淺析旱情評估方法的應(yīng)用

孫紅舒

（安徽省水文局淠史杭蒸發(fā)實驗站,安徽 六安 237011）

0 引言

影響旱情發(fā)展的因素很多,從不同的角度對旱情進行評估其影響因素也會不同。一個地區(qū)或區(qū)域是否干旱,不僅取決于降雨和蒸發(fā)等氣象條件,而且還與當(dāng)?shù)氐乃臈l件有關(guān)。氣象條件干旱短時間不一定會形成實際的旱災(zāi),水文條件和水資源的調(diào)度在抗旱中有著重要的作用。干旱作為一種復(fù)雜的現(xiàn)象難以直接觀測其發(fā)生時間、發(fā)展過程和影響范圍,因而通常采用干旱指標(biāo)對旱情進行評估,表征干旱的指數(shù)達近百種,如降雨量距平百分率（Pa）、帕爾默指數(shù)（Palmer Drought Severity Index，PDSI）[1]、作物水分指數(shù)（Crop Moisture Index,CMI）、土壤含水量距平指數(shù)（Soil Moisture Normally Percentage Index,SMAPI）[2]等等。研究角度不同,反應(yīng)的機理也不盡相同；基于同一因子降水,可以在預(yù)測預(yù)警旱情發(fā)生起到先導(dǎo)作用,機理相同能有效減少多因子產(chǎn)生的不同影響,使用兩種以及兩種以上方法驗證,是保證預(yù)測效果的重要手段之一。

1 概況

1.1 基本情況

皖西位于安徽西部,大別山北麓,跨長江、淮河兩大流域,總面積15451.2 km2,地貌總趨勢由南向北傾斜。地處北亞熱帶的北緣,屬濕潤季風(fēng)氣候,四季分明,雨量適中。區(qū)域多年平均降水量1123.9 mm,年最大降水量1549.5 mm,年最小降水量705.5 mm,多年平均蒸發(fā)量840.3 mm。區(qū)域多年平均氣溫14.6℃~15.6℃。

1.2 旱情特點

皖西境內(nèi)自2008年10 月起,大部地區(qū)降水量持續(xù)偏少,雖然有降雨,但量較上年偏少,江淮之間北部地區(qū)雨量比常年同期偏少5~8 成,與大旱年份相比,江淮和沿江一帶仍偏少2~3 成；至12 月各地月平均降水量只有11.2 mm,且?guī)讉€月月平均氣溫均較常年同期偏高0.5℃~2℃,氣溫偏高使土壤蒸發(fā)加快,失墑更加嚴(yán)重,進一步加快了旱情的發(fā)展。干旱成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為突出的問題,土壤表面干燥,土壤水分不足,局部土地有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,作物葉片也出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象；同時造成部分地區(qū)人畜飲水困難,城鎮(zhèn)用水量也日趨攀高,對生產(chǎn)、生活造成一定影響。進入2009年1 月,皖西大部地區(qū)有幾次降雨過程,各地平均月降水量只有22.9 mm,南部降水多于北部,分布不均,旱情依然存在；直到2 月份,總降水量達到87.8 mm,才得以緩解。

土壤墑情監(jiān)測情況：2008年12 月20 日墑情監(jiān)測,最高土壤相對濕度才達到64%,超半數(shù)在40%~50%之間,且低墑程度繼續(xù)保持；根據(jù)土壤墑情標(biāo)準(zhǔn),旱情等級為中旱；至2009年2 月1 日墑情監(jiān)測土壤相對濕度0~40 cm 最高為71%,旱情等級為無旱。

據(jù)統(tǒng)計全區(qū)達40%農(nóng)作物不同程度受旱,近半數(shù)小型水庫、塘壩蓄水減少,其中少部分塘壩已經(jīng)干涸,部分田地出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；氣象干旱指數(shù)最高達到中旱（氣象干旱為20年~30年一遇）,干旱情勢發(fā)展過程：從無旱—干旱（中旱）—輕旱—無旱,期間氣象部門也發(fā)布了干旱預(yù)警。

2 干旱等級劃分

國家標(biāo)準(zhǔn)《氣象干旱等級》（GB/T 20481-2017）[3]中將干旱劃分為五個等級,并評定了各等級的干旱對氣象、農(nóng)業(yè)以及生態(tài)環(huán)境的影響程度,分別為：（1）地表較濕潤,水分充足；地表水資源充足,能滿足生產(chǎn)以及生活需要；（2）地表空氣干燥,土壤水分輕度不足,輕微缺水,水資源出現(xiàn)短缺。（3）土壤表面干燥,作物葉片萎蔫；水資源短缺,對生產(chǎn)生活造成影響；（4）土壤水分嚴(yán)重不足,出現(xiàn)干土層,作物有枯死現(xiàn)象；河流出現(xiàn)斷流,水資源嚴(yán)重不足；（5）土壤水分嚴(yán)重不足,出現(xiàn)較厚干土層,作物出現(xiàn)大面積枯死,水資源嚴(yán)重不足。

3 兩種旱情判別方法介紹

3.1 降水量距平

降水量距平百分率（PA）是用于表征某時段降水量較常年值的指標(biāo),直觀反映降水異常引起的干旱,一般適用于半濕潤、半干旱地區(qū)平均氣溫高于10℃的時間段干旱事件評估。

（1）計算公式：

式中：PA 為某時段降水量距平百分率；P 為某時段降水量,mm；P 為計算時段同期氣候平均降水量,mm,按公式（2）計算。

式中：n 一般取30,指30 日（月或年）；Pi為計算時段第i 日（月或年）降水量,mm。

（2）計算期確定：分別用月尺度、季年尺度表征時段干旱標(biāo)準(zhǔn)以及等級,不同評估尺度選擇適當(dāng)?shù)挠嬎闫?本次采用月尺度。

（3）旱情等級劃分見表1。

表1 降水量距平百分率干旱等級劃分表[3]

3.2 相對濕潤度指數(shù)

相對濕潤度指數(shù)（MI）是用于表征某時段降水量與蒸散量之間平衡狀況的指標(biāo)。指數(shù)反映作物生長季節(jié)大氣中的水分平衡特征,適用于作物生長季節(jié)月以上尺度的旱情評估。相對濕潤度指數(shù)為某段時間的降水量與同時段內(nèi)潛在蒸散量之差在除以同時段內(nèi)潛在蒸散量得到的指數(shù),按公式（3）進行計算：

式中：MI 為某時段相對濕潤度；P 為某時段的降水量,mm；PET 為某時段的潛在蒸散量,用FAO Penman 或Thornthwaite方法計算,mm,本次采用Thornthwaite 方法計算。

相對濕潤度指數(shù)劃分干旱等級見表2。

表2 相對濕潤度干旱等級的劃分表[3]

4 資料采用

采用全市65 個遙測雨量站資料平均作為時段降水量,并用淠史杭蒸發(fā)實驗站自1982年~2008年長序列實測資料,計算各個月份數(shù)據(jù),作為時段同期氣候平均降水量。此次分析時段從2008年10 月~2009年2 月,評估期相應(yīng)計算期長度為月（月尺度）和實際干旱時間相一致。同時用17 個墑情站監(jiān)測資料,作為參考。

5 旱情評估對比分析

5.1 降水量距平百分率評估

降水距平百分率反映了某一時段降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度；時段選取2008年10 月~2019年2 月降水量資料,按月尺度分開計算,采用降水量距平法推求PA,結(jié)果見表3；其中皖西地區(qū)2018年12 月降水量較同期多年平均值嚴(yán)重偏少,PA=-67%,對照降水距平百分比旱情等級劃分標(biāo)準(zhǔn),居于-80

表3 兩種方法評估結(jié)果對比分析統(tǒng)計表

5.2 相對濕潤度指數(shù)評估

本次采用Thornthwaite 公式推求計算蒸散量，諸多條件、以及各個因子均符合推求的要求；蒸散量依據(jù)2008年、2009年當(dāng)年值計算；月平均蒸散量分別為54.9 mm、59.5 mm；再依據(jù)公式（3）進行相對濕潤度計算,見表3；其中12 月MI=-0.79,查看相對濕潤度干旱等級的劃分表,在-0.80

5.3 評估結(jié)果對比分析

降水量距平法是基于降水量資料計算,所需資料容易獲取,計算快捷；但對干旱內(nèi)在機理響應(yīng)不快,較為局限于表面。相對濕潤度指數(shù)也是需要降水量資料,但其表征大氣中水分變化,其實質(zhì)是降水量與蒸散量之間的失衡狀況。對比統(tǒng)計見表3。

2008年10 月~11 月評估為1 級,類型無旱；受汛期雨水影響,庫、湖水量較充沛,土壤富涵水分,雖然雨水不多,但旱情并沒有顯現(xiàn)。受前一個月降水以及本月降水（11.3 mm）影響,12 月份旱情突顯明顯,評估為3 級,類型中旱,土壤表面干燥,土壤出現(xiàn)水分不足,作物葉片出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象；水資源短缺,對生產(chǎn)、生活造成影響。

旱情引起全社會重視,采取各種措施應(yīng)對旱情,包括人工降雨、水庫調(diào)度放水、提水灌溉,城鎮(zhèn)街道灑水,機械打井等一系列措施。到2009年1 月~2 月,隨著降水有所增加,抗旱措施得力以及節(jié)水措施有力,逐漸從輕旱緩解為輕旱、無旱。兩種方法指數(shù)對比見圖1。

從圖1 可以看到兩種指數(shù)變化趨勢基本一致,從無旱—無旱—中旱—輕旱—無旱符合旱情發(fā)展的情勢過程,和實際發(fā)展過程也較為吻合。

6 結(jié)語

1）當(dāng)實際干旱情勢發(fā)生時,相較其它評估方法,此兩種方法均基于降水,日常觀測資料容易取得,不涉及其它因子,計算直接,時效性強。

2）從圖1 可知兩種指數(shù)變化趨勢基本一致,符合當(dāng)年情勢發(fā)展的過程：無旱—無旱—中旱—輕旱—無旱。同一時間尺度,基于同一因子,內(nèi)在反應(yīng)快慢基本一致,表征在指數(shù)指標(biāo)也一致,有效的排除其它影響,結(jié)果可信。

3）兩種方法和實際情勢互相驗證,降低了采用單一方法產(chǎn)生的計算等級偏差,提高精確度,為今后的干旱判別、災(zāi)害預(yù)警等工作,在計算方法、影響因子選用等方面值得參考借鑒。