近30年廊坊市冬小麥干旱時(shí)空分布規(guī)律

馬春平 楊帥 白千川 趙博宇

摘要：根據(jù)1990—2017年3月上旬至6月上旬廊坊市9個(gè)縣（區(qū)）冬小麥產(chǎn)區(qū)的逐旬降水資料，以降水距平（Pa）為干旱指標(biāo)，從時(shí)間、空間尺度分析近30年廊坊市冬小麥干旱時(shí)空分布特征。研究結(jié)果如下：（1）年代發(fā)生趨勢：廊坊地區(qū)冬小麥干旱多發(fā)于20世紀(jì)90年代，其中1996年發(fā)生次數(shù)最多;干旱的總體發(fā)生次數(shù)呈下降趨勢;（2）旬變化特征：從3月上旬至6月上旬干旱的總體發(fā)生次數(shù)呈明顯下降趨勢;（3）空間分布：干旱發(fā)生概率整體呈現(xiàn)南部偏高，中北部偏低;西部低、東部高的空間分布特征。

關(guān)鍵詞：廊坊市;冬小麥;干旱;時(shí)空分布

中圖分類號(hào)： S423文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）08-0252-08

收稿日期：2019-04-03

基金項(xiàng)目：河北省廊坊市氣象局自立項(xiàng)目（編號(hào)：201712）。

作者簡介：馬春平（1982—），女，河北南宮人，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究。E-mail：951295863@qq.com。

農(nóng)業(yè)是露天生產(chǎn)為主的高風(fēng)險(xiǎn)性產(chǎn)業(yè)，我國又是世界上易災(zāi)、多災(zāi)與災(zāi)情嚴(yán)重的國家。干旱是我國最常見的自然災(zāi)害之一，具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時(shí)間長和影響范圍廣的特點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，旱災(zāi)是影響我國糧食生產(chǎn)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，頻發(fā)率占53%[1]。冬小麥?zhǔn)抢确恢匾募Z食作物，每年干旱災(zāi)害都會(huì)給冬小麥生長帶來不同程度的影響。特別是21世紀(jì)以來，廊坊氣候特點(diǎn)為氣溫升高、降水減少，70%以上的降水主要集中在7—9月份，冬小麥生育期內(nèi)自然降水不能滿足其生長需要，對(duì)冬小麥產(chǎn)量造成了明顯影響，例如，2000、2001年冬小麥因旱減產(chǎn)10%～30%。

國內(nèi)外在干旱的監(jiān)測、指標(biāo)、預(yù)測、影響和減輕防御等方面做了大量的研究[2-7]。20世紀(jì)90年代以來，我國開展了干旱短期氣候預(yù)測預(yù)警，其中西北、華北地區(qū)的干旱預(yù)警預(yù)測取得了明顯的進(jìn)展與效果，但是主要針對(duì)氣象干旱。21世紀(jì)以來，氣象干旱指標(biāo)在干旱監(jiān)測預(yù)測方面的研究和應(yīng)用都得到快速發(fā)展[8-11]。本研究依據(jù)20世紀(jì)90年代以來的農(nóng)業(yè)氣象觀測資料，探討廊坊市冬小麥干旱發(fā)生規(guī)律及其變化趨勢，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化、確保小麥安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害具有現(xiàn)實(shí)意義。

1?研究區(qū)概況

廊坊市位于河北省中部偏東部，地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全市年平均日照時(shí)數(shù)在2 660 h左右，光熱條件可滿足冬小麥生長需求;年平均降水量為554.9 mm，降水季節(jié)分布不均，6—8月份降水量一般可達(dá)全年總降水量的70%～80%。冬小麥生育期在10月至翌年6月上旬，自然降水一般不能滿足其生長需要。

2?材料與方法

2.1?資料來源

研究所用資料來自于廊坊市氣象局各地面氣象觀測站、《中國氣象災(zāi)害大典（河北卷）》以及霸州市、三河市農(nóng)業(yè)氣象觀測站資料。

2.2?研究方法

2.2.1?降水量距平（Pa）?反映的是某時(shí)段內(nèi)的降水量相較常年偏多或偏少的程度，即某時(shí)段內(nèi)的降水同平均狀態(tài)的偏離程度。它可以反映降水少引起的干旱（表1）。

降水量距平指數(shù)的計(jì)算公式為：

Pa=p-PP;

P=1n∑ni=1Pi。

式中：Pi為某時(shí)段降水量;P為計(jì)算某時(shí)段同期氣候平均降水量，n為研究的年數(shù)，i=1，2，3，…，n。

3?結(jié)果與分析

3.1?干旱的空間分布特征

統(tǒng)計(jì)各站3月上旬至6月上旬各等級(jí)干旱發(fā)生次數(shù)，分析空間分布特征（圖1）。

由圖1-a可知，1990—2017年近30年冬小麥主要生長季中，固安縣發(fā)生干旱次數(shù)最少，為69次;其次為三河市、香河縣、廊坊市區(qū)、永清縣、大廠回族自治縣，發(fā)生次數(shù)為 108～110次;霸州市、大城縣、文安縣發(fā)生次數(shù)較多，為112～119次;總干旱發(fā)生次數(shù)整體呈現(xiàn)南部偏高、中北部偏低，西部低、東部高的空間分布特征。

由圖1-b可以看出，輕旱、特重旱的空間分布特征基本一致，整體表現(xiàn)為南北兩頭偏高，中部偏低。其中固安縣發(fā)生輕旱次數(shù)最少，為17次;文安縣發(fā)生輕旱次數(shù)最多，為37次。香河縣特重旱發(fā)生次數(shù)最少，為20次;大城縣特重旱發(fā)生次數(shù)最多，為38次。

中旱的空間分布整體呈現(xiàn)西部低，南部高的特征。固安縣發(fā)生中旱次數(shù)最少，為16次;大城縣發(fā)生次數(shù)最多，為36次;其他地區(qū)發(fā)生次數(shù)為17～28次。

重旱空間分布呈現(xiàn)西部低、東部高，南北兩頭偏低、中部偏高的特征，與輕、特重旱分布規(guī)律大致相反。其中固安縣發(fā)生重旱次數(shù)最少，為14次;大城、三河、文安、大廠、霸州發(fā)生次數(shù)較少，范圍為17～29次;香河、永清、廊坊發(fā)生次數(shù)較多。

由圖1-c可以看出，各等級(jí)干旱輕旱發(fā)生的次數(shù)最多，為278次，出現(xiàn)概率為29%;其次是特重旱為242次，出現(xiàn)概率為25%;中、重旱的發(fā)生的次數(shù)最少，為214～224次，出現(xiàn)概率為22%～23%。

3.2?干旱的旬變化特征

空間分布反映了30年間每年3月上旬至6月上旬10個(gè)旬出現(xiàn)干旱次數(shù)的特征，為了揭示各旬干旱變化特征，統(tǒng)計(jì)了1991—2017年各旬各等級(jí)干旱出現(xiàn)次數(shù)（圖2）。

由圖2-a可知，3月上旬至6月上旬，干旱總次數(shù)整體呈先升后降趨勢，其中3月上旬至3月下旬干旱出現(xiàn)最多，范圍為124～137次。4月上旬至4月下旬干旱出現(xiàn)次數(shù)較多，為94～102次;5旬上旬至6月上旬出現(xiàn)次數(shù)最少，為57～82次。

由圖2-b可以看出，輕旱主要發(fā)生在4月份的各旬和5月下旬，出現(xiàn)概率均在11.5%以上，其他各旬出現(xiàn)概率較低，均在9.4%以下;中旱主要發(fā)生在3月中旬和4月上旬至5月上旬，出現(xiàn)概率均在10.7%以上，其他各旬出現(xiàn)概率較低，均在7.9%以下;重旱主要發(fā)生在3月份的各旬和5月上中旬，出現(xiàn)概率均在10.7%以上，其他各旬出現(xiàn)概率較低，均在9.4%以下;特重旱集中發(fā)生在3月份的各旬，出現(xiàn)概率占到74.8%;其次為4月上旬，出現(xiàn)概率占到10.3%;4月中旬至6月上旬發(fā)生次數(shù)較少，出現(xiàn)概率在0.4%～3.7%。

3.3?干旱的年代變化特征

統(tǒng)計(jì)逐年3月上旬至6月上旬各站各等級(jí)干旱出現(xiàn)次數(shù)，從干旱總次數(shù)逐年變化曲線（圖3-a）可以看出，1990年發(fā)生次數(shù)最少，僅1次;1996年發(fā)生次數(shù)最多，為80次。20世紀(jì)90年代，干旱發(fā)生次數(shù) 較多，占總次數(shù)的41.3%，從年代發(fā)生趨勢看，干旱的總體發(fā)生次數(shù)呈下降趨勢。

從輕旱次數(shù)逐年變化曲線（圖3-b）可以看出，2015年未出現(xiàn)輕旱，1990、1991、2014、2004年發(fā)生次數(shù)較少，均不到5次，1992、2003年發(fā)生次數(shù)最多，為22～23次。從年代發(fā)生趨勢看，輕旱的總體發(fā)生次數(shù)呈下降趨勢。

從中旱次數(shù)逐年變化曲線（圖3-c）可以看出，1990、2008—2010、2015年均未出現(xiàn)輕旱，1991、1997、1998、2000、2002—2005、2016、2017年發(fā)生次數(shù)較少，為2～7次，出現(xiàn)概率不足3%，1996、2006年發(fā)生次數(shù)最多，為23次。從年代發(fā)生趨勢看，中旱年際間變化較大，總體發(fā)生次數(shù)呈下降趨勢。

從重旱次數(shù)逐年變化曲線（圖3-d）可以看出，1990、1991、2003、2009、2010、2015年均未出現(xiàn)重旱，1999、2008、2011年發(fā)生次數(shù)較少，為2次，出現(xiàn)概率不足1%，1996、2006年發(fā)生次數(shù)最多，為24～28次。從年代發(fā)生趨勢看，重旱年際間變化較大，下降趨勢較小。

從特重旱次數(shù)逐年變化曲線圖（圖3-e）可以看出，1990、1991、1998、2003、2009、2010年均未出現(xiàn)特重旱，1999、2007年發(fā)生次數(shù)較少，為2～3次，出現(xiàn)概率約1%，1996、2016年發(fā)生次數(shù)最多，為 21～22次，出現(xiàn)概率約9%。從年代發(fā)生趨勢看，20世紀(jì)90年代特重旱發(fā)生次數(shù)較多，21世紀(jì)初發(fā)生次數(shù)較少，最近幾年，隨著極端天氣增多，特重旱發(fā)生次數(shù)又開始增加。

3.4?與土壤相對(duì)濕度分析對(duì)比

土壤相對(duì)濕度（R）是表征土壤干旱的指標(biāo)，能直接反映作物可利用水分的狀況。該指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是，基于田間實(shí)測，客觀反映農(nóng)業(yè)旱情。麥田耗水以1 m深內(nèi)的土層為主，其中，耕層0～20 cm是主要的供水層，土壤水分含量變幅也最大，本研究中土壤相對(duì)濕度指數(shù)為逢8取土的10、20 cm土層土壤相對(duì)濕度的平均值，以百分?jǐn)?shù)表示。

本研究中采用霸州市、三河市農(nóng)業(yè)氣象觀測站資料，觀測地塊為有灌溉條件的麥田。

由于越冬期不進(jìn)行土壤墑情觀測，并且有的站點(diǎn)土壤墑情資料不完整，經(jīng)整理得到三河、霸州氣象站1990—2017年旬樣本資料，按照土壤相對(duì)濕度（R）的干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析檢驗(yàn)，得出冬小麥主要生長季（3月上旬至6月上旬）干旱時(shí)空變化規(guī)律。

3.4.1?各等級(jí)干旱的空間分布特征對(duì)比

三河、霸州氣象站在1990—2017年560個(gè)旬樣本資料中，三河市發(fā)生干旱的次數(shù)較多，為69次;霸州市出現(xiàn)次數(shù)較少，為32次。這一規(guī)律跟降水距平分析得到的干旱總次數(shù)空間分布特征一致。

3.4.2?各等級(jí)干旱的旬變化特征對(duì)比

由圖4-a可以看出，6月上旬干旱出現(xiàn)次數(shù)最多，4月下旬至5月下旬次之;3月上旬至4月中旬較少。由圖4-b、圖4-c可以看出，旱情主要發(fā)生在4月下旬至6月上旬，其中，重旱及以上旱情主要發(fā)生在6月上旬，出現(xiàn)概率最高為38.5%;3月上旬至4月中旬未出現(xiàn)重旱以上旱情，旱情以輕旱、中旱為主。這一規(guī)律跟降水距平分析得到的干旱的旬變化特征幾乎相反，分析主要原因?yàn)槿?、霸?個(gè)氣象站觀測點(diǎn)均為灌溉條件便利的地段，田間管理措施得當(dāng)，3月上旬至4月中旬麥田澆返青水，及時(shí)補(bǔ)充土壤水分，未出現(xiàn)重旱以上旱情;4月下旬至5月下旬，隨著氣溫升高，土壤表層蒸發(fā)量增加，出現(xiàn)干旱的概率增加;6月上旬冬小麥進(jìn)入成熟期，為防止倒伏和貪青晚熟降低產(chǎn)量，不適合澆水，而此時(shí)氣溫高，蒸發(fā)量大，重旱及以上旱情出現(xiàn)概率大大增加。

3.4.3?干旱的年代變化特征對(duì)比

從干旱次數(shù)年際變化來看，各等級(jí)干旱總次數(shù)呈增加趨勢（圖5-a）;1991—2000年26次，2001—2010年37次，2011—2017年36次，干旱頻發(fā)期位于21世紀(jì)，20世紀(jì)90年代干旱發(fā)生次數(shù)相對(duì)較少。其中2002、2016年發(fā)生的次數(shù)最多，為10次;從輕、中旱次數(shù)逐年變化曲線圖（圖5-b）可以看出，2002、2015年發(fā)生的次數(shù)最多，為9～10次;由圖5-c可知，重、特重干旱只出現(xiàn)在1996、1997、2001、2016、2017年份，其中2016、2017年發(fā)生的次數(shù)較多，為4～5次，出現(xiàn)概率為30.8%～38.5%，其他年份均出現(xiàn)1次。因此1990—2017年中干旱程度較重和范圍較廣的年份為2002、2015、2016、2017年。

從各等級(jí)干旱出現(xiàn)的次數(shù)來看，輕旱出現(xiàn)次數(shù)最多，占干旱總次數(shù)的50%以上（圖5-d），其次為中旱，大部分年份占總干旱次數(shù)的30%以上，重、特重干旱出現(xiàn)次數(shù)最少，占總干旱次數(shù)的12%。這一規(guī)律跟降水距平分析得到的干旱年代變化特征對(duì)比發(fā)現(xiàn)，干旱程度較重和范圍較廣的年份為1996、2002、2016年。輕旱最嚴(yán)重的年份是2002年;中旱、重旱最嚴(yán)重的年份是1996年;特重旱最嚴(yán)重的年份是1996、2016年。有灌溉條件的麥田，發(fā)生重旱及以上干旱的概率大大降低。

4?結(jié)論與討論

廊坊地區(qū)冬小麥干旱年代發(fā)生趨勢：多發(fā)于20世紀(jì)90年代，其中1996年發(fā)生次數(shù)最多，干旱的總體發(fā)生次數(shù)呈下降趨勢;旬變化特征：從3月上旬至6月上旬干旱的總體發(fā)生次數(shù)呈明顯下降趨勢;空間分布特征：干旱發(fā)生概率整體呈現(xiàn)南部偏高、中北部偏低，西部低、東部高的空間分布特征。

本研究只采用降水距平作為冬小麥干旱指標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)是方法簡單明了、資料容易獲取、意義明確，但該指標(biāo)僅考慮了單一的降水量因子，沒考慮蒸發(fā)、下墊層、灌溉及其他相關(guān)因素的影響。通過與土壤相對(duì)濕度作為冬小麥干旱指標(biāo)分析結(jié)果對(duì)比，有灌溉條件的麥田，發(fā)生重旱及以上干旱的概率大大降低。