中國南方干旱災害風險特征及其防控對策

張 強,姚玉璧,,*,王 鶯,王素萍,王勁松,楊金虎,, 王 靜,李憶平,尚軍林,李文舉

1 中國氣象局蘭州干旱氣象研究所/甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室/中國氣象局干旱氣候變化與減災重點開放實驗室, 蘭州 730020 2甘肅省定西市氣象局,定西 743000

中國南方干旱災害風險特征及其防控對策

張 強1,姚玉璧1,2,*,王 鶯1,王素萍1,王勁松1,楊金虎1,2, 王 靜1,李憶平1,尚軍林2,李文舉2

1 中國氣象局蘭州干旱氣象研究所/甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室/中國氣象局干旱氣候變化與減災重點開放實驗室, 蘭州 730020 2甘肅省定西市氣象局,定西 743000

應用中國南方區(qū)域14省區(qū)市252個國家基本氣象站1961—2015年逐日地面氣象觀測資料及干旱災害資料,研究中國南方干旱災害影響的時空變化特征,分析中國南方干旱災害風險變化特征,提出干旱災害風險防控策略與防御對策。結果表明：近55年中國南方區(qū)域降水量呈現(xiàn)波動變化,降水量線性擬合趨勢特征不明顯。但進入21世紀后南方區(qū)域平均降水量明顯偏少,且平均降水量年際振蕩幅度增大。近55年研究區(qū)氣溫呈顯著上升趨勢,南方平均地表氣溫升高速率高于全球地表升溫速率；研究區(qū)氣溫從1976年開始持續(xù)上升,氣溫升高的突變年在1997年。重旱風險高發(fā)區(qū)主要集中于西南,隨著氣候變暖,干旱災害頻率、強度和受旱面積均增加,干旱災害風險增大。氣溫突變后次高干旱災害風險區(qū)明顯擴大。未來10年(2016—2025年)中國南方地區(qū)的干旱發(fā)生頻率可能升高。因此,要加強干旱災害風險管理,生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域實施生態(tài)環(huán)境修復,農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)域以保障糧食安全為主,解決水資源時空分布不均和資源供需加劇矛盾,提高干旱災害風險防控水平。

干旱；災害風險；空間特征；對策；中國南方

人類從誕生伊始就遭受干旱災害的困擾,干旱災害與地球環(huán)境相伴而生,是全球均可發(fā)生的自然災害[1- 2]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出,在21世紀,全球水循環(huán)響應氣候變暖的變化將不是均勻的。盡管有可能出現(xiàn)區(qū)域異常情況,但潮濕和干旱地區(qū)之間、雨季與旱季之間的降水對比度會更強烈。到21世紀末,在高(RCP 8.5)溫室氣體排放情景下,位于中緯度干燥地區(qū)和副熱帶的干燥地區(qū),平均降水將減少。在區(qū)域到全球尺度上預估的土壤水分是減少,目前為干旱區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱可能性(中等信度)會增加[3- 4]；隨著未來氣候變暖,水循環(huán)會進一步加快,植物的蒸騰和地表的蒸散等水分平衡隨之變化,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性和風險加大[5]。例如,2016年2—3月,地處東南亞的湄公河流域氣溫偏高1—3℃,降水稀少,越南南部遭遇近百年來的嚴重干旱,該區(qū)域以栽培水稻為主,需水量較大,干旱影響尤為嚴重,湄公河三角洲區(qū)域農(nóng)業(yè)嚴重受災。

中國是干旱災害頻繁發(fā)生的國家之一,每年平均農(nóng)業(yè)受旱面積為2.4107hm2,20世紀末以來,中國農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生頻率增多、強度增強、危害更大。1997、1999—2002、2009年北方出現(xiàn)區(qū)域性大旱；2003年和2004年江南、華南遭受嚴重區(qū)域性干旱；2006年川渝地區(qū)出現(xiàn)百年一遇的大旱；2010—2013年西南地區(qū)連續(xù)4年出現(xiàn)干旱；2011年1—5月,長江中下游地區(qū)降水為近50年來歷史同期最少,無降水日數(shù)為1961年以來歷史同期最大,受干旱影響范圍為近60年來同期最廣[6- 8]。

氣候變暖不僅使干旱災害危害加重、形成機理和發(fā)展過程更加復雜,而且也使影響干旱災害風險的因素更加復雜多樣[9- 11]。農(nóng)業(yè)旱災綜合損失率與降水量成負相關,年降水量每減少100 mm中國南方綜合損失率大約增大0.76%[12]。降水量偏少的區(qū)域,致災因子危險性偏高,農(nóng)業(yè)旱災綜合損失率增大。承災體脆弱性偏高的區(qū)域如云貴高原主體,農(nóng)業(yè)旱災綜合損失率偏高[13]。中國西南的四川盆地、貴州東北部和云南大部,華南的廣西北部、廣東西部是干旱災害高風險的區(qū)域[14- 16]。

中國干旱災害防御的傳統(tǒng)模式主要是應急方式的危機管理,即在災情出現(xiàn)后才臨時組織和動員公共和社會力量投入防災減災。而不是在干旱災害發(fā)生前就進行機制化和制度的預防,容易出現(xiàn)“過度”應對或應對“缺失”。隨著干旱災害頻發(fā)和經(jīng)濟社會發(fā)展對防災減災要求的提高,要求對干旱災害從應急管理轉向更加重視風險管理[17]。要實現(xiàn)干旱災害風險管理必須對干旱災害風險識別為前提,以干旱災害風險評估和預警技術的發(fā)展為重要技術支撐。目前對我國南方干旱災害風險特征和規(guī)律認識十分有限,而且氣候變暖引起的干旱災害風險因子變異使干旱風險評估的技術問題更加復雜[18- 21],致使干旱災害風險管理缺乏必要技術支撐[20],研究南方干旱災害風險特征既有迫切需求,又是突出科學問題！

分析氣候變暖背景下南方干旱災害風險的物理要素變化規(guī)律,研究干旱災害風險時空變異特征,提出針對性地干旱災害風險應對策略與防控措施,對應對氣候變化,提高干旱災害防災減災能力有重要意義。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)分析方法

1.1 研究區(qū)域

中國南方一般是指秦嶺-淮河一線以南和青藏高原以東的區(qū)域,屬于西南季風和東南季風區(qū)的南部。選取中國南方14省區(qū)市(廣東、福建、浙江、海南、廣西、云南、四川、重慶、貴州、湖南、湖北、江西、安徽、江蘇)為研究區(qū)域(由于青藏高原地形、地貌和區(qū)域氣候特征的特殊性,其于南方其他區(qū)域差異顯著,難以歸為同一區(qū)域分析研究,故研究區(qū)域不包括青藏高原)。區(qū)域空間范圍為97.4°—123.0°E,20.2°—35.3°N。研究區(qū)域主要以亞熱帶季風氣候為主,年降水量主要分布在600—2700 mm,年平均溫度在16—24℃。

1.2 研究數(shù)據(jù)

研究站點選取原則是空間代表性好、年代連續(xù)一致,選取中國南方14省區(qū)市(廣東、福建、浙江、海南、廣西、云南、四川、重慶、貴州、湖南、湖北、江西、安徽、江蘇)256個國家基本氣象站1961—2015年逐日地面氣象觀測資料。干旱受災面積數(shù)據(jù)為1951—2015年農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物干旱受災面積數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

氣候要素的趨勢傾向率[21]

Xi=a+bti(i=1,2,…,n)

(1)

式中,Xi為氣候要素變量,用ti表示Xi所對應的時間；a為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)；n為樣本量。b的10 a變化稱為氣候傾向率。

氣溫升高突變檢測采用累積距平分析方法和Mann-Kendall突變檢測法[21]。M-K突變檢測法是在原假設H0：氣候序列沒有變化的情況下,設此氣候序列為x1,x2,...xN,mi表示第i個樣本xi大于xj(1≤j≤i)的累計數(shù),定義一統(tǒng)計量,給定一顯著性水平α0,當α1>α0時,接受原假設H0,當α1<α0時,則拒絕原假設,它表示此序列將存在一個強的增長或減少趨勢,組成一條順序統(tǒng)計曲線UF, 通過信度檢驗可知其是否有變化趨勢。把此方法引用到反序列中,將組成一條逆序統(tǒng)計曲線UB；當曲線UF超過信度線,既表示存在明顯的變化趨勢時,如果曲線UF和UB的交叉點位于信度線之間,這點便是突變的開始點。

1.4 干旱災害風險評估方法

干旱災害風險評估是對干旱災害風險發(fā)生的強度和形式進行評定和估計。干旱災害評估主要是指災后影響評估,干旱災害風險評估主要是對可能災害風險的預評估,帶有預測性質。干旱災害風險評估方法是建立在對干旱災害風險形成機理認識基礎上的,傳統(tǒng)災害風險理論重點關注了自然環(huán)境因素,即充分認識到災害形成的客觀因素,形成的評估結論屬相對穩(wěn)定的靜態(tài)結論。本文在IPCC災害風險形成機理[4]的基礎上,引入了氣候變化和人類活動的影響并考慮到孕災環(huán)境的敏感性,提出了一個新的災害風險形成機理概念模型(圖1)。概念模型引入氣候變化和人類活動的影響后能全面、客觀表征出干旱災害風險的形成機理,反映出干旱災害風險的可變性與動態(tài)過程特征。其形成的干旱災害風險評估特征更加科學、客觀,更接近干旱災害風險的本質特征。

根據(jù)干旱災害風險形成機理概念模型可將干旱災害風險系統(tǒng)分解為致災因子危險性(h)、承災體暴露度或脆弱性(e)、孕災環(huán)境的敏感性(s),即,干旱災害風險指數(shù)= 致災因子危險性∩承災體的暴露度或脆弱性∩孕災環(huán)境的敏感性?？蓸嫿ǜ珊禐暮︼L險的表達式：

Rd=f(h,e,s) =f1(h)×f2(e)×f3(s)

(2)

采用層次分析法對干旱災害風險元素進行分解。元素分解的基本原則是被分離元素間應該是相互獨立的。因為只有獨立的變量才能夠分離,其解才能成為獨立變量函數(shù)的乘積。因此干旱災害風險評估方法如下：

Rd=Hd·Eb·Ve·Vf·Pc

(3)

式中,Rd為干旱災害風險；Hd為干旱致災因子的強度和概率；Eb是承災體的社會物理暴露度(考慮自然環(huán)境條件)；Ve為承災體脆弱性；Vf是孕災環(huán)境的敏感性；Pc為應對和恢復力(防災減災能力)。根據(jù)加權綜合評價法分別建立評估模型[13,15]。

圖1 干旱災害風險形成機理概念模型Fig.1 The conceptual mode for formation mechanism of drought disaster risk

1.5 空間分布表達方法

干旱災害風險分布特征根據(jù)統(tǒng)計計算數(shù)據(jù),應用反距離權重法(IDW, inverse distance weighted interpolation)進行空間分布內插；空間柵格數(shù)據(jù)生成時,設定Cell size參數(shù)為0.005；用 ArcGIS軟件生成圖件。

2 氣候變化及干旱災害風險特征

2.1 氣候變化背景分析

2.1.1 降水量

1961—2015年南方研究區(qū)逐年降水量呈現(xiàn)波動變化(圖2),歷年降水量線性擬合趨勢特征不明顯,未通過相關分析顯著性檢驗(P>0.10)。南方區(qū)域歷年最大年平均降水量為1530.7 mm,出現(xiàn)在1973年；區(qū)域歷年最小年平均降水量為1095.8 mm,出現(xiàn)在2011年。區(qū)域平均降水量距平百分率在-17.6%—15.0%之間變化。20世紀 60年代區(qū)域平均降水量偏少幅度較大,區(qū)域平均降水量距平百分率為-2.5%(表1),區(qū)域平均降水量變異系數(shù)為6.9%； 20世紀 70年代到80年代平均降水量偏少幅度較小,70年代平均降水量距平百分率為-0.5%,變異系數(shù)為8.3%； 80年代平均降水量距平百分率為-0.7%,變異系數(shù)為6.3%；90年代平均降水量偏多幅度最大,平均降水量距平百分率為2.5%,變異系數(shù)為4.4%；21世紀初的10年平均降水量明顯偏少,平均降水量距平百分率為-1.8%,變異系數(shù)為8.3%。2010—2015年平均降水量也偏少,變異系數(shù)更大。

由此可見,進入21世紀后南方區(qū)域平均降水量明顯偏少,且平均降水量年際振蕩幅度增大。

圖2 南方研究區(qū)域歷年降水量和氣溫變化曲線Fig.2 The annual precipitation and temperature departure change for the study area in Southern China

2.1.2 氣溫

1961—2015年南方研究區(qū)歷年氣溫呈顯著上升趨勢(圖2),氣溫曲線線性擬合氣候傾向率為0.192℃/10a,相關分析信度檢驗達極顯著水平(P<0.001),南方平均地表氣溫升高速率高于全球地表升溫速率[2]。南方平均氣溫距平Cubic函數(shù)在20世紀60年代有所下降,70年代后持續(xù)上升,Cubic函數(shù)擬合方程為y= -0.00003x3+ 0.0033x2-0.0747x-0.0625,對其線性化后的復相關系數(shù)R=0.806(P<0.001),對Cubic函數(shù)求導,令dy/dt=0,可求導1975年之后氣溫持續(xù)上升。

南方研究區(qū)平均氣溫在20世紀80年代前均為負距平,其距平值為-0.4℃,之后距平≥0℃,且變異系數(shù)增加,氣溫振蕩幅度加大。

表1 南方研究區(qū)各年代際降水量距平百分率及氣溫距平

為了進一步分析近55年來南方氣溫升高的突變特征,采用累積距平曲線變化分析方法和曼-肯德爾(Mann-Kendall)突變檢測兩種方法進行氣溫升高突變特征檢測。

南方研究區(qū)氣溫累積距平變化曲線(圖3a)表明,1961—2015年氣溫累積距平呈明顯的先降后升的“V”型特征,1961—1996年氣溫累積距平下降,1997—2015年氣溫累積距平上升,可初步確定1997年左右為氣溫升高突變點。

南方研究區(qū)氣溫Mann-Kendall突變檢測曲線(圖3b)顯示,1961—2015年氣溫距平M-K檢測順序統(tǒng)計量UF從1976年開始持續(xù)上升(與氣溫Cubic函數(shù)擬合方程dy/dt=0的點基本吻合),在21世紀初大大超過顯著性水平臨界線(u0.05=1.96,P=0.05),甚至超過了極顯著水平(u0.001=3.29,P=0.001)。由此可知,南方研究區(qū)氣溫升高的趨勢通過了顯著檢驗,且呈極顯著水平。同時,UF和UB曲線的交點介于臨界線之間,其交叉點(1997年)即可確定為氣溫變化突變開始點。

上述氣溫趨勢分析、累積距平曲線變化分析和Mann-Kendall突變檢測分析一致顯示,近55年南方研究區(qū)氣溫從1976年開始持續(xù)上升,氣溫升高的突變年在1997年。

圖3 南方研究區(qū)氣溫累積距平及M-K檢測曲線Fig.3 The curve of temperature accumulate departure and Mann-Kendall checkout for the study area in Southern China

2.2 干旱災害變化特征

2.2.1 干旱受災面積區(qū)域分布

圖4 中國南方歷年平均受旱面積區(qū)域分布 Fig.4 The distribution of average drought area regional in Southern China

研究區(qū)域降水量減少,氣溫升高,干旱災害風險加大。南方農(nóng)業(yè)在我國占有非常重要的地位,水稻播種面積占全國總面積的81.2%；冬小麥播種面積占34.9%,玉米播種面積占20.5%。1951—2014年歷年平均受旱面積區(qū)域差異顯著(圖4),其中,四川省年平均受旱面積最大,為134.4×104hm2,占南方受旱總面積的17.4%；安徽省次之,受旱面積為117.8×104hm2,占南方受旱總面積的15.2%；湖北、湖南和江蘇省受旱面積83.9×104—108.0×104hm2,占比在10%—14%之間；云南、廣西、貴州、重慶、江西和廣東省受旱面積45.0×104—60.6×104hm2,占比在6%—8%之間；浙江、福建和海南受旱面積26.6×104hm2以下,占比在5%以下；海南省年平均受旱面積最小,為10.7×104hm2,占南方受旱總面積的1.4%。

2.2.2 干旱受災面積時間變化

1951—2014年我國南方干旱年均受旱面積774.0×104hm2(圖5),干旱受旱面積最大的是1978年,達到1889.5×104hm2。近64年南方干旱受旱面積呈波動上升趨勢,線性擬合趨勢傾向率為28.02×104hm2/10a；其中,西南區(qū)域干旱受旱面積顯著上升(圖5),線性擬合傾向率為31.3×104hm2/10a(P<0.01),即每10a干旱受旱面積增加31.3×104hm2；華南略呈波動上升(圖5)、長江中下游區(qū)域略呈波動下降(圖5)。

圖5 南方及華南、西南和長江中下游地區(qū)農(nóng)作物干旱受災面積變化Fig.5 The changes crop drought affected area in Southern China and South China and Southwest China and the middle and lower reaches of the Yangtze River

圖6 典型區(qū)域干旱災害風險分布評估 Fig.6 The assessment of the drought risk distribution in typical area

2.3 干旱災害風險特征

2.3.1 典型區(qū)域干旱災害風險評估

選擇西南、華南區(qū)域為典型區(qū)域進行干旱災害風險評估。根據(jù)公式(3),考慮干旱致災因子的強度和概率、承災體的社會物理暴露度(考慮自然環(huán)境條件)、承災體脆弱性、孕災環(huán)境的敏感性、應對和恢復力(防災減災能力)。應用層次分析法得到典型區(qū)域干旱災害風險分布評估(圖6)。

可見,西南、華南區(qū)域高干旱災害風險區(qū)包括云南省中東部、川東部盆地；次高干旱災害風險區(qū)包括云南省大部、川西高原、川西南山地和川東部盆地大部；中等干旱災害風險區(qū)包括云貴高原、川西高原、川西南山地和四川東部、廣西中西部和廣東南部。

2.3.2 氣溫突變前后典型區(qū)域干旱災害風險變化特征

中國南方氣候變暖,氣溫升高的突變年出現(xiàn)在1997年左右。圖7給出了氣溫突變前后典型區(qū)域干旱災害風險變化特征。氣溫突變前高干旱災害風險區(qū)主要在云南省中東部、和廣東南部沿海,氣溫突變后高干旱災害風險區(qū)主要在云南省東北部、四川東部。氣溫突變前次高干旱災害風險區(qū)主要在云南省大部、川北山區(qū)、廣東南部,氣溫突變后次高干旱災害風險區(qū)擴展到云貴高原、四川東部、廣西中西部。

可見,氣溫突變后次高干旱災害風險區(qū)明顯擴大。

圖7 氣溫突變前后典型區(qū)域干旱災害風險變化特征Fig.7 Characteristics of drought disaster risk in typical regions after temperature abrupt change

2.3.3 重旱風險概率分布

由干旱受災面積變化分析可知,西南干旱受災面積呈顯著增加趨勢；進一步分析干旱風險概率,在氣溫變暖突變后,重旱風險高發(fā)區(qū)主要集中于西南,包括四川中東部、云南中東部、貴州大部、重慶大部和湖北西部；上述區(qū)域隨著氣候變暖,干旱災害頻率、強度和受旱面積均增加,干旱災害風險增大。

2.3.4 未來干旱災害預測

基于CMIP5集合預估的結果顯示,在中等(RCP4.5)和高(RCP8.5)溫室氣體排放情景下,未來(2016—2025年)我國南方地區(qū)的升溫幅度約為0.6—0.7℃。在高溫室氣體排放情景下,華南多數(shù)地區(qū)和江南地區(qū)東部出現(xiàn)-2%的降水減少,其余地區(qū)仍然是2%以內的降水增加。在兩個情景下,整個南方地區(qū)都將出現(xiàn)年降水日數(shù)的減少,且在高溫室氣體排放情景下減少幅度更大,多數(shù)地區(qū)年降水日數(shù)減少超過2 d。在中等溫室氣體排放情景下,江淮、江漢和江南西部地區(qū)的年連續(xù)無降水日數(shù)也增加約1 d；在高溫室氣體排放情景下,干旱日數(shù)增加的范圍擴大到整個南方地區(qū),且變化幅度也有增強(圖8)。

圖8 RCP4.5和RCP8.5情景下,2016—2025年連續(xù)無降水日數(shù)(CDD,單位：d)變化的空間分布(相對1986—2005年)Fig.8 The space distribution of days change of without precipitation in RCP4.5 and RCP8.5 scenarios (2016—2025)

3 南方干旱災害風險管理與防控技術對策

干旱災害風險管理通過設計、實施和評價各項戰(zhàn)略、政策及措施,以增進對干旱災害風險的認識,通過減少、轉移災害風險,促進備災、應對災害和災后恢復措施的不斷完善。其目標是提高人類的安全、福祉、生活質量、應變能力和可持續(xù)發(fā)展[4]。

3.1 干旱災害風險管理策略結構

圖9給出了針對不同風險控制因子的干旱災害風險控制策略結構概念模型。(1)對于致災因子高危險性區(qū)域,采取科學措施干預、影響致災因子,其主要策略包括加強人工增雨,提高露水利用效率, 規(guī)避高危險期(即暴露期與高危險期錯開),地膜覆蓋減少蒸發(fā)等措施。(2)對于承災體高暴露性區(qū)域,提高承災體的抗旱機能,主要策略包括開發(fā)抗旱植物品種,提高干旱適應性；實施產(chǎn)業(yè)多樣化戰(zhàn)略,減少社會經(jīng)濟脆弱性；退耕或移民工程,減少干旱承災體暴露度；改變作物生長期,縮短干旱承災體暴露時間。(3)對于孕災環(huán)境高敏感區(qū)域,改善干旱孕災環(huán)境的條件,主要策略包括改善生態(tài)環(huán)境,提高水分涵養(yǎng)能力；改進水文條件,增強水資源保障能力；改進土壤條件,提高土壤保墑能力。(4)對于防災減災能力弱區(qū)域,要多方面增強干旱防災能力,主要策略包括加強干旱減災技術開發(fā)、加大抗旱工程建設；提高公眾抗旱科學素養(yǎng)等多方面措施；加強干旱監(jiān)測預警,提高風險管理能力。

圖9 干旱災害風險控制策略結構概念模型(針對風險控制因子)Fig.9 The concept model on control strategy structural of drought risk

圖10給出了針對不同風險承受領域的干旱災害風險控制策略結構概念模型。針對農(nóng)業(yè)領域干旱災害風險,(1)開展風險預警,建立干旱氣象災害的監(jiān)測預警及響應體系；(2)風險規(guī)避,形成可以有效規(guī)避干旱風險的精細化種植模式；(3)風險控制,提高農(nóng)田干旱災害風險防控標準,適應發(fā)展多元化和規(guī)?；?jīng)營；(4)風險應對,加強農(nóng)業(yè)干旱適應技術的研發(fā)和推廣,建立農(nóng)業(yè)干旱災害政策保險制度。

針對水資源干旱災害風險,(1)開展風險預警,建立干旱氣象災害的監(jiān)測預警及響應體系；(2)風險防控,提高水利工程和供水系統(tǒng)的安全運行標準,加強水資源調蓄管理和決策系統(tǒng),嚴格落實“三條紅線”制度；(3)風險應對,加強重點區(qū)域防洪抗旱減災體系建設,利用市場機制優(yōu)化水資源配置效率。

針對生態(tài)系統(tǒng)干旱災害風險,(1)風險控制,建立自然生態(tài)紅線和生態(tài)補償機制,提高典型生態(tài)系統(tǒng)干旱災害防御能力；(2)風險應對,加強區(qū)域生態(tài)恢復和干旱災害防控的試點示范,實施生態(tài)移民、旅游開發(fā)和生態(tài)保護項目。

圖10 干旱災害風險控制策略結構概念模型(針對不同風險承受領域)Fig.10 The concept model on control strategy structural of drought risk

3.2 干旱災害風險防控技術對策

在干旱災害風險管理策略的基礎上,根據(jù)不同區(qū)域、不同領域干旱災害影響和風險分布特征,提出具體風險防控技術對策。

3.2.1 干旱災害高風險區(qū)域實施人工影響天氣,開發(fā)空中水資源

干旱災害高風險區(qū)域既是降水量偏少的區(qū)域,也是農(nóng)業(yè)旱災綜合損失率大的區(qū)域,如云貴高原區(qū)域,該區(qū)域位于西南水汽通道,大氣云系水資源有20%左右形成降水,約80%流出該區(qū)域,開發(fā)空中水資源潛力巨大。人工影響天氣是干預干旱致災因子的重要手段,通過干旱時段人工增雨,開發(fā)利用空中水資源以提高水資源利用效率,減輕干旱危害,降低干旱災害風險。

3.2.2 態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域實施生態(tài)環(huán)境修復

干旱災害風險大、生態(tài)環(huán)境脆弱性高的云貴高原、廣西大部及長江中上游區(qū)域,干旱災害風險大與區(qū)域生態(tài)、自然環(huán)境相關,通過生態(tài)環(huán)境修復,降低承災體脆弱性。實施退耕還林(還草),農(nóng)林結合,發(fā)展農(nóng)、林、牧復合型生態(tài)農(nóng)業(yè),恢復良好的生態(tài)環(huán)境。保護和發(fā)展生態(tài)防護林、水源涵養(yǎng)林,建立平衡、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。提高生態(tài)系統(tǒng)的抗逆性和可恢復性,增加干旱災害風險防御能力。

3.2.3 農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)域以保障糧食安全為主,綜合施策應對農(nóng)業(yè)風險

干旱災害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風險主要是增加了糧食生產(chǎn)的不穩(wěn)定性,加劇了農(nóng)業(yè)氣象災害和農(nóng)業(yè)病蟲草害,增加農(nóng)田管理和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)成本,威脅糧食安全。為此,針對農(nóng)業(yè)領域風險建議采取綜合對策,建立農(nóng)業(yè)應對氣候變化和天氣氣候災害的監(jiān)測、預警、響應和防災減災服務體系,加強農(nóng)業(yè)防災減災規(guī)劃和基礎設施建設,提高農(nóng)田水利工程的災害風險防護標準,完善農(nóng)業(yè)災害政策保險制度。在農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)開展農(nóng)業(yè)抗旱防澇示范區(qū)建設,細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃,調整作物栽培方式、種植結構和種植制度,探索更具適應性的農(nóng)林地、草地等資源管理模式；加強農(nóng)業(yè)節(jié)水、抗旱、防澇、抗逆和保護性耕作等適應技術的研發(fā)、培訓與推廣。

3.2.4 圍繞解決水資源時空分布不均和資源供需加劇矛盾,合理利用水資源

干旱災害對水資源的風險主要是使水資源時空分布的不均勻加劇,區(qū)域水資源供需矛盾加?。恍杷吭黾?資源趨緊,約束加大；水文干旱、極端降水及城市洪澇風險加大,威脅水生態(tài)與水環(huán)境安全。針對水資源領域風險建議完善極端水文和天氣氣候事件的監(jiān)測和應急管理體系,提高水利工程和供水系統(tǒng)的安全運行標準,加強重點城市、重點河流湖泊水庫、防洪保護區(qū)和重旱地區(qū)的防洪抗旱減災體系建設。利用市場機制優(yōu)化水資源配置效率,推動水權改革和水資源有償使用制度,鼓勵雨洪利用、循環(huán)水、海水和鹽堿水淡化等節(jié)水技術和節(jié)水產(chǎn)品研發(fā)和應用,應對未來水資源短缺。

3.2.5 圍繞國土資源可持續(xù)利用,降低干旱災害對國土資源的影響風險

干旱災害對國土資源的風險主要是影響土地資源質量及可持續(xù)利用,增加土地治理與保護成本；加劇水土保護、地質安全和環(huán)境保護壓力；引發(fā)或加劇泥石流、地面塌陷、滑坡、山體崩塌等地質災害風險。針對國土資源的風險建議加強土地總體規(guī)劃,重視資源環(huán)境承載力評估,開展重大工程氣象地質災害風險評估,加強土地資源開發(fā)利用、監(jiān)管與保護。綜合采取工程措施和生態(tài)修復措施,減輕水土流失和地質災害,加強礦山地質環(huán)境保護與恢復治理工程。加強地質環(huán)境監(jiān)測與綜合預警,減輕洪澇干旱引發(fā)的災變地質環(huán)境事件對社會經(jīng)濟帶來的不利影響。

4 結論與討論

1961—2015年中國南方區(qū)域降水量呈現(xiàn)波動變化,降水量線性擬合趨勢特征不明顯。但進入21世紀后南方區(qū)域平均降水量明顯偏少,且平均降水量年際振蕩幅度增大。近55年南方研究區(qū)氣溫呈顯著上升趨勢,南方平均地表氣溫升高速率高于全球地表升溫速率；南方研究區(qū)平均氣溫在20世紀80年代前均為負距平,之后距平≥0℃,且變異系數(shù)增加,氣溫振蕩幅度加大。近55年南方研究區(qū)氣溫從1976年開始持續(xù)上升,氣溫升高的突變年在1997年。四川省年平均受旱面積最大,占南方受旱總面積的17.4%；安徽省次之,西南區(qū)域干旱受旱面積顯著上升。重旱風險高發(fā)區(qū)主要集中于西南,隨著氣候變暖,干旱災害頻率、強度和受旱面積均增加,干旱災害風險增大。氣溫突變后次高干旱災害風險區(qū)明顯擴大。

未來10年(2016—2025年)與1986—2005年相比,我國南方地區(qū)的升溫幅度約為0.6—0.7℃。整個南方地區(qū)年降水日數(shù)將減少,在江淮、江漢和江南西部地區(qū),連續(xù)干旱日數(shù)將增加,意味著未來隨著溫室氣體排放濃度的升高,我國南方地區(qū)的干旱發(fā)生頻率可能升高。

提出的“干旱災害風險形成機理概念模型”對干旱災害風險形成地認識更加深入,有創(chuàng)新,不僅揭示了干旱災害風險的形成機理,也揭示了其可變性與動態(tài)過程特征。干旱災害具有自然與社會雙重屬性,應該以自然科學和社會科學相結合的視角來認識干旱災害。干旱災害風險評估也要在深入認識干旱氣候規(guī)律的同時,重視對生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合研究,干旱風險評估的理論和方法也要將氣象學與其他科學相融合。干旱災害風險管理要在遵從干旱發(fā)生發(fā)展的自然規(guī)律的基礎上,體現(xiàn)干旱風險共擔原則和經(jīng)濟最優(yōu)化原則等社會經(jīng)濟學規(guī)律[17]。

氣候變暖背景下,中國南方干旱災害頻率增高、強度增強、影響范圍增大,農(nóng)業(yè)旱災綜合損失率增加。但對于干旱災害對農(nóng)業(yè)、水資源和生態(tài)系統(tǒng)的風險及其機制的系統(tǒng)性認識還比較欠缺,加強干旱災害風險科學評估與對策研究尤為重要。風險評估是認識風險本質和決定風險水平的過程。在研究干旱災害致災因子危險性、承災體的暴露度(脆弱性)和孕災環(huán)境敏感性的基礎上[22-25],進行干旱災害風險評估與對策研究,由被動抗災向主動防御災害轉變,為災害管理和防御提供科學依據(jù)。

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RiskcharacteristicsandcontroltechnologymeasuresofdroughtdisasterinSouthernChina

ZHANG Qiang1, YAO Yubi1,2,*, WANG Ying1, WANG Suping1, WANG Jinsong1, YANG Jinhu1,2, WANG Jing1, LI Yiping1, SHANG Junlin2, LI Wenju2

1ChinaMeteorologicalAdministrationKeyLaboratoryofAridClimateChangeandReducingDisaster/GansuProvinceKeyLaboratoryofAridClimateChangeandReducingDisaster/LanzhouInstituteofAridMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Lanzhou730020,China2MeteorologicalBureauofDingxiCity,Dingxi743000,China

Using daily surface meteorological observation and drought disaster data from 252 national basic meteorological stations located in 14 provinces in Southern China from 1961 to 2015, temporal-spatial variation characteristics of drought disaster influence and the risk change of drought disaster were studied. Based on these analyses, the control strategy and defense countermeasures for drought disaster risks are put forward. The results indicated that annual precipitation in Southern China fluctuated from 1961 to 2015 and no obvious linear trends. However, the average annual precipitation in Southern China is less than that in the period before 21st century, and its oscillation amplitude is increasing. The annual average temperature in the research region showed significant upward trend throughout 1961—2015, and the average surface temperature increasing rate was higher than that of the global average. The temperature has increased since 1976 in the research region, and a temperature mutation point occurred in 1997. Areas with higher risks of drought disaster include most regions in southwest China. With the global warming, the drought frequency and intensity and the drought affected areas have been increasing, as well as the risk of drought disaster. The risk area of secondary high drought disaster was significantly enlarged after the temperature mutation point in 1997. During the next 10 years (2016—2025), the drought disaster frequency in Southern China could increase. Therefore, the following management measures should be carried out: (1) drought disaster risk management should be strengthened; (2) areas with fragile ecological environment should be restored; (3) major agricultural production areas should be given priority for food production security; (4) the uneven temporal-spatial distribution of water resources and aggravating contradictions between supply and demand should be resolved; and (5) the level of drought disaster risk prevention and control should be improved.

drought; disaster risk; spatial characteristic; countermeasure; Southern China

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)(2013CB430206)；公益性行業(yè)(氣象)科研重大專項 (GYHY201506001- 6)；國家自然科學基金 (41575149)

2016- 08- 11; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡出版日期

日期:2017- 07- 11

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yaoyubi@163.com

10.5846/stxb201608111644

張強,姚玉璧,王鶯,王素萍,王勁松,楊金虎, 王靜,李憶平,尚軍林,李文舉.中國南方干旱災害風險特征及其防控對策.生態(tài)學報,2017,37(21):7206- 7218.

Zhang Q, Yao Y B, Wang Y, Wang S P, Wang J S, Yang J H, Wang J, Li Y P, Shang J L, Li W J.Risk characteristics and control technology measures of drought disaster in Southern China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(21):7206- 7218.