22191814最大值/d32282225平均值/d28.522.519.219.6標(biāo)準(zhǔn)差1.91.91.32.2

表5 各區(qū)域夏季干旱頻率 單位：%

從圖4中可看出，夏季最大連續(xù)無雨日空間分布較為散亂，變化趨勢(shì)較為復(fù)雜，這主要是因?yàn)樵谙募緟^(qū)域降水空間分布十分不均勻，從區(qū)域干旱頻率分析結(jié)果可看出，發(fā)生總干旱的頻率較春季有所降低，從表4中也可看出，不同重現(xiàn)期下最長連續(xù)無雨日的天數(shù)也較春季有所下降。

2.5 區(qū)域秋季最長連續(xù)無雨日特征及干旱分析

對(duì)研究區(qū)域秋季(9—10月份)最長連續(xù)無雨日進(jìn)行時(shí)空特征的統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表6、如圖5所示，并結(jié)合修正的Z指數(shù)對(duì)區(qū)域不同程度的干旱進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。

圖5 區(qū)域秋季不同重現(xiàn)期最大連續(xù)無雨日分布

20年一遇10年一遇5年一遇2年一遇最小值/d28292218最大值/d51423232平均值/d40.535.62922.9標(biāo)準(zhǔn)差3.83.12.51.9

表7 各區(qū)域秋季干旱頻率 單位：%

從圖5中看出，發(fā)生15年一遇干旱頻率下的連續(xù)無雨日天數(shù)最多，集中在34～36d，其他幾個(gè)重現(xiàn)期最大連續(xù)無雨日空間變化無相似性。秋季發(fā)生干旱的頻率最大，干旱發(fā)生的頻率在30.6%～38.3%之間，且發(fā)生嚴(yán)重和特大干旱的頻率均高于春季和夏季，從表6中可看出，不同重現(xiàn)期下最長連續(xù)無雨日較其他兩個(gè)季節(jié)有所減少。

3 成果討論

(1)區(qū)域作物生長期連續(xù)無雨日天數(shù)達(dá)到30～35d，易發(fā)生中等程度的干旱，在春季連續(xù)無雨日達(dá)到40～45d，易出現(xiàn)嚴(yán)重干旱的情況，在夏季易出現(xiàn)10～15d的連續(xù)無雨日，易出現(xiàn)中等—嚴(yán)重干旱的情況。

(2)區(qū)域東部總體干旱情況少于西部，特別是在作物生長期，應(yīng)采取相應(yīng)的節(jié)水、調(diào)水措施，對(duì)西部區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的干旱措施和用水保障。

(3)修正的Z指數(shù)適合于新疆阿勒泰地區(qū)的干旱特征分析，在實(shí)際干旱分析工作中還應(yīng)結(jié)合區(qū)域氣候特征進(jìn)行相應(yīng)的修正。