兩種干旱指數(shù)在天津農(nóng)業(yè)干旱評估中的應(yīng)用

摘要:從天津市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點出發(fā)，根據(jù)農(nóng)業(yè)的需水和耗水規(guī)律，分別介紹降水指數(shù)和積分濕度指數(shù)等兩種方法的算法及對天津農(nóng)業(yè)評估結(jié)果。結(jié)果表明，評估結(jié)果與實況有較好的一致性，說明這兩種指數(shù)評估方法有較好的農(nóng)業(yè)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:干旱指數(shù);農(nóng)業(yè)評估;天津

中圖分類號:S162.1文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.02.030

Application of Two Drought Indices in Tianjin Agricultural Drought Evaluation

LI Zhen-fa

(Tianjin Climate Center， Tianjin 300074， China)

Abstract:The characteristics of Tianjin agricultural production were firstly analyzed in this study， and then the algorithm for the two methods was introduced， i.e. precipitation and integral humidity indices and their evaluation result based on agricultural water demand and water law. The results showed that evaluation assessment results were in good agreement with the fact， indicating agricultural significance of these two drought indices.

Key words: drought index; agricultural evaluation;Tianjin

無論從發(fā)生頻率還是從影響范圍來看，干旱是華北地區(qū)最主要的氣象災(zāi)害，是農(nóng)業(yè)發(fā)展最主要的制約因素，因而干旱研究歷來是該地區(qū)氣象和水利工作者十分重視的課題。其中，關(guān)于干旱對農(nóng)業(yè)的影響評估方法是較重要的研究方面，它對品種選育、種植業(yè)布局乃至農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有指導(dǎo)意義，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、指導(dǎo)節(jié)水抗旱更為直接。

農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生不僅與降水的多少以及缺水的持續(xù)時間有關(guān)，還受到土壤性狀、地下水位、灌溉條件、作物品種以及栽培方法等因素影響，機理比較復(fù)雜。關(guān)于干旱指數(shù)的計算和農(nóng)業(yè)干旱評估方法的研究，國內(nèi)外有過大量的報道[1-8]，因?qū)W科或考慮因素的不同，衡量的標準差異較大。文獻[1]把衡量農(nóng)業(yè)干旱的指標分為3類:一類是以年或某時段的降水量或降水距平百分率作指標，由于降水資料年代長、站點多、計算簡單并為廣大用戶熟悉，用于宏觀評估農(nóng)業(yè)干旱有一定的普遍意義。第二類是以年或生長季水分平衡作為指標評價地區(qū)的干濕狀況，最常見的有干燥度和濕潤度，這類指標是根據(jù)降水量與用各種經(jīng)驗公式計算的可能蒸發(fā)量之間的關(guān)系確定的，故能較好地反映土壤和植被的分布狀況。第三類是以田間試驗研究為基礎(chǔ)確定的灌溉量指標，由于它結(jié)合具體農(nóng)作物考慮了農(nóng)田水分平衡諸因素，所以得出的指標較客觀，便于在灌溉實踐中應(yīng)用。筆者采用的兩種干旱指數(shù)是參考文獻[1]、[2]并結(jié)合天津地區(qū)農(nóng)業(yè)特點而提出的，一種為降水指數(shù)，它主要考慮本季降水量，同時考慮上季降水對土壤底墑的貢獻;另一種為積分濕度指數(shù)，該方法既考慮本季降水量，又考慮了農(nóng)業(yè)需水量與需水規(guī)律和供水量與供水規(guī)律及其配合程度。通過對天津市農(nóng)業(yè)區(qū)縣氣候資料進行計算，評估這兩種方法在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用以及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。

1材料和方法

1.1資料來源

筆者選取天津市薊縣、寶坻、武清、靜海、寧河、北辰、西青、津南、大港等9個區(qū)縣自建站到2000年的氣象觀測資料，包括旬降水量、月降水量、月平均氣溫和平均濕度，資料由天津市氣象信息中心提供。

1.2方法

1.2.1降水指數(shù)法

(1)計算方法

式中: I ——干旱指數(shù)

P1——本季降水量

-

P1——本季降水量多年平均

P2——上季降水量

-

P2——上季降水量多年平均

a1 、a2 ——權(quán)重系數(shù)，這里分別取0.6、0.4

用I的距平百分率劃分干旱指標。用此方法可計算季干旱，也可以分析多季連旱狀況。

(2)干旱評估指標如表1所示。

表1基于降水指數(shù)法的干旱評估指標

1.2.2積分濕度指數(shù)法

(1)計算方法

式中:I——干旱指數(shù);

K——月濕潤指數(shù);

Ti——月平均氣溫(℃);

n——月平均氣溫大于0℃的月數(shù);

其中，K=R/ E0，其中可能蒸散量E0采用中國科學(xué)院地理研究所根據(jù)蒸發(fā)力實驗得到的經(jīng)驗公式[3]，即E0=0.19(20+Ti)2(1- Ra)

式中:R——月降水量;

Ra——月濕度平均值(%)。

(2)干旱指標見表2。

表2 基于積分濕度指數(shù)法的干旱評估指標

2 結(jié)果與分析

2.1降水指數(shù)法分析結(jié)果

用此方法對天津市9個區(qū)縣計算結(jié)果得出:全市平均春季干旱年比例占55%，其中重旱占15%，中旱占25%，輕旱占15%;夏季干旱年比例占40%，其中重旱占6%(靜海占14%)，中旱占16%，輕旱18%;秋季干旱年比例占52%，其中重旱年占5%，中旱年占23%，輕旱年占24%;冬季干旱對本地農(nóng)業(yè)意義不大，未做統(tǒng)計。

從發(fā)生干旱的時間分布來看，春旱以20世紀90年代最重，有60%的年份發(fā)生干旱，其中，重旱年份占26%，其次是50—60年代，70—80年代較輕，為48%;夏旱從50—90年代成明顯加重趨勢，從50—60年代的38%到90年代的55%;而天津市秋旱呈現(xiàn)下降趨勢，由50—60年代的60%下降到90年代的34%。從發(fā)生的地域分布來看，春旱以靜海、大港、津南等南部地區(qū)發(fā)生越來越嚴重，發(fā)生重旱的年份從50—60年代的17%上升到90年代的40%～50%，另外，寶坻、武清等中部地區(qū)春秋旱有加重的趨勢。

2.2積分濕度指數(shù)法分析結(jié)果

統(tǒng)計表明，全市平均春季干旱年比例達97%，其中極旱43%，重旱占26%，中旱占26%，輕旱占2%;夏季干旱年比例占12%，其中重旱占1%，中旱占4%，輕旱7%;秋季干旱占95%，其中極旱8%，重旱24%，中旱55%，輕旱8%。

利用該方法的計算結(jié)果表明，從發(fā)生干旱的時空分布情況來看，其結(jié)果與降水指數(shù)法相同。值得注意的是，90年代春夏旱加重，尤其夏旱發(fā)生頻率明顯增加，秋旱有減弱趨勢。

3結(jié)論與討論

(1)由于降水指數(shù)既考慮了本季降水量，又考慮了上季的降水，所以該方法對評估生長期比較長的作物干旱，如冬小麥、玉米、水稻等，較為準確和實用，有更明確的生物學(xué)意義。從結(jié)果來看，春秋兩季有超過五成的年份發(fā)生不同程度的干旱，發(fā)生中旱以上的年份春季占40%，表明天津市春季作物干旱最為嚴重;發(fā)生中旱以上的年份秋季也有約30%;值得注意的是夏季也有四成的年份發(fā)生干旱，這就要求天津市必須大力發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)和節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，才能做到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

(2)積分濕度指數(shù)主要考慮了本季降水對農(nóng)業(yè)需水的滿足程度，因此，用該方法更適合于評估諸如油料作物、蔬菜等生長期短的作物，以及評估冬小麥、玉米、水稻等大田作物的某一發(fā)育期的干旱發(fā)生程度。從對全市主產(chǎn)區(qū)四十多年的資料處理情況分析，春秋兩季有超過90%的年份發(fā)生不同程度的干旱，其中春季重旱以上的占69%，秋季也達到32%，而夏季發(fā)生重旱的年份只有1%，這表明如果沒有水利灌溉條件，天津市農(nóng)業(yè)在春秋兩季尤其是春季將受到干旱的嚴重威脅。該方法不但考慮降水，還考慮了蒸發(fā)，即農(nóng)業(yè)可能的需水量，適用于農(nóng)業(yè)干旱評估。另外，利用該方法還可以進行月干旱評估。

(3)兩種干旱指數(shù)計算結(jié)果都表明，20世紀90年代春夏旱加重，尤其夏旱發(fā)生頻率明顯增加，秋旱有減弱趨勢，由于夏旱不僅影響秋作物的生長發(fā)育，還造成冬小麥底墑不足，這表明天津市干旱有加重的趨勢，將明顯地影響天津市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的布局和調(diào)整。

(4)這兩種干旱指數(shù)主要是從氣候的角度，結(jié)合天津市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點來評估干旱發(fā)生狀況。而農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生發(fā)展不僅與氣候有關(guān)，還與水利灌溉、土壤性狀、作物品種等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件有關(guān)，因而，在應(yīng)用這些干旱指數(shù)時應(yīng)與具體情況結(jié)合起來，以期更真實的反映實際。另外，干旱指數(shù)計算公式中有些參數(shù)采用了經(jīng)驗系數(shù)，也有待于在實際應(yīng)用中加以修正。

參考文獻:

[1] 王繼琴，元來福.我國東部地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱狀況評估[M]//中國氣候災(zāi)害的分布和變化.北京:氣象出版社，1996:109-115.

[2] 魏鳳英、曹鴻興.華北干旱異常的地域特征[M]//華北農(nóng)業(yè)干旱研究進展.北京:氣象出版社，1997:11-19.

[3] 程維新.農(nóng)田蒸發(fā)與作物耗水量研究[M].北京:氣象出版社，1994:86-89.

[4] 康玲玲，張亞玲，王玲玲，等.黃河中游干旱指數(shù)計算方法的探討[J].人民黃河，2004 (8):31-33.

[5] 王玲玲，康玲玲，王云璋.氣象、水文干旱指數(shù)計算方法研究概述[J].水資源與水工程學(xué)報，2004，15(3): 15-18.

[6] 吳東麗，王春乙，張雪芬，等.華北冬小麥作物氣候干旱指數(shù)研究[J].科技導(dǎo)報，2009，27(7):32-37.

[7] 王勁松，任余龍，宋秀玲.K干旱指數(shù)在甘肅省干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J].干旱氣象， 2008，26(4):75-79.

[8] 中國國家標準化管理委員會.氣象干旱等級[S].北京:中國標準出版社，2006:982-991.