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1961—2015年喀左县气象干旱分析及预报

2018-10-12梁志兵孙立德马成芝

现代农业科技 2018年16期
关键词:旱灾降水量程度

梁志兵 孙立德 马成芝

摘要 利用1961—2015年喀左气象站4—10月的月平均气温和月降水量资料,采用湿润指数分析喀左县春季、夏季、秋季的干旱发生情况,利用灰色系统理论做出春旱、夏旱、秋旱的GM(1,1)预测模型。结果表明,近55年来,喀左县春旱和秋旱发生较重,呈减轻的趋势;夏旱发生相对较轻,但有加重的趋势。

关键词 干旱;湿润指数;灰色预测;辽宁喀左;1961—2015年

中图分类号 P426.616 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2018)16-0198-02

干旱是气象灾害中最主要的灾害,因其出现频率高、持续时间长、涉及范围广,对国民经济,特别是农业生产影响严重[1]。喀左县处于半湿润向半干旱过渡的易旱地区,降水量少,季节分配不均衡,降雨主要集中在7—8月[2]。春旱、夏旱(伏旱)、秋旱等自然灾害频发,危害较大。本文利用1961—2015年喀左县气温和降水量资料,分析喀左县干旱发生情况,同时采用灰色系统理论对春旱、夏旱、秋旱进行预报。

1 资料与方法

1.1 资料来源

選用1961—2015年喀左气象站(54328)月平均气温和月降水量资料。按照春季(4—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—10月)进行综合分析。

1.2 研究方法

本文利用湿润指数分析喀左县干旱发生情况,湿润指数计算公式如下:

K=R/0.16∑t

式中,K为月湿润指数;R为月降水量(mm);∑t为>0 ℃的月积温,为月平均气温与当月日数的乘积。

R代表供水量,0.16∑t代表需水量,K=1.0表示农业水分供需平衡;K<1.0表示干旱;K>1.0表示水分供大于求。K值越小表示越干旱,K值由小到大的逐渐变化说明农业用水依次得到满足。根据季湿润指数由小到大的变化范围和农业旱涝程度,可依次划分为9个旱涝等级(表1)。

根据1961—2015年喀左县月均气温(t)和月降水量(R)计算1961—2015年4—10月各月的K值。然后计算春季、夏季、秋季湿润指数,以此作喀左县各季的农业旱涝分析。

2 干旱分析

2.1 季农业旱涝分析

利用1961—2015年各季的湿润指数,对照旱涝等级和旱涝程度,分析近55年喀左县的旱涝情况,统计出各季旱涝出现的频率(表2)。

春季是喀左县易发生干旱的季节,平均K值为0.46,属于重旱区,每年有不同程度的春旱发生,其中极旱频率为23.6%,4年一遇;重旱频率为36.4%,3年一遇;中旱为32.7%,3年一遇。只有1998年和2010年春季降水量较多,达到偏湿程度。

夏季农业水分条件较好,平均K值为0.98。有42%的年份夏季K值>1.0,其中1962年、1965年、1977年K值分别为1.58、1.52、1.57,达到轻涝程度。有58%的年份出现夏旱,其中轻旱占32.7%,中旱占23.6%,重旱占1.8%(1968年,降水量165.6 mm)。近55年中,喀左县夏季未发生极旱。

喀左县秋旱发生程度较大,平均K值为0.51。82%的年份有中等以上的秋旱,其中极旱占12.7%,8年一遇;重旱占47.3%,2年一遇;中旱占21.8%,4~5年一遇;轻旱占14.5%,7年一遇。其中,2010年K值为1.41,属于湿润;1986年K值为1.7,达到轻涝的程度。

2.2 干旱发生的趋势

图1~3可知,近55年喀左县春季、夏季、秋季湿润指数(K值)变化情况。春季K值变化方程为y=0.001 6x+0.410 2,K值呈增大趋势;夏季K值变化方程为y=-0.003 5x+1.078 2,K值呈减小趋势;秋季K值变化方程为y=0.001 6x+0.461 5,K值呈增大趋势。春季和秋季的湿润指数波动增加,干旱程度有所减轻。夏季湿润指数波动降低,夏旱程度有所加重。

2.3 干旱年代际变化

由表3可知,1971—1980年,春季湿润指数(K值)最小,发生旱灾程度最重;2001—2015年春季K值较小,发生旱灾程度也较重。1981—1990年,夏季K值最小,发生旱灾程度最重;2001—2010年K值较小,发生旱灾程度较重。1961—1970年,秋季K值最小,发生旱灾程度最重;1991—2000年K值较小,发生旱灾程度较重。各年代均以春旱和秋旱发生较为严重,夏旱相对较轻。

3 干旱预报

建立灰色灾变GM(1,1)模型,只需要有x(0)(k)数列。设{x(0)(k),k=1,2,…,n},n为随机序列。由于受随机影响,序列可能出现较大波动,在数据信息处理方面用“累加生成”对原始数据进行处理,以得到随机性弱化、规律性强化的数列,使杂乱无章的数据转化为有规律的较平滑的数列,再用生成数据建立模型,最后把灰色系统模型得到的数据,通过“累减生成”还原成原数据的平滑值[3-4]。

3.1 春旱预报模型

利用2009—2014年喀左县春季的湿润指数(K值)作为原始序列,即

x(0)(k)=[x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n)]

=[0.61,1.11,0.21,0.41,0.31,0.61],

累加得到x(1)(k),则

x(1)(k)=[0.61,1.72,1.93,2.34,2.65,3.26]

利用累加生成的数据,建立春旱GM(1,1)预测模型:

x(1)(k+1)=9.410 75exp(0.163 005×k)-8.800 75

第一步预测得到预测值为3.764 129,再利用“累减生成”得到2015年春季K值为0.566 179。2015年4—5月降水量为76.2 mm,K值为0.54,在中旱范围内。预测与实况相符,预报正确。

3.2 夏旱预报模型

利用2011—2015年喀左县夏季的湿润指数(K值)作为原始序列,得出夏旱GM(1,1)预测模型:

x(1)(k+1)=13.584 631exp(0.195 122×k)-12.284 631

根据预测模型,预测出2016年夏季湿润指数(K值)为1.132 406。2016年夏季降水量为411.8 mm,K值为1.14,達到偏湿程度。

3.3 秋旱预报模型

利用2011—2015年喀左县秋季的湿润指数(K值)作为原始序列,得出秋旱GM(1,1)预测模型:

x(1)(k+1)=3.161 345exp(0.287 349×k)-3.091 345

根据预测模型,预测出2016年秋季湿润指数(K值)为0.829 574。2016年秋季降水量为97.0 mm,K值为0.76。

4 结论

(1)1961—2015年喀左县春旱的发生最重,有93%的年份发生中等程度以上的干旱;秋旱发生较重,有82%的年份发生中等程度以上的干旱;夏旱发生相对较轻,有25%的年份发生中等程度以上的干旱。

(2)近年来,喀左县春旱和秋旱发生存在减小的趋势,夏旱的发生存在增大的趋势。1971—1980年喀左县春旱发生程度最大;1981—1990年喀左县夏旱发生程度最大;1961—1970年喀左县秋旱发生程度最大。

(3)利用灰色系统理论,对喀左县春季、夏季、秋旱建立了GM(1,1)预测模型。但由于预报模型为指数形式,因而要满足光滑条件,且预测步数应以1~2步为宜,否则会产生误差。应用时要对模型进行修正才能逐步提高预测的准确性。

5 参考文献

[1] 孙立德,孙虹雨.农业病虫害气象学[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2015.

[2] 喀左县气象局.农业气象服务手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2012.

[3] 龚日朝,罗钰婕,王芳,等.湖南旱灾灰色灾变预测模型与实证研究[J].湖南科技大学学报(社会科学版),2010,13(1):86-90.

[4] 吕小俊,谢海平,木绍良.基于灰色灾变理论的云南省干旱气候预测研究[J].数学的实践与认识,2015,45(1):164-168.

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