宜賓市農(nóng)業(yè)干旱危險性演變特征分析

支詢　沙莉　李施　朱明宇　張藝萌

摘要 ? ?基于四川省宜賓市1951—2010年夏季（6—8月）降水距平資料，以30年為窗口、1年為滑動步長，通過構(gòu)造降水距平百分率和農(nóng)業(yè)干旱危險性等級（輕旱、中旱、重旱、嚴(yán)重干旱）之間的模糊隸屬函數(shù)，引入?yún)^(qū)間平均隸屬度，將信息擴散理論與之結(jié)合，研究了宜賓近60年農(nóng)業(yè)干旱危險性的演變特征。結(jié)果表明，輕度干旱危險性水平變化趨勢總體為波動下降;中度干旱危險性水平在10.5%處保持振蕩平衡;重度干旱危險性水平在前期有下降趨勢，之后迅速上升并持續(xù)保持高位振蕩;嚴(yán)重干旱危險性水平長期保持低位振蕩后，在第24序列之后驟增;中度以下農(nóng)業(yè)干旱危險性水平總體呈振蕩下降趨勢，重度以上農(nóng)業(yè)干旱危險性水平總體呈上升趨勢。本研究針對不同等級農(nóng)業(yè)干旱危險性分別計算各自的模糊概率，對該地防災(zāi)減災(zāi)實踐具有重要價值。

關(guān)鍵詞 ? ?農(nóng)業(yè)干旱;降水距平;演變趨勢;四川宜賓

中圖分類號 ? ?P426.616 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）19-0191-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Analysis ?on ?Evolution ?Characteristics ?of ?Agricultural ?Drought ?Risk ?in ?Yibin ?City

ZHI Xun ? ?SHA Li ? ?LI Shi ? ?ZHU Ming-yu ? ?ZHANG Yi-meng

（Liaoning Meteorological Equipment Support Center，Shenyang Liaoning 110166）

Abstract ? ?Based on the precipitation anomaly data of summer（June-August） from 1951 to 2010 in Yibin City of Sichuan Province，with a window of 30 years，a sliding step of 1 year，the fuzzy subjection function that related precipitation anomaly percentage to 4 levels of drought danger（slight，moderate，serious and severe） was constructed，the interval average degree of membership was introduced and combined with the information diffusion theory to study the evolution characteristics of agricultural drought risk in Yibin City in recent 60 years.The results showed that the trend of mild drought risk level generally fluctuated，the moderate drought risk level maintained oscillation equilibrium at 10.5%，the severe drought risk level had a downward trend in the early stage，then increased rapidly and continued to maintain high oscillation. The level of severe drought risk increased sharply after long-term oscillation，and increased sharply after the 24th sequence.The agricultural drought risk level below moderate to moderately showed a downward trend，and the agricultural drought risk level above severely increased. This study calculated the fuzzy probability of different levels of agricultural drought risk，which is of great value to the practice of disaster prevention and mitigation.

Key words ? ?agricultural drought;precipitation anomaly;evolutionary trend;Yibin Sichuan

干旱是一種十分復(fù)雜的綜合現(xiàn)象，不僅與眾多的自然環(huán)境因素有關(guān)，也與人類社會因素有關(guān)。因此，長期以來人們對干旱的概念有各種不同的理解。對于干旱概念的正確認(rèn)識，是應(yīng)把干旱的基本概念與各種不同類型的干旱相區(qū)別，即干旱是指由于水分的收支或供求不平衡而形成的水分短缺現(xiàn)象。

目前，對干旱危險性分析的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)手段是概率統(tǒng)計方法，也就是總結(jié)旱災(zāi)頻發(fā)地區(qū)歷史上不同危險性水平發(fā)生的頻率，得到危險性概率分布。然而，由于旱災(zāi)的致災(zāi)因子和承災(zāi)體具有很大的不確定性和易變性，難以準(zhǔn)確地估計旱災(zāi)危險性的概率分布。另外，當(dāng)研究區(qū)域較小時，歷史資料常常嚴(yán)重不足，獲得的只是小樣本數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致分析結(jié)果不穩(wěn)定，甚至與實際情況相差甚遠[1]。針對旱災(zāi)系統(tǒng)信息不完備的不確定性，黃崇福[2]提出了信息擴散理論的風(fēng)險評估方法。針對旱災(zāi)系統(tǒng)認(rèn)知缺乏所產(chǎn)生的不確定性，如因降水距平與輕度干旱、中度干旱、重度干旱和嚴(yán)重干旱之間無明確的對應(yīng)關(guān)系和界限而產(chǎn)生的不確定性，可使用模糊數(shù)學(xué)集理論中的隸屬函數(shù)進行表征。

本文以降水距平百分率作為干旱發(fā)生的直接因子，從干旱風(fēng)險致災(zāi)因子危險性評估的角度，先利用信息擴散理論計算宜賓市1951—2010年以來夏季不同降水距平率出現(xiàn)的概率值。然后，分別給定不同等級干旱（輕旱、中旱、重旱和嚴(yán)重干旱）危險性與不同降水距平百分率之間的模糊隸屬函數(shù)關(guān)系，計算出1951—2010年每30年（共31個序列）的不同干旱危險性等級的危險性水平，并分析其演變趨勢特征。

1 ? ?資料與方法

1.1 ? ?資料來源

本文采用四川省宜賓市1951—2010年共60年6—8月逐月降水資料，該資料來源于四川省氣象局。將夏季降水量（6—8月降水量總和）序列Xi（i=1，2，…，60）處理，獲得降水量距平率Yi（%）=×100，i=1，2，…，60。

1.2 ? ?信息擴散方法

信息擴散方法是為了彌補信息不足而考慮優(yōu)化利用樣本模糊信息的一種對樣本進行集值化的模糊數(shù)學(xué)處理方法。該理論考慮優(yōu)化利用樣本模糊信息對樣本進行集值化，將一個觀察值樣本變成一個模糊集。最簡單的信息擴散函數(shù)是正態(tài)擴散函數(shù)。

設(shè)干旱指標(biāo)論域為：

式（12）中，Dk表征不同等級的干旱危險性的危險水平。

1.3.2 ? ?農(nóng)業(yè)干旱危險性評估標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《農(nóng)業(yè)干旱等級》（GB/T 32136—2015）[3]中時間尺度為90 d時的降水距平百分率為標(biāo)準(zhǔn)，可得知農(nóng)業(yè)干旱危險性各級的降水距平百分率范圍，見表1。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?農(nóng)業(yè)干旱危險性的模糊概率

宜賓市位于四川盆地南部，全區(qū)位于東經(jīng)103°36′～105°20′、北緯27°50′～29°16′之間，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明，春秋較長，雨水豐沛，多在夏季，較長的降水過程都發(fā)生在6—7月，雨熱同季。

根據(jù)宜賓市1951—2010年逐月降水資料，統(tǒng)計出從1951年起的每30年的6—8月降水距平率。設(shè)1951—1981年降水距平率序列為序列1，1952—1982年降水距平率序列為序列2，依次類推，則1980—2010年降水距平率序列為序列31。根據(jù)信息擴散理論，首先確定出每個降水距平率序列的最大值和最小值，然后根據(jù)該最大值和最小值確定出論域的范圍。比如說，序列1的最大值約為67.295，最小值約為-51.502，則序列1的論域變化范圍為[-60，75]。將該論域變化范圍內(nèi)的連續(xù)論域按等間距取點，間距為0.1，構(gòu)成離散論域。

據(jù)此，根據(jù)公式（2）～（16）便可計算得到宜賓市31個夏季不同等級農(nóng)業(yè)干旱危險性等級的模糊概率序列。

2.2 ? ?各級農(nóng)業(yè)干旱危險性水平演變趨勢

2.2.1 ? ?輕度農(nóng)業(yè)干旱危險性水平的演變趨勢。由圖1可知，輕度干旱危險性水平總體處在12%～21%的水平上。第11序列為輕旱危險性水平的峰值，為20.02%;此后，危險性水平呈振蕩下降趨勢?？傮w來說，輕度干旱危險性水平變化趨勢總體上為波動下降。

2.2.2 ? ?中度農(nóng)業(yè)干旱危險性水平的演變趨勢。中度干旱危險性水平比輕度干旱波動更大。前半段特征不明顯，有一波峰位于第10序列，為10.33%;第14序列到第23序列波動增大，第23序列到第28序列為驟減過程。最大值為第23個序列的12.35%，最小值為第28序列的9.09%?？傮w來說，中度干旱危險性水平總體在10.5%處保持振蕩平衡（圖2）。

2.2.3 ? ?重度農(nóng)業(yè)干旱危險性水平的演變趨勢。由圖3可知，重度干旱危險性水平總體趨勢與輕度干旱呈相反的位相變化。從第5序列至第15序列為一低谷區(qū)，其中有2個極小值，分別為第8序列的3.49%和第12序列的3.55%。從第12序列開始到第15序列，重旱危險性水平激增，之后增加緩慢，概率值維持在6%左右。從第27序列開始，重度干旱危險性水平變化趨勢與輕旱、中旱變化同位相，在第30序列處有一極大值。這一特征與輕旱和中旱危險性水平的變化趨勢相同?？傮w來說，重度干旱危險性水平在前期有下降趨勢，之后迅速上升并持續(xù)保持高位振蕩[4-5]。

2.2.4 ? ?嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱危險性水平的演變趨勢。由圖4可知，嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱危險性水平總體趨勢與輕度、中度和重度都有較大的區(qū)別。前半段與重度趨勢同位相，有1個很淺的低谷區(qū)，但變化較重度農(nóng)業(yè)干旱危險性更平穩(wěn);第1序列至第22序列危險性水平在1%～2%浮動，其中有1個極大值為第15序列的4.23%;此后該序列經(jīng)歷了1個低谷，谷值1.18%;從第25個序列（即1975—2005年）到第29個序列危險性水平開始驟增，極值為7.73%。此后有一小波動，該波動與輕度、中度和重度農(nóng)業(yè)干旱危險性反位相，但幅度極小，極小值為第30序列的7.48%。總體來說，嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱危險性水平長期保持低位振蕩后，在第24序列之后驟增。

3 ? ?結(jié)論與討論

3.1 ? ?討論

從宜賓市1951—2010年輕度、中度、重度和嚴(yán)重等4級農(nóng)業(yè)干旱危險性水平每30年（31個序列）的演變趨勢來看，第1序列至第15序列的4級干旱危險性水平的變化為重旱、嚴(yán)重干旱同位相，與輕旱反位相變化，且輕旱、中旱的波峰（重旱、嚴(yán)重干旱的波谷）位置在第10序列至第12序列，表明該序列與前幾個序列相比，干旱減輕，隨后又加重。而第16序列至第31序列的4級干旱危險性水平的變化為輕旱、中旱和重旱同位相，只有嚴(yán)重干旱與之反位相變化。嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱危險度在第23序列至第24序列經(jīng)歷了1個低谷，其概率幾乎減小到原來的1/3，之后開始驟增，到第29序列增加到歷史極值4.3%。此變化趨勢表明，第23序列至第24序列干旱減輕，之后干旱迅速變嚴(yán)重，到第28序列（中度、重度的極小值）至第29序列（輕旱極小值）時，為歷史干旱最嚴(yán)重時期。第30序列至第31序列的輕旱、中旱和重旱危險性水平都再度增加，而嚴(yán)重干旱危險性水平增幅減小，變化較平緩，表明干旱情況稍有減輕[6]。

從宜賓市1951—2010年60年夏季降水量距平率序列來看，1991年為31.7%，1992—1994年分別為-33.1%、-41.3%和32.2%，這與第13序列（1963—1992年）至第15序列（1966—1995年）的各級干旱危險性水平都有增長趨勢相符合，負距平比較大;且與前一年反差很大的年份還有2004年的-60.9%和2006年的-61.1%，2007—2009年分別為-9.5%、-34.6%和-28.0%，這與由各級干旱危險性水平趨勢分析出的歷史干旱最嚴(yán)重時期第28序列（1978—2007年）至第29序列（1979—2008年）吻合。

3.2 ? ?結(jié)論

（1）輕度干旱危險性水平變化趨勢總體波動下降;中度干旱危險性水平總體在10.5%處保持振蕩平衡;重度干旱危險性水平在前期有下降趨勢，之后迅速上升并持續(xù)保持高位振蕩;嚴(yán)重干旱危險性水平長期保持低位正當(dāng)后，在第24序列之后驟增。

（2）總體來講，中度以下農(nóng)業(yè)干旱危險性水平呈振蕩下降趨勢，重度以上農(nóng)業(yè)干旱危險性水平呈上升趨勢。

4 ? ?參考文獻

[1] ZHANG J Q.Risk assessment of drought disaster in the maize-growing region of Songliao Plain，China[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2004，102（2）：133-153.

[2] 黃崇福.自然災(zāi)害風(fēng)險評價理論與實踐[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.農(nóng)業(yè)干旱等級：GB/T 32136-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[4] 張仁波.大連市可變模糊評價法干旱等級評定應(yīng)用研究[J].黑龍江水利科技，2018，46（7）：156-158.

[5] 穆佳，邱美娟，谷雨，等.5種干旱指數(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)干旱評估中的適用性[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2018，29（8）：2624-2632.

[6] 王永利，侯瓊，云文麗，等.基于降水距平的內(nèi)蒙古地區(qū)馬鈴薯干旱指標(biāo)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2018，36（3）：224-229.