近30年廊坊市冬小麦干旱时空分布规律

马春平 杨帅 白千川 赵博宇

摘要：根据1990—2017年3月上旬至6月上旬廊坊市9个县（区）冬小麦产区的逐旬降水资料，以降水距平（Pa）为干旱指标，从时间、空间尺度分析近30年廊坊市冬小麦干旱时空分布特征。研究结果如下：（1）年代发生趋势：廊坊地区冬小麦干旱多发于20世纪90年代，其中1996年发生次数最多;干旱的总体发生次数呈下降趋势;（2）旬变化特征：从3月上旬至6月上旬干旱的总体发生次数呈明显下降趋势;（3）空间分布：干旱发生概率整体呈现南部偏高，中北部偏低;西部低、东部高的空间分布特征。

关键词：廊坊市;冬小麦;干旱;时空分布

中图分类号： S423文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）08-0252-08

收稿日期：2019-04-03

基金项目：河北省廊坊市气象局自立项目（编号：201712）。

作者简介：马春平（1982—），女，河北南宫人，高级工程师，主要从事农业气象服务研究。E-mail：951295863@qq.com。

农业是露天生产为主的高风险性产业，我国又是世界上易灾、多灾与灾情严重的国家。干旱是我国最常见的自然灾害之一，具有发生频率高、持续时间长和影响范围广的特点。在农业气象灾害中，旱灾是影响我国粮食生产最严重的自然灾害，频发率占53%[1]。冬小麦是廊坊重要的粮食作物，每年干旱灾害都会给冬小麦生长带来不同程度的影响。特别是21世纪以来，廊坊气候特点为气温升高、降水减少，70%以上的降水主要集中在7—9月份，冬小麦生育期内自然降水不能满足其生长需要，对冬小麦产量造成了明显影响，例如，2000、2001年冬小麦因旱减产10%～30%。

国内外在干旱的监测、指标、预测、影响和减轻防御等方面做了大量的研究[2-7]。20世纪90年代以来，我国开展了干旱短期气候预测预警，其中西北、华北地区的干旱预警预测取得了明显的进展与效果，但是主要针对气象干旱。21世纪以来，气象干旱指标在干旱监测预测方面的研究和应用都得到快速发展[8-11]。本研究依据20世纪90年代以来的农业气象观测资料，探讨廊坊市冬小麦干旱发生规律及其变化趋势，旨在为农业生产适应气候变化、确保小麦安全生产提供科学依据。研究结果对于现代农业生产防灾减灾、趋利避害具有现实意义。

1 研究区概况

廊坊市位于河北省中部偏东部，地处中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候，全市年平均日照时数在2 660 h左右，光热条件可满足冬小麦生长需求;年平均降水量为554.9 mm，降水季节分布不均，6—8月份降水量一般可达全年总降水量的70%～80%。冬小麦生育期在10月至翌年6月上旬，自然降水一般不能满足其生长需要。

2 材料与方法

2.1 资料来源

研究所用资料来自于廊坊市气象局各地面气象观测站、《中国气象灾害大典（河北卷）》以及霸州市、三河市农业气象观测站资料。

2.2 研究方法

2.2.1 降水量距平（Pa） 反映的是某时段内的降水量相较常年偏多或偏少的程度，即某时段内的降水同平均状态的偏离程度。它可以反映降水少引起的干旱（表1）。

降水量距平指数的计算公式为：

Pa=p-PP;

P=1n∑ni=1Pi。

式中：Pi为某时段降水量;P为计算某时段同期氣候平均降水量，n为研究的年数，i=1，2，3，…，n。

3 结果与分析

3.1 干旱的空间分布特征

统计各站3月上旬至6月上旬各等级干旱发生次数，分析空间分布特征（图1）。

由图1-a可知，1990—2017年近30年冬小麦主要生长季中，固安县发生干旱次数最少，为69次;其次为三河市、香河县、廊坊市区、永清县、大厂回族自治县，发生次数为 108～110次;霸州市、大城县、文安县发生次数较多，为112～119次;总干旱发生次数整体呈现南部偏高、中北部偏低，西部低、东部高的空间分布特征。

由图1-b可以看出，轻旱、特重旱的空间分布特征基本一致，整体表现为南北两头偏高，中部偏低。其中固安县发生轻旱次数最少，为17次;文安县发生轻旱次数最多，为37次。香河县特重旱发生次数最少，为20次;大城县特重旱发生次数最多，为38次。

中旱的空间分布整体呈现西部低，南部高的特征。固安县发生中旱次数最少，为16次;大城县发生次数最多，为36次;其他地区发生次数为17～28次。

重旱空间分布呈现西部低、东部高，南北两头偏低、中部偏高的特征，与轻、特重旱分布规律大致相反。其中固安县发生重旱次数最少，为14次;大城、三河、文安、大厂、霸州发生次数较少，范围为17～29次;香河、永清、廊坊发生次数较多。

由图1-c可以看出，各等级干旱轻旱发生的次数最多，为278次，出现概率为29%;其次是特重旱为242次，出现概率为25%;中、重旱的发生的次数最少，为214～224次，出现概率为22%～23%。

3.2 干旱的旬变化特征

空间分布反映了30年间每年3月上旬至6月上旬10个旬出现干旱次数的特征，为了揭示各旬干旱变化特征，统计了1991—2017年各旬各等级干旱出现次数（图2）。

由图2-a可知，3月上旬至6月上旬，干旱总次数整体呈先升后降趋势，其中3月上旬至3月下旬干旱出现最多，范围为124～137次。4月上旬至4月下旬干旱出现次数较多，为94～102次;5旬上旬至6月上旬出现次数最少，为57～82次。

由图2-b可以看出，轻旱主要发生在4月份的各旬和5月下旬，出现概率均在11.5%以上，其他各旬出现概率较低，均在9.4%以下;中旱主要发生在3月中旬和4月上旬至5月上旬，出现概率均在10.7%以上，其他各旬出现概率较低，均在7.9%以下;重旱主要发生在3月份的各旬和5月上中旬，出现概率均在10.7%以上，其他各旬出现概率较低，均在9.4%以下;特重旱集中发生在3月份的各旬，出现概率占到74.8%;其次为4月上旬，出现概率占到10.3%;4月中旬至6月上旬发生次数较少，出现概率在0.4%～3.7%。

3.3 干旱的年代变化特征

统计逐年3月上旬至6月上旬各站各等级干旱出现次数，从干旱总次数逐年变化曲线（图3-a）可以看出，1990年发生次数最少，仅1次;1996年发生次数最多，为80次。20世纪90年代，干旱发生次数 较多，占总次数的41.3%，从年代发生趋势看，干旱的总体发生次数呈下降趋势。

从轻旱次数逐年变化曲线（图3-b）可以看出，2015年未出现轻旱，1990、1991、2014、2004年发生次数较少，均不到5次，1992、2003年发生次数最多，为22～23次。从年代发生趋势看，轻旱的总体发生次数呈下降趋势。

从中旱次数逐年变化曲线（图3-c）可以看出，1990、2008—2010、2015年均未出现轻旱，1991、1997、1998、2000、2002—2005、2016、2017年发生次数较少，为2～7次，出现概率不足3%，1996、2006年发生次数最多，为23次。从年代发生趋势看，中旱年际间变化较大，总体发生次数呈下降趋势。

从重旱次数逐年变化曲线（图3-d）可以看出，1990、1991、2003、2009、2010、2015年均未出现重旱，1999、2008、2011年发生次数较少，为2次，出现概率不足1%，1996、2006年发生次数最多，为24～28次。从年代发生趋势看，重旱年际间变化较大，下降趋势较小。

从特重旱次数逐年变化曲线图（图3-e）可以看出，1990、1991、1998、2003、2009、2010年均未出现特重旱，1999、2007年发生次数较少，为2～3次，出现概率约1%，1996、2016年发生次数最多，为 21～22次，出现概率约9%。从年代发生趋势看，20世纪90年代特重旱发生次数较多，21世纪初发生次数较少，最近几年，随着极端天气增多，特重旱发生次数又开始增加。

3.4 与土壤相对湿度分析对比

土壤相对湿度（R）是表征土壤干旱的指标，能直接反映作物可利用水分的状况。该指标的优点是，基于田间实测，客观反映农业旱情。麦田耗水以1 m深内的土层为主，其中，耕层0～20 cm是主要的供水层，土壤水分含量变幅也最大，本研究中土壤相对湿度指数为逢8取土的10、20 cm土层土壤相对湿度的平均值，以百分数表示。

本研究中采用霸州市、三河市农业气象观测站资料，观测地块为有灌溉条件的麦田。

由于越冬期不进行土壤墒情观测，并且有的站点土壤墒情资料不完整，经整理得到三河、霸州气象站1990—2017年旬样本资料，按照土壤相对湿度（R）的干旱等级划分标准（表2）进行统计分析检验，得出冬小麦主要生长季（3月上旬至6月上旬）干旱时空变化规律。

3.4.1 各等级干旱的空间分布特征对比

三河、霸州气象站在1990—2017年560个旬样本资料中，三河市发生干旱的次数较多，为69次;霸州市出现次数较少，为32次。这一规律跟降水距平分析得到的干旱总次数空间分布特征一致。

3.4.2 各等级干旱的旬变化特征对比

由图4-a可以看出，6月上旬干旱出现次数最多，4月下旬至5月下旬次之;3月上旬至4月中旬较少。由图4-b、图4-c可以看出，旱情主要发生在4月下旬至6月上旬，其中，重旱及以上旱情主要发生在6月上旬，出现概率最高为38.5%;3月上旬至4月中旬未出现重旱以上旱情，旱情以轻旱、中旱为主。这一规律跟降水距平分析得到的干旱的旬变化特征几乎相反，分析主要原因为三河、霸州2个气象站观测点均为灌溉条件便利的地段，田间管理措施得当，3月上旬至4月中旬麦田浇返青水，及时补充土壤水分，未出现重旱以上旱情;4月下旬至5月下旬，随着气温升高，土壤表层蒸发量增加，出现干旱的概率增加;6月上旬冬小麦进入成熟期，为防止倒伏和贪青晚熟降低产量，不适合浇水，而此时气温高，蒸发量大，重旱及以上旱情出现概率大大增加。

3.4.3 干旱的年代变化特征对比

从干旱次数年际变化来看，各等级干旱总次数呈增加趋势（图5-a）;1991—2000年26次，2001—2010年37次，2011—2017年36次，干旱频发期位于21世纪，20世纪90年代干旱发生次数相对较少。其中2002、2016年发生的次数最多，为10次;从轻、中旱次数逐年变化曲线图（图5-b）可以看出，2002、2015年发生的次数最多，为9～10次;由图5-c可知，重、特重干旱只出现在1996、1997、2001、2016、2017年份，其中2016、2017年发生的次数较多，为4～5次，出现概率为30.8%～38.5%，其他年份均出现1次。因此1990—2017年中干旱程度较重和范围较广的年份为2002、2015、2016、2017年。

从各等级干旱出现的次数来看，轻旱出现次数最多，占干旱总次数的50%以上（图5-d），其次为中旱，大部分年份占总干旱次数的30%以上，重、特重干旱出现次数最少，占总干旱次数的12%。这一规律跟降水距平分析得到的干旱年代變化特征对比发现，干旱程度较重和范围较广的年份为1996、2002、2016年。轻旱最严重的年份是2002年;中旱、重旱最严重的年份是1996年;特重旱最严重的年份是1996、2016年。有灌溉条件的麦田，发生重旱及以上干旱的概率大大降低。

4 结论与讨论

廊坊地区冬小麦干旱年代发生趋势：多发于20世纪90年代，其中1996年发生次数最多，干旱的总体发生次数呈下降趋势;旬变化特征：从3月上旬至6月上旬干旱的总体发生次数呈明显下降趋势;空间分布特征：干旱发生概率整体呈现南部偏高、中北部偏低，西部低、东部高的空间分布特征。

本研究只采用降水距平作为冬小麦干旱指标，优点是方法简单明了、资料容易获取、意义明确，但该指标仅考虑了单一的降水量因子，没考虑蒸发、下垫层、灌溉及其他相关因素的影响。通过与土壤相对湿度作为冬小麦干旱指标分析结果对比，有灌溉条件的麦田，发生重旱及以上干旱的概率大大降低。