農業干旱傳統監測研究進展

郭茜月 劉國金 李悅萱

[摘 要] 由于農業自身的脆弱性，導致其減產的原因眾多。干旱作為主要的自然災害之一，對于農業的影響正在逐漸加劇，了解其傳統監測方法的發展現狀對于防御干旱具有重要意義。基于此，本文主要對農業干旱傳統監測現狀進行總結，以期為農業生產活動中的干旱監測工作提供理論參考。

[關鍵詞] 農業;干旱;監測

[中圖分類號] S423 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）20-93-2

據統計，世界人口的1/3均生活在缺水地區，有11億人無法獲得安全的飲用水。在全球范圍內，干旱（7.5%）是僅次于洪水（11%）的第二大地理災害。從1970年到2000年初，受干旱嚴重影響的區域面積百分比增加了1倍。歐洲、亞洲、加拿大、非洲西部和南部以及澳大利亞東部均遭受干旱威脅。近年來，人類飽受干旱侵擾，由于干旱高頻率發生且時間持久，同時其具有影響范圍廣、后延影響大的特點，已成為影響農業生產最嚴重的自然災害之一。

1 干旱發生與危害概述

大范圍的干旱情況在全球范圍蔓延，其發生頻率呈現增強趨勢[1]。干旱導致的災害損失占自然災害損失的42%以上，每年經濟損失約計80億美元，波及國家和地區約120多個，受災人數超過20億，全球由于旱災致死的人口數高達1 100多萬[2]。20世紀30年代一場持續10年之久的旱災對美國的農業及經濟發展帶來了嚴重影響[3]。20世紀50年代至21世紀初的50年間，亞歐和非洲大陸的干旱強度比同期增加了16%，其中我國華北、東北地區干旱區域增長趨勢明顯[4]。每年我國因干旱造成的農業受災面積占總受災面積的55%，導致糧食減產數百萬噸以上。其中，對東北三省的影響在不斷加劇，從1990年起，東北三省一直處于降水偏少的狀態，隨著時間的推移，干旱日益加重，相關研究指出，至2030年，由于干旱原因將導致東北三省農業產量明顯降低，農業從業者的經濟收入有可能減少至歷年平均水平的1/2[5]。近年來，西北地區由于干旱造成的農業經濟損失約為生產總值的4%～6%。目前，伴隨全球溫暖化的加劇，干旱情況甚至擴展至我國南方相關地區。2007年，湖南省寧鄉縣遭受50年一遇的旱災;2010年2—3月，云南省大部分地區均遭受了百年一遇的干旱;2010年，廣西和四川西南山區均出現50年一遇的干旱。目前，我國已步入經濟全面發展的時代，為滿足億萬國民生活需求，農業生產安全始終是保障我國發展的基礎，但由于降雨空間分布不均、生活與工業用水量增多，部分地區干旱情況日益加劇，對干旱的整治及預防已迫在眉睫。

2 干旱傳統監測研究進展

2.1 干旱類型的劃分

導致干旱的機理極其復雜，干旱通常可分為4種類型，即農業干旱、水文干旱、氣象干旱和社會經濟干旱。其中，農業干旱是指在作物生長過程中，由于種植環境水分不足導致農作物生長受限的現象;水文干旱是指受降水不足影響的河川徑流低于平均水平的自然災害現象，主要表現為一定面積和一定時段內流域可利用水量赤字;氣象干旱是指受降水和溫度等綜合因素影響，地表蒸散量大于降水量導致水分減少的自然災害;社會經濟干旱是指人類經濟活動對水資源的使用需求過度而導致的水分短缺情況。降水是導致4種干旱的根本原因。氣象干旱作為其余類型災害的誘因，可以通過對其進行監測起到干旱預警和防范的效果。

2.2 干旱監測研究進展

傳統干旱監測方法是基于水文、氣象站點的觀測數據進行的。目前，常用的氣象干旱監測方法可分為以下幾種。

2.2.1 帕默爾干旱指數（PDSI）。帕默爾干旱指數是美國測量氣象干旱中最常使用的方法。其是基于大氣水分供給與水分需求相對于當地正常狀態的累計距平值進行計算。PDSI在我國同樣取得了較好的監測效果。衛捷等證明了PDSI能夠準確描述干旱的發生及其強度[6];王勁松等基于PDSI監測了河西地區的干旱情況，結果與歷史記錄數據恰好吻合[7]。

2.2.2 標準化降水指數（SPI）。標準化降水指數可及時準確地監測和評估干旱嚴重程度以及確定降水赤字情況。李劍鋒等利用SPI指數成功分析了新疆地區的干旱演變[8];林盛吉等基于SPI指數對錢塘江流域的旱情進行了時空分析[9]。

2.2.3 帕默爾水汽異常指數（Palmermoistureanomaly Index）。帕默爾水汽異常指數由Karl提出，又簡稱Z指數，利用前一月的水汽異常計算本月Z值，具有方便、靈活、準確的特征，在我國得到了較好的應用。黃道友等根據南方區域的季節性干旱實際情驗證了Z指數的干旱預測準確性[10]。

除上述3種應用較為廣泛的氣象干旱指數預測法外，近年來，一些學者從降水距平百分率（Pa）、相對濕度指數和綜合氣象干旱指數（CI）方面展開了研究，也獲得了與實測數據相吻合的監測效果[11-13]。

2.3 干旱傳統監測方法存在的問題

上述氣象干旱指數均是通過氣象、水文站點觀測數據的分析、建模來監測干旱情況。對于單一或小范圍地區來說，數據處理方法簡單、計算量小、易于獲得，但受觀測站數量限制，對于連續描述空間干旱分布特征的分析難以實現。因此，采用氣象干旱指數監測大范圍干旱情況時存在一定的局限性。

3 結語

干旱是較為常見的農業自然災害之一，其對農業的影響間接成為制約我國發展的一種潛在因素，因此有關干旱研究越來越受到重視。傳統的干旱監測方法基于水文、氣象觀測站數據建立干旱指數、降水指數以及蒸散量等大氣相關參數進行評價，其具有數據來源可靠、精確度高等特點，但受觀測站數的限制難以用于廣域范圍的監測與預測，難以滿足大范圍用戶的需求。目前，干旱傳統監測還需結合一些新的方法才能更有效對干旱起到監測效果。

參考文獻

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[3]Benjamin I Cook，Ron L Miller，Richard Seager. Amplification of the North American Dust Bowl drought through human-induced land degradation[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2009（13）：4997-5001.

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[6]衛捷，馬柱國.Palmer干旱指數、地表濕潤指數與降水距平的比較[J].地理學報，2003（58）：117-124.

[7]王勁松，黃玉霞，馮建英，等.徑流量Z指數與Palmer指數對河西干旱的監測[J].應用氣象學報，2009（4）：471-477.

[8]李劍鋒，張強，陳曉宏，等.基于標準降水指標的新疆干旱特征演變[J].應用氣象學報，2012（3）：322-330.

[9]林盛吉，許月萍，田燁，等.基于Z指數和SPI指數的錢塘江流域干旱時空分析[J].水力發電學報，2012（2）：20-26.

[10]黃道友，彭廷柏，王克林，等.應用Z指數方法判斷南方季節性干旱的結果分析[J].中國農業氣象，2003（4）：12-15.

[11]韋開，王全九，周蓓宿，等.基于降水距平百分率的陜西省干旱時空分布特征[J].水土保持學報，2017（1）：318-322.

[12]曹永強，張蘭霞，張岳軍，等.基于CI指數的遼寧省氣象干旱特征分析[J]. 資源科學，2012（2）：265-272.

[13]鄒旭凱，張強.近半個世紀我國干旱變化的初步研究[J].應用氣象學報，2008（6）：679-687.