奉节县位于重庆市东北部,处于三峡库区腹心,属中亚热带湿润季风气候。奉节县属四川盆地东部山地地貌,长江横贯中部,山峦起伏,沟壑纵横。境内山地面积占总面积的88.3%,其中海拔1000 m以上的占总面积80.01%,近年来奉节县有些山区呈现“十年九旱”的态势[1] 。在全球暖化的气候变化趋势下,本研究通过采用奉节县气象干旱数据与历史记录干旱数据比对研究,期望发现奉节县干旱变化规律,为未来全球暖化背景下的生产生活提供区域性借鉴。
1 研究方法
1.1 数据来源
奉节县1956—2013年逐旬气候数据来源于奉节气象局,包括气温、降水量、日照时数、风速、相对湿度等指标。
奉节县历年真实发生的干旱事件统计资料分别来源于《万县地区五百年灾害研究》《中国气象灾害大典-重庆卷》[2,3] 。
1.2 气象干旱等级的计算及等级划分
采用《气象干旱等级》(GB/T20481-2006)附录B中推荐的FAO Penman-Monteith方法计算相对湿润度指数(M)[4] :
其中P为降水量(mm/d),PE为可能蒸散量(mm/d),Rn为到达作物表面的净辐射[MJ/(m2·d)],G为土壤热通量密度[MJ/(m2·d)],T为作物2 m高处的温度(℃),u2为2 m高处的风速(m/s),es为饱和水汽压(k Pa),ea为实际水汽压(k Pa),Δ为饱和水汽压和温度的曲线斜率(k Pa/℃),γ为干湿常数(k Pa/℃)。
求出M值后,可以按照表1的结果进行划分干旱等级,且该等级标准适用于农作物生长季节旬以上尺度的干旱评估。有研究指出,采用季节以上时间尺度能较好地反应西南地区时空变化趋势[5] 。结合参考历史资料文献中报道多以月份为时间单位,本研究采用月时间尺度计算M值。
1.3 奉节县历史文献干旱类型和强度
重庆市干旱按照时间划分为春旱(3—4月)、夏旱(5—6月)、伏旱(7—8月)、秋旱(9—11月)、冬旱(12—2月)[6] 。而历史统计资料上对干旱强度按照严重程度主要分成3类,即局部、一般、重旱,其中重旱包括了特旱。奉节县历史上干旱的局部强度可以等同于轻旱强度,一般强度可以等同于中旱强度。
2 结果与分析
2.1 奉节县气象干旱
由表2可以看出,过去的58 a里,气象干旱共发生了153次,其中春旱在奉节发生了31次,半数以上为轻旱,无特旱。气象夏旱发生了8次,基本为轻旱,无重旱、特旱;气象伏旱发生了29次,一半以上仍为轻旱;气象秋旱发生了30次,近2/3为轻旱;气象冬旱发生了55次,其中约1/3为中旱,1/3为重旱。
2.2 奉节县历史记录干旱
由表3可以看出,过去的58 a里,历史记录干旱共发生了77次,平均每年都发生了干旱,这与文献记录中的“十年九旱”基本保持一致。其中历史记录春旱在奉节发生了17次,2/3为重旱;历史记录夏旱发生了14次,近一半为重旱;历史记录伏旱发生了34次,基本上中旱和重旱各占一半;历史记录秋旱发生了4次,中旱和重旱各占一半;历史记录冬旱发生了8次,中旱和重旱又基本各占一半。
2.3 气象干旱与历史记录干旱的对比分析
对比表2和表3,可以看出,(1)气象春旱有12次被历史记录,正确率为38.7%,其中仅有1983年的中旱,1979年和1988年的重旱与历史记录春旱的等级一致,而历史记录春旱中有5次并未达到气象春旱标准,占历史记录春旱的29.4%。(2)气象夏旱有6次被历史记录,正确率为75%,但未有等级一致的记录,而历史记录夏旱中有8次并未达到气象夏旱标准,占历史记录夏旱的57.1%。(3)气象伏旱有25次被历史记录,正确率为86.2%,其中有1959年、1960年、1972年、2006年的重旱,1990年、1997年的特旱与历史记录伏旱的等级一致,而历史记录春旱中有9次并未达到气象伏旱标准,占历史记录伏旱的26.5%。(4)气象秋旱有2次被历史记录,正确率为6.7%,但未有等级一致的记录,而历史记录秋旱中有2次并未达到气象秋旱标准,占历史记录秋旱的50%。(5)气象冬旱有8次被历史记录,正确率为14.5%,其中仅有2000年的重旱,1997年、1999年的特旱与历史记录冬旱的等级一致,而历史记录冬旱全部达到气象冬旱标准。
综合来看,气象干旱153次中有53次属于历史记录干旱77次记录里面,正确率为34.6%,而历史记录干旱中有24次并未达到气象干旱标准,占历史记录干旱的31.2%。以上的分析主要考虑的是单季干旱,没有考虑冬春、春夏、夏伏、伏秋、秋冬5种跨季干旱及多季干旱的结果,如果考虑这一部分的因素,气象干旱中的干旱发生次数将会减少,因为往往历史文献记录干旱是以一次干旱进行记录,且往往记录最主要发生的季节。因此,气象干旱中涉及到的跨季干旱可以减少1次计数,而多季干旱可以减少2次计数。根据表4的结果,奉节县共有30次跨季干旱和3次多季干旱,因此153次统计的气象干旱可以减少36次,减少后气象干旱的117次中历史记录正确率可以从34.6%提高到45.3%。显示相对湿润度指数在奉节县干旱评估中具有较好的效果。共有12次的干旱等级保持一致,除了1次为中旱,其他11次均为重旱、特旱,说明相对湿润度指数在等级预测方面以重旱、特旱较为准确,而轻旱、中旱的准确程度较差,产生这种差异的主要原因可能是奉节县处于三峡库区山区,山区的的地形地貌差异较大,导致奉节县内不同地方的水文气象条件具有差异,这种差异在重旱、特旱年份没有显示出来,但是在轻旱的年份就比较明显。因此,相对于平原地区,山区使用相对湿润度指数应该考虑地形地貌的因素,这值得今后进一步去研究。
另外,伏旱、夏旱的正确率较高,都在80%左右,春旱正确率次之,在40%左右,秋旱、冬旱正确率最低,只有10%左右,这种差异产生的主要原因可能是历史资料统计干旱更多是以粮食作物欠收、绝收为主,而奉节县主要的粮食作物为水稻和玉米,其生长季主要是夏季,而冬季粮食作物种植较少,因此历史统计数据中关于秋旱、冬旱的数据较少。尤其是冬旱,20世纪80年代以前都没有记录,8次历史记录的冬旱都是在近20 a,这与当地种植结构多元化,从过去的关注单一粮食作物向多种经济作物转变有一定的关系,因此未来关于秋旱、冬旱的历史统计数据有可能会逐步与气象干旱保持一致。
3 结论
本文采用气象干旱的月尺度相对湿润度指数评价了奉节县历史干旱数据。结果表明,气象干旱显示发生最多的为冬旱,其次为春旱、伏旱和秋旱,夏旱最少,而历史干旱数据则显示伏旱次数最多,其次为春旱和夏旱,冬旱与秋旱最少。考虑到跨季干旱及多季干旱的影响,气象干旱中有关历史记录正确率为45.3%。气象伏旱有25次被历史记录,正确率最高为86.2%。显示相对湿润度指数在奉节县干旱评估中具有较好的效果。气象干旱与历史文献记录干旱中干旱等级保持一致基本为重旱、特旱,说明相对湿润度指数在等级预测方面对重旱、特旱较为准确,而对轻旱、中旱的准确程度较差,造成这种差异的主要原因一个方面是由于奉节县所在山区的地形地貌差异会影响局地的干旱发展状况,另外一个原因是历史文献记录干旱主要是指的农作物生长关键期的伏旱及春旱。本研究可以给奉节县乃至三峡库区干旱的防治工作提供参考。
摘要：气候变暖背景下三峡库区奉节县农业和生态面临新的挑战,为了探讨奉节县未来的干旱风险,本研究采用相对湿润度指数评价了1956—2013年共58 a间的逐月气象干旱状况,并与历史文献记录的干旱数据进行比对,结果发现:气象干旱显示发生最多的为冬旱,而历史干旱数据则显示伏旱次数最多;考虑到跨季干旱及多季干旱的影响,气象干旱中有关历史记录正确率为45.3%;气象伏旱在历史记录中正确率最高为86.2%。显示相对湿润度指数在奉节县干旱评估中具有较好的效果。
关键词：气象干旱,历史记录干旱,相对湿润度指数,三峡库区,重庆市奉节县
参考文献
[1] 刘祥学.奉节县探索水利建设新路子[J].中国水利,1997(2):26-27.
[2] 中共万县地委政策研究室.万县地区五百年灾害研究(内部发行)[R].万州,1991.
[3] 马力.中国气象灾害大典-重庆卷[M].北京:气象出版社,2008.
[4] GB/T 20481-2006.气象干旱等级[S].
[5] 王明田,王翔,黄晚华,等.基于相对湿润度指数的西南地区季节性干旱时空分布特征[J].农业工程学报,2012,28(19):85-92.
[6] 高阳华,冉荣生,唐云辉,等.重庆市干旱的分类与指标.贵州气象,2001,25(6):16-18.