祁縣干旱氣候特征分析及對(duì)果樹(shù)生產(chǎn)的影響

冀愛(ài)青，楊紅雁

摘要：【目的】由于降水量的波動(dòng)變化引起山西省晉中市祁縣地區(qū)干旱頻繁發(fā)生，對(duì)果樹(shù)生產(chǎn)影響很大，為全面了解祁縣的干旱特征及演變規(guī)律，以保證果業(yè)生產(chǎn)的順利發(fā)展?！痉椒ā恳罁?jù)祁縣1961—2020年逐月降水資料，以Z指數(shù)為干旱評(píng)測(cè)指標(biāo)，采用線性趨勢(shì)等方法，對(duì)祁縣干旱特征進(jìn)行分析，并闡述了干旱對(duì)祁縣果樹(shù)生產(chǎn)的影響?！窘Y(jié)果】祁縣60 a來(lái)呈干旱化趨勢(shì)，年干旱發(fā)生頻率為35.0％，1990s至2000s為主要年干旱發(fā)生時(shí)期；季節(jié)干旱變化中，春、秋季呈干旱化趨勢(shì)，夏、冬季呈濕潤(rùn)化態(tài)勢(shì)；春季干旱發(fā)生頻率最高為31.7％，1970s為主要發(fā)生時(shí)段；夏、秋季干旱發(fā)生頻率均為30.0％、冬季干旱發(fā)生頻率為28.3％，干旱出現(xiàn)時(shí)段都集中在1980s；跨季節(jié)連旱或當(dāng)年出現(xiàn)兩個(gè)季節(jié)干旱是造成年干旱的主要原因?！窘Y(jié)論】干旱是一種自然現(xiàn)象，本研究采用Z指數(shù)分析干旱特征，僅考慮了降水的影響，造成干旱的原因很多。降水量少，蒸發(fā)量大是形成干旱的直接原因；大氣環(huán)流異常，海氣和陸氣相互作用導(dǎo)致的降雨偏少是干旱發(fā)生的根本原因。而果樹(shù)生產(chǎn)所遇到的干旱，還涉及到氣溫、土壤濕度、樹(shù)體需水量等多種因素的綜合分析，今后還有待于進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：祁縣；干旱特征；Z指數(shù)；果樹(shù)生產(chǎn)

文章編號(hào)：2096-8108（2022）06-0033-05中圖分類號(hào)：S423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis on Drought Climate Characteristics and Its Impact on Fruit Production in Qi County

JI Aiqing1， YANG Hongyan2

（1.College of Biological Science and Technology， Jinzhong University， Jinzhong 030619， China;

2.Jinzhong Meteorological Bureau， Jinzhong 030600， China）

Abstract：【Objective】Due to the fluctuation of precipitation， drought occurred frequently in Qi County of Jinzhong City， Shanxi Province， which had a great impact on fruit production. It was necessary to comprehensively understand the characteristics and evolution of drought in Qi county to ensure the smooth development of fruit production.【Methods】Based on the monthly precipitation data of Qi County from1961 to 2020， taking Z index as drought evaluation index， the characteristics of drought climate in Qi County were summarized by means of linear trend and other methods. The effect of drought on fruit production in Qi County was also discussed.【Results】The results showed that the trend of drought has been shown in Qi County in the past 60 years， which the annual drought occurrence frequency is 35.0% and the main annual drought occurrence period is from 1990s to 2000s. In the seasonal drought change， the trend of drought is in spring and autumn， and the trend of moisture is in summer and winter; the highest frequency of drought in spring was 31.7%， which the 1970s was the main period of drought; and the frequency of drought in summer， autumn and winter is 30.0%， 30.0% and 28.3% respectively， which the drought occurred in the 1980s. Inter seasonal continuous drought or two seasonal drought in the same year are the main causes of annual drought.【Conclusion】Drought is a natural phenomenon. In this study， Z index was used to analyze the characteristics of drought， and only the influence of precipitation was considered. There are many reasons for drought. Low precipitation and high evaporation are the direct causes of drought. The basic causes of drought are abnormal atmospheric circulation and less rainfall caused by the interaction between air and sea. The drought encountered in fruit tree production also involves the comprehensive analysis of temperature， soil moisture， tree water demand and other factors， which remains to be further studied in the future.

Keywords：Qi county; drought climate characteristics; Z index; fruit production近年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者運(yùn)用不同的干旱指數(shù)法對(duì)中國(guó)各區(qū)域的干旱特征進(jìn)行了大量的研究。周丹等[1]利用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）分析了1962-2011年華北地區(qū)干旱趨勢(shì)指出，近50 a華北地區(qū)干旱發(fā)生強(qiáng)度呈明顯的增強(qiáng)趨勢(shì)，尤其是在20世紀(jì)80、90年代；王毅榮[2]利用修正Palmer干旱指數(shù)研究了黃土高原地區(qū)1961-2000年干旱特征認(rèn)為，近40 a來(lái)，黃土高原地區(qū)干旱趨于加重，1973年之前旱年相對(duì)較少，1989年之后干旱年份明顯增多干旱加重；姚彩霞等[3]利用降水Z指數(shù)研究了山西省1961—2005年干旱變化特征指出，山西干旱年代際變化明顯，1990年代以來(lái)山西處在45 a以來(lái)較嚴(yán)重的持續(xù)偏旱時(shí)期；周晉紅等[4]分別采用降水距平百分、降水標(biāo)準(zhǔn)化變量、降水Z指數(shù)3種常用的干旱指數(shù)對(duì)山西省1961-2008年干旱氣候變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明，山西區(qū)域年干旱指數(shù)下降趨勢(shì)顯著，夏、秋干旱指數(shù)的減少是其減少的直接原因，1977年后，年干旱指數(shù)發(fā)生突變，山西進(jìn)入持續(xù)干期。

祁縣位于山西省中部，汾河?xùn)|岸，被譽(yù)為“中國(guó)酥梨之鄉(xiāng)”。現(xiàn)有果樹(shù)總面積1.27萬(wàn)hm2，是山西省會(huì)城市太原的重要水果生產(chǎn)基地。但是，由于降水量的波動(dòng)變化引起的干旱頻繁發(fā)生，對(duì)果樹(shù)生產(chǎn)影響很大，特別是20世紀(jì)90年代以來(lái)氣候偏暖，降水減少，為緩解干旱對(duì)果樹(shù)的影響，由于長(zhǎng)時(shí)間抽取地下水，造成地下水位下降，土壤水分漏失，土地干旱化程度不斷加劇，導(dǎo)致水資源供需矛盾日趨尖銳[5-6]，干旱已嚴(yán)重妨礙了當(dāng)?shù)毓麡I(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，為全面了解祁縣1961-2020年的干旱特征及演變規(guī)律，本研究采用Z指數(shù)作為旱澇指標(biāo)，確定各年及季節(jié)的旱澇等級(jí)（見(jiàn)表1），進(jìn)行干旱評(píng)價(jià)，以期對(duì)當(dāng)?shù)卣贫购捣罏?zāi)預(yù)防措施提供參考。

1資料來(lái)源與研究方法

1.1資料來(lái)源

資料采用1961-2020年祁縣氣象觀測(cè)站逐月降水氣象資料，四季劃分采取：上一年12月-當(dāng)年2月為冬季，3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季。由于該觀測(cè)站一直保持原位置，氣象資料具有較好代表性和連續(xù)性。

1.2干旱研究方法

Z指數(shù)是對(duì)降水量處理的一種數(shù)學(xué)方法，一般情況下，年、季、月降水量并不服從正態(tài)分布，現(xiàn)假設(shè)其服從Person-Ⅲ型分布，通過(guò)對(duì)降水量序列進(jìn)行正態(tài)化處理，將概率密度函數(shù)Person-Ⅲ型分布轉(zhuǎn)換為以Z為變量的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布[5]。具體計(jì)算公式為：Z=6CSCS2φi+113-6CS+CS6 （1）

CS=∑ni=1（Ri-）3nσ3（2）

φi=R-σ（3）

σ=1n∑ni=1（Ri-）2 （4）

=1n∑ni=1Ri （5）式中：Z是干旱指數(shù)；Cs是偏態(tài)系數(shù)；φi為標(biāo)準(zhǔn)變量；Ri為歷年各年月降水量（mm）；n是樣本數(shù)；為1961—2020年平均降水量（mm），σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

Z指數(shù)是對(duì)不服從正態(tài)分布的降水量經(jīng)過(guò)正態(tài)化處理得到的，因而對(duì)于年及各季降水量分布極不均勻山西省地區(qū)可適用。周晉紅等[4]在對(duì)Z指數(shù)的旱澇等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正后，提出山西省單站Z指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2干旱特征分析

2.1年干旱特征分析

根據(jù)祁縣1961-2020年降水量計(jì)算得出降水Z指數(shù)序列，通過(guò)線性趨勢(shì)分析，祁縣年降水Z指數(shù)以0.03/10 a速率下降（見(jiàn)圖1），未來(lái)呈干旱化趨勢(shì)。由表2可知，60 a中，祁縣共發(fā)生干旱21 a，發(fā)生頻率35.0％，其中大旱出現(xiàn)10 a，發(fā)生頻次最高，偏旱9 a，重旱2 a，約2.9 a遇一次干旱，約5.5 a遇一次大旱以上等級(jí)干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s發(fā)生干旱分別為2 a、3 a、3 a、5 a、5 a和3 a。由此看出，年干旱主要出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代。干旱出現(xiàn)集中時(shí)段分別為：1965-1974年期間，10年中有5 a出現(xiàn)干旱，幾乎為間隔一年出現(xiàn)一次干旱，大旱以上就有4 a，1991—1992年是2 a連旱，1997-2001年是5 a連旱，當(dāng)中就有4 a大旱，2004-2010年又為隔一年出現(xiàn)一次干旱， 1965年和1986年為兩個(gè)重旱年份。

2.2季節(jié)性干旱特征分析

由圖2（a）看出春季降水Z指數(shù)以0.02/10 a速率下降，未來(lái)呈干旱化趨勢(shì)。由表2可知，60年中，春季發(fā)生干旱19 a，發(fā)生頻率31.7％，其中偏旱、大旱各發(fā)生8 a，重旱發(fā)生3 a，平均3.2 a遇一次春旱，約5.5 a遇一次大旱以上等級(jí)干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s春季發(fā)生干旱分別為2 a、6 a、3 a、3 a、4 a和1 a?？梢?jiàn)，20世紀(jì)70年代是春旱發(fā)生頻率最多時(shí)期，其次是20世紀(jì)00年代。春季干旱主要出現(xiàn)時(shí)段分別為：1971-1975年持續(xù)5 a春旱，當(dāng)中有大旱2 a，重旱1 a，為1973年，1981-1982年、1992-1993年、2000-2001年、2003-2004年均為兩年連旱，其中1992-1993年為連續(xù)大旱、2000-2001年為連續(xù)重旱。

由圖2（b）看出夏季降水Z指數(shù)以0.02/10 a速率上升，未來(lái)呈濕化趨勢(shì)。由表2可知，60 a中，夏季發(fā)生干旱18 a，發(fā)生頻率30.0％，其中偏旱發(fā)生8 a，大旱為9 a，重旱1 a，說(shuō)明全年降水集中時(shí)期，干旱出現(xiàn)頻率并未降低，平均3.3 a遇一次干旱，6.0 a遇上一次大旱以上等級(jí)干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s夏季發(fā)生干旱分別為2 a、2 a、4 a、3 a、4 a和3 a?？梢?jiàn)，20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)00年代是夏旱發(fā)生頻率最多時(shí)期。夏季干旱主要出現(xiàn)時(shí)段分別為：1965—1974年期間有4 a大旱，1980—1986年和1997—2003年期間以偏旱為主，有大旱出現(xiàn)，1991年為夏季唯一重旱年份。

由圖2（c）看出秋季降水Z指數(shù)以0.05/10 a速率下降，未來(lái)呈干旱化趨勢(shì)。由表2可知，60 a中，夏季發(fā)生干旱18 a，發(fā)生頻率30.0％，其中大旱發(fā)生頻次最高，為8 a，偏旱次之，為7 a，重旱3 a，平均3.3 a遇一次秋旱，5.5 a遇一次大旱以上等級(jí)干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s秋季發(fā)生干旱分別為1 a、4 a、5 a、4 a、2 a和2 a?？梢?jiàn)，20世紀(jì)70～90年代是秋旱發(fā)生頻率高峰期。秋季干旱主要出現(xiàn)時(shí)段分別為：1977—1988年間12 a有7 a出現(xiàn)干旱，其中有大旱4 a，重旱1 a，為1988年； 1996—1999年秋旱最為集中，為連續(xù)4 a干旱，當(dāng)中的1998年為重旱年份， 2006年為秋季第3次出現(xiàn)重旱年份。

由圖2（d）看出冬季降水Z指數(shù)以0.03/10 a速率上升，未來(lái)呈濕化趨勢(shì)。由表2可知，60 a中，冬季發(fā)生干旱17 a，發(fā)生頻率為28.3％，其中偏旱8 a、大旱為7 a，重旱2 a，平均3.5 a遇一次干旱，6.7 a遇一次大旱以上等級(jí)干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s秋季發(fā)生干旱分別為3 a、1a、5 a、4 a、2 a和2 a。可見(jiàn)，冬季干旱主要出現(xiàn)在20世紀(jì)80～90年代。冬季干旱主要出現(xiàn)時(shí)段分別為：1981—1988年期間8 a中有5 a出現(xiàn)干旱，其中大旱就有4 a；1998—2002年期間5 a中有4 a出現(xiàn)干旱，當(dāng)中有重旱、大旱各1 a，1993—1994年、2018—2019年為連續(xù)偏旱年，冬季兩個(gè)重旱年份分別出現(xiàn)在1963年和1999年。

統(tǒng)計(jì)季節(jié)旱情中，由于有的年份干旱時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，跨季節(jié)干旱時(shí)有發(fā)生，60 a中發(fā)生季節(jié)連旱有15 a，發(fā)生頻率為25.0％，其中2000年，為冬春夏三季連旱，1965、1970、1980、1986、1997、1999、2018年為夏秋連旱，1973、1981、1993、2019年為冬春連旱，1974、2001、2003年為春夏連旱，通過(guò)與年干旱對(duì)比分析可知，季節(jié)連旱或兩季出現(xiàn)干旱是造成祁縣年度發(fā)生干旱的主要原因。

由表2可知，各年代季節(jié)干旱發(fā)生年份總次數(shù)可知，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s分別為8次，13次，17次，14次、12次和8次，由此可見(jiàn)，20世紀(jì)80年代是祁縣季節(jié)干旱發(fā)生次數(shù)最多時(shí)期。

2.3干旱對(duì)祁縣果樹(shù)生產(chǎn)的影響

祁縣果園主要以沙土、沙壤土為主，土層較薄、蓄水能力差，干旱發(fā)生對(duì)當(dāng)?shù)毓麡I(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民收入增加影響極大。經(jīng)Z指數(shù)研究表明，祁縣春夏秋季發(fā)生干旱的頻率基本相同，除夏季重旱較少外，其它干旱等級(jí)基本相當(dāng)。不同的物候期其干旱會(huì)導(dǎo)致果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育較差，果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)大幅下降，生理性病害和蟲害加劇，給果農(nóng)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

如果樹(shù)開(kāi)花期遇到干旱，會(huì)抑制果樹(shù)花粉萌發(fā)及花粉管的伸長(zhǎng)，不利于授粉受精作用的順利進(jìn)行，致使坐果率大幅下降，產(chǎn)量降低；花芽分化期遇到干旱，會(huì)直接影響果樹(shù)生長(zhǎng)激素的合成運(yùn)輸，使細(xì)胞分裂受到抑制，從而影響果樹(shù)花芽分化質(zhì)量和數(shù)量；幼果階段遇干旱天氣，會(huì)影響果實(shí)的果形指數(shù)，使果形偏扁，如果幼果階段缺水嚴(yán)重則制約果實(shí)生長(zhǎng)，此生長(zhǎng)階段為果實(shí)的水分臨界期。干旱對(duì)于營(yíng)養(yǎng)器官的影響不亞于生殖器官，如干旱致使樹(shù)皮干裂，葉片出現(xiàn)不同程度的壞死斑，進(jìn)而影響樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸積累，輕則使果樹(shù)成熟期推遲、果實(shí)小、口味變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致果樹(shù)枯萎死亡。

干旱對(duì)于祁縣幾乎每年都會(huì)發(fā)生，即使在正常年份，階段性干旱也時(shí)有發(fā)生。所以，在充分利用天然降水的同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注果樹(shù)生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的需水量，在關(guān)鍵期遇到干旱時(shí)，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)貦C(jī)井優(yōu)勢(shì)，及時(shí)澆灌果園，最大程度地降低干旱災(zāi)害對(duì)生產(chǎn)造成的損失。

3討論與結(jié)論

1）分析祁縣年干旱特征可知，1961—2020年祁縣整體呈干旱化趨勢(shì)。60 a中共出現(xiàn)干旱21 a，發(fā)生頻率為35.0％，20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代是干旱主要發(fā)生時(shí)期，這與周晉紅等[4]研究結(jié)論相接近。

2）分析祁縣季節(jié)干旱特征可知，1961—2020年祁縣春、秋呈干旱化趨勢(shì)，冬、夏季呈濕化趨勢(shì)。60 a來(lái)，春季干旱發(fā)生頻率為31.7％，夏秋干旱發(fā)生頻率均為30.0％，冬季發(fā)生干旱頻率為28.3％，季節(jié)連旱發(fā)生頻率為25.0％，春季干旱主要發(fā)生在70年代，而夏秋冬季干旱則集中出現(xiàn)在80年代，此結(jié)論與錢錦霞等[6]研究的山西干旱氣候年代際變化趨勢(shì)基本一致，21世紀(jì)以來(lái)季節(jié)干旱呈明顯減少趨勢(shì)，季節(jié)連旱或兩季干旱是造成年干旱的主要原因。

3）干旱是一種自然現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不以人的意志為轉(zhuǎn)移，而干旱出現(xiàn)后能否成災(zāi)，則以人為與社會(huì)的因素所決定的。從21世紀(jì)中期開(kāi)始祁縣四季發(fā)生干旱次數(shù)和強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，這與近年來(lái)當(dāng)?shù)卣焉鷳B(tài)文明建設(shè)放在突出地位，大力營(yíng)造經(jīng)濟(jì)林，防護(hù)林帶，加強(qiáng)水利基本建設(shè)，踐行綠水青山就是金山銀山發(fā)展理念是分不開(kāi)的。因此，開(kāi)展植樹(shù)造林、改善生態(tài)環(huán)境是減少自然災(zāi)害的有效途徑。

4）本研究采用Z指數(shù)分析干旱特征，僅考慮了降水的影響，造成干旱的原因很多，降水量少，蒸發(fā)量大是形成干旱的直接原因，而大氣環(huán)流異常，海氣和陸氣相互作用導(dǎo)致的降雨偏少是干旱發(fā)生的根本原因[7]，而果樹(shù)生產(chǎn)所遇到的干旱，還涉及到氣溫、土壤濕度、樹(shù)體需水量等多種因素的綜合分析，今后還有待于進(jìn)一步研究。

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