貴州興仁縣煙草生長期內旱澇急轉特征分析

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(1.華北水利水電大學水利學院，河南鄭州450046；2.貴州省水利科學研究院，貴州貴陽550002)

聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出，全球氣候變暖已經成為不爭的事實[1]。受氣候變化影響，極端水文事件出現了旱澇急轉這種特殊復雜的水旱災害現象。旱澇急轉是指前期無降水或降水偏少出現旱情的情況下，緊接著在短期內發生高強度降水并形成洪澇災害的氣象水文事件；并在區域形成干旱和洪澇災害的疊加損失[2]。氣候變化導致干旱與暴雨兩種極端水文事件交錯發生，并在短期內急劇轉變形成旱澇急轉災害，造成搶險救災難度加大，社會經濟和人民群眾的生產生活損失更嚴重，對農業生產和糧食安全、水資源安全、生態環境安全等都具有重大和深遠的影響[3]。

目前，國外學者主要集中在對極端水文事件的研究，Vogel等[4]研究了圣路易斯異常降水的天氣原因；Ting等[5]研究了夏季美國降水變化及其與太平洋海溫的關系。國內研究主要集中在旱澇急轉的成因[6]、旱澇急轉規律分析[7-8]以及旱澇急轉對長江流域水稻花生產量影響等方面[9-10]，而對短時間尺度內的旱澇變化，煙草生長期內旱澇急轉成災研究鮮有報道。事實上，興仁縣是全國主要的煙草種植區之一，同時也是全國旱澇災害的易發地區之一，旱澇災害主要發生在5—8月，對煙草種植影響較大。

鑒于此，利用1961—2012年來興仁縣氣象站點5—8月逐日降水數據，運用降水距平百分率、長周期旱澇急轉指數以及短周期旱澇急轉指數，從時間尺度上，系統地分析該地區煙草生長期內旱澇急轉時間演變特征，以期為該地區煙草種植和防汛抗旱工作等提供參考。

1 研究區概況

興仁縣位于貴州省黔西南州中部，東鄰貞豐縣，南接安龍縣、興義市，西接普安縣，北接晴隆縣，東北與關嶺隔山江相望(圖1)。興仁縣屬低緯度高原性中亞熱帶溫和濕潤季風氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，無霜期長，雨熱同季，年平均氣溫15.2℃，年均降雨量1 315.3 mm，10.0℃的年積溫為4 588.0℃。優越光、熱、水等氣候條件，使得該縣成為烤煙適宜種植區，然而干旱、冰雹、洪澇等災害嚴重影響烤煙產量及品質[11]。

圖1 研究區概況

2 資料與方法

2.1 數據來源

旱澇急轉事件分析所用數據為國家氣象信息中心提供的興仁縣國家基準氣象站1961—2012年的逐日降水資料。

2.2 研究方法

2.2.1降水距平百分率(Pa)

降水距平百分率反映某段時間降水與同期平均狀態的偏離程度，其計算公式如下[12]。

(1)

本文旱澇等級的劃分參照DB52/T 1030—2015《貴州省干旱標準》中的月尺度劃分標準，見表1。

表1 降水距平百分率劃分旱澇等級 %

2.2.2煙草生長期內長周期旱澇急轉指數

以5—8月降水量代表煙草生長期內降水，定義旱澇變化的時間尺度為2個月，即5—6月旱而7—8月澇稱為旱轉澇，反之稱為澇轉旱。對于旱澇急轉指數，目前還沒有標準定義，本文參考吳志偉等[13]對長江流域提出的旱澇急轉指數定義，并對權重系數進行調整。

a) 將降水進行標準化處理：

(2)

b) 計算LDFAI：

LDFAI=(R78-R56)×(|R56|+|R78|)×2-|R56+R78|

(3)

式中R78——7—8月標準化降水；R56——5—6月標準化降水；R78-R56——旱澇急轉強度；|Rj|+|Ri|——旱澇急轉強度項；2-|R56+R78|——權重系數，作用是增加旱澇急轉事件所占權重，降低全旱或全澇事件權重。旱澇急轉的判定標準為：LDFAI值大于1為旱轉澇事件，LDFAI值小于-1為澇轉旱事件，LDFAI值在-1～1之間為正常狀態，LDFAI值的絕對值反映旱澇急轉的強度，絕對值越大，說明旱澇急轉事件越嚴重[14]。

2.2.3煙草生長期內短周期旱澇急轉指數

SDFAI計算方法與LDFAI基本一致，計算公式為[1]：

SDFAI=(Rj-Ri)×(|Ri|+|Rj|)×3.2-|Ri+Rj|

(4)

式中Rj——j月標準化降水；Ri——i月標準化降水；Rj-Ri——旱澇急轉強度；|Rj|+|Ri|——旱澇急轉強度項；3.2-|Ri+Rj|——權重系數；j=i+1(i=5、6、7)。

2.2.4降水分配不均勻性

研究降水分配不均勻性，采用降雨分配不均與系數進行分析，計算公式如下：

(5)

(6)

3 結果與分析

3.1 長周期旱澇急轉變化趨勢

3.1.1典型年長周期旱澇急轉特征

根據興仁縣煙草生長期內降水序列，計算1961—2012年5—6、7—8月的Pa值以及LDFAI值。表2列出了1961—2012年排位前6的最高(低)LDFAI年及其5—6、7—8月的Pa值。

表2 1961—2012年排位前6的最高(低)LDFAI值及其Pa值

可以看出，LDFAI值較高年份，5—6月降水總體偏少35%以上，發生干旱事件，7—8月降水總體偏多15%以上，發生洪澇事件，于是就形成了旱轉澇事件。1999年5—6月，降水總體偏少40.84%，屬于輕旱事件，而到了7—8月份，降水總體偏多67.40%，發生了中澇災害，LDFAI值高達9.73，屬于典型的旱轉澇事件。LDFAI值較低年份，5—6月降水總體偏多15%以上，屬于洪澇事件，7—8月份降水總體偏少20%以上，發生干旱事件，于是就形成了澇轉旱事件。1978年5—6月份降水總體偏多43.92%，發生輕澇事件，7—8月份降水總體偏少26.46%，發生了干旱事件，LDFAI值為-3.14，屬于典型澇轉旱事件。由此可見，LDFAI值在一定程度上可以反映旱澇急轉現象。

3.1.2長周期旱澇急轉年際變化趨勢

圖2描述了1961—2012年LDFAI值年際變化。由圖可知，絕大部分LDFAI值為正值，說明興仁縣煙草生長期內長周期旱澇急轉是以旱轉澇為主。LDFAI值在1960s末至1970s末浮動次數較多，說明在20世紀60年代末至70年代末發生旱澇急轉次數較多，LDFAI值在20世紀80年代初和90年代末出現了2次異常偏大值，主要是發生2次高強度的旱轉澇事件。由3 a滑動平均曲線及5 a滑動平均曲線可知，長周期旱澇急轉事件發生頻率有減少趨勢，并且強度有所降低。

圖2 興仁縣煙草生長期內長周期旱澇急轉變化趨勢

3.2 短周期旱澇急轉變化趨勢

3.2.1典型年短周期旱澇急轉特征

根據興仁縣煙草生長期內降水序列，計算1961—2012年煙草生長期內短周期旱澇急轉指數。表3—5列出了1961—2012年典型旱澇急轉年份的SDFAI值及其Pa值。

表3 興仁縣5—6月SDFAI值及其旱澇特征

表4 興仁縣6—7月SDFAI值及其旱澇特征

通過對比發現，在5—6月份，SDFAI值以正為主，以輕旱、中旱轉輕澇為主，僅在2008年出現1次特澇轉輕旱事件；在6—7月份，SDFAI值較高，表明在此階段旱澇急轉事件強度較高，并且是旱澇急轉事件易發時段；7—8月，SDFAI值整體較低，表明在此階段旱澇急轉事件強度有所降低，并且旱澇急轉事件次數呈減少趨勢。其中，在1980年5—6月出現了輕澇轉輕旱事件，然而在6—7月，又出現了輕旱轉輕澇事件，一年之內旱澇事件頻發，此時，正值煙草的旺長期[15]，應防范旱澇急轉帶來的不利影響。

表5 興仁縣7—8月SDFAI值及其旱澇特征

3.2.2短周期旱澇急轉年際變化趨勢

圖3描述了1961—2012年SDFAI年際變化情況。通過分析可以得出煙草生長期內短周期旱澇急轉有以下特征。

a) 5—6月

b) 6—7月圖3 興仁縣煙草生育期內短周期旱澇急轉變化趨勢

c) 7—8月續圖3 興仁縣煙草生育期內短周期旱澇急轉變化趨勢

a) 5—6月以旱轉澇為主；SDFAI值在21世紀震蕩頻繁，且較為劇烈；高強度的旱轉澇事件主要發生在21世紀，高強度的澇轉旱事件主要發生在1980s以前，在1980s以后僅出現過2次高強度澇轉旱事件；由3 a滑動平均曲線、5 a滑動平均曲線和SDFAI趨勢線可知，旱轉澇事件有增加的趨勢，且趨勢較為明顯。

b) 6—7月以澇轉旱為主；SDFAI值在1960s初至1980s初震蕩頻繁；高強度的旱轉澇事件主要發生在1990s以后，在1960s僅出現過1次高強度旱轉澇事件；由3 a滑動平均曲線、5 a滑動平均曲線和SDFAI趨勢線可知，澇轉旱事件有輕微增加的趨勢。

c) 7—8月以澇轉旱為主；SDFAI值在1960s初至1980s初震蕩頻繁；高強度的旱澇急轉事件主要發生在1990s以后，進入21世紀，僅在2002年發生1次高強度旱轉澇事件，之后未發生旱澇急轉事件；由3 a滑動平均曲線、5 a滑動平均曲線和SDFAI趨勢線可知，澇轉旱事件有輕微增加的趨勢。

3.3 產生旱澇急轉的機理

興仁縣屬于典型季風氣候脆弱區，由于季風變化，造成年內降水分布不均，加上當地為喀斯特地貌，水滲透性強，保水性差，極易產生干旱。另外，青藏高原上的大氣環流異常，在高原地區形成冷高壓氣團，擋住了從印度洋和孟加拉灣過來的暖濕氣流，而北方的冷空氣不易到達該地，冷暖氣流難以交匯形成降水。產生強降水的水汽主要來自南海和印度洋北部的孟加拉灣[16]，進入夏季，西南季風增強，輸送的水汽增加，當有冷空氣侵入時，冷暖氣流交匯，產生較強降水，形成旱澇急轉。短期內產生強降水的另一個因素是境內地形起伏較大，地形西高東低；受地形阻擋，白天，山底受太陽輻射少，空氣受熱不如山頂快,致山頂空氣熱，飄在上空；山底的空氣冷，沉在底下大氣比較穩定；晚上，山頂的氣溫降得比山腳的快，空氣變冷后下沉，將山腳的暖濕空氣抬升，水汽在隨著空氣上升的過程中不斷冷卻，產生強降水，發生旱澇急轉。

3.4 煙草生長期內月降水量變化規律

對興仁縣1961—2012年煙草生長期內月降水量的最大值、最小值、平均值及月降水分配不均勻系數等特征量進行分析，計算結果見表6。

由表6可知，興仁縣煙草生長期內降水量總體呈先增后減趨勢，其中，最大降水量、最小降水量、月平均降水量的極大值均在6月份，表明6月份降水較易發生洪澇災害。

表6 興仁縣52 a煙草生長期月降水特征量統計

月降水年極值比也在該月較小，并且CV,月值也較小，表明該月降水波動較小。CV,月值在8月份較大，月降雨年極值比在該月最大，表明在此階段，降水波動較大，極易發生旱澇急轉事件。

4 結語

春煙大田生長期一般在5—8月份，伸根期(30～35 d)、旺長期(30 d)、成熟期(60～65 d)[17]。春煙大田生長期降水量在400～520 mm較為適宜，伸根期月均需水量在100 mm左右較為理想，旺長期月均需水量在200 mm左右較為理想，成熟期月均需水量在100 mm左右較為理想[18]。在5月份，正值煙草伸根期，月均降雨量能滿足煙草生長需求，適度缺水能促進根系發育，水分過多會使根系壞死；由于短周期旱轉澇事件有增加趨勢，應做好煙田灌溉排水工作，保證煙苗成活率。在6月份，正值煙草旺長期，月均降雨量能滿足煙草生長需求，降水波動較小，不容易出現旱澇事件，但是高強度的旱澇急轉易發生在此階段，應注意防范。7—8份是煙草成熟期，降水波動較大，并且月均降雨量較多，降雨過多會導致煙葉薄且難調制，煙堿含量低，香氣平淡，應結合氣象部門預報情況，及時采摘成熟的煙葉，做好煙田排水工作，保證煙葉的質量。

本文利用興仁縣國家基準氣象站1951—2012年的逐日降水資料，全面分析了興仁縣煙草生長期內不同時間尺度下的旱澇急轉趨勢變化特征。主要結論如下。

a) 興仁縣煙草生長期內長周期旱澇急轉以旱轉澇為主，長周期旱澇急轉事件總體發生頻率有減少趨勢，進入21世紀，澇轉旱事件有增多趨勢，強度有所降低。

b) 興仁縣煙草生長期內短周期旱轉澇事件變化趨勢為：增加—減少—減少，并且增加趨勢較為明顯，這與長周期旱澇急轉變化趨勢具有同一性；在5—6月，旱轉澇事件有增加趨勢；在6—7月是旱澇急轉易發時段，且強度較高，此時煙草由旺長期向成熟期過度階段，應防止煙田水分過多或過少造成煙草產量減少和品質下降；在7—8月，澇轉旱事件有頻率增多，強度增大的趨勢，此時正值煙草成熟期，應防范旱澇急轉造成煙草品質下降 。

c) 在煙草旺長期，月均降水最多，降水波動最小，極易發生洪澇災害；在煙草成熟期，月均降水較多，降水波動較大，極易發生旱澇急轉，應做好防范。