基于土壤墒情的云南干旱分析

张 云， 曹 言， 王 杰， 张 雷， 戚 娜

(1.云南省水利厅，云南昆明 650021；2.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228)



基于土壤墒情的云南干旱分析

张 云1， 曹 言2*， 王 杰2， 张 雷2， 戚 娜2

(1.云南省水利厅，云南昆明 650021；2.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228)

根据2008—2012年云南省23个土壤墒情站点土壤含水量和日降水数据，研究土壤墒情与降水、温度的关系，并基于土壤相对含水量分析云南省干旱的时空分布特征。结果表明，不同深度土壤平均相对含水量的最大值与降水关系显著，均出现在6—8月，且基本滞后降水最多月份1个月，其出现时间呈现出由东南向西北推迟的变化趋势；而不同深度土壤平均相对含水量的最小值与气温关系显著，均出现在3或4月，其出现的时间大致与旱季(11月—次年4月)最高气温出现的时间一致。云南省干旱主要发生在1、3、11和12月，其中11和12月旱情最为严重；在空间分布上，1和3月干旱主要分布在云南西部，尤其是滇西南、滇西北和滇中，11和12月干旱主要分布在云南东部，尤其是滇中和滇东南。

土壤墒情；土壤相对含水量；干旱；云南省

干旱发生的过程缓慢，历时数月或数年，影响范围大，不仅对工农业生产造成较大的影响，还会产生一些次生影响[1-2]，如干旱引起高原湖泊水位降低，从而减弱湖泊水循环，导致湖泊水质恶化等。土壤水分变化主要是由于降水的变化、土壤质地以及地表植被覆盖情况影响的[3]，因此土壤墒情对干旱发生早期和旱情发生过程具有重要的指示作用[4]，其不仅可以揭示局地气候变化，也可以表明流域前期总有效降水对土壤含水量的影响[5-6]。而土壤墒情的监测不仅是发展节水农业的基础，也可以为农业节水生产和主管部门提供必需的土壤墒情定量信息和空间分布，从而提高节水农业宏观管理决策的科学化水平[7]。

目前国内相继开展了许多土壤墒情相关研究[8-10]，如房稳静等[8]基于河南省30多个土壤墒情站的土壤测墒资料对冬小麦土壤干旱特点进行了详细的研究；陈小凤等[10]建立了基于土壤墒情、降水量及地下水埋深的综合旱情评估预测模型，分别对2008年冬旱和2009年3月份干旱进行了预测评估。云南省气象灾害呈现种类多、频率高、分布广、区域性突出等特点，其中旱灾影响范围最广[11]，且目前农业灌溉及其抗旱等农事生产活动中仍以经验为基础。因此，笔者根据云南省23个土壤墒情站点土壤含水量和日降水数据，分析土壤墒情与降水和温度的关系，并基于土壤相对含水量分析云南省干旱的时空分布特征，为决策部门制定防御干旱灾害措施、指导农业进行科学灌溉提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况 云南省位于97°32′～106°11′E、21°08′～29°15′N，地势呈现西北高东南低的趋势，地形以山地为主，占全省总面积的94%，盆地或湖泊面积仅占6%， 土壤类型多达16种，其中以红色和黄色酸性土壤为主，兼有暗棕壤、紫色土、亚高山原草甸土、石灰岩等。全省属于亚热带高原季风气候，立体气候明显，多年平均气温为5～24 ℃，降水时空分配极不均匀，多年降水量为1 278.8 mm，其中汛期(5—10月)降水量占年降水量的85%，枯水期(11月—次年4月)降水量仅占年降水量的15%；空间上呈现南多北少、西多东少，山区大、平坝和河谷少的特点。

1.2 指标及方法

1.2.1 土壤墒情。土壤墒情数据来源于云南省水文水资源局，共包括23个土壤墒情站点(图1)数据资料，时间序列为2008—2012年，时间尺度为月，其中土壤湿度采样深度为10、20和40 cm 层次的土壤重量含水量，数据选择时尽量选择无资料缺失或具有代表性的站点。

图1 云南省土壤墒情站点分布Fig.1 The spatial distribution of the soil moisture monitoring stations in Yunnan Province

1.2.2 土壤相对含水量。土壤相对湿度指标是目前研究比较成熟且能较好反映作物旱情状况的可行指标[12]。土壤相对湿度一般以土壤重量含水量与田间持水量的比值表示，旱情等级标准中建议采用的土层深0～40 cm[13]，计算公式为：

R=W/fc，式中，R为土壤相对含水量(%)；W为土壤重量含水率(%)；fc为土壤田间持水量(%)。通过此公式计算出云南省23个土壤墒情站点的月平均土壤相对含水量(即土壤相对湿度)，按照土壤相对湿度旱情等级表，对土壤相对含水量R与干旱等级关系进行了定义：R≥60%(无旱)、50%≤R<60%(轻度干旱)、40%≤R<50%(中度干旱)、30≤R<40%(严重干旱)、R<30%(特大干旱)，进而分析2008—2012年云南省干旱的时空分布特征。

2 结果与分析

2.1 土壤墒情与降水的响应 选取滇西北的桥头站、滇东北的三棵树站、滇东南的沙坝和荣峰站、滇西南的盈江和大茨坪站，以及滇中的紫金、黄家坡、东风和绵羊冲站，分析2008—2012年各站点不同月份不同土层间土壤平均相对含水量与降水的关系，结果见图2。

从图2可以看出，除沙坝、东风、三棵树和盈江站的不同深度土壤含水量最大值出现在降水最多月份外，其余站点不同深度土壤含水量最大值均出现在降水最多月份后的1个月，具有1个月的滞后性。各土壤墒情站不同深度土壤平均相对含水量的最大值均出现在6—8月，也是云南省降水最集中的季节，其中滇东南沙坝站不同深度土壤平均相对含水量的最大值出现在6月，滇西北桥头站、滇西南大茨坪站和滇中紫金站不同深度土壤平均相对含水量的最大值均出现在8月，其余土壤墒情站不同深度土壤平均相对含水量的最大值基本上出现在7月，由此可见，云南省不同深度土壤相对含水量最大值出现的时间呈现出由东南向西北推迟的变化趋势。

图2 各站点不同月份不同土壤层土壤相对含水量与降水的变化Fig.2 Variation of soil relative water content and precipitation in different soil layers in different months of each site

2.2 土壤墒情与温度的响应 选取滇西北桥头、滇东南荣峰和沙坝、滇西南蚂蚁堆、滇中东风站作为典型样点，分析2008—2012年各站点不同月份不同土层间土壤平均相对含水量与气温的关系(图3)发现，各土壤墒情站的最高气温均出现在6—7月，其中除滇东南地区的沙坝站和荣峰站最高气温出现在7月，其余地区各站点最高气温均出现在6月。不同深度土壤平均相对含水量最大值出现的时间与气温变化没有显著的关系，但在旱季(11月—次年4月)，不同深度土壤相对含水量的最低值出现的时间与最高气温出现的时间基本一致，均出现在3或4月，且大部分站点不同深度土壤平均相对含水量在4月呈现明显的转折点，主要是由于一方面此时降水较少，气温较高，土壤水分蒸发变大，且春季正是农作物大量需水高峰时期[14]，导致土壤相对含水量偏低；另一方面，5月云南省进入雨季，降水增多，土壤相对含水量呈上升趋势。

图3 各站点不同月份不同土壤层土壤相对含水量与气温的变化Fig.3 Variation of soil relative water content and temperature in different soil layers in different months of each site

土壤相对含水量的变化主要受蒸散发和降水等因素影响，而降水和气温是调节土壤相对含水量变化的主要方式[15]。根据以上分析，土壤相对含水量能够较好地反映降水和温度的变化情况，在雨季降水变化对土壤相对含水量影响显著，而在旱季温度变化对土壤相对含水量影响显著，因此通过土壤相对含水量能够较为准确、及时地反映出云南干旱情况。

2.3 基于土壤墒情的云南干旱分析

2.3.1 干旱时间。根据2008—2012年各月土壤相对含水量，查看干旱等级标准，分析月尺度下云南省不同旱情的时空分布特征。从图4可以看出，1、2、3、4、5、11和12月旱情频发，其中1、3、11和12月出现干旱范围最广，且12和11月旱情最为严重。2008年除5—8月外，其余月份旱情较为严重，其中12和2月出现干旱范围最广且旱情最为严重，特旱面积所占全省面积的比例分别达13.57%和27.52%；而2009年旱情最为严重，呈现出连续性的干旱，全省84.48%以上的地区出现不同程度的干旱，其中12月干旱面积最大且旱情最严重，特旱和重旱所占面积比例分别为84.84%和8.78%；2010年则较2009年旱情有所缓解，旱情主要出现在1、2、5和12月，其中12月干旱面积最大，其所占面积比例达97.36%，1月旱情最严重的，特旱和重旱所占面积比例分别为58.92%和24.32%；2011年干旱主要发生在1—5月，其中1月干旱面积最广且旱情最为严重，特旱和重旱所占面积比例分别为48.72%和40.83%；2012年干旱主要发生在1—5、11—12月，其中12月干旱面积最广且旱情最为严重，特旱和重旱所占面积比例分别为18.72%和47.81%。

2.3.2 干旱空间。由于云南省降水时空分布不均匀、陆地蒸发量较大，导致土壤墒情空间变化差异显著。从土壤墒情的空间分布(图5)来看，在干旱频发的1、3、11和12月全省大部分地区均出现不同程度的旱情，在干旱较轻的2008和2012年，干旱范围基本上是从滇西南向滇中和滇东南转移，而干旱严重的2009—2011年，干旱范围基本上从滇西北、滇东北和滇西南向滇中和滇东南转移，且旱情基本呈加剧趋势。由此可见，1和3月干旱主要分布在云南西部，尤其是滇西南、滇西北和滇中，而11和12月干旱主要分布在云南东部，尤其是滇中和滇东南。

注：a.2008年；b.2009年；c.2010年；d.2011年；e.2012年。Note:a.2008；b.2009；c.2010；d.2011；e.2012.图4 2008—2012年云南省各月份旱情分布Fig.4 Distribution of drought in Yunnan province during 2008-2012

图5 2008—2012年云南省干旱频发月内旱情空间分布Fig.5 Spatial distribution of drought during the drought season from 2008 to 2012

3 结论

根据2008—2012年云南省23个土壤墒情站的土壤含水量和日降水数据，通过研究不同深度土壤相对含水量与降水、温度的响应关系，进而基于土壤墒情分析了云南省2008—2012年干旱时空分布特征，得出以下结论：

(1)云南省不同深度土壤平均相对含水量的最大值均出现在6—8月，且基本出现在降水最多月份后的1个月，其出现时间呈现出由东南向西北推迟的变化趋势。

(2)雨季土壤相对含水量与气温的变化没有显著的关系，而在旱季(11月—次年4月)土壤相对含水量的最小值出现的时间大致与最高气温出现的时间一致，基本上出现在3和4月。

(3)云南省干旱主要发生在1、3、11和12月，且11和12月旱情最为严重；在空间分布上，1和3月干旱主要分布在云南西部，尤其是滇西南、滇西北和滇中，而11和12月干旱主要分布在云南东部，尤其是滇中和滇东南。参考文献

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Analysis of Drought in Yunnan Province Based on Soil Moisture

ZHANG Yun1,CAO Yan2*,WANG Jie2et al

(1.Water Resources Department of Yunnan Province,Kunming,Yunnan 650021;2.Water Resources and Hydropower Research Institute of Yunnan Province,Kunming,Yunnan 650228)

Based on the soil water content and daily precipitation data of 23 soil moisture stations in Yunnan Province from 2008 to 2012, the relationship between soil moisture and precipitation and temperature were studied, and the spatial and temporal distribution of drought in Yunnan Province was analyzed based on soil relative water content.The results showed that the maximum value of mean relative soil water content in different depths had a significant relationship with precipitation, which appeared in June to August, and the month lagging behind most of the precipitation. The emergence time showed a trend of delaying from southeast to northwest.The minimum value of mean relative water content in different depths was significantly related to air temperature, which appeared in March or April, and the time of emergence was roughly in accordance with the maximum temperature in the dry season (from November to next April).The main drought occurred in January, March, November and December, of which the most severe drought occurred in November and December.In the spatial distribution,the drought in January and March was mainly distributed in western Yunnan, especially in southwest Yunnan, northwest Yunnan and central Yunnan,the drought in November and December was mainly distributed in eastern Yunnan, especially in central Yunnan and southeast Yunnan.

Soil moisture;Soil relative water content;Drought; Yunnan Province

云南省科技计划项目(2012CA021)。

张云(1986- )，男，云南昭通人，从事水利工程及水资源管理工作。*通讯作者，工程师，硕士，从事水文水资源等研究。

2016-09-08

S 162

A

0517-6611(2016)33-0170-05