基于降水量Z指数法的昭苏县干旱特征分析

宋 蕾

(新疆维吾尔自治区灌溉排水发展中心，新疆 乌鲁木齐 830000)

据统计，2018年全国作物受旱面积达1608.587万hm2，因旱受灾面积为730.721万hm2，直接经济损失483.62亿元[1]。越来越多的学者意识到气候变化引起的干旱演变对农业生产有着直接且显著的影响，因此开始着眼于追踪分析区域时间尺度上干旱特征演变过程，探究气候变化指数与干旱演变的关系[2-4]，从而在农业生产和生态安全方面提高应对气候变化的能力，为保障水资源可持续利用、维护生态环境提供可靠依据。

Z指数属于数理统计类干旱指标，能较好地划分旱涝等级，且作为单站旱涝指标具有较好的效果[5-6]。昭苏县属于大陆性温带山区半干旱半湿润冷凉气候类型，1955—2018年多年平均降水量为506.9mm，为新疆最多，在过去的几十年，昭苏县年际和四季气温呈上升趋势，降水呈增加趋势，气候向湿暖方向发展，与全球变暖大背景相一致[7]，但受年内降水分配不均及工程性缺水影响，干旱时有发生。因此，本文运用Z指数计算分析昭苏县1955—2018年历年逐月、逐季度、逐年干旱情况，以期为预防干旱及做好旱灾管理提供依据。

1 研究方法

1.1 Z指数计算方法

Z指数计算旱涝等级的方法，即假定某时段降水量服从皮尔逊Ⅲ型分布，考虑降水量的实际情况并消除降水量平均值不同的影响，能较好地反映某一时段旱涝特征，尤其作为单站旱涝指标具有更好的优势[8]。

对降水量进行正态化处理并转换为以Z为变量的标准正态分布：

(1)

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(4)

(5)

1.2 旱涝等级的划分

根据我国旱涝指标级别，划分7个旱涝等级确定相应的Z指数界限值[9]，Z指数等级旱涝指标见表1。

表1 Z指数旱涝等级划分

2 不同尺度干旱特征分析

2.1 年尺度干旱特征分析

昭苏县1955—2018年干旱指标Z指数变化趋势见图1，整体Z指数的变化呈增加趋势，增加的速率为0.27/10a，即1955—2018年期间降水量呈增加趋势，干旱程度呈减弱趋势。昭苏县1955—2018年期间发生旱灾的年份共24年，即每2～3年发生一次干旱。

图1 昭苏县1961—2018年Z指数演变

1955—2018年昭苏县不同尺度干旱情况见表2，在1955—2018年64年间，有24年存在年干旱，有45年存在季度干旱，既不存在年干旱也不存在季度干旱的年份有18年。

表2 1955—2018年昭苏县不同尺度干旱情况

从年尺度看，达到轻旱的有15年，发生轻旱的频率为23.44%；达到中旱的年份有6年，发生中旱的频率为9.38%；达到重旱标准的有3年，发生重旱的频率为4.69%。其中，两年连旱出现了3次，分别为1960—1961年、1965—1966年、1977—1978年。三年连旱出现了3次，分别为1982—1984年、1989—1991年、2012—2014年。

2.2 季尺度干旱特征分析

将降水量按春、夏、秋、冬4个季节划分，分析昭苏县1955—2018年Z指数，春、夏、秋、冬发生干旱的概率分别为35.93%、34.38%、29.69%、31.25%，各季节发生不同等级旱涝的比例见表3。由表3可知，发生中度及以上干旱频率较大的为春季和冬季，而夏季和秋季发生中度及以上干旱频率较小，这与昭苏县每年6—10月降水较多有关。

表3 昭苏县各季出现不同等级干旱的年份数

昭苏县1955—2018年四季干旱Z指数变化情况见图2。由图2可知，昭苏县1955—2018年64年间，春、夏、秋、冬季降水Z值均呈增加趋势。春、秋、冬三季增加趋势较夏季明显，增加速率分别为0.22/10a、0.28/10a、0.27/10a，而夏季增加速率仅为0.01/10a。

图2 昭苏县不同季节Z指数演变

由表2可以看出，从季尺度来看，1955—1957年、1961—1967年、1975—1980年、1982—1987年、1989—1992年、2004—2008年、2012—2015年这些时段，每年存在不同季度、不同程度的干旱。由于降水大幅度偏少，出现春、夏、秋、冬四季连旱的年份有1961年、1986年、1995年；春、夏、秋三季连旱的年份有1955年和1957年，夏、秋、冬三季连旱的年份有1978年；春、夏连旱的年份有1966年、1977年、1983年、1989年、2008年、2012年和2014年，夏、秋连旱的年份有1997年和2017年，秋、冬连旱的年份有1980年和1982年，冬、春连旱的年份有1965年、1975年、1985年、2000年和2001年，易连旱季节是春、夏两季；单个季节出现干旱的有17年。

2.3 月尺度干旱特征分析

1955—2018年的768个月中，发生干旱的月份为316个月，占比41.15%，其中发生轻度干旱的月份为220个月，发生中度干旱的月份为96个月，月尺度上无重度干旱情况发生。1955—2018年每年均在不同月份发生轻度以上干旱，其中1972年有7个月发生干旱，是干旱月份最多的年份。在64年中，有6个月发生干旱的年份有13年，有5个月发生干旱的年份有33年。1967年有4个月发生中度以上干旱。昭苏县各月出现不同等级干旱的年份数见表4。由表4可知，每年都发生干旱的月份为2月，发生干旱的频率超过50%的月份有1月、2月、3月、11月、12月，6月和7月发生干旱的概率最小。从月尺度来看，11—3月发生连旱的概率较大，4—9月发生干旱的概率较小。

表4 昭苏县1955—2018年各月出现不同等级干旱的年份数

3 结 语

本文对昭苏县1955—2018年逐月降水资料利用Z指数进行计算，从年、季和月3个不同尺度对昭苏县干旱特征进行了分析，昭苏县年尺度发生干旱年份较少且以轻度干旱为主，而季尺度和月尺度发生干旱频率较高，这与昭苏县降水量年内分配不均有关，建议修建具有年内调节能力的蓄水工程来缓解昭苏县季尺度和月尺度干旱情况。昭苏县易连旱季节是春、夏两季，春、夏农业需水量大幅度增加，这两季连旱对农业生产极为不利，建议加强水资源调度，结合蓄水、需水情况，开展骨干水源工程水源统一调度，保障农业生产不受影响。