辽宁北部区域1965～2015年干旱时空变化特征分析

2017-04-10关明皓

水利技术监督 2017年1期

关键词：气象站特征分析时空

关明皓

（辽宁省沈阳水文局，辽宁沈阳110043）

辽宁北部区域1965～2015年干旱时空变化特征分析

关明皓

（辽宁省沈阳水文局，辽宁沈阳110043）

基于PDSI气象干旱指数，以辽宁北部区域为研究区，结合区域内6个气象站点1965～2015年共51年气象数据，对区域干旱时空分布特征进行分析。研究结果表明：区域各站点从1965～2015年发生干旱的频率在31.58%～46.14%之间，发生特旱年份较少；区域在秋季发生干旱次数多于其他季节，易发生秋旱；区域从20世纪80年代到21世纪10年代，其干旱空间分布受降水影响，分布较为不均匀，但发生特旱和严旱的区域逐年代际减少。研究成果对于分析区域干旱时空分布的特征提供方法参考。

PDSI气象干旱指数；干旱频次分析；季节干旱分析；干旱空间特征

区域干旱时空分布特征的分析对于区域农业气象干旱预警分析至关重要，许多学者对区域干旱特征进行评价分析，并取得一定研究成果［1-6］，但是不同的干旱指数在不同区域的适用条件不同，PDSI气象干旱指数在东北和华北地区的干旱评价中得到应用［7-10］，成果表明该指标在东北和华北地区的干旱评价具有较好的适用性，但是PDSI气象干旱指数在区域干旱时空分布特征评价中的应用还较少，特别是在辽宁地区干旱空间分布特征的研究还较少，为此本文引入PDSI气象干旱指数，以辽宁北部为研究区域，基于该区域内6个气象站点1965～2015年的气象要素数据，对区域干旱时空分布特征进行定量评价和分析。

1 PDSI气象干旱指数计算原理

PDSI气象干旱指数为当前应用较为成熟的气象干旱指数，该干旱指数从区域水量平衡的角度出发，综合考虑区域的降水、蒸发、径流以及土含等4个要素进行干旱评价分析，并考虑区域水量供需平衡之间的联系，其首选计算区域正常适宜的降水量︵

P，其计算的主要方程为：

其中区域蒸发适宜量E︵T采用单层蒸发模型进行计算，双层蒸发模型植被叶面截留水量和植被根系的蒸腾计算方程为：

双层蒸发模型考虑植被蒸腾量计算外，还考虑了土壤蒸发计算，计算方程为：

式（2）～（4）中，Rnc表示为植被叶面受太阳辐射量；rc表示植被叶面气孔总的阻抗，sm-1；ras为植被叶面与土壤之间的空间动力学的阻抗，sm-1；λ为大气蒸发的潜热常数，MJkg-1；ρ为大气空气密度常数，kgm-3；CP为大气的比热常数，1.013×10-3k Jkg-1℃-1；Wfr表示为植被叶面冠层截留水量，mm；D0表示植被冠层处大气压差值，kPa；表示为饱和的水气压差值，kPa；G表示为土壤热交换通量，Wm-2；γ表示为空气中湿度的常数值，Kpa℃-1；rs表示为土壤表层的空气动力学阻抗，sm-1。

在计算区域适宜降水量P︵后，计算区域实际降水和区域适宜降水的差值，计算方程为：

此外，本文结合辽宁北部6个气象站点的气象要素数对PDSI气象干旱指数进行了修正，修正后的方程为：

式（6）和（7）中，i表示为计算的时间尺度；xi表示为时间尺度i下的PDSI气象干旱指数；zi表示为降水距平值；di则为计算的降水适宜量和实际降水之间的差值；K表示为设定权重参数值。对于计算的PDSI气象干旱指数，采用表1的干旱等级对区域干旱情况进行划分，划分结果见表1。

表1 PDSI干旱指标等级划分

2 干旱时空分布特征分析

2.1 区域概况

本文以辽宁北部为研究区域，该区域面积为1015km2，区域多年降水量为650mm，多年平均蒸发量为450mm，属于干旱半干旱区域，区域农作物以玉米为主，区域内共有6个气象站点，各气象站点位置分布如图1所示。结合区域6个气象站点1965～2015年共51年的气象数据，结合PDSI气象干旱指数对区域干旱时空特征进行分析。

2.2 区域年过程PDSI气象干旱指数时间变化特征分析

本文结合区域6个气象站点1965～2015年气象要素数据，采用PDSI气象干旱指数计算了各站点1965～2015年PDSI指数的变化过程，计算结果见图2。并结合表1中PDSI气象干旱指数等级划分结果，统计区域内6个气象站点发生不同等级干旱的频次。结果见表2。

图1 研究区域气象站点分布图

表2 区域内各气象站站点年干旱频率统计

图2为辽宁北部各气象站点1965～2015年PDSI气象干旱指数变化过程，从图中可以看出，各气象站点PDSI气象指数年变化过程都不相同，其各个年份的PDSI变化幅度均较大，主要是因为PDSI气象干旱指数受多种要素综合影响，因此变化较大。表2为区域内统计的6个气象站点不同等级干旱发生频次的情况，从统计结果看，1#气象站点发生干旱的年份多于其他几个气象站点，频率为46.14%，主要是因为1#气象站点主要位于研究区气温高，且降水偏少的区域，因此该气息站点周围区域发生干旱的年份较多，而5#气象站点主要位于降水偏多，蒸发相对较小的区域，因此其发生干旱的年份相比于其他站点偏少，频率为31.58%。

2.3 区域季节过程PDSI气象干旱指数时间变化特征分析

在分析年尺度PDSI气象干旱指数变化的基础上，统计分析辽宁北部区域不同季节PDSI干旱指数变化的频率，分析结果见表3。

图2 各气象站点1965～2015年PDSI气象干旱指数变化过程

表3为区域内6个气象站点不同季节干旱频率分析，从表中可看出，区域在秋季发生干旱的频率高于其他几个季节，这和区域实际情况也较为吻合，研究区域较易出现秋旱的情况，而在春季和冬季发生干旱的频率要低于其他季节，这主要是因为区域在春季和冬季降水虽然偏少，但是区域蒸发也相对较少，因此区域在这两个季节干旱频率较低。而在夏季，虽然区域降水主要集中在这个季节，但是区域在夏季蒸发量偏大，使得夏季出现干旱的次数偏多。