美国2011~2012年干旱影响综述

2014-09-10 02:51:30N.S.
水利水电快报 2014年10期
关键词:德克萨斯含水层流域

[] N.S.

1 2011~2012 年干旱及其影响

2011~2012年发生的干旱对美国产生了严重的经济、社会和环境影响,有人认为,其影响不亚于20世纪30年代发生的“黑色风暴”。 无论是强度还是范围,2011年和2012年的干旱都创造了历史记录,且这一情况一直持续到2013年。 尽管干旱在美国是普遍现象,特别是大平原及中西部地区,但是这次特大干旱还是引起了政治领域和水管理领域的众多响应。

本文介绍了美国2011~2012年的干旱旱情、干旱引起的各种响应及其在不同领域产生的影响,特别是对农业和食品价格的影响。 对这次干旱引起的响应与25 a前的干旱响应进行了对比,当时曾经对干旱响应进行过类似的评估。 本文的评估是基于各种综合文件和报告。

2 干旱特征

美国国家干旱减灾中心官网称,2011~2012年发生的严重干旱范围较广,创造了极端气候记录。 中西部以及德克萨斯州的旱情尤其严峻,但是,统计数据及主要河流流量资料显示,就区域层面而言,这样的情况远非最坏。

严重的干旱引起了媒体的广泛关注,由于前期条件、时间以及地点不同,所以很难概括干旱的特征。 近期的一项研究表明,尽管干旱发生频次和程度可能会随着气候的变化而增加,但是全球干旱的增加被夸大了,实际上,在过去的60 a内,干旱发生频次基本没有发生变化。 尽管如此,美国2011~2012年干旱的严重程度、影响范围和持续时间确实创造了历史记录,引起了广泛关注。

干旱发生的地点和时间由美国干旱监测中心发布,该中心由设在内布拉斯加大学林肯分校内的国家干旱减灾中心与农业部、国家海洋和大气管理局共同管理。 图1为2013年1月24日的旱情截图。 图片显示,中西部绝大部分地区处于特大干旱状态。在美国干旱分级体系中,特大干旱为程度最严重的干旱。 尽管随着月份的不同干旱区域也随之变化,但是总体而言,2013年出现严重干旱的区域与2012年差别不大。 最新数据表明,截止到2013年3月,严重干旱的面积已经有所减少。

图1 干旱面积及程度(来源:国家干旱减灾中心(2013年))

为了确定干旱特征,需要一套适用于全国或者区域的分级体系。 在美国国家干旱减灾中心制定的干旱等级中,特大干旱是5个等级之一。 分级情况见表1。

表1 国家干旱减灾中心确定的干旱等级

干旱的范围和程度随着时间和空间的变化而变化。 查阅美国国家干旱减灾中心的每周档案可知,2011年7月的特大干旱范围创造了历史记录,国土面积的9.99%处于特大干旱状态,德克萨斯州和中西部地区的旱情尤为严重;2012年7月10日,美国干旱范围扩大到国土面积的 80.75%(干旱等级从D0到D4),创造了当时的干旱范围之最。 同时,2012年也是有历史记录以来最热的一年。

对于正在发生的干旱,由于其历时、程度和范围都不确定,且每一次的干旱都有不同的特点,因此,将其与历史干旱对比存在着困难。 20世纪30年代发生的3轮沙尘暴被称为“黑色风暴”,是美国20世纪标志性的干旱,大平原某些地区的干旱甚至持续了8 a之久。 50年代,大平原及中西部地区遭受了持续5 a的干旱,而其时全国范围的干旱也持续了3 a。 60年代,美国东北部城市遭受严重干旱。 1987~1989年的干旱,最严重的时候,甚至波及全境范围的36%,尽管其影响范围不如“黑色风暴”(最严重的时候,影响范围达到全境的70%),但是,国家气候数据中心2013年资料显示,这次干旱却是截止到当时美国历史上损失最大的一次干旱,也是损失最大的一次自然灾害。

3 干旱成因、位置及影响

2011~2012年干旱波及了中部大平原的6个州,2013年3月,美国政府发布了该次干旱的评估报告。 评估结果认为,中部大平原区降水不足,主要是因为墨西哥湾的潮湿空气在春末时未像往常一样北移,海洋条件、人类活动引起的气候变化不是主要原因。 由于2012年5~8月降水严重不足,使旱情迅速爆发。自1895年开始有降水记录以来,这一次的降水不足最为严重,比“黑色风暴”期间的1934年和1936年的情况还要严重。

通过气候观测资料可以看出干旱的严重程度,而辅之以不同大小河流的流量,则可以看出干旱的地面综合影响。 本文以3个河段的状况来说明2011~2012年特大干旱的综合影响。这3个河段分别是密西西比河圣路易斯州河段、科罗拉多河中西部河段以及流经德克萨斯中心的科罗拉多河德克萨斯河段。 另外,还包括奥加拉拉含水层资料,该含水层可反映中部大平原地下水的主要情势。 选择这3个河段是为了能够反映干旱地区出流量随时间的变化情况。

3.1 密苏里河及密西西比河

图2 密西西比河圣路易斯站1973~2012年年平均流量过程

密西西比河圣路易斯河段的水量主要来自于密苏里河以及密西西比河的上游,能够反映包括中西部、大平原以及部分西部山区在内的美国中部广大地区的气候变化情况。 圣路易斯站的年径流量能够反映该区域的流出水量,图2显示了1973~2012年的年径流量。 如图所示,2012年的年平均流量在这40 a资料中属于比较小的,除了20世纪70年代和80年代因干旱而造成年径流量较小外,在历史实测资料中,还存在其他一些年平均流量较小的年份,包括1934,1940,1956年和1964年。 也就是说,尽管就气象条件而言,该地区的干旱创造了历史记录,但是,对于河流流量来说,却非历史最低。 但是,无论年平均流量大小如何,日平均流量低则使圣路易斯地区的航运出现了问题,公众呼吁政府应协助维持航道通畅,2012年就是这种情况。

3.2 科罗拉多河

科罗拉多河的流量反映了西部和西南部山区绝大部分地区的情况。 尽管科罗拉多河流域的居民对干旱习以为常,2012年实施的节水措施和水短缺依然让他们感到不便。 考虑到干旱、半干旱地区的高蒸散发,一般用估算天然径流量来说明流域产流量及其状态,亚利桑那州利斯费里以上的天然径流量通常被用来说明流域产流量。 如图3所示,在20世纪70年代以及21世纪初发生的干旱中,该河的流量达到最小值,不过美国垦务局的资料(2013年)显示,近年来,流域产流量已经接近多年平均水平18.5 km3。 这一结果表明,尽管该河流域部分区域处于干旱地区,但是总产流量并不能说明流域的短期干旱状况。 由于人们关注的是流域长期情况,因此,必须慎重对待这一观测数据,2013年流域总产流量继续下降。

图3 1967~2009年科罗拉多河利斯费里天然径流量(资料来源于美国垦务局(2013年))

为了说明流域总的蓄水状况,可以对包威尔湖的水位展开研究。 该大型水库的蓄水容量为29.6 km3。 来源于美国农垦局的该水库水位库容曲线显示,2010年水库蓄水量已由2004年的低点9.9 km3恢复到 22.2 km3。 2013年初,蓄水量大约为14.8 km3,从2011年中期开始蓄水量呈急剧下降趋势。 由胡佛坝形成的下游米得湖,其水位在2013年也持续下降。

3.3 德克萨斯干旱

2011~2012年,德克萨斯的干旱情况尤其严重,科罗拉多河下游管理局管辖的主要湖泊的总蓄水量呈持续下降趋势,2011年12月1日总蓄水量达极小值,仅略高于1951年9月9日的历年最小值。 这些调节湖泊中的水是管理局能够调控的储量,湖泊总蓄水量出现极低值,河道流量同时出现历年最小值,标志着管理局的水用户面临紧急情况。 干旱实际上始于2007年德克萨斯中部的一场大暴雨之后,这场暴雨的降雨量高达483 mm,2009年是气候相当干燥的一年。 2011年是德克萨斯历史上最干旱的一年,下游管理局管辖湖泊的来水量创历史新低,仅为多年平均量的10%。 这一年的夏天,德克萨斯首府奥斯丁气温超过37.88℃的天数达100 d。 2012年较为湿润,没有爆发干旱,由于前期干旱,湖泊来水量在最低来水量中排位第5。 在历年流域年来水量最小的10个年份中,2006年后就发生了5次。

3.4 奥加拉拉含水层

另外一种阐述干旱强度和影响特征的方法,是考察奥加拉拉含水层的情况。该含水层自德克萨斯延伸至南达科他州, 自20世纪30年代开始就被大量开采,为降低旱灾损失作出了贡献。 相关研究表明,1987~2009年地下水位在缓慢下降,2012年的研究报告表明,未来地下水位可能会明显下降。 开采地下水较高的能源成本、大众对地下水位下降长期影响认识的进一步提高,在一定程度上降低了这种可能性。 据估算,2005年含水层蓄水量比开采前有一定的减少。 尽管自该含水层开发后的地下水蓄水量总量减少仅占含水层总蓄水估算量的9%,但是这对于依赖该含水层的大片农业区来说却非常重要。 相对于整个含水层的长期影响,开采成本和局部严重影响问题显得更为突出。

3.5 干旱影响

根据媒体报道和经济研究资料,2011~2012年的干旱对美国中部和大平原地区产生了诸多影响,但是这些不同地点、不同时间的影响报告都是零碎的,缺少综合分析,很难进行综合视角上的评估,综合分析需要准确的数据和确定的时间边界与地理边界。 因此,就本次干旱评估而言,其中的一个教训就是难以进行综合影响评估。

本文对于干旱影响的总结,基于政府、商业以及媒体的报告,受制于数据和报告的局限性。 这对于经济影响、社会影响和环境影响的分类可能是有用的,但是,这些几乎零碎的信息不足以反映完整的情况。 另外,大部分报告都是关于农业影响的,其他方面影响的信息很零散。 农业影响报告由美国农业部完成,但是其他方面的影响并没有完成收集,因此,评估综合影响比较困难。

干旱影响具有相互依存和反馈的特性,这就加大了确定、评估正面效果和负面效果的难度。 在2011~2012年干旱中,水用户都受到了严重影响,农业干旱使中西部和大平原的农业遭受重大经济损失,地表水和地下水系统受到的环境影响也很明显。

各水用户产生了连锁影响,如城市景观损失,粮食供应量下降以及食品价格升高。 在2012年以及以往的干旱中,这些类型的影响都很明显。

水用户之间的关系是相互关联的,例如,削减农业供水来增加环境供水,以缓解环境影响。 这种相互关联的关系影响到水的用途,比如2011~2012年的干旱中,通过减少密苏里河及密西西比河航运用水以增加其他用途的用水。 这些决策后果导致了经济体系和社会体系进一步的连锁反应,最终使畜牧业生产受到影响,导致供应量减少、肉类价格升高。 这种情况在该地区很明显,2013年(甚至于在气候条件有所改善之后),大量家畜饲养场倒闭。

这些影响与区域特定条件有关,影响的方式、时间及地点也不同,因此无法对影响程度做量级上的总体估计。 干旱影响类型主要包括: 粮食减产,农业生产受到影响; 城市用水受到限制; 工业用水短缺; 酒类生产量下滑; 热电厂冷却用水受到限制; 航运困难; 水力发电收入减少; 高温及低水导致渔业生产量受到影响; 与水相关的娱乐机会减少。

干旱影响地区主要包括德克萨斯、中西部以及大平原地区,本文主要讨论3个流域的水问题,即密苏里-密西西比河流域、科罗拉多河流域西南部以及科罗拉多河流域德克萨斯地区。 干旱区域还包括范围广大的奥加拉拉含水层。

就农业影响而言,2012年干旱被认为是20世纪30年代后最严重的干旱,严重影响了美国的经济增长。 据估算,中西部地区和大平原地区的总经济损失约为350亿美元,这次干旱被认为是2012年仅次于桑迪飓风的全球第二大自然灾害, 总损失中包括直接成本和间接成本,远大于保险承保的损失量。 美国农业部宣布26个州大约1 000个县受灾,这也是该部宣布的最严重的自然灾害。

美国经济事务局2012年的数据可以用来评估干旱影响,但是其报告数据的种类有限,如农业库存变化,该数据反映干旱对农业生产的影响(特别是玉米和大豆)。 干旱使2012年第二季度的GDP降低了 0.17%,第三季度的GDP降低了 0.42%。 玉米保险赔偿费抵消第二季度的损失约为60亿美元,抵消第三季度的损失约为150亿美元,因此受到的综合影响比GDP变化反映出来的影响要小。

古茨曼(2013年)在回顾了美国农业部发布的现场报告后,根据农业生产变化的详细情况编写了干旱对农业影响的报告。 2012年,全国玉米产量比2011年下降13%,并导致连锁反应,牲畜生产商、酒类生产商以及消费者都受到玉米价格上升的影响。 粮食价格上升,2012年8月,芝加哥商业交易所玉米期货价格创历史新高,达到0.34美元/公斤。 2012年,爱荷华州酒类产量下降20%,内布拉斯加州下降30%,很多酒类生产厂家整个下半年关门歇业,相对于2011年每加仑0.063美元/L的利润,2012年生产商损失量为 0.095美元/L。

干旱形成了新的州级贸易模式,伊利诺斯州需要从北达科他州进口玉米,该州生产的玉米不含黄曲霉毒素。

牧场和草原干枯导致干草价格比10a的平均价格高出60%。 根据美国农业部分类体系,10月底,全国大约54%的牧场处于差或者非常差的状况,中西部地区的冬季小麦产量创下了1985年以来的最低记录。牧场情况差、饲料价格高迫使牧民减少牛的存栏量,美国牛存栏量达到1952年以来的最低。正常情况下,随着价格升高,牧民应该开始扩大饲养规模,但是牧场糟糕的情况迫使其延迟。 2012年9月,牧场的牛的存栏数量比上年下降19%。

德克萨斯州普莱恩维尤的嘉吉公司,其设备处理能力约为美国牛总存栏数的4%,但是该公司于2013年2月1日关闭,导致约2 000人失业。 2012年猪肉产量创造了较高的新纪录,屠宰量达到1 086万头,比上年增加约10%。

德克萨斯受到的影响、密西西比河流域及科罗拉多河流域的流量状况以及奥加拉拉含水层地下水开采情况,可以反映由干旱造成的区域影响。该州的旱情非常严重,所以政府部门和业务机构,如德克萨斯农业实验站,都对干旱影响进行了大量报道,大约有19个社区(大至城市、小到集镇)实施了强制性用水管制。 地方政府请求实施国家紧急救援,限制下游灌溉;同时,拨款修建一座新水库以及若干水井。

干旱地区大部分径流汇入密苏里河和密西西比河,这2条河的径流情况可以反映中西部和大平原地区的旱情及农业受到的干旱影响。 2012年12月,密西西比河水位下降至低水位段,因而要求美国陆军工程兵团清除掉妨碍航运的石块,并调度密苏里河沿线上游水库放水。 陆军工程兵团同意清除石块的要求,但是声称上游有蓄水需求,拒绝了加大放水量的要求, 使流域内水冲突加剧。

在奥加拉拉地区,农业一直饱受缺水的困扰,技术进步使大规模灌溉成为可能,同时也使含水层储水量迅速下降。 地下水开采可以使土地增值,降低干旱的影响,但是由于农业生产转向高价值的粮食品种,致使干旱影响增加,同时也导致了大量的适应性变化。

干旱使粮食价格上涨、土地升值,许多农民因此获利。 全球粮食和生物燃料需求量的上升推动了粮食价格上涨。 粮食价格上涨加上农作物保险,预测当年农场利润为1 280亿美元,扣除物价因素后,这一利润是1973年来的最高。 2012年,土地较2010年升值52%。爱荷华州的土地价格最高,该州是最大的玉米、大豆生产地区。

尽管很难对干旱造成的社会影响和环境影响进行量化,但是可以收集到很多有关这方面的报告。 例如,食物银行竭尽全力向5 000万人提供粮食,2012财政年度,政府通过实施紧急粮食援助计划,购买了 3.525 亿美元的粮食。 一家法院命令德克萨斯州放水拯救濒临险境的鸟类栖息地。

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