利用降水距平法分析河南省干旱特征

利用降水距平法分析河南省干旱特征

黄恋雅 刘赫

吉林省民航机场集团有限公司 中国吉林 134504

1资料和研究方法

1.1 资料来源

　　河南省地处黄河中下游，位于东经110°21′ ～116°39′，北纬31°23′～36°22′之间。东接安徽、山东，南临湖北，西接陕西。选取河南省内19个典型气象站，即安阳站、新乡站、宝丰站、郑州站、许昌站、砀山站、永城站、商丘站、开封站、信阳站、栾川站、驻马店站、三门峡站、孟津站、卢氏站、西华站、南阳站、固始站、桐柏站。图1为18个站点在河南省地理位置的分布。采用这19个站点1960年至2011年逐月降水资料。

图1 研究区域气象站地理位置分布

1.2 研究方法

1.2.1 干旱等级标准

（1）降水指标能够反映干旱的发生程度，利用降水量距平百分率( )的大小来作为干旱轻重的指标。降水距平百分率指数反应了一段时间内，降水量偏离同期多年平均值的水平。计算公式如下：

(1)

其中 为指定时段降水量， 为同期多年平均降水量。

（2）

其中 为第 个时段降水量， 为样本总数。

2. 等级划分：在我国，因为地区不同，降水量时间段不同，等级划分的差异性加大。由于降水的时空分布不均，多以不同地区采用的等级划分标准稍有不同。本研究采用的降水距平百分率评价标准。如表1所示。此标准在《河南省抗旱应急预案》^［10］(河南省防汛抗旱指挥部办公室，河南省水利科学研究院于2011年2月编写)中做了规定^［11］。

表1 降水距平百分率干旱等级标准

1.2.2 频率计算

　　河南旱灾在一年中的各个时候都有发生，旱灾的类型从时间上可以分为春旱(3月、4月、5月)、夏旱(6月、7月、8月)、秋旱(9月、10月、11月)、冬旱（12月、第二年1月、2月），其中夏旱包括初夏旱（6月）和伏旱（7月、8月）。不同类干旱过程发生的频率：

（3）

其中 为其中某一类干旱在研究年限内实际发生的次数， 为研究年限，某一地区各类干旱过程所占比重，为指定类别干旱过程发生次数占所有类别干旱过程发生的总次数的百分数^［10］。

2 降水量变化

2.1 年降水量变化

　　利用河南省1960年至2011年19个站点逐年降水资料，计算得出全省年降水量的变化情况：年降水量最大值为1964年（1087.4mm），年降水量最小值为2001年（505.3mm）；年降水幅度变化明显，平均变化量为160.1mm，其中2000年至2001年变化幅度最大，年降水量下降了528.7mm；通过拟合线性趋势线，得出近60年年降水量呈下降趋势。因此，在这种情况下，干旱发生的风险将增大。

2.2 季降水量变化

　　依据气象上划分季节的标准，分析了春、夏、秋、冬逐年降水量变化。1960-2011年期间，春季降水量在40.6mm到345.8mm之间，夏季降水量在222.8mm到629.5mm之间；近60年春季降水呈逐年减少趋势；近60年夏季降水呈逐年增加趋势，近10年夏季降水呈逐年减少趋势。

　　1960-2011年期间，秋季降水量在33.8mm到323.3mm之间，冬季降水量在9.2mm到111.5mm之间；近60年秋季降水呈逐年减少趋势；近60年冬季降水呈小幅度上升趋势，近20年冬季降水呈逐年减少趋势。

河南省季节性降水分布不均，夏季降水量最大，春季、秋季次之，冬季降水量最少。近10年降水均呈减少趋势。

2.3 降水量空间分布

　　由于河南省地势基本呈现是东低西高的趋势，豫东是黄淮海大平原的重要组成部分，西部为丘陵山地受地形因素影响，河南省降水量体现在区域性分布不均。近60年多年平均降水量，最大值在豫南1015.7mm，豫北最小为565.9mm，其中豫南地区桐柏站多年平均降水量在19个站点中最大为1145.4mm。河南省降水区域性分布不均的特点，使干旱具有地区分布的不均匀性。

2.4 降水量在时空上的分布特征

河南省夏季降水量最大，春、秋次之，冬季降水量相对较少；豫南、豫西地区等值线相对密集，在豫北地区相对稀疏，说明降水在豫南豫西地区分布差别大，豫北地区降水的地区分布差别小；四季对比秋季等值线相对密集，夏季等值线相对稀疏，说明秋季降水受地形影响较大，夏季影响较小；降水量自南向北递减，东西向变化不大；从秋季和夏季降水量在河南省的分布图可以看出，在豫西南地区等降水量呈封闭状态，且降水少，说明豫西南地区深居内陆位置。

3 近60年以来河南省干旱特征

　　1960-2011年河南省年降水距平百分率变化情况如图7所示，由于河南省受大气环流的影响，暖、冷空气相对较弱，在黄淮流域无法交汇，使降水量减少。另外因为年际降水分布不均。使河南省发生了多次不同程度的干旱。大部分发生在1965年以后。由图7可以看出河南省年降水量分布不均，正负年降水距平百分率交替出现；1966年负的年降水距平百分率达到最大，值为-33，1964年正的年降水距平百分率达到最大，值为44；1966年到1967年，1996年到2001年均发生了旱涝交替的自然灾害；1965年至1966年，1969年至1970年，1991年至1995年，2001年至2002年，2008至2009年均出现降水连续偏少年。

图21960-2011年河南省降水距平百分率

运用降水距平百分率作为衡量干旱等级的标准，1960年至2011年间河南省干旱的年份一共有9年，可以看出1976年、1978年、1981年、1986年、1993年、1997年、1999年河南省发生轻度干旱，1966年、2001年发生中度干旱；1976年、1978年、1981年、1993年、1999年的降水距平百分率水平均≤20％，1986年和1997年的降水距平百分率水平均<30％，1966年和2001年的降水距平百分率水平均<40％，；1976年和2001年春旱、秋旱、冬旱同时发生，1997年和1999年是主要受夏旱影响的年份，1966年、1986年和1993年属于连续两季干旱，1978年发生春旱和秋旱，1981年发生春旱和冬旱。从表上可以看出当河南省体现在年尺度的干旱，主要是受春旱和夏旱影响，秋旱和冬旱较弱。

选取阳历3月、4月、5月作为春季，6月、7月、8月作为夏季，9月、10.月、11月作为秋季，冬季分为前冬和后冬，本文选取后冬即当年12月和翌年1月和2月进行研究。由表3可以看出：1960年至2011年期间河南省发生春旱、夏旱、秋旱和冬旱的频率分别为28.8％、15.4％、30.8％、36.5％；春旱平均每3年一遇，1981年至1982年、2000年至2001年连续两年发生连续干旱，夏旱平均5年一遇，1985年至1986年连续两年发生夏旱，秋旱多连续两年发生，秋旱平均每三年一遇，1988年至1991年连续四年出现秋旱，冬旱多平均2年发生一次，1981年至1983年连续3年出现冬旱，1995年至1996年、2010年至2011年连续两年出现冬旱；1960年至2011年近60年间，15次春旱中1962年和1981年属于中度干旱，其余的13次是轻度干旱；8次夏旱全部是轻度干旱；16次秋旱中1998年是特大干旱，1966年和2007年是中度干旱，余下的是轻度干旱；19次冬旱中1967、1976、1982、1983年是严重干旱，1960、1962、1965、1985、1987、1998、2011年属于中度干旱，1969、1973、1981、1993、1995、1996、2008和2010年是轻度干旱。

表2 不同干旱类型发生的时间

综合分析表2和表3，1965年发生轻度春旱、轻度秋旱和中度冬旱，1982年发生轻度春旱、轻度秋旱和严重冬旱。1998年发生特大秋旱和中度冬旱，2011年发生轻度春旱、轻度夏旱和中度冬旱。虽然表二中年尺度的降水距平百分率标准未将1965年、1982年、1998年、2011年划为干旱年，但是由于1965年、1982年、1998年四个季度中有三个季度干旱，2011年连续两季度高等级干旱。因此，应该将1965年、1982年、1998年、2011年看做河南省受旱灾影响年份。1960年至2011年间，河南省实际干旱年份应为13年。

4 结论

历史资料显示，河南省发生旱灾的先导条件是河南省所处的地理位置和其拥有的气候条件。研究结果表明：

（1）以降水距平百分率为标准，利用1960年至2011年河南省19个典型站点逐月降水资料，在年尺度和季尺度上分别对河南省干旱与降水分布特征进行分析，分析结果显示河南省年降水和四季降水波动幅度大，分布不均，且年降水量、春季降水量、秋季降水量始终呈减少趋势，夏季降水量和冬季降水量在研究年限内呈小幅度上升趋势，但近10年来，均成明显下降趋势。

（2）在季尺度上对近60年河南省19个站点逐月降水资料进行干旱特征分析，可以得出河南干旱的季节性特点为：1）在一年中的任何时段河南省都有可能发生干旱；2）1960年至2010年河南省发生秋旱和冬旱的频率较大，春旱和夏旱的频率较小；3）春旱多平均3年一遇，夏旱多平均5年一遇，秋旱多平均3年一遇，冬旱多平均两年一遇4）秋旱多连续多年发生。5）河南省以冬旱破坏性最大，春旱和秋旱次之，夏旱破坏性相对较小。

（3）在空间上对近60年河南省19个站点逐月降水资料进行干旱特征分析，可以得出河南干旱的区域性特点为：1）轻度干旱易发站点为三门峡、卢氏、砀山、桐柏、永城、商丘，中度干旱易发站点为驻马店、南阳、永城、郑州、新乡，严重干旱易发站点为驻马店、固始、开封，特大干旱易发站点为固始、安阳，2）豫北地区发生干旱的频率较大，豫中、豫东地区次之、豫西豫南相对较少。

（4）对时间和空间上进行综合分析，可以得出：豫北、豫中、豫东地区干旱以春旱和秋旱为主，豫西、豫南地区以秋旱和伏旱为主。