基于Z指数的白城市季节干旱变化特征分析.pdf

现代农业科技2023 年第 23 期资源与环境科学基于 Z 指数的白城市季节干旱变化特征分析邓思盟丛宇辰范吉月杜雪松刘 悦董一鸣（洮南市气象局，吉林洮南 137100）摘要本文基于 Z 指数方法利用白城市 4 个气象观测站点 19912020 年的降雨资料进行分析，并对白城市干旱变化特征进行研究，旨在对白城市农业灌溉决策提供理论依据。结果表明：白城市近 30 年平均降雨量呈现微弱上升趋势，干旱灾害大多发生在 21 世纪左右，出现连续干旱年的情况多，季节连旱也会出现。整体来看，白城市降雨规律性差且降雨不稳定，应制定相应防范措施，避免农作物遭受灾害。关键词干旱；变化特征；Z 指数；吉林白城中图分类号P426.616文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）23-0182-03DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.23.046开放科学（资源服务）标识码（OSID）：干旱是人类面临的主要自然灾害1-4。干旱对作物危害程度与其发生季节、作物种类、品种、生育期有关。春季干旱影响春播，或造成春播作物缺苗断垄，并影响越冬作物的正常生长。秋旱影响秋作物的产量及越冬作物的播种。伏旱和秋旱都会使土壤的底墒不足而加剧翌年的春旱。白城市地处大兴安岭山脉东麓平原区，属温带大陆性季风气候，除盛夏短时间内受海洋季风影响外，全年大部分时间降水系统来自西风带，特殊的地理环境形成了该地光照充足、降水变率大、旱多涝少的气候特点。因此，研究白城市干旱变化特征对发展可持续农业极为重要，并具有现实意义。1区域与方法1.1区域概况白城市位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科尔沁草原东部，下辖一区、两县、两市以及 3 个省级开发区、5 个工业集中区，总面积 2.6 万 km2。白城市地势由西北向东南依次为低山、丘陵、平原，西南略有抬升；四季分明，冬长夏短，降水集中在夏季，雨热同期：春季干燥多风，十年九春旱；夏季炎热多雨，雨热不均；秋季温和凉爽且短暂；冬季干冷，雨雪较少。1.2研究方法1.2.1Z 指数利用某地降水数据进行运算，体现其旱涝灾害空间变化特征5-9，由于降水数据变化不一定满足正态分布，因而通过 Pearson型分布对其进行正态化处理，使其满足要求，计算公式如下：Z=6CS(CS2i+1)3-6CS+CS6（1）CS=i=1n(Ri-R)3n3（2）i=Ri-R（3）=1ni=1n(Ri-R)2（4）R=1ni=1nRi（5）式中：Z 为干旱指数；CS为偏态系数；i为标准变量；Ri为总降水量，R 为平均降水量；n 为样本个数；为标准差。1.2.2Z 指数旱涝等级划分利用 Z 指数的正态分布曲线，将其分成以下 7 个等级（表 1）。1.3主要研究内容利用白城市 4 个气象观测站点 19912020 年降雨数据，分析白城市年际和年内降水的分布特征，并利用 Z 指数分析降水及干旱变化特征10-12。2结果与分析2.1降雨年际变化特征白城市近 30 年降雨量总体呈微弱上升趋势，整体波动较剧烈。降水量最大值出现在 1998 年，降水第一作者 邓思盟（1995），女，助理工程师，从事气象预报及综合业务工作。E-mail：收稿日期 2023-02-14182量最小值出现在 2004 年，中间间隔 7 年。从图 1 可以看出，2008 年前降水波动比较剧烈，相应两年间降水量差值较大，但 2008 年后降水量呈微弱上升趋势，相应两年间降水量差值较小。2.2降雨年内变化特征根据气象要素变化，季节划分如下：35 月为春季，68 月为夏季，911 月为秋季，12 月至翌年 2 月为冬季。从表 2 可以看出，白城市夏季降水量偏多，春、秋季次之，冬季降水量最少且占比不足全年的 2%。2.3干旱年际变化特征如图 2 所示，Z 指数为负值的年份有 27 年，占总年份的 90%。在近 30 年间，白城市有 11 年发生重旱，占总年份的 35%。其中，2014 年干旱 Z 指数最小（-5.2），为异常少雨重旱年，干旱对当地农业会造成很大的损失。2.4干旱四季变化特征2.4.1春季干旱变化特征分析如图 3 所示，Z 指数变化起伏较大，其中 2004 年Z 值出现历年最大值，说明春季降水量较多，干旱情况不严重。整体来看，白城市春季 Z 指数数值较小且连续，会出现春季连续干旱的情况。2.4.2夏季干旱变化特征分析如图 4 所示，1992 年和 1997 年出现降水量较大值，21 世纪初期降水较少，Z0；2000 年后秋季降水量减少，Z 值出现负值的次数增多，并出现秋季干旱情况。2.4.4冬季干旱变化特征分析如图 6 所示，近 30 年白城市冬季多为干旱。2006 年冬季降水量最少，出现 Z 指数最小值；2017 年表 1Z 指数旱涝等级划分标准等级1234567旱涝程度重涝大涝偏涝正常偏旱大旱重旱Z 指数Z1.6541.037Z1.6450.524Z1.037-0.542Z0.542-1.037Z-0.542-1.645Z-1.037Z-1.6457006005004003002001000199120191993199519971999200120032005200720092011201320152017年份降水量/mm图 119912020 年白城市降雨量年际变化曲线10-1-2-3-4-5-6199120191993199519971999200120032005200720092011201320152017年份Z 指数图 219912020 年白城市 Z 指数变化趋势-4.0Z 指数0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5199120191993199519971999200120032005200720092011201320152017年份图 319912020 年春季 Z 指数变化趋势表 219912020 年白城市平均降水量年内分配月份123456789101112合计降水量/mm1.72.35.014.340.377.8111.480.539.115.36.53.6397.8百分比/%0.430.581.263.5910.1319.5628.0020.249.833.851.630.90100.00邓思盟等：基于 Z 指数的白城市季节干旱变化特征分析183现代农业科技2023 年第 23 期资源与环境科学降水量增加，出现 Z 指数最大值。整体来看，Z 指数呈现上升趋势，起伏较大，且 Z 指数为负值的次数增加，会出现季节连旱现象。3结论基于 Z 指数方法，利用白城市 4 个气象观测站点近 30 年的降水量资料，研究了白城市降雨变化特征及其干旱的时空分布特征及变化规律。逐年降雨量整体呈微弱上升趋势，并且整体波动较缓慢。对比 4 个季节 Z 指数，春季出现 Z 指数负数大值次数最多，其次是冬季，夏季和秋季相对较少，说明该地出现春旱概率较大，冬季次之，冬、春季会导致出现季节内连旱现象。综合分析可知，白城市降雨不稳定，出现季节连旱灾害概率大，应制定相应防范措施，以防农业作物遭受损失。参考文献1 谢五三，田红.安徽省近 50 年干旱时空特征分析J.灾害学，2011，26（1）：94-98.2 韩梅，杨利民，王少江，等.吉林省中西部半干旱地区近50 年的降水与空气湿度变化J.吉林农业大学学报，2003，25（4）：425-428.3 王鹏文，王国琴.从降水看吉林省西部地区干旱特征及减灾对策J.中国农业气象，1992，13（1）：43.4 鞠笑生，杨贤为，陈丽娟，等.我国单站旱涝指标确定和区域旱涝级别划分的研究J.应用气象学报，1997，8（1）：26-33.5 王涛，朱敏嘉，崔爱萍，等.山西近 45 年降水变化对旱涝的影响分析J.山西农业科学，2010，38（12）：61-63.6 梁进秋，任璞，郭雪梅，等.大同市气象干旱变化趋势分析J.中国农学通报，2011，27（3）：488-492.7 董雪峰，赖欣，董伟，等.近 51 年我国区域降水特征分析J.吉林农业，2019（4）：104-107.8 刘业伟，彭月平，黄芬，等.基于 Z 指数的芦溪县干旱特征分析J.江西水利科技，2016，42（5）：333-337.9 岳元，申双和，王琪.基于标准化降水指数的近 45 年吉林省干旱特征分析J.中国农村水利水电，2017（7）：166-172.10 宋宇璇.辽宁地区降水时空变化及干旱特征研究D.内蒙古：内蒙古农业大学，2020.11 葛杰.陕西省气象干旱时空变化特征与成因分析D.杨凌：西北农林科技大学，2019.12 王晨鹏.中国区域性干旱变化特征分析D.北京：中国气象科学研究院，2021.-3.0Z 指数0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5199120191993199519971999200120032005200720092011201320152017年份图 419912020 年夏季 Z 指数变化趋势-3.0Z 指数0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.51.01.5199120191993199519971999200120032005200720092011201320152017年份图 519912020 年秋季 Z 指数变化趋势20-1-2-3-4-5-6Z 指数1199120191993199519971999200120032005200720092011201320152017年份图 619912020 年冬季 Z 指数变化趋势184