淺析旱情評估方法的應用

孫紅舒

（安徽省水文局淠史杭蒸發實驗站,安徽 六安 237011）

0 引言

影響旱情發展的因素很多,從不同的角度對旱情進行評估其影響因素也會不同。一個地區或區域是否干旱,不僅取決于降雨和蒸發等氣象條件,而且還與當地的水文條件有關。氣象條件干旱短時間不一定會形成實際的旱災,水文條件和水資源的調度在抗旱中有著重要的作用。干旱作為一種復雜的現象難以直接觀測其發生時間、發展過程和影響范圍,因而通常采用干旱指標對旱情進行評估,表征干旱的指數達近百種,如降雨量距平百分率（Pa）、帕爾默指數（Palmer Drought Severity Index，PDSI）[1]、作物水分指數（Crop Moisture Index,CMI）、土壤含水量距平指數（Soil Moisture Normally Percentage Index,SMAPI）[2]等等。研究角度不同,反應的機理也不盡相同；基于同一因子降水,可以在預測預警旱情發生起到先導作用,機理相同能有效減少多因子產生的不同影響,使用兩種以及兩種以上方法驗證,是保證預測效果的重要手段之一。

1 概況

1.1 基本情況

皖西位于安徽西部,大別山北麓,跨長江、淮河兩大流域,總面積15451.2 km2,地貌總趨勢由南向北傾斜。地處北亞熱帶的北緣,屬濕潤季風氣候,四季分明,雨量適中。區域多年平均降水量1123.9 mm,年最大降水量1549.5 mm,年最小降水量705.5 mm,多年平均蒸發量840.3 mm。區域多年平均氣溫14.6℃~15.6℃。

1.2 旱情特點

皖西境內自2008年10 月起,大部地區降水量持續偏少,雖然有降雨,但量較上年偏少,江淮之間北部地區雨量比常年同期偏少5~8 成,與大旱年份相比,江淮和沿江一帶仍偏少2~3 成；至12 月各地月平均降水量只有11.2 mm,且幾個月月平均氣溫均較常年同期偏高0.5℃~2℃,氣溫偏高使土壤蒸發加快,失墑更加嚴重,進一步加快了旱情的發展。干旱成為農業生產中較為突出的問題,土壤表面干燥,土壤水分不足,局部土地有出現開裂現象,作物葉片也出現萎蔫現象；同時造成部分地區人畜飲水困難,城鎮用水量也日趨攀高,對生產、生活造成一定影響。進入2009年1 月,皖西大部地區有幾次降雨過程,各地平均月降水量只有22.9 mm,南部降水多于北部,分布不均,旱情依然存在；直到2 月份,總降水量達到87.8 mm,才得以緩解。

土壤墑情監測情況：2008年12 月20 日墑情監測,最高土壤相對濕度才達到64%,超半數在40%~50%之間,且低墑程度繼續保持；根據土壤墑情標準,旱情等級為中旱；至2009年2 月1 日墑情監測土壤相對濕度0~40 cm 最高為71%,旱情等級為無旱。

據統計全區達40%農作物不同程度受旱,近半數小型水庫、塘壩蓄水減少,其中少部分塘壩已經干涸,部分田地出現開裂現象；氣象干旱指數最高達到中旱（氣象干旱為20年~30年一遇）,干旱情勢發展過程：從無旱—干旱（中旱）—輕旱—無旱,期間氣象部門也發布了干旱預警。

2 干旱等級劃分

國家標準《氣象干旱等級》（GB/T 20481-2017）[3]中將干旱劃分為五個等級,并評定了各等級的干旱對氣象、農業以及生態環境的影響程度,分別為：（1）地表較濕潤,水分充足；地表水資源充足,能滿足生產以及生活需要；（2）地表空氣干燥,土壤水分輕度不足,輕微缺水,水資源出現短缺。（3）土壤表面干燥,作物葉片萎蔫；水資源短缺,對生產生活造成影響；（4）土壤水分嚴重不足,出現干土層,作物有枯死現象；河流出現斷流,水資源嚴重不足；（5）土壤水分嚴重不足,出現較厚干土層,作物出現大面積枯死,水資源嚴重不足。

3 兩種旱情判別方法介紹

3.1 降水量距平

降水量距平百分率（PA）是用于表征某時段降水量較常年值的指標,直觀反映降水異常引起的干旱,一般適用于半濕潤、半干旱地區平均氣溫高于10℃的時間段干旱事件評估。

（1）計算公式：

式中：PA 為某時段降水量距平百分率；P 為某時段降水量,mm；P 為計算時段同期氣候平均降水量,mm,按公式（2）計算。

式中：n 一般取30,指30 日（月或年）；Pi為計算時段第i 日（月或年）降水量,mm。

（2）計算期確定：分別用月尺度、季年尺度表征時段干旱標準以及等級,不同評估尺度選擇適當的計算期,本次采用月尺度。

（3）旱情等級劃分見表1。

表1 降水量距平百分率干旱等級劃分表[3]

3.2 相對濕潤度指數

相對濕潤度指數（MI）是用于表征某時段降水量與蒸散量之間平衡狀況的指標。指數反映作物生長季節大氣中的水分平衡特征,適用于作物生長季節月以上尺度的旱情評估。相對濕潤度指數為某段時間的降水量與同時段內潛在蒸散量之差在除以同時段內潛在蒸散量得到的指數,按公式（3）進行計算：

式中：MI 為某時段相對濕潤度；P 為某時段的降水量,mm；PET 為某時段的潛在蒸散量,用FAO Penman 或Thornthwaite方法計算,mm,本次采用Thornthwaite 方法計算。

相對濕潤度指數劃分干旱等級見表2。

表2 相對濕潤度干旱等級的劃分表[3]

4 資料采用

采用全市65 個遙測雨量站資料平均作為時段降水量,并用淠史杭蒸發實驗站自1982年~2008年長序列實測資料,計算各個月份數據,作為時段同期氣候平均降水量。此次分析時段從2008年10 月~2009年2 月,評估期相應計算期長度為月（月尺度）和實際干旱時間相一致。同時用17 個墑情站監測資料,作為參考。

5 旱情評估對比分析

5.1 降水量距平百分率評估

降水距平百分率反映了某一時段降水與同期平均狀態的偏離程度；時段選取2008年10 月~2019年2 月降水量資料,按月尺度分開計算,采用降水量距平法推求PA,結果見表3；其中皖西地區2018年12 月降水量較同期多年平均值嚴重偏少,PA=-67%,對照降水距平百分比旱情等級劃分標準,居于-80

表3 兩種方法評估結果對比分析統計表

5.2 相對濕潤度指數評估

本次采用Thornthwaite 公式推求計算蒸散量，諸多條件、以及各個因子均符合推求的要求；蒸散量依據2008年、2009年當年值計算；月平均蒸散量分別為54.9 mm、59.5 mm；再依據公式（3）進行相對濕潤度計算,見表3；其中12 月MI=-0.79,查看相對濕潤度干旱等級的劃分表,在-0.80

5.3 評估結果對比分析

降水量距平法是基于降水量資料計算,所需資料容易獲取,計算快捷；但對干旱內在機理響應不快,較為局限于表面。相對濕潤度指數也是需要降水量資料,但其表征大氣中水分變化,其實質是降水量與蒸散量之間的失衡狀況。對比統計見表3。

2008年10 月~11 月評估為1 級,類型無旱；受汛期雨水影響,庫、湖水量較充沛,土壤富涵水分,雖然雨水不多,但旱情并沒有顯現。受前一個月降水以及本月降水（11.3 mm）影響,12 月份旱情突顯明顯,評估為3 級,類型中旱,土壤表面干燥,土壤出現水分不足,作物葉片出現萎蔫現象；水資源短缺,對生產、生活造成影響。

旱情引起全社會重視,采取各種措施應對旱情,包括人工降雨、水庫調度放水、提水灌溉,城鎮街道灑水,機械打井等一系列措施。到2009年1 月~2 月,隨著降水有所增加,抗旱措施得力以及節水措施有力,逐漸從輕旱緩解為輕旱、無旱。兩種方法指數對比見圖1。

從圖1 可以看到兩種指數變化趨勢基本一致,從無旱—無旱—中旱—輕旱—無旱符合旱情發展的情勢過程,和實際發展過程也較為吻合。

6 結語

1）當實際干旱情勢發生時,相較其它評估方法,此兩種方法均基于降水,日常觀測資料容易取得,不涉及其它因子,計算直接,時效性強。

2）從圖1 可知兩種指數變化趨勢基本一致,符合當年情勢發展的過程：無旱—無旱—中旱—輕旱—無旱。同一時間尺度,基于同一因子,內在反應快慢基本一致,表征在指數指標也一致,有效的排除其它影響,結果可信。

3）兩種方法和實際情勢互相驗證,降低了采用單一方法產生的計算等級偏差,提高精確度,為今后的干旱判別、災害預警等工作,在計算方法、影響因子選用等方面值得參考借鑒。