（大气科学专业论文）中国北方干旱区干旱指标的应用研究.pdf

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指数偏轻比较明显，特别是m 指数。 3 、在我国北方干旱地区的干旱等级划分方面，各种指数对时间尺度由较高 的依赖性。z 指数和m 指数对时间尺度的依赖相对较小。由于北方干旱地区降水 时间分布极不均匀，降水变率较大，所以，z 指数在干旱判别中，时间尺度越长， 判别效果越好；时间尺度越短，效果越差。因此在我国北方干旱区月尺度干旱判 别中时常出现没有干旱的情况，和实际情况相差较大，会出现“漏报”的现象， 表现出计算上的不稳定。因此z 指数不适合用于我国北方干旱地区的干旱分析。 m 指数与降水量距平百分率相比，有旱与无早的年份一致性较好，但在对北方干 旱地区影响严重的年、季、月重旱分析中，m 指数偏轻，特别是在降水量少的季 节和月份，表现尤其明显，判别结果为无重旱出现，与实际情况存在较大偏差。 在月尺度干旱分析中，用m 指数划分的干旱等级时重时轻，稳定性较差，因此， m 指数也不适合我国北方干旱地区的干旱分析。 中国北方干旱区干旱指标应用研究 4 、相比较而言，对于北方干旱地区来说，降水量距平百分率计算简单，且 容易投入到日常业务工作中，是适合我国北方典型干旱地区的干旱指标。用降水 量距平百分率作为乌海地区的干旱指标，降水量距平百分率的干旱等级判定的干 旱也存在偏轻的情况。因此根据乌海地区实际干旱情况，将干旱等级划分标准按 不同时间尺度进行了调整。根据调整后的干旱等级划分标准，对乌海地区的干旱 情况进行了分析，结果表明乌海地区十年八旱，特早年十年一遇：季节干旱约两 年一次，春季特旱和重早出现频率居各季之首，二者出现的频率占春季所有干旱 的5 0 ；在3 1 0 月的干旱分析中，3 5 月特旱频率居各月之首，特、重旱占当月 干旱的一半以上，7 、9 月没有特旱出现，7 、8 、9 月是乌海地区多雨的月份，特、 重旱频率在9 一1 1 之间，是全年干旱出现最少的月份。与实际情况有较好的吻 合。 关键词：北方干旱区，乌海地区干旱指数 中国北方干旱区干旱指标麻用研究 a b s t r a c t d r o u g h ti so n eo ft h em a i nc l i m a t ed i s a s t e r si nn o r t h e r nc h i n a d r o u g h tp r e d i c t i o n , m o n i t o r i n gi sac h a l l e n g i n gt a s k i nt h i sp a p e r ，t a k i n gw u h a ii nc e n t r a la n dw e s t e r ni n n e r m o n g o l i aa st h er e p r e s e n t e dw e a t h e rs t a t i o n , w ea n a l y z et h ec l i m a t ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ed r o u g h t i nn o r t ha r i da r e a si nc h i n ai sa n a l y z e db yt h r e ed r o u g h ti n d i c a t o r s ，s u c ha sp r e c i p i t a t i o na n o m a l y p e r c e n t a g ei n d e x , zi n d e xa n dmi n d e x , u s i n gp r e c i p i t a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n de v a p o r a t i o nd a t aa t w u h a iw e a t h e rs t a t i o nf r o m1 9 6 lt o2 0 0 6 t h er e s u l t sa g ea sf o l l o w s ： ( i ) t h e r e a r ed i f f e r e n tl e v e l so f d r o u g h to c c u r r e di ne a c hy e a ra tw u h a io f t h ea r i da r e a n o r t h e r nc h i n a , p a r t i c u l a r l yi ns p r i n g , s e v e r ed r o u g h tp h e n o m e n o na l m o s to c c u r r e da n dd r o u g h t p r o c e s si sm o r ec o m p l e x ( i i ) f o rt h et y p i c a la r i dr e g i o nw i t hl e s sp r e c i p i t a t i o nn o r t h ，a n dt h eu n e v e nd i s t r i b u t i o no f r a i n f a l lt i m e ，t h er e s u l t so f t h et h r e ed r o u g h ti n d e x e sa r eq u i t ed i f f e r e n tb yb e i n gc o m p a r e dw i t h t h ea c t u a ls i t u a t i o n o v e r a l l ，t h r e ei n d i c a t o r sa r em o r el i g h tt h a nt h ea c t u a ls i t u a t i o n ，s h o w i n g m o r ep r e d i c t i o n so f n o n - d r o u g h ty e a r sa n ds e a s o n s o nt h ey e a ra n ds e a s o ns c a l e ，f o rs e v e r e d r o u g h t ，zi n d e xa n dm i n d e xo b v i o u s l yg i v el o w e rl e v e l ，a n dmi n d e xi sp a r t i c u l a r l yp r o m i n e n t f o rt h ed i s c r i m i n a t i o no f d r o u g h ta n dn o n - d r o u g h t , t h ep r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ei n d e x s h o w sb e l i e rc o n s i s t e n c yw i t hmi n d e x , b u tzi n d e xs h o w sb i gd i f f e r e n c e o nt h em o n t hs c a l e ，t h e t h r e ei n d i c a t o r ss h o wb i gd i f f e r e n c eo nt h ed i s c r i m i n a t i o no f t h ew e t t e rm o n t ha n dd r i e rm o n t h o v e r a l l ，o nt h ed i s c r i m i n a t i o no f t h ew e t t e rm o n t h ，t h ep r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ei n d e x s h o w sb e t t e rc o n s i s t e n c yw i t hzi n d e ) 【，a n do nt h ed i s c r i m i n a t i o no ft h ed r i e rm o n t h ，t h e p r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ei n d e xs h o w sb e t t e rc o n s i s t e n c yw i t hm i n d e x f o rt h e d i s c r i m i n a t i o no f t h es e v e r ed r o u g h t , t h er e s u l t so f t b ep r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ei n d e x s h o wc o n s i s t e n tb e t t e rw i t ht h ef a c t s ，a n dt h er e s u l t so f zi n d e xa n dmi n d e xg i v el o w e rl e v e l ， e s p e c i a l l ym i n d e x ( i i i ) i nt h ea r i dr e g i o n so fn o r t h e r nc h i n a , t h r e ed r o u g h ti n d e x e sh a v eh i g h e rd e p e n d e n to n t i m es c a l e si nd r o u g h tl e v e l sc l a s s i f i c a t i o n c o m p a r a t i v e l y , zi n d e xa n dmi n d e xh a v el e s s d e p e n d e n c eo i lt h et i m es c a l e d u et ot h ed i s t r i b u t i o no f r a i n f a l lt i m ei su n e v e na n dp r e c i p i t a t i o n v a d a b i l i t yi sl a r g e r , t h e r e f o r e ，f o rzi n d e x , o nt h ed i s c r i m i n a t i o no fd r o u g h t ，t h el o n g e rt i m es c a l e ， t h eb e t t e rt h ee f f e c to fd i s c r i m i n a t i o n ；t h es h o r t e rt i m es c a l e ，t h ew o r s et h ee f f e c t t h e r e f o r e i n a r i da r e a so f n o r t hc h i n a , t h ed r o u g h td i s e r i m i n a n tb yt h ezi n d e xo nm o n t h l ys c a l ed o e sn o to c c u r a n dt h ed i f f e r e n c ea m o n gt h ea c t u a ls i t u a t i o nw i l lb ea r i s e so v e rt h eo m i s s i o no f t h ep h e n o m e n o n ， s h o w i n gt h ei n s t a b i l i t yo fc a l c u l a t i o n t h e r e f o r e zi n d e xi sn o ts u i t a b l ef o rd r o u g h ta n a l y s i sf o r t h ea r i dr e g i o n so fn o r t h e r nc h i n a f o rt h ed i s c r i m i n a t i o no fad r o u g h ta n dan o n - d r o u g h ty e a r ，m i n d e xs h o w sb e t t e rc o n s i s t e n c yw i t ht h ep r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ei n d e x b u t , f o rt h e d i s c r i m i n a t i o no fs e v e r ed r o u g h to na n n u a l ，s e a s o na n dm o n t hs c a l e s ，mi n d e xg i v el o w e rl e v e l a n di sp a r t i c u l a r l yp r o m i n e n ti nt h el e s sr a i n f a l ls e a s o na n dt h em o n t hw i t ht h ed i s c r i m i n a n tr e s u l t s w i t h o u ts e v e r ed r o u g h th a v i n gt od ow i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n o nt h ea n a l y s i so ft h ed r o u g h to n m o n t hs c a l e ，t h ed r o u g h tc l a s s e sb ymi n d e xa r en o tg o o d ，s o m e t i m eh i 【g ha n ds o m e t i m el o w r e p r e s e n t a t i o ns t a b i l i t y i sn o ta v a i l a b l e ，t h e r e f o r e ，mi n d e xi sn o ts u i t a b l ef o rd r o u g h t a n a l y s i s f o rt h ea r i dr e g i o n so f n o r t h e mc h i n a ( i v ) c o m p a r a t i v e l y ，b e c a u s ei th a ss i m p l ec a l c u l a t i o na n di se a s i l yi n t ot h ed a y - t o - d a y 3 中国北方干旱区干旱指标应用研究 o p e r a t i o n a lf o r e c a s t i n g ，t h ep r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ei n d e xi ss u i t a b l ef o rd r o u g h ta n a l y s i s f o rt h ea d dr e g i o n so fn o g h e mc h i n a w i t hp r e c i p i t a t i o na n o m a l yp e r c e n t a g ea p p l i e di nw u h a i d r o u g h tp r e d i c t i o n 。t h ed r o u g h tc l a s s e ss h o wl o w e rt h a nt l l ea c t u a ls i t u a t i o n t h e r e f o r e t h e d r o u g h tc l a s ss t a n d a r d sh a v e b e e na d j u s t e do ud i f f e r e n tt i m es c a l e sa c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld r o u g h t o fw u h a ia r e a s b a s e do nr e v i s e dd r o u g h tc l a s ss t a n d a r d s ，t h ed r o u g h ts i t u a t i o ni nw u h a iw a s a n a l y z e d r e s u l t ss h o wt h a ta tw u h a ia r e a s ，d r o u g h to c c u r r e di ne i g h ty e a r se v e r yd e c a d e ，a n do l l e o ft h ed r o u g h t si sv e r ys e v e r ed r o u g h t s e a s o n a ld r o t l g h to g c l u o n c ee v e r yt w oy e a r s ；t h e f r e q u e n c yo fv e r ys e v e r ea n ds e v e r ed r o u g h t si ns p r i n ga b o d e i nt h ef i r s tq u a r t e r ，a n dt h e p e r c e n t a g eo ft h et w od r o u g h 乜i sa b o u t5 0 i nt h ed r o u g h t so fm a r c ht oo c t o b e r t h ef r e q u e n c y o f s e v e r ed r o u g h tf r o mm a r c ht om a ya b o d ei nt h ef i r s t , a n dt h ep e r c e n t a g eo f t h et w od r o u g h t si s o v e r5 0 ；t h e r ea r en os e v e r ed r o u g h t si nj u l ya n ds e p t e m b e t , b e c a u s ej u l y ，a u g u s ta n d s e p t e m b e ra r ct h ew e t t e s tm o n t h s t h ep e r c e n t a g eo fs e v e r ea n ds e v e r ed r o u g h t si sf r o m9 t o l l w h i c hi st h el e a s ti nay e a r t h er e s u l t sa b o v ea mb e t t e rc o n s i s t e n tw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n k e yw o r d s ：a r i da r e a si nn o r t h e r nc h i n a ；w u h a ia r e a s ；d r o u g h ti n d i c a t o r s ；d r o t l g h tl e v e l s 4 中国北方干旱区干旱指标应用研究 第一章绪论 第一节选题的背景和意义 全球干旱地区( 包括极端干旱地区、干旱区、半干旱区和干燥的半湿润区) 的 总面积为6 1 5 0 亿公顷，约占世界陆地面积的4 l ；其中属于干旱、半干旱和干 燥的半湿润区，占全球陆地面积的3 4 4 。其中干旱区为2 6 ，且主要分布在 亚洲和非洲。最新的研究表明：由于降水减少和温度升高的共同作用，全球干旱 面积近5 0 年扩大了一倍【1 工】。 干旱在世界上被列为第二大自然灾害，不仅是当前人类面临的重大环境问题 之一，也是全世界关心的重要气候问题。近十几年来己引起各国政府和人民的普 遍关注。美国、日本、前苏联和澳大利亚等一些发达国家都相继建立了气候监测、 诊断分析业务，加强对包括干旱在内的气候灾害的研究。干旱是复杂的气候灾害， 它的频繁发生和长期持续不但会给国民经济特别是农业生产等带来巨大的损失， 还会造成水资源短缺、荒漠化加剧、沙尘暴频发等诸多深远的不利影响。根据统 计d 】，在各类自然灾害造成的总损失中，气象灾害引起的损失约占8 5 ；其中干 旱灾害的损失又占气象灾害损失的5 0 左右。全球每年平均造成6 0 8 0 亿美元的 损失，受其影响的总人口超过了任何种自然灾害( “。特别是最近几十年以来， 全球气候变暖的发生和加剧，进一步加剧和扩大了全球的干旱化，许多地区相继 发生了持续时间长、影响范围大的特大干旱，经济损失重大，生态环境急剧恶化， 严重地威胁着人类的生存，引起了国际社会的极大关注，干旱化是当前人类面临 的重大环境问题之一。 中国北方地区( 包括华北和西北地区) 是世界上典型的干旱、半干旱地区， 干旱己成为北方地区最主要的自然灾害，同时北方地区又处于我国生态环境脆弱 带上，受水文气象条件的制约，旱灾十分严重，每年有亿亩农田和草场受到干旱 的侵袭1 5 一。旱灾的频繁发生给当地的国民经济、农业生产、生态环境等多方面 造成严重的影响。随着全球气候变暖的发生，我国北方的干旱有进一步加重的趋 势。 中周北方干早区干旱指标应用研究 随着全球气温的不断上升和中国地区暖冬年份的连续出现，致使全球，尤其 是中国北方地区的干旱化趋势更加显著m 9 1 。北方地区的干旱尤以春旱危害最 重。春旱影响农作物按时播种、果树发芽开花以及牧草返青，长时间的春早甚至 造成出苗后的幼苗枯死；夏旱使农作物和牧草不能正常生长发育，甚至死亡；秋 早影响农作物的灌浆和果实成熟，造成减产。干旱的频繁发生，加剧了我国北方 地区土地的沙化，草场退化，促使地下水位下降，造成人畜饮水困难，生态环境 进一步恶化，给国民经济和社会发展带来了严重的影响，潜在的危害越来越大。 目前，干旱和水资源不足已成为制约我国北方地区经济社会发展的重要因素。因 此开展干旱预测、监测、分析、评估，可以为党政部门指导生产和建设提供科学 依据，为农牧民因地制宜地安排生产，保护和改善生态环境，最大程度地减轻气 象灾害提供优质的气象服务，对我国北方地区的经济社会发展意义重大。 第二节研究现状 干旱是大气环流异常造成的。李克让等l l0 】分析了中国干旱形成的环流条件， 指出影响我国干旱形成的环流系统主要有东亚夏季风、西太平洋副热带高压和中 纬度环流系统。2 0 世纪7 0 年代末中国气象科学研究院等单位协作。收集整理了 我国1 4 7 0 年以来的早涝史料，并绘制出版了中国近5 0 0 年旱涝分布图。应 用这些资料，张家诚1 、张先恭【1 2 l 、张德二【1 3 , 1 4 】等分析了我国5 0 0 年干旱分布 规律，对干旱长期预报提供了重要的科学依据。近代观测时期的各种气候资料为 深入详细地研究各地干旱变化规律提供了有利条件。冯佩芝，李克让【1 6 】等利 用降水距平法分析了中国东部地区的干旱规律。安顺清等1 1 7 j 应用修正的帕默尔 干旱指数对中国东部地区的干旱特征进行了分析，并详细分析了华北地区的干旱 特征。魏风英等【l 州应用线性倾向估计、l e p a g e 检验、最大墒谱及小波变换等统 计方法对华北地区春季、夏季的干旱指数不同时间尺度的变化特征进行了分析。 同时应用方差极大旋转经验正交函数法研究了华北干旱异常的地域特征。马柱国 等【l9 】等对中国地区干旱情况的研究表明：降水减少的地区主要位于我国北方地 区，同时该地区当前正处于一个干旱化的过程之中。研究还表明【2 0 】：当前我国 6 中国北方干旱区干旱指标戍用研究 北方地区的普遍增温是该地区干旱加剧的主要原因。 干旱的监测和预测常用的手段是构造干旱指标。气象干旱指标( 指数) 是利用 气象要素，根据一定的计算方法所获得的指标，用来监测或评价某区域某时间段 内由于天气气候异常引起的水分亏欠程度。干早等级是将不同干旱指标转化为衡 量旱情严重程度的定时分级，描述干旱程度的级别标准，也就是气象干旱指数的 级别划分。干旱指标( 指数) 和干旱等级是监测、评价、研究干旱的发生、发展 的基础，也是采取措施预防和减轻干旱造成严重损失的先决条件，它能够反映干 旱程度或干旱范围等，对于决策者和公众来说它应该是实用的和直观的。因此确 定适合本地情况的干旱指标和干旱等级，对于研究干旱发生发展的规律，必不可 少。 目前我国科学工作者在干旱指标的制定和应用方面作了大量的工作( 卫捷等 2j 2 2 1 、张存杰等1 、王密侠等f 2 4 1 ，但是由于干旱成因及其影响的复杂性，迄今 为止还没有建立起完善统一的干旱指标体系，没有找到一种普遍适用各种用途、 适用于不同地区、不同时间段的干旱指标，不同地区、不同领域使用不同的干旱 指标。干旱的观测角度不同，相应的指标也有所差别。归纳各种干旱指标，大致 可分为四类，即气象干旱指标、水文干旱指标、农业干旱指标、社会经济干旱指 标。目前国内常用的气象干旱指标分别为以下几种：( 1 ) 降水量百分率或降水量 距平百分率指标，即以实际降水量距平值与多年平均同期降水量的比值来衡量干 湿程度【2 5 】。r a i ( r a i n f a l la n o m a l yi n d e x ) 2 6 1 、b m d i ( b h a l m ea n dm o o l e yd r o u g h t i n d e x ) 【27 】等指数都属于这一类。其优点是计算方法简单。( 2 ) 假定降水量符合某 种概率分布函数，然后做标准化变换得到的指数，例如s p l ( s t a n d a r d i z e d p r e c i p i t a t i o ni n d e x ) 口”、降水z 指数等，优点是能够适用于任意时间尺度。( 3 ) 湿 润度和干燥度指标。以降水量与蒸发能力之间的不同组合形成的指数来反映水分 收支的状况。这种指标考虑了下垫面条件，但指标中的蒸发能力是指在充分供水 条件下的土壤蒸散量，不能反映作物的实际需水情况及土壤各时期的供水情况。 马柱国等1 2 9 】运用该种指标对我国的干湿变化做过较为详细的分析研究。( 4 ) 以 土壤水分平衡为基础导出的干旱指标。干旱的形成和发展是土壤水分亏缺缓慢累 积的过程，因此干旱程度应是水分亏缺量及其持续时间的函数。利用水分平衡理 论导出的干旱指数物理意义较为明确。如p a l m e r 干旱指标。安顺清等对p a l m e r 7 中国北方干旱区干旱指标应用研究 干旱指数做过修正。( 5 ) 综合指数。它是经标准化降水指数、相对湿润指数、降 水量为基础建立的一种综合指数。张强【3 0 1 等人发展了一个以s p i 指数和湿润度 指数为基础，并考虑近期降水量的综合指数c 。对于单站来说，常用的干旱指 标有( 1 ) 降水距平或降水距平百分率指标( 2 ) 湿度指标m ( 3 ) 降水z 指数。 有关研究【3 1 ，2 l 已对这几种干旱指标在单站早涝分析中作过比较。但是，大多数指 数研究集中在半干旱地区，在北方干旱区，干旱指标的检验和应用的研究相对较 少。 2 0 0 6 年8 月中国气象局出台了气象干旱等级的国家标准。在此标准中单项 气象干旱指数有5 种，分别为降水量距平百分率、相对湿润度指数、标准化降水 指数、土壤相对温度干旱指数、帕默尔干旱指数。气象干旱等级划分为5 个等级。 5 级对应于特旱，4 级对应于重早，3 级对应于中旱，2 级对应于轻旱，1 级对应 于无旱。 在新的指导性干旱指标下，如何具体的使用和监测干旱的发生，使我们面对 的主要问题。 第三节问题的提出 关于我国北方地区干旱指标的研究，科研人员己做了许多工作，也已经建立 了许多指标。大多数在半干旱地区使用，对于典型、极端干旱区如何确定干旱， 进而预测和评估是一个问题，如干旱区的农作物是耐旱作物，作物需水量也相应 较少，降水量要求也少，干旱的标准也就不一样。由于各地的地理位置、下垫面 性质以及人类活动等因素的不同，各地区之间气候差异很大，降水、气温、蒸发 等气象要素也有很大不同，因此无论哪种干旱指标和干旱等级的划分都不能适合 所有地区。同时对于我国北方干旱研究方面，无论从干旱指标、干旱监测还是干 旱分析评估方面，区域干旱的研究远多于单站干旱的研究。基于基层台站的设备、 人员状况，大部分的研究成果很难在基层台站投入业务运行。因此，如何选取并 确定一种适合我国北方地区气候特点的单站干旱指标和与其相对应的干旱等级， 以便开展干旱预测、监测、分析、评估工作就显得尤为重要。 图l 是全国1 6 0 个站5 4 年平均降水的分布图，从中我们可以看出，在我国 8 中国北方干旱区干旱指标应用研究 北方干旱地区年平均降水量主要有以下分布特征：西北大部分地区年平均降水量 一般都在2 0 0 m m 以下，属于干旱气候区：从宁夏，内蒙古中部直到东北地区， 年降水量都在2 0 0 4 0 0 m m 之间，属于半干旱气候区。同时从图中可以看出，内 蒙古中西部地区( 即河套及其周边地区) 处于我国北方干旱和半干旱地区的过渡 地带，同时具有北方干旱区的气候特征，因此我们选取该地区的乌海气象站作为 研究北方干旱区单站干旱情况的代表站。 图11 6 0 个台站的1 9 5 1 2 0 0 4 年的5 4 年平均的年降水分布图 本文试图通过对北方干旱区的干旱气候背景的分析，分析北方干旱区发生 干旱的环流背景特点，在此基础上，以乌海气象站为例，通过对各种干旱指数优 缺点的分析、比较，选出降水量距平百分率、z 指数、m 指数三个干旱指数，对 中国北方干旱与半干旱过渡带地区月、季、年三个尺度进行有旱、无旱、干旱程 度等方面的详细分析比较，并与实际干旱情况进行对比，从中选出适合北方干旱 与半干旱过渡带地区的干旱指标。并根据研究地区干旱发生的情况对选定的干旱 指标相对应的干旱等级做出调整，以求更加符合研究区域的实际，并根据新确定 的干旱等级对该地区的干旱情况按不同的尺度进行分析。并对干旱指标确定的典 型早年( 季) 和非旱年( 季) 发生的环流背景进行合成分析，以印证干旱指标的 可靠性。 第四节研究内容及其章节安掉 9 中国北方干旱区干旱指标应用研究 根据上述问题的提出，本文的主要研究内容和章节安排如下。 全文共分为6 章。 第一章为绪论，主要论述了我国干旱区干旱监测和干旱指标的研究概况和主 要的科学问题； 第二章，为了研究北方干旱区，我们选定乌海为代表站，对其基本的气候特 征进行了分析。本章共分为6 节，分别论述了该地区降水、气温、蒸发量的特 征，降水量与蒸发量的关系以及大风的特征、干旱发生的大尺度环流背景。 第三章确定了乌海地区的气候类别，并对三种单站干旱指标进行了介绍。本 章共分为7 节，论述了干旱气候类别、如何选取干旱指标；介绍了三种干旱指标： 降水量距平百分率指标、z 指数、湿度指标m ；三种干旱指标的分析比较，最后 进行小结。 第四章建立了北方干旱指标和干旱等级。本章共分为3 节，分别为乌海地区 干旱指标的确定、乌海地区干旱等级的确定、小结。 第五章分析了乌海地区的干旱特征，共分为4 小节，分别从年、季、月尺度 对乌海地区的干旱情况进行了分析，最后进行了总结。 第六章是总结和展望。本章中总结了降水量距平百分率作为干旱指标的不足 之处，同时介绍了未来可用于干旱分析、评估、预测的干旱指标：土壤相对湿度。 l o 中国北方干旱区干旱指标应用研究 第二章乌海地区的气候特征 乌海地区位于内蒙古自治区中西部，西部是乌兰布和沙漠( 东部边缘) ，北 部和南部紧靠库布齐沙漠和毛乌素沙地。地理坐标为东经 1 0 6 。3 6 一1 0 7 。0 8 ，北纬3 9 。0 2 一3 9 。5 4 ，平均海拔高度为1 2 6 0 米。乌 海地区气温高，降水量少、变率大且季节分配不均，蒸发量大、大风多，是典型 的北方干旱地区；乌海地区的地形是东西高，中间低，南高北低，坡度较大，遇 到阵性降雨时，容易形成地表径流而流入黄河和山洪沟，再加之乌海地区土壤多 为风沙土，土壤渗透能力很强，即使出现了较大的降雨，也很快被渗透、流失。 所以，干旱在乌海地区出现频率高、持续时间长，伴随干旱出现的旱灾己成为乌 海地区最严重的气象灾害。 第一节降水特征 降水的多少是衡量一个地区是否会发生干旱的重要的气象要素之一。乌海地 区是内蒙古自治区降水较少的地区之一。4 0 年( 1 9 6 1 2 0 0 0 ) 平均降水量为 1 5 9 8 m 。年最少降水量为5 4 9 咖，出现在1 9 6 5 年。7 、8 月份降水量占全年的 5 2 。秋季降水量占全年的1 8 ；春季占全年的1 4 ；冬季最少仅占全年的5 ， 尤其是1 2 月份年平均降水量只有1 o m m 。 1 降水量分布规律和特点 ( 1 ) 乌海地区降水少，降水时间集中，但不均匀，降水的变率大，如1 9 6 7 年8 月份降水为1 8 4 3 m m ，而2 0 0 5 年的8 月份只有1 6 m m ，变率大的特征在冬春 季节表现得尤为明显。变率情况见表1 中国北方干旱区干早指标应用研究 从表1 可知1 月份降水距平百分率为正值的有1 3 年，1 0 0 以上的有7 年， 最多的达到6 4 2 。负值有3 2 年，一8 5 的年有2 0 年。2 月份降水距平百分率为 正值的有1 4 年，1 0 0 以上的有5 年，最多的达到3 0 7 。负值有3 2 年，一8 5 的年有1 6 年，3 月份降水距平百分率为正值的有1 2 年，1 0 0 以上的有5 年，最 多的达到8 6 1 。负值有3 4 年，一8 5 的年有1 5 年，4 月份降水距平百分率为正 值的有1 8 年，1 0 0 以上的有1 1 年，最多的达到4 4 6 。负值有2 8 年，一8 5 的 年有1 6 年，5 月份降水距平百分率为正值的有1 8 年，1 0 0 以上的有9 年，最多 的达到5 6 3 。负值有2 8 年，一8 5 的年有9 年，1 1 月份降水距平百分率为正值 的有1 4 年，1 0 0 以上的有9 年，最多的达到4 1 6 。负值有3 2 年，一8 5 的年 有2 4 年，1 2 月份降水距平百分率为正值的有1 0 年，l o o 以上的有7 年，最多 的达到5 4 6 。负值有3 5 年，一8 5 的年有2 7 年。由上面的分析可知，乌海地 区月降水的变率非常大。由于降水变率大这一气候特点，加之乌海的土壤多为沙 壤土，渗透快，导致乌海地区在年、季、月降水量较大的情况下，降水量利用率 低，只能暂时解除或缓解干旱，不能从根本上缓解干旱的程度。 ( 2 ) 除降水变率大以外，连续无降水日数长是乌海地区降水量的又一特点。 乌海地区最长连续无降水日达1 0 8 天，即连续三个多月无降水。年平均最长连续 无降水日数达6 3 天，即平均每年有连续二个多月的时间无降水。长时间的无降 水，更加剧了乌海地区的干旱程度。 ( 3 ) 多阵性降水是乌海地区降水的另一特点。大于l o m m 的降水过程，阵性 降水占4 1 ，混合性降水占2 4 。而乌海地区的地形坡度较大，遇到阵性降雨时， 容易形成地表径流而流入黄河和山洪沟，因此大于l o m m 的降水多为阵性降水也 不利于缓解或解除乌海地区的干旱情况。 2 降水量的年际变化 1 2 中国北方干旱区干旱指标应用研究 根据图2 可以看出：乌海地区年降水量略呈下降趋势。年降水量连续两年以 上大于平均值的出现过3 次，而年降水量连续两年以上小于平均值的出现过8 次，有一次是连续5 年年降水量小于平均值。在6 0 年代年均值为1 5 6 5 m m ，接 近常年均值，但年降水变率较大，干旱严重。7 0 年代降水较均匀，年均值为 1 6 8 3 m m ，略高于常年均值。8 0 年代年平均降水量为1 3 9 8 r a m ，明显少于均值， 早年较多。9 0 年代年平均降水量为1 7 4 5 m m ，高于常年均值。2 0 0 0 2 0 0 6 年7 年 问年平均降水量只有1 3 7 1 m m ，干旱呈加剧趋势。 4 0 0 3 5 0 3 0 0 咖2 5 0 * 世2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 ， ， - h 舭n 以k 扎 一 卜 ：v w 扩训州y w 1 9 6 11 9 6 61 9 7 11 9 7 61 9 8 119 8 61 9 9 11 9 9 62 0 0 12 0 0 6 e 至函e 三垂面画 图2降水量年分布图 3 日降水量大于5 0 r a m 的日数变化特征 乌海地区降水量大于5 0 m m 的日数较少。年平均大于5 0 m m 的降水日数有9 天，年平均大于1 0 0 r n n 的降水日数有4 天，年平均大于2 5 0 m m 的降水日数不足 1 天，且主要集中在7 、8 月份。 4 降水量的季节分布 乌海地区季降水分布以夏季最多，秋季次之，冬季最少。各季降水量值见表 2 表2乌海地区季平均降水量表单位：m 由表2 可知，春季降水量较少，加之春季风大，气温回升快，导致春旱严重。 生的瑟髦慧发攀嗽蝴黼鼢锻 豢嚣美：黧磐。年( 1 9 6 - 磊菘焉专罢麓 麓蓍? 澉醐煺h 蝴乌海嚣翥翼嚣黧篡茎的地区之一。”“一泵白目、借区最为干旱 出现喜篡萼芝燮警8 - 煳哪铀撇。， 出现在1 9 9 8 年，二者相差3 8 。历年平均；：i ：最焉值是1 1 固， 赠 扩 图3 年平均气温变化 1 4 。a日农吐饥豁徘觐朋鳞脾揖 8 - ) h 糯“嘴甜勘乱朝 集足 ，虱 要不少同攮概地髓 降月月手 ，一 心 一 喵 魄夙月三；剧，眦 鼢枇一眠 月降墒潮 瓢舷蟪穆 分疋什温蝴一确鼢 水的季嵋徘鼢裤 懈黼貅一 肭锹嘲艟 中田北方干旱区干旱指标戍用研究 从8 0 年代后期为分界线，前部年平均大多在均值以下，后部年平均气温基 本上都在均值以上，年平均气温总体呈上升趋势。 按年代计算平均气温，6 0 年代平均气温是9 1 ，7 0 年是9 3 c ，8 0 年代 是9 7 c ，9 0 年代是1 0 6 c ，从图中可以清楚地看出，进入8 0 年代，该地的气 温持续升高。气候逐渐变暖，加剧了乌海地区的干旱。 2 各月平均气温分布 表4逐月平均气温表单位： 旦!兰!兰!垒!墨! q! ! ! 气温 884 63 31 1 8l8 92 372 5 72 38l7 9looo667 从表4 中可以看出，春天温度剧升，秋天温度剧降；冬季寒长，夏季热短， 温度变化剧烈。 3 极端气温 极端气温可用来衡量和比较各地区的冷暖程度。乌海地区自有气象记录以来 日极端最高气温为4 0 2 ，出现在1 9 9 9 年7 月2 8 日。日极端最低气温为- 3 2 6 ，出现在1 9 7 1 年1 月2 2 日。表5 分别为历年各月极端最高、最低气温。 表5历年各月极端最高气温单位： 气温一3 2 6 2 7 o 一22 4 一l o 4 1 24 51 1 48 53 7 9 4 2 4 o 一2 7 9 从表4 、表5 、表6 及上面的分析可以看出乌海地区年平均气温、月平均气 温、各月极端最高气温、极端最低气温都较高，使得蒸发加强，加剧了乌海