吳波

[摘要]本文應(yīng)用江淮流域37個(gè)代表站1961年-2005年逐日氣象資料，以penman公式為基礎(chǔ)計(jì)算了地面各站各月的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)。把計(jì)算出的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)與江淮流域代表站的干旱等級(jí)、干旱持續(xù)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：此相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)在江淮流域北部適應(yīng)性較好，從北往南，適應(yīng)性逐漸降低。通過(guò)分析該指數(shù)的時(shí)空變化表明，從多年平均意義上講江淮地區(qū)土壤水分處在平衡狀態(tài)，基本滿足農(nóng)業(yè)需求。從濕潤(rùn)程度上講，北部比南部濕潤(rùn)。從旱澇頻率上講，農(nóng)業(yè)旱澇年際變化大，具有明顯的周期性，波動(dòng)頻率北部大于南部。北部旱澇四季并存，春旱、夏秋和秋冬連旱頻率高，夏季局部洪澇頻發(fā)；南部濕潤(rùn)區(qū)總體濕潤(rùn)，干旱次數(shù)較少，以洪澇居多，但夏秋干旱依然頻發(fā)。

[關(guān)鍵詞]相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù) 彭曼計(jì)算方法 適應(yīng)性 時(shí)空變化

[中圖分類號(hào)] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-389-2

0引言

引起旱澇災(zāi)害的主要原因是降水異常，因此氣象學(xué)上的旱澇指標(biāo)通常考慮降水偏離常態(tài)的程度，干旱本質(zhì)上是指陸地表面土壤的缺水狀況，陸地表面的干濕變化情況主要受降水量和蒸發(fā)量的影響[1]。因此，研究干旱問(wèn)題可以從表征降水量和地面蒸發(fā)量著手，研究干旱的特征和機(jī)制需要綜合考慮降水收入和蒸發(fā)輸出相對(duì)大小的問(wèn)題。以前的工作在研究陸地地表干濕狀況時(shí)把降水最為唯一的因素進(jìn)行研究，僅考慮了其中的一個(gè)方面，盡管能反映干旱的某些特征，但難以客觀全面地體現(xiàn)干旱的特征。如在某些地區(qū)，盡管降水是增加的，但是由于增暖而引起的地表蒸發(fā)的增加量遠(yuǎn)大于降水的增加量，地表的水分收支仍然為負(fù)，在這種背景下這個(gè)地區(qū)仍然處于干旱的狀態(tài)，在冷干的氣候狀態(tài)下同樣存在類似的問(wèn)題[2]。江淮地區(qū)是南北氣候過(guò)渡帶，秦嶺-淮河一線年平均降水量為800mm，1月份平均溫度為0.C，是地理氣候上的南北分界線。江淮地區(qū)地形復(fù)雜，氣候多變，受梅雨影響，旱澇災(zāi)害頻繁交替發(fā)生，是研究農(nóng)業(yè)旱澇氣象指標(biāo)及檢驗(yàn)其適應(yīng)性的典型區(qū)域[3]。本文從水分的收支平衡原理出發(fā)，以氣象觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，以地表蒸散量特性為前提，計(jì)算相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)。用該指數(shù)對(duì)近50年江淮流域的旱澇時(shí)空變化進(jìn)行分析，考察此相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)在江淮流域的適應(yīng)性。它能夠更加真實(shí)地揭示干旱的發(fā)生情況，對(duì)我們認(rèn)識(shí)旱澇、防御旱澇具有重要作用[4]。

1資料和方法

1.1資料介紹及處理

本文利用了江淮地區(qū)境內(nèi)40個(gè)氣象臺(tái)站（安陽(yáng)、朝陽(yáng)、濟(jì)南、沂源、袞州、莒縣、日照、開(kāi)封、西華、駐馬店、信陽(yáng)、麻城、商丘、碭山、贛榆、毫州、宿縣、盱眙、射陽(yáng)、阜陽(yáng)、固始、壽縣、蚌埠、滁縣、南京、東臺(tái)、南通、六安、霍山、合肥、巢湖、常州、溧陽(yáng)、吳縣東山、武漢、杭州、南昌、上海、九江、長(zhǎng)沙）的逐日氣象資料。氣象資料要素包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日相對(duì)濕度、日降水量、日平均風(fēng)速，日照時(shí)數(shù)。大多數(shù)臺(tái)站資料是從五十年代到2005年，為了比較方便，在做后來(lái)統(tǒng)計(jì)計(jì)算的時(shí)候，把各站時(shí)間統(tǒng)一到1960年到2005年，其中有三個(gè)站（上海、九江、長(zhǎng)沙）資料不全，在做統(tǒng)計(jì)比較的時(shí)候，不予考慮。對(duì)資料的處理是把日平均資料處理為月平均資料，在處理時(shí)剔除缺測(cè)值，若整個(gè)月都缺測(cè)，則用前一個(gè)月和后一個(gè)月的平均值代替該月的值。在處理資料時(shí)發(fā)現(xiàn)，缺測(cè)比較多的是日照時(shí)數(shù)。

1.2研究方法

氣象業(yè)務(wù)上采用的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)為[5]：

Mi為相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)，P為降水量，ET0為參考作物蒸散量，即此相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)是降水量和參考作物蒸散量的相對(duì)比值，反映了實(shí)際降水供水量與最大水分需要量的平衡關(guān)系，是一個(gè)具有時(shí)間和空間變化的氣象意義上的旱澇評(píng)價(jià)指標(biāo)。降水量的資料容易獲得，要得到高質(zhì)量的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)，關(guān)鍵在于找到更科學(xué)的方法，對(duì)蒸散量進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計(jì)算。最大可能蒸散的計(jì)算決定了干濕指數(shù)的計(jì)算精度，國(guó)際上最大可能蒸散一般都由機(jī)理模型計(jì)算而來(lái)，計(jì)算模型有幾十種[6]，其中最常被應(yīng)用的有Penman模型、Thornthwaite模型和Selianinov模型。我們常采用綜合法中的彭曼公式為代表，它是一種半經(jīng)驗(yàn)理論，考慮了空氣熱力因子、空氣動(dòng)力因子以及太陽(yáng)輻射對(duì)潛在蒸散量的影響，與實(shí)際比較符合，并有較充分的物理學(xué)理論依，一般適用于半濕潤(rùn)和濕潤(rùn)的平原地區(qū)。

所以有

式中Mm為計(jì)算時(shí)段內(nèi)的相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)；P為月平均降水量；ETm 為月平均作物潛在蒸散量，本文采用改進(jìn)的penman公式來(lái)計(jì)算。

彭曼簡(jiǎn)式為

式中E為水面蒸發(fā)量；R為輻射平衡值；Eα為空氣干燥力；r為干濕球常數(shù)；△為飽和水汽壓曲線的斜率[7]。

2相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的計(jì)算及其適應(yīng)性比較

2.1相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)與干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

等級(jí)劃分：

相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)反映了實(shí)際降水供給的水量與最大水分需要量的平衡，故利用相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)劃分干旱等級(jí)不同地區(qū)和不同時(shí)間尺度也有較大差別，表1（圖略）適合我國(guó)半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)月尺度的干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

干旱分析方法當(dāng)中經(jīng)常以年為單位[8]，當(dāng)Mi>-0.5時(shí)是濕潤(rùn)年，當(dāng)Mi <-0.5時(shí)為干旱年。本次分析將應(yīng)用到各月，利用月蒸散量和月平均降水量計(jì)算出逐月Mi值，當(dāng)Mi <-0.5時(shí)定義為干旱月，利用江淮地區(qū)37個(gè)代表站的1961-2005年逐月降水和逐月蒸發(fā)資料，計(jì)算出各月的Mi值，應(yīng)用到各月來(lái)評(píng)定干旱程度，得出各站的適應(yīng)性。同時(shí)對(duì)典型區(qū)域的春季（3月-5月）、夏季（6月-8月）、秋季（9月-11月）、冬季（12月-2月）旱澇的分析結(jié)果與實(shí)際發(fā)生情況進(jìn)行對(duì)比。

2.2實(shí)況干旱等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》中對(duì)各區(qū)域的干旱實(shí)況記錄，根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)可得出各站的干旱等級(jí)。

（1）正常或濕澇：特點(diǎn)為降水正?；蜉^常年偏多，地表濕潤(rùn)，無(wú)旱象；

（2）輕旱：連續(xù)無(wú)降雨天數(shù)春季達(dá)16-30天、夏季16-25天、秋冬季31-50天，特點(diǎn)為降水較常年偏少，地表空氣干燥，土壤出現(xiàn)水分輕度不足，對(duì)農(nóng)作物有輕微影響；

（3）中旱：連續(xù)無(wú)降雨天數(shù)，春季達(dá)31-45天、夏季26-35天、秋冬季51-70天，特點(diǎn)為降水持續(xù)較常年偏少，土壤表面干燥，土壤出現(xiàn)水分不足，地表植物葉片白天有萎蔫現(xiàn)象，對(duì)農(nóng)作物和生態(tài)環(huán)境造成一定影響；

（4）重旱：連續(xù)無(wú)降雨天數(shù)，春季達(dá)46-60天、夏季36-45天、秋冬季71-90天，特點(diǎn)為土壤出現(xiàn)水分持續(xù)嚴(yán)重不足，土壤出現(xiàn)較厚的干土層，植物萎蔫、葉片干枯，果實(shí)脫落，對(duì)農(nóng)作物和生態(tài)環(huán)境造成較嚴(yán)重影響，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、人畜飲水產(chǎn)生一定影響；

（5）特旱：連續(xù)無(wú)降雨天數(shù)，春季在61天以上、夏季在46天以上、秋冬季在91天以上。特點(diǎn)為土壤出現(xiàn)水分長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重不足，地表植物干枯、死亡，對(duì)農(nóng)作物和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，工業(yè)生產(chǎn)、人畜飲水產(chǎn)生較大影響。

該等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全國(guó)范圍通用，具有空間和時(shí)間可比較性，能較為客觀地描述干旱的發(fā)生、發(fā)展、持續(xù)和解除等過(guò)程，以及干旱發(fā)生程度和范圍的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)。根據(jù)該等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)照《中國(guó)氣象災(zāi)旱大典》歷史記錄，查找實(shí)際干旱等級(jí)，再與根據(jù)相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)確定的干旱等級(jí)進(jìn)行對(duì)照，分析兩者的一致性大小。

3相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)在江淮流域的應(yīng)用

3.1相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的區(qū)域性分布

江淮流域不同的區(qū)域發(fā)生干旱災(zāi)害的頻率和嚴(yán)重程度是不同的，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，緯度越高，發(fā)生干旱的頻率就越高，比如，河南大部分地區(qū)，山東中西部，在1961-2000間的40年之間，發(fā)生不同程度的干旱大多數(shù)在40次以上，即平均每年都有不同程度的旱災(zāi)發(fā)生。而在蘇南地區(qū)，這40年之間的干旱年份都在20次以下。計(jì)算37個(gè)站各站的1961-2005年的平均相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)，浙江北部、江蘇南部、江西北部、湖北地區(qū)的45年累計(jì)平均相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)大于0.30，發(fā)生洪澇的概率要大于發(fā)生干旱的概率，這些地區(qū)的植被覆蓋和生態(tài)環(huán)境一般比較好，蓄水能力強(qiáng)，不易發(fā)生干旱，這些地區(qū)定義為濕潤(rùn)區(qū)，代表站點(diǎn)有南昌、杭州、霍山、武漢、溧陽(yáng)、麻城、吳縣東山。江淮流域37個(gè)站1961年-2005年累計(jì)平均相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)反映了江淮地區(qū)空間上多年農(nóng)業(yè)旱澇的平均狀況。

3.2相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的季節(jié)性變化

各區(qū)域近45年相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)月平均值的年變化趨勢(shì)表明，春季相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)分布南北差異最顯著。隨時(shí)間變化趨勢(shì)各區(qū)均不顯著，夏季南北差異縮小。隨年代的變化趨勢(shì)差異比較大， 90年代中后期最濕潤(rùn)，隨后急劇下降。秋季三個(gè)區(qū)域的數(shù)值差異進(jìn)一步縮小，最大值出現(xiàn)在80年代中期，隨年代下降趨勢(shì)半濕潤(rùn)區(qū)不顯著，波動(dòng)區(qū)顯著，濕潤(rùn)區(qū)極顯著，90年代后期半濕潤(rùn)區(qū)和波動(dòng)區(qū)數(shù)值超過(guò)濕潤(rùn)區(qū)。從地域分布看，北部旱澇交替，南部以澇為主，但季節(jié)性干旱明顯。從年內(nèi)分布看，半濕潤(rùn)區(qū)春季以干旱為主，澇災(zāi)偏輕，夏秋冬三季干旱、澇災(zāi)均很嚴(yán)重，輕度和中等以上程度比例基本各半。波動(dòng)區(qū)春季也是以旱為主，強(qiáng)度小于半濕潤(rùn)區(qū)，其余各季旱澇交替，干旱以輕度居多，澇災(zāi)則是中等以上居多。濕潤(rùn)區(qū)澇災(zāi)比例明顯大于旱災(zāi)，但夏秋干旱頻率也較高，與北部?jī)蓞^(qū)接近，以湖北為例進(jìn)行分析可知，湖北發(fā)生干旱的季節(jié)主要在夏秋兩季，春季次之，有別于偏北的河南地區(qū)，半濕潤(rùn)區(qū)以春季干旱頻率最高。從實(shí)際與計(jì)算干旱對(duì)比來(lái)看，本相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)可以比較真是地反映干旱實(shí)際情況，把相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)應(yīng)用到來(lái)確定旱澇月比較合理。

4結(jié)論

（1）相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)在江淮流域各區(qū)的適應(yīng)性不同，在半濕潤(rùn)區(qū)，即淮河和黃河之間的適應(yīng)性最好，與實(shí)際的符合程度能達(dá)到80%以上，在過(guò)渡區(qū)的適應(yīng)性次之，在降水偏多的長(zhǎng)江及以南地區(qū)，適應(yīng)相對(duì)較差，甚至達(dá)不到50%。

（2）旱澇在空間上分布也不均勻。降水量越少的地方發(fā)生干旱的頻率越高，降水量越多的地方發(fā)生洪澇的頻率越高，江淮流域北部發(fā)生干旱的頻率最高，此相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)在北部半濕潤(rùn)區(qū)的適應(yīng)性最好。旱澇在時(shí)間上分布也不均勻，農(nóng)業(yè)旱澇年際變化大，變化幅度北部大于南部。北部旱澇都頻繁發(fā)生，春旱、夏秋連旱和秋冬連旱發(fā)生頻率較高，夏季局部地區(qū)洪澇很嚴(yán)重；南部平均總體濕潤(rùn)，以洪澇居多，但夏秋（7-9月）干旱頻發(fā)。

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