江苏省如皋市干旱的诊断分析及预警技术1

江苏省如皋市干旱的诊断分析及预警技术1

周昌云 1 周超 2 杜美芳 3 顾杰 1 冯纯 1

1. 江苏如皋市气象局 226500； 2吕泗国家基准气候站， 226200； 3.启东市气象局， 226200

摘要：通过对如皋64年的气象资料分析，客观评估并划分了历年春、夏季干旱类型及等级，重点研究了如皋38年土壤湿度和气象因子的关系，建立了春、夏季土壤湿度预报模式，同时建立了降水量、日照时数对土壤湿度预测的梯形函数模型。

关键词：干旱；分析；预报模式

引言

地处长江下游北岸的如皋拔海高度6.0m，是南通市各县之冠，全市的土壤结构大致可分为三种类型：粘土，壤土，高沙土，全市有耕地122万亩，其中，高沙土面积72万亩，高沙土有机质含量低，水肥易于流失，地貌多呈“龟背驼”状，产出率低下，干旱对农业生产和国民经济的持续发展构成了严重的威胁。因此，分析干旱的成因，研究土壤湿度的预报方法，提供抗旱决策服务，具有很大的社会经济效益和现实意义。

1.历年干旱评估

过去，在如皋流传着这样一首民谣：“三日无雨沙灰扬，一日大雨水汪汪，十年就有九年旱，光长杂草不长粮。”那么，如皋历史的干旱情况怎样呢？根据 GB/T（20481-2017）气象干旱等级标准中用降水距平百分率划定的干旱标准，

对如皋64年历年逐月的干旱等级进行了划分，并统计出逐月各级干旱等级的次数（见表1）。

表1 如皋64年干旱类型及等级表

如皋市1957年-2020年64年中，按月尺度标准划分，全年达轻旱以上等级年份最多的是12月为40年（63%），其次为1月、8月和10月，达22年（34%）。在全年变化过程中，冬季（12月-次年2月）为作物停止生长或缓慢生长阶段，又是全年气温最低的阶段，作物所需水分不多，所以干旱对作物影响不大。以春旱（4-5月）和伏旱（7-8月）对作物的影响最为严重。4-5月是冬小麦和油菜的旺盛生长至成熟阶段，7-8月是我市玉米、水稻和大豆等大宗作物主要生长阶段，遇其干旱将直接影响农作物的生长和产量的形成。因此，我们研究春旱和伏旱对农作物的生产有直接的指导作用。

如皋春、伏旱空间分布特点：干旱来临，旱情首先露头是本市中、西部的高沙土地区，接着是本市东、北部通扬运河西侧的壤土地区，迟后出现旱情的是本市南部长江沿岸的粘土圩田地区。

2.干旱的成因及影响

我市降水的时空分布不均，年际变化大，尤其是春、夏二季变率大，是造成旱涝灾害的主要因素，大旱主要成因是：

2.1降水少，如达春旱中旱等级的1978年和1980年两年4-5月份的累积降水量分别只有65.3mm和66.8mm，达伏旱重旱等级的1966年、中旱等级的1973年、1978年、1994年的4年7-8月份的累积降水量分别仅有83.8 mm、119.1 mm、122.1 mm、133.8 mm。1966年4～10月连续干旱，尤以7～8月旱象严重，总雨量仅157.7mm，占常年同期雨量的53％。

1966年4～10月连续干旱，尤以7～8月旱象严重，总雨量仅157.7mm，占常年同期雨量的53％，7月份降水量仅34.0mm，降水距平百分率为-83.1%严重影响了当地农业生产^[1]。

1978年，全年降水量仅503.6mm，为常年雨量的一半。4月份轻旱，5月、7月和8月均为中旱，春旱连着伏旱^[1]。

2005年初夏出现干旱。5月18日至31日，连续14天无降水，6月份上旬降水量16.0mm，中旬无降水，我市较大范围内出现了干旱，给农业生产带来了很大影响。据统计，水稻苗床枯死面积80亩，大田局部枯死总计面积300亩；大豆面积6万亩，蔬菜面积6万亩，全市因干旱产量经济损失约1.6亿元。此时正值水稻栽插时节，农田急需雨水，因梅雨天气形势异常，入梅晚，雨量少，自然降雨量不能解除旱情和水稻栽插用水。

2.2气温高， 1978年5月的平均气温为19.5℃，比常年高0.6℃，如达伏旱重旱标准的1966年8月平均气温28.2℃，比常年高1.3℃，达中旱标准的1971年7月平均气温29.7℃，比常年高2.6℃，1978年7月平均气温29.0℃，比常年高1.9℃，8月平均气温28.2℃，比常年高1.3℃，1994年7月平均气温29.4℃，比常年高2.3℃。

2.3连续无降水日数时间长，如1978年4-5月份连续无降水日数达23天， 1976年7-8月连续无降水日数达22天，1994年7-8月两月连续无降水日数达38天（为干旱达标年之最）。

2.4人为因素改变了生态环境。

“水灾一条线，旱灾一大片”。春旱影响玉米、棉花等春播作物的播种、出苗、移栽，也影响在田作物冬小麦、油菜等作物的生长发育。伏旱对玉米、水稻扬花灌浆，棉花蕾铃增长都有严重的影响，同时卷叶虫、玉米螟等虫害大量发生，使作物在光温条件都充足的条件下，因水分不足而造成产量锐减，天干、地旱、虫狂。严重的干旱还会造成人、畜饮水、灌溉用水和工业用水困难或短缺，干旱持续时间越长，（如春旱连伏旱），灾情就会越严重。因此，准确的预报干旱，适时合理抗旱是十分必要的。

3.土壤湿度预报模式

土壤含水量的变化过程，直接影响着干旱的发生、发展和消亡，从某种意义上来说，干旱的监测和预报实质上就是对土壤墒情的监测和预报^[2]。

3.1.资料的收集和处理

运用本站1981-2018年共38年耕作层（10厘米）土壤墒情实测资料，按春旱、伏旱两个时段逐旬整理，把准备引入的气象因子旬降水量、旬日照时数、旬蒸发量、旬平均气温积温、旬平均最高气温，旬0厘米地温积温等因子按每月8、18、28日为旬界作相应的分旬整编，以求得与墒情实测时段相对应。

3.2 春、夏季土壤墒情预报模式的建立

以本站逐旬10厘米土壤墒情变量作为预报对象，以相应时段内的降水量、日照时数、蒸发量、平均气温积温、平均最高气温，0厘米地温积温作为预报因子，分别按照春旱，伏旱时段进行逐步回归，得到墒情变量的预报方程：

4-5月墒情变量预报方程：

△y₁=-1.436+0.06866x₁-0.059x₂+0.01362x₃ （1）

其中，△y₁为4-5月逐旬墒情值变量，单位：%，x₁为预报旬降水量，单位mm，x₂为预报旬日照时数，单位：h，x₃为预报旬0厘米地温积温，单位：℃。

7-8月墒情变量预报方程：

△y

₂=0.31+0.02499x₁-0.0322x₂ （2）

其中，△y₂为7-8月逐旬墒情值变量，单位：%。

在计算△y₁、△y₂时，x₁可用气象旬报中的雨量预报值，x₂和x₃运用常年同期旬平均值结合旬报中的晴雨天气日数进行适当的增减，将x_1、x_2、x₃分别代入方程（1）和方程（2），计算出预报旬墒情变量值，墒情变量值加上前一旬底墒即为预报旬的墒情值。

根据土壤湿度干旱标准^[3]，确定相应的干旱等级。

3.3 降水量和日照时数对土壤墒情预测的梯形函数模型

对40年的相关气象资料分析研究，将降水量和日照时数值分成若干数量级，建立了降水量和日照时数对土壤墒情变量的分级定量预测模型，即：降水量和日照时数对土壤墒情变量预测的梯形函数模型。梯形函数模型从实际出发，既考虑了技术软件的可靠性、稳定性，又考虑其实用性和可操作性，其最大优点就是对干旱的综合评估稳定性较好，时效快，既适合基层台站使用，又能方便快捷，较准确地向当地政府及农业部门服务。

4.依据预报方程进行拟合试报

4．1拟合试报

应用春季和夏季的土壤墒情变量预报方程（1）、（2）对1999-2001年的春夏干旱时段如皋站逐旬进行了拟合试报，（见表2、表3）。

表2 1999-2001年4-5月墒情拟合试报表

表3 2019-2020年7-8月墒情拟合试报表

4.2 预报拟合误差分析

4.2.1所选的预报因子与预报量之间实际上并非是完全的线性关系，因此不可避免地造成拟合值与实测值的误差。

4.2.2预报方程中使用的预报因子，是逐步回归后的优选因子，还有一些因子对预报量的贡献太小，被抛弃了，这也是拟合值与实测值误差的原因之一。

4.2.3所用的气象资料是本站实测资料，而墒情实测定点距本站约2000米，近年来，由于农村包田到户，人为因素也可能对个别时段的墒情实测值稍有影响。

2020年运用预报模式和本站旬预报产品对春、夏时段进行了逐旬试报，预报值和实况值基本相符，土壤湿度未出现干旱等级旬，预报准确率较高，受到当地农业部门和有关部门的欢迎与肯定。

5.结束语

5.1. 本文建立的土壤墒情预报方程和降水量、日照时数对土壤墒情预测的梯形函数模型稳定、可靠，实用性和可操作性强，不仅对4-5月、7-8月的墒情可以预报，其他月份也可以依据此模式将墒情预报值逐旬计算出来，预报模式和梯形函数模型不仅在如皋可用，其他县级气象台、站均可参照使用，具有十分广阔的推广应用前景。

5.2. 要提高逐旬的预报准确性，必须有高水平的中期预报的支持，这对提高预报模式的准确性、稳定性有重要意义。预报方程中引入的因子较少，计算模式有待进一步完善、升级。干旱的影响因素很多，本研究仅作了初步的尝试，今后在实际的工作中将深入探讨。

参考文献：

[1] 李实秋. 如皋县志[M]. 新亚洲出版社, 1995.

[2] 段若溪. 农业气象学[M]. 气象出版社, 2002.

[3] 范德新, 成励民, 仲炳凤,等. 南通市夏季旱情预报服务[J]. 中国农业气象, 1998(01):53-55.

作者简介：周昌云（1962.10），男，汉族，江苏如皋人，本科，高级工程师，从事农气服务工作。

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