降水量变化规律及旱作农业应对措施

郭奇旺，金彦兆

(1.甘肃农业大学，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省水利科学研究院，甘肃 兰州 730000)

降水是地表水和地下水资源的补给源[1]。虽然降水量变化具有一定的随机性，但总体而言，对于一个特定的地区，降水量的年际、年代、季节、月际变化仍具有一定规律。安定区夏秋两季降水量较多，占年降水的76%左右；春冬两季降水量较少，仅占年降水的24%左右。降水量的多少尤其是季节分配直接影响着当地农业的生产和发展，影响着人民生活质量提高，降水量的变化成为人们日益关注的热点[2]。因此，依据安定区1958—2015年58年天然降水系列资料，科学了解天然降水变化特征和分布规律，有针对性地提出旱作农业稳定发展的对策措施具有重要意义。

1 研究区域概况

安定区位于甘肃省中部，地势自西南向东北倾斜，气候类型属于中温带干旱、半干旱区，大陆性季风气候十分明显。年平均太阳辐射量141.4kcal/cm2，年平均日照时数2500h，年均气温6.3℃，无霜期141天。全区多年平均降水量398.5mm，多集中在夏秋季节，最大降水量(6—9月)占全年降水量的67.2%，蒸发量高达1500mm。降水稀少，水资源极为短缺，形成了安定区旱作雨养农业的基本现状，也造就了区域旱作特色农业的基础。

2 天然降水变化特征与规律

2.1 降水年变化特征与规律

依据安定区1958—2015年降水量系列降水资料，采用线性回归法分析安定区降水量变化趋势，并计算5a滑动平均值[3- 4]。经统计资料分析，1958—2015年平均降水量398.5mm，整体呈现逐年下降趋势，趋势方程为y=-1.0433x+429.25，多年平均降水量以10.433mm/10a的速率下降。降水量年际变化大，最大值为1967年的720.1mm，是多年平均降水量的1.81倍；最小值为1982年的245.7mm，是多年平均降水量的0.62倍，两者相差474.4mm，最大、最小年降水量比值2.93。安定区1958—2015年降水量分析成果见表1。

根据表1绘制安定区逐年降水量过程线、5年滑动平均曲线及年平均降水量线性关系如图1[5-8]所示。从图1可看出，20世纪50年代末到70年代末，5a滑动平均值高于多年平均值，年降水量高于年平均降水量；80年代5a滑动平均值与多年平均值基本持平；90年代开始5a滑动平均值较多低于多年平均值，年降水量低于年平均降水量。由此可见，20世纪80年代开始，安定区降水量开始减少，干旱天气增多，进入90年代干旱进一步加剧[9]。

2.2 降水年代变化特征与规律

安定区年代际降水量分析结果见表2。由此可

表1 安定区1958—2015年年降水量及距平百分率

图1 安定区逐年降水量过程线、5年滑动平均曲线及年平均降水量线性

见，20世纪50、60、70年代降水量较高，分别为410.83、447.63、404.33mm，比多年平均分别高出12.36、49.16、5.86mm；80、90年代及本世纪初降水量较低，分别是389.87、365.68、375.81mm，比多年平均分别低8.6、32.79、22.66mm。20世纪80年代为降水量变化的分界线，50年代和60年代降水量高于平均降水量，70年代年降水量比年均降水量多5.86mm，进入80年代以后，降水量开始逐年减少。表明1958—2015年安定区降水量呈逐年减少趋势，气候向变暖方向发展[10-12]。

表2 安定区年代际平均降水量分析成果

安定区年代平均降水量变化从20世纪50年代末到60年代开始逐渐下降，但仍高于历史同期水平；70年代降水量变化基本与多年平均降水量持平；80年代降水量变化略低于多年平均降水量；90年代绝大部分年降水量低于多年平均降水量，仅1998年和1999年高于年平均降水量；进入21世纪后的15年期间有8年的降水量低于年平均降水量。说明自20世纪80年代以来，安定区的降水量减少，干旱日益增加[13]。

2.3 安定区降水季节变化特征与规律

安定区季节降水量见表3。从降水量季节分布来看，春季：1991～2000年平均降水量最少，比平均少11.76mm；1961—1970年最多，比平均多12.61mm。夏季：2000—2010年平均降水量最少，比平均少17.4mm；1958—1960年平均降水量最多，比平均多16.4mm。秋季：1991—2000年平均降水量最少，比平均少22.53mm；1961—1970年最多，比平均多35.24mm。冬季：1961—1970年平均降水量最少，比平均少2.93mm，2011—2015年最多，比平均多3.68mm[14- 15]。

图2 1958—2015年安定区季节降水量

时段春季/mm距平变化/%夏季/mm距平变化/%秋季/mm距平变化/%冬季/mm距平变化/%1958—196090.875.59229.8716.477.57-14.312.533.611961—197097.8912.61216.644.23127.1135.245.99-2.931971—198076.43-8.85220.828.4198.156.288.930.011981—199094.39.02207.28-5.1379.14-12.739.150.231991—200073.52-11.76214.862.4569.34-22.537.96-0.962000—201083.09-2.19195.01-17.488.07-3.89.640.722011—201584.22-1.06216.784.3795.483.6112.63.68

表4 安定区1958—2015年逐月平均降水量

图3 安定区历年月平均降水量

季节降水量过程如图2所示[4]。从安定区季节平均降水量分析来看，该地区春、夏、秋三个季节均表现出降水量下降趋势，但各个季节的下降趋势略有差异，冬季表现出降水量增加趋势。通过对比分析：该地区秋季降水量下降速率最快，线性下降幅度为5.823mm/10a；夏季次之，线性下降幅度为2.996mm/10a；春季最小，线性下降幅度为2.11mm/10a；冬季线性增加幅度为4.96mm/10a。表明安定区降水量较少的主要原因是夏、秋季降水量减少造成的，而这两个季节恰恰是本区农作物生长旺盛期，降水量的减少会造成农作物产量的大幅度下降。安定区年代际季节降水量及距平变化分析见表3。

2.4 月际降水特征与变化规律

安定区历年逐月平均降水量见表4。从安定区降水量季节和月际的变化中，我们分析发现：年降水量的53.3%集中在6、7、8月，春季3、4、5月的总降水量仅有85.29mm，占全年降水的21.4%，特别是3月份，降水量仅有11.16mm，冬季降水量最少，仅有8.62mm，占全年降水的2.2%。综合分析全年的天然降水多集中在6—9月，这四个月的降水量为267.64mm，占全年降水的67.2%。正好这段时间处于农作物生长的需水量大的生育期，有效的天然降水可以帮助农作物充分的生长。

图4 1958—2015年春季各月降水量

安定区历年月平均降水量如图3所示，由图3可知8月降水量最多，为83.37mm，7月次之，为77.26mm；1、12月降水量最少，分别只有2.91、1.58mm。5月份之前降水一般较少，只占年均降水量的11.5%，尤其在干旱的年份，天然降水量更少，难以保证春播作物的正常播种出苗，而6—9月降水较多，占年均降水量的67.2%，相对有利于玉米、马铃薯等秋作物的正常生长发育。

3 春季降水特性

1958—2015年安定区春季降水情况见表5。通过对1958—2015年天然降水资料统计和分析，得出3月降水量大于历年平均值的有23年，大于平均值70%的有14年，其中4月降水量大于历年平均值的有21年，大于平均值70%的有17年。5月降水量大于历年平均值的有28年，大于平均值70%的有9年。安定区农作物耕种多数在4月下旬和5月上旬，根据相关资料，在降水较少地区的低水平来看，将近有38年春季的降水能够基本满足春耕的需要。

表5 安定区春季降水分析结果

安定区历年春季平均降水量为85.28mm，占年均降水量的21.4%，整体呈现逐年下降趋势，趋势方程为y=-0.211x+504.5，以2.11mm/10a的速率下降。3月平均降水量为11.16mm，占年降水量的2.81%，整体呈现下降趋势，趋势方程为y=-0.0551x+120.57，以0.551mm/10a的速率下降；4月平均降水量为27.24mm，占年降水量的6.84%，整体呈现下降趋势，趋势方程为y=-0.1048x+235.35，以1.048mm/10a的速率下降；5月平均降水量为46.88mm，占年降水量的11.77%，整体呈现下降趋势，趋势方程为y=-0.0512x+148.58，以0.512mm/10a的速率下降。整体来看，春季是播种的季节，降水量较少，抗旱保苗仍是春季播种的主要问题。

1958—2015年春季各月降水量如图4所示，由图4可见，在58年中，春季降水量超过平均值的共有30年，占51.7%。在春季降水量超过平均值的30年，有20年的年降水量大于多年平均降水量，占66.7%，也就是说，只要春季降水量超过多年平均春季降水量，则年降水量超过多年平均降水量的概率达到66.7%。同时，在春季降水量超过100mm的23年中，其中有15年的年降水量大于多年平均降水量，占65.2%，也就是说，只要春季降水量超过100mm，则年降水量超过多年平均降水量的概率达到65.2%。通过分析得出，春季降水多则预示着全年降水也多；春季降水较少的年份，在春季降水量不足平均值的28年中，有16年的全年降水量超过或接近平均值，占42.1%，即如果春季少雨，则全年降水50%以上会出现干旱天气。

4 春季耕作建议

干旱少雨的现实决定了安定区靠天吃饭的农业生产现状。因此，正确认识和准确预测年降水变化情况，科学合理地采取有效应对措施，对指导当地农民春季耕作有重要作用意义[16]。

(1)基于对安定区将降水量分布、变化过程的认识，有计划地引导农民实施“压夏扩秋”，即压缩夏作物面积，扩大秋作物面积。

(2)基于对春节降水的观测分析，准确预测全年降水变化，及时调整农业种植结构，最大限度做到农业耕作、播种与年度降水量变化过程的相适应。

(3)修建集流水窖，将路面、山坡、大棚等产流雨水贮存起来，在作物需水的关键时期实施雨水补充灌溉。

(4)为达到正常出苗和抗旱保苗，对于需水要求较高的作物，可实施随水播种和点浇点灌等精准灌溉。

(5)实施秋覆膜保墒技术，可以有效的减少冬春季水分蒸发，提高春季播种时的土壤含水量，提高作物的水分利用率，从而有利于正常的播种和出苗。

5 结语

安定区年降水量在1958—2015年整体呈下降趋势，下降速率为10.433mm/10a，由于降水量逐年减少，干旱日益加重，气候向变暖方向发展。春季降水量以2.11mm/10a的速率下降，春季降水对全年影响较大，春季降水多则预示全年降水多，春季少雨则全年可能出现干旱天气。对此提出了相应的春耕服务建议，其实影响春季农业生产的因素很多，如气温起伏大、霜冻、大风、病虫害等，本文暂未考虑。