浅析旱情评估方法的应用

孙红舒

（安徽省水文局淠史杭蒸发实验站,安徽 六安 237011）

0 引言

影响旱情发展的因素很多,从不同的角度对旱情进行评估其影响因素也会不同。一个地区或区域是否干旱,不仅取决于降雨和蒸发等气象条件,而且还与当地的水文条件有关。气象条件干旱短时间不一定会形成实际的旱灾,水文条件和水资源的调度在抗旱中有着重要的作用。干旱作为一种复杂的现象难以直接观测其发生时间、发展过程和影响范围,因而通常采用干旱指标对旱情进行评估,表征干旱的指数达近百种,如降雨量距平百分率（Pa）、帕尔默指数（Palmer Drought Severity Index，PDSI）[1]、作物水分指数（Crop Moisture Index,CMI）、土壤含水量距平指数（Soil Moisture Normally Percentage Index,SMAPI）[2]等等。研究角度不同,反应的机理也不尽相同；基于同一因子降水,可以在预测预警旱情发生起到先导作用,机理相同能有效减少多因子产生的不同影响,使用两种以及两种以上方法验证,是保证预测效果的重要手段之一。

1 概况

1.1 基本情况

皖西位于安徽西部,大别山北麓,跨长江、淮河两大流域,总面积15451.2 km2,地貌总趋势由南向北倾斜。地处北亚热带的北缘,属湿润季风气候,四季分明,雨量适中。区域多年平均降水量1123.9 mm,年最大降水量1549.5 mm,年最小降水量705.5 mm,多年平均蒸发量840.3 mm。区域多年平均气温14.6℃~15.6℃。

1.2 旱情特点

皖西境内自2008年10 月起,大部地区降水量持续偏少,虽然有降雨,但量较上年偏少,江淮之间北部地区雨量比常年同期偏少5~8 成,与大旱年份相比,江淮和沿江一带仍偏少2~3 成；至12 月各地月平均降水量只有11.2 mm,且几个月月平均气温均较常年同期偏高0.5℃~2℃,气温偏高使土壤蒸发加快,失墒更加严重,进一步加快了旱情的发展。干旱成为农业生产中较为突出的问题,土壤表面干燥,土壤水分不足,局部土地有出现开裂现象,作物叶片也出现萎蔫现象；同时造成部分地区人畜饮水困难,城镇用水量也日趋攀高,对生产、生活造成一定影响。进入2009年1 月,皖西大部地区有几次降雨过程,各地平均月降水量只有22.9 mm,南部降水多于北部,分布不均,旱情依然存在；直到2 月份,总降水量达到87.8 mm,才得以缓解。

土壤墒情监测情况：2008年12 月20 日墒情监测,最高土壤相对湿度才达到64%,超半数在40%~50%之间,且低墒程度继续保持；根据土壤墒情标准,旱情等级为中旱；至2009年2 月1 日墒情监测土壤相对湿度0~40 cm 最高为71%,旱情等级为无旱。

据统计全区达40%农作物不同程度受旱,近半数小型水库、塘坝蓄水减少,其中少部分塘坝已经干涸,部分田地出现开裂现象；气象干旱指数最高达到中旱（气象干旱为20年~30年一遇）,干旱情势发展过程：从无旱—干旱（中旱）—轻旱—无旱,期间气象部门也发布了干旱预警。

2 干旱等级划分

国家标准《气象干旱等级》（GB/T 20481-2017）[3]中将干旱划分为五个等级,并评定了各等级的干旱对气象、农业以及生态环境的影响程度,分别为：（1）地表较湿润,水分充足；地表水资源充足,能满足生产以及生活需要；（2）地表空气干燥,土壤水分轻度不足,轻微缺水,水资源出现短缺。（3）土壤表面干燥,作物叶片萎蔫；水资源短缺,对生产生活造成影响；（4）土壤水分严重不足,出现干土层,作物有枯死现象；河流出现断流,水资源严重不足；（5）土壤水分严重不足,出现较厚干土层,作物出现大面积枯死,水资源严重不足。

3 两种旱情判别方法介绍

3.1 降水量距平

降水量距平百分率（PA）是用于表征某时段降水量较常年值的指标,直观反映降水异常引起的干旱,一般适用于半湿润、半干旱地区平均气温高于10℃的时间段干旱事件评估。

（1）计算公式：

式中：PA 为某时段降水量距平百分率；P 为某时段降水量,mm；P 为计算时段同期气候平均降水量,mm,按公式（2）计算。

式中：n 一般取30,指30 日（月或年）；Pi为计算时段第i 日（月或年）降水量,mm。

（2）计算期确定：分别用月尺度、季年尺度表征时段干旱标准以及等级,不同评估尺度选择适当的计算期,本次采用月尺度。

（3）旱情等级划分见表1。

表1 降水量距平百分率干旱等级划分表[3]

3.2 相对湿润度指数

相对湿润度指数（MI）是用于表征某时段降水量与蒸散量之间平衡状况的指标。指数反映作物生长季节大气中的水分平衡特征,适用于作物生长季节月以上尺度的旱情评估。相对湿润度指数为某段时间的降水量与同时段内潜在蒸散量之差在除以同时段内潜在蒸散量得到的指数,按公式（3）进行计算：

式中：MI 为某时段相对湿润度；P 为某时段的降水量,mm；PET 为某时段的潜在蒸散量,用FAO Penman 或Thornthwaite方法计算,mm,本次采用Thornthwaite 方法计算。

相对湿润度指数划分干旱等级见表2。

表2 相对湿润度干旱等级的划分表[3]

4 资料采用

采用全市65 个遥测雨量站资料平均作为时段降水量,并用淠史杭蒸发实验站自1982年~2008年长序列实测资料,计算各个月份数据,作为时段同期气候平均降水量。此次分析时段从2008年10 月~2009年2 月,评估期相应计算期长度为月（月尺度）和实际干旱时间相一致。同时用17 个墒情站监测资料,作为参考。

5 旱情评估对比分析

5.1 降水量距平百分率评估

降水距平百分率反映了某一时段降水与同期平均状态的偏离程度；时段选取2008年10 月~2019年2 月降水量资料,按月尺度分开计算,采用降水量距平法推求PA,结果见表3；其中皖西地区2018年12 月降水量较同期多年平均值严重偏少,PA=-67%,对照降水距平百分比旱情等级划分标准,居于-80

表3 两种方法评估结果对比分析统计表

5.2 相对湿润度指数评估

本次采用Thornthwaite 公式推求计算蒸散量，诸多条件、以及各个因子均符合推求的要求；蒸散量依据2008年、2009年当年值计算；月平均蒸散量分别为54.9 mm、59.5 mm；再依据公式（3）进行相对湿润度计算,见表3；其中12 月MI=-0.79,查看相对湿润度干旱等级的划分表,在-0.80

5.3 评估结果对比分析

降水量距平法是基于降水量资料计算,所需资料容易获取,计算快捷；但对干旱内在机理响应不快,较为局限于表面。相对湿润度指数也是需要降水量资料,但其表征大气中水分变化,其实质是降水量与蒸散量之间的失衡状况。对比统计见表3。

2008年10 月~11 月评估为1 级,类型无旱；受汛期雨水影响,库、湖水量较充沛,土壤富涵水分,虽然雨水不多,但旱情并没有显现。受前一个月降水以及本月降水（11.3 mm）影响,12 月份旱情突显明显,评估为3 级,类型中旱,土壤表面干燥,土壤出现水分不足,作物叶片出现萎蔫现象；水资源短缺,对生产、生活造成影响。

旱情引起全社会重视,采取各种措施应对旱情,包括人工降雨、水库调度放水、提水灌溉,城镇街道洒水,机械打井等一系列措施。到2009年1 月~2 月,随着降水有所增加,抗旱措施得力以及节水措施有力,逐渐从轻旱缓解为轻旱、无旱。两种方法指数对比见图1。

从图1 可以看到两种指数变化趋势基本一致,从无旱—无旱—中旱—轻旱—无旱符合旱情发展的情势过程,和实际发展过程也较为吻合。

6 结语

1）当实际干旱情势发生时,相较其它评估方法,此两种方法均基于降水,日常观测资料容易取得,不涉及其它因子,计算直接,时效性强。

2）从图1 可知两种指数变化趋势基本一致,符合当年情势发展的过程：无旱—无旱—中旱—轻旱—无旱。同一时间尺度,基于同一因子,内在反应快慢基本一致,表征在指数指标也一致,有效的排除其它影响,结果可信。

3）两种方法和实际情势互相验证,降低了采用单一方法产生的计算等级偏差,提高精确度,为今后的干旱判别、灾害预警等工作,在计算方法、影响因子选用等方面值得参考借鉴。