基于降水量Z指數法的昭蘇縣干旱特征分析

宋 蕾

(新疆維吾爾自治區灌溉排水發展中心，新疆 烏魯木齊 830000)

據統計，2018年全國作物受旱面積達1608.587萬hm2，因旱受災面積為730.721萬hm2，直接經濟損失483.62億元[1]。越來越多的學者意識到氣候變化引起的干旱演變對農業生產有著直接且顯著的影響，因此開始著眼于追蹤分析區域時間尺度上干旱特征演變過程，探究氣候變化指數與干旱演變的關系[2-4]，從而在農業生產和生態安全方面提高應對氣候變化的能力，為保障水資源可持續利用、維護生態環境提供可靠依據。

Z指數屬于數理統計類干旱指標，能較好地劃分旱澇等級，且作為單站旱澇指標具有較好的效果[5-6]。昭蘇縣屬于大陸性溫帶山區半干旱半濕潤冷涼氣候類型，1955—2018年多年平均降水量為506.9mm，為新疆最多，在過去的幾十年，昭蘇縣年際和四季氣溫呈上升趨勢，降水呈增加趨勢，氣候向濕暖方向發展，與全球變暖大背景相一致[7]，但受年內降水分配不均及工程性缺水影響，干旱時有發生。因此，本文運用Z指數計算分析昭蘇縣1955—2018年歷年逐月、逐季度、逐年干旱情況，以期為預防干旱及做好旱災管理提供依據。

1 研究方法

1.1 Z指數計算方法

Z指數計算旱澇等級的方法，即假定某時段降水量服從皮爾遜Ⅲ型分布，考慮降水量的實際情況并消除降水量平均值不同的影響，能較好地反映某一時段旱澇特征，尤其作為單站旱澇指標具有更好的優勢[8]。

對降水量進行正態化處理并轉換為以Z為變量的標準正態分布：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

1.2 旱澇等級的劃分

根據我國旱澇指標級別，劃分7個旱澇等級確定相應的Z指數界限值[9]，Z指數等級旱澇指標見表1。

表1 Z指數旱澇等級劃分

2 不同尺度干旱特征分析

2.1 年尺度干旱特征分析

昭蘇縣1955—2018年干旱指標Z指數變化趨勢見圖1，整體Z指數的變化呈增加趨勢，增加的速率為0.27/10a，即1955—2018年期間降水量呈增加趨勢，干旱程度呈減弱趨勢。昭蘇縣1955—2018年期間發生旱災的年份共24年，即每2～3年發生一次干旱。

圖1 昭蘇縣1961—2018年Z指數演變

1955—2018年昭蘇縣不同尺度干旱情況見表2，在1955—2018年64年間，有24年存在年干旱，有45年存在季度干旱，既不存在年干旱也不存在季度干旱的年份有18年。

表2 1955—2018年昭蘇縣不同尺度干旱情況

從年尺度看，達到輕旱的有15年，發生輕旱的頻率為23.44%；達到中旱的年份有6年，發生中旱的頻率為9.38%；達到重旱標準的有3年，發生重旱的頻率為4.69%。其中，兩年連旱出現了3次，分別為1960—1961年、1965—1966年、1977—1978年。三年連旱出現了3次，分別為1982—1984年、1989—1991年、2012—2014年。

2.2 季尺度干旱特征分析

將降水量按春、夏、秋、冬4個季節劃分，分析昭蘇縣1955—2018年Z指數，春、夏、秋、冬發生干旱的概率分別為35.93%、34.38%、29.69%、31.25%，各季節發生不同等級旱澇的比例見表3。由表3可知，發生中度及以上干旱頻率較大的為春季和冬季，而夏季和秋季發生中度及以上干旱頻率較小，這與昭蘇縣每年6—10月降水較多有關。

表3 昭蘇縣各季出現不同等級干旱的年份數

昭蘇縣1955—2018年四季干旱Z指數變化情況見圖2。由圖2可知，昭蘇縣1955—2018年64年間，春、夏、秋、冬季降水Z值均呈增加趨勢。春、秋、冬三季增加趨勢較夏季明顯，增加速率分別為0.22/10a、0.28/10a、0.27/10a，而夏季增加速率僅為0.01/10a。

圖2 昭蘇縣不同季節Z指數演變

由表2可以看出，從季尺度來看，1955—1957年、1961—1967年、1975—1980年、1982—1987年、1989—1992年、2004—2008年、2012—2015年這些時段，每年存在不同季度、不同程度的干旱。由于降水大幅度偏少，出現春、夏、秋、冬四季連旱的年份有1961年、1986年、1995年；春、夏、秋三季連旱的年份有1955年和1957年，夏、秋、冬三季連旱的年份有1978年；春、夏連旱的年份有1966年、1977年、1983年、1989年、2008年、2012年和2014年，夏、秋連旱的年份有1997年和2017年，秋、冬連旱的年份有1980年和1982年，冬、春連旱的年份有1965年、1975年、1985年、2000年和2001年，易連旱季節是春、夏兩季；單個季節出現干旱的有17年。

2.3 月尺度干旱特征分析

1955—2018年的768個月中，發生干旱的月份為316個月，占比41.15%，其中發生輕度干旱的月份為220個月，發生中度干旱的月份為96個月，月尺度上無重度干旱情況發生。1955—2018年每年均在不同月份發生輕度以上干旱，其中1972年有7個月發生干旱，是干旱月份最多的年份。在64年中，有6個月發生干旱的年份有13年，有5個月發生干旱的年份有33年。1967年有4個月發生中度以上干旱。昭蘇縣各月出現不同等級干旱的年份數見表4。由表4可知，每年都發生干旱的月份為2月，發生干旱的頻率超過50%的月份有1月、2月、3月、11月、12月，6月和7月發生干旱的概率最小。從月尺度來看，11—3月發生連旱的概率較大，4—9月發生干旱的概率較小。

表4 昭蘇縣1955—2018年各月出現不同等級干旱的年份數

3 結 語

本文對昭蘇縣1955—2018年逐月降水資料利用Z指數進行計算，從年、季和月3個不同尺度對昭蘇縣干旱特征進行了分析，昭蘇縣年尺度發生干旱年份較少且以輕度干旱為主，而季尺度和月尺度發生干旱頻率較高，這與昭蘇縣降水量年內分配不均有關，建議修建具有年內調節能力的蓄水工程來緩解昭蘇縣季尺度和月尺度干旱情況。昭蘇縣易連旱季節是春、夏兩季，春、夏農業需水量大幅度增加，這兩季連旱對農業生產極為不利，建議加強水資源調度，結合蓄水、需水情況，開展骨干水源工程水源統一調度，保障農業生產不受影響。