东陵区季节性干旱演变特征分析

董秋婷，贺明慧，路 爽，张云艳，刁 军，雷紫茜

(辽宁省沈阳市浑南区气象局，辽宁 沈阳 110186)



东陵区季节性干旱演变特征分析

董秋婷，贺明慧，路 爽*，张云艳，刁 军，雷紫茜

(辽宁省沈阳市浑南区气象局，辽宁 沈阳 110186)

利用东陵区1951～2015年降水量资料，对东陵区近65年季节性干旱演变特征和2014～2015年夏秋连旱进行统计分析，得出以下结论：东陵区发生季节性干旱灾害较为频繁，以夏旱和秋旱为主，为2～3年一遇。其中，秋旱发生的频次最多，夏旱次之，春旱发生频次最少。春夏连旱发生过1次，夏秋连旱发生过5次，未发生过春夏秋连旱。从干旱的等级来看，中旱最多，轻旱次之，重旱以上等级最少。在年代变化上，80年代发生的季节性干旱的次数最多，70年代发生的季节性干旱次数最少。厄尔尼诺现象对东陵区季节性干旱的影响较大，在厄尔尼诺年东陵区发生季节性干旱的概率是51.4%；近65年发生的28次中旱等级以上的干旱灾害中，有26次与厄尔尼诺现象有关，占总数的92.9%。其中，2014～2015年东陵区连续2年出现夏秋连旱现象，为历史上的第一次，在夏季出现15～24d无有效降水，致使土壤相对湿度小于50%，秋季降水偏少，无法缓解旱情，导致干旱发展严重。

夏秋连旱；季节性；干旱；降水量

沈阳地区处于东北干旱区之中。干旱在沈阳地区一年四季均有可能发生，不同季节对农业生产造成的影响也不同[1]。东陵区位于沈阳地区南部，水热条件适宜，干旱灾害偶有发生，多为季节性干旱[2]。在过去的10年中，东陵区降水条件较好，未发生过干旱灾害。而2014～2015年受厄尔尼诺现象的影响，发生夏秋连旱，对农业生产造成了严重的影响。目前研究农业干旱的指标较多，比较简单的一般采用降水距平百分率、无雨日数及百分比法等降水量指标[3-9]，此类指标资料容易获取，计算方便。我国很多学者研究了厄尔尼诺现象对我国降水和旱涝灾害的影响[10-15]，他们认为厄尔尼诺现象与我国各地的旱灾有一定的相关关系，对我国东部降水有一定的影响。因此，本文利用降水量作为判别是否发生干旱灾害的指标，利用降水量距平百分率判断发生的干旱等级，对近65年的季节性干旱演变特征进行了分析，并分析了2014～2015年夏秋连旱特征，对东陵区区域性干旱的预防和减轻干旱的危害以及合理安排农业生产有重要意义[16]。

1　资料与方法

1.1资料来源

本研究选用沈阳市东陵区1951～2015年降水量气象资料和2014～2015年土壤水分观测资料。并统计了逐年旬降水量、年降水量和降水量距平值。

1.2季节性干旱划分方法

本研究依据《中国气象灾害大典·辽宁卷》[17]的干旱灾害指标。

1.2.1春旱春旱指发生在大田作物播种、出苗和生长前期(苗期)，即4月上旬至6月中旬的干旱。是否发生春旱，主要取决于以下3个时段的降水量。

(1)底墒雨：指前一年农田土壤封冻前的降雨。如底墒雨少，封冻后土壤保持的水分少，会加剧春旱的形成。以前一年10～11月降水量少于20mm作为指标。

(2)春播雨：指大田作物播种、出苗阶段，这一时期降水的多少及其分配情况直接影响春旱的发生及其程度，在底墒雨和春播雨少的年份，极易发生春旱，即使底墒雨正常或较好，而春播雨特少的年份也发生春旱。以4月上旬至5月中旬降水量少于40mm作为春旱的指标。

(3)苗期雨：指作物生长前期，如播种出苗期已出现旱象，这一时期降水量又明显偏少，会加剧春旱程度。以5月下旬至6月中旬降水量小于30mm作为苗期干旱指标。

凡是同时符合其中连续2个以上时段的条件，定为春旱年。

1.2.2夏旱夏旱又称伏旱，指主要农作物拔节至开花阶段发生的干旱。由大范围天气异常引起的，持续时间较长。以6月下旬至8月上旬降水量少于150mm为指标。

1.2.3秋旱秋旱又称秋吊，是指大田作为籽粒灌浆阶段无雨或少雨而形成的干旱。这个时期如水分供应不足，会直接影响农作物的产量和品质。以8月中旬至9月上旬降水量少于60mm作为指标。

1.2.4连旱连旱是指春夏、夏秋或春夏秋连续发生的干旱，对农作物生长发育及产量的影响最大。

1.3降水量距平百分率计算方法和干旱等级

降水量距平百分率是某时段的降水量与常年同期气候平均降水量之差与常年同期气候平均降水量相比的百分率，单位用百分率(%)表示[18]。

某时段降水量距平百分率(Pa)计算公式：

降水量距平百分率气象干旱等级见表1。

表1　降水量距平百分率气象干旱等级

2　结果与分析

2.1季节性干旱变化特征

2.1.1春旱如图1所示，底墒雨少于20mm的年份有1952、1953、1958、1960、1962、1966、1969、1975、1983、1985、1988、1990、1994、2000年共14次。春播雨少于40mm的年份有1951、1957、1959、1960、1961、1963、1964、1965、1966、1968、1973、1975、1977、1978、1980、1981、1987、1989、1992、1993、1995、1997、1999、2000、2001、2004、2007年共27次。苗期雨少于30mm的年份有1979、1981、1983、1992、1994、1995、2000、2010、2013年共9次。符合连续2个时段条件的春旱年为1959、1961、1963、1981、1989、1992、2000、2001年共8次，符合上述3个时段条件的春旱年为1995年。由此可知，东陵区发生春旱平均每7年一遇，2000和2001年连续2年发生春旱，之后14年东陵区未发生春旱。

图1　1951～2015年底墒雨、春播雨和苗期雨降水量动态变化

2.1.2夏旱如图2所示，在年际变化上，6月下旬到8月上旬降水量少于150mm的年份有1951、1952、1957、1958、1968、1969、1978、1980、1982、1987、1988、2000、2011、2014、2015年共15次。由此可知，东陵区发生夏旱平均每4年一遇，其中1958、1988、2014年降水量为83.9～98.5mm，少于100mm，20世纪90年代无夏旱发生。

图2　1951～2015年6月下旬到

2.1.3秋旱如图3所示，在年际变化上，8月中旬到9月上旬降水量少于60mm的年份有1952、1958、1961、1962、1963、1967、1971、1977、1980、1981、1983、1984、1989、1990、1992、1993、1995、1996、1998、1999、2003、2006、2014、2015年共24次。由此可知，东陵区发生秋旱平均每3年一遇，其中1962、1983、1996、2015年的降水量为11.8～17.4mm，少于20mm。

图3　1951～2015年8月中旬到9月上旬降水量动态变化

2.1.4连旱东陵区发生连旱的次数较少，其中发生春夏连旱的年份为2000年；发生夏秋连旱为1952、1958、1980、2014、2015年，为13年一遇，其中20世纪70、90年代和21世纪初既未发生夏秋连旱；也未发生过春夏秋连旱。

2.2季节性干旱等级变化趋势

2.2.1春旱如图4所示，对春季4～6月降水距平百分率变化趋势进行分析。在发生的9次春旱中，1981、1995和2000年降水量距平百分率分别为-54%、-59%和-61%，为中旱等级，占发生春旱次数的33.3%；其他春旱年份降水量距平百分率为-49%～-43%，为轻旱等级，占发生春旱的66.7%。

图4　1951～2015年4月上旬到6月中旬降水量距平百分率动态变化

2.2.2夏旱如图5所示，对6月下旬到8月上旬降水量距平百分率变化趋势进行分析。在发生夏旱的15次中，1957、1958、1968、1987、1988、2014和2015年降水量距平百分率为-65%～-50%，为中旱等级，占发生夏旱次数的46.7%；其他夏旱年份降水量距平百分率为-47%～-38%，为轻旱等级，占发生夏旱次数的53.3%。

2.2.3秋旱如图6所示，对8月中旬到9月上旬降水量距平百分率变化趋势进行分析。在发生秋旱24次中，1963、1983、1996和2015年降水量距平百分率分别为-87%、-87%、-85%和-81%，为特旱等级，占发生秋旱次数的16.7%；1967、1984、1989和2014年降水量距平百分率分别为-73%、-79%、-72%、-70%，为重旱等级，占发生秋旱次数的16.7%；1952、1958、1962、1971、1977、1981、1990、1993、1998和1999年降水量距平百分率为-68%～-51%，为中旱等级，占发生秋旱次数的41.7%；其他秋旱年份降水量距平百分率为-44%～-37%，为轻旱等级，占发生秋旱次数的25%。

2.3季节性干旱年代际变化特征

在1951～2015年间，东陵区发生季节性干旱灾害较为频繁，其中36年发生了季节性干旱(只要当年发生季节性干旱，便记为发生季节性干旱年)，以夏旱和秋旱为主，为2～3年一遇。

图5　1951～2015年6月下旬到8月上旬降水量距平百分率动态变化

图6　1951～2015年8月中旬到9月上旬降水量距平百分率动态变化

在年代变化上，如图7所示，20世纪50年代干旱发生频率为5次/10a；60年代干旱发生频率为6次/10a；70年代干旱发生的频率减少，为3次/10a；80年代和90年代干旱发生最为频繁，分别为8次/10a和7次/10a；进入21世纪后，干旱发生频率开始减少，21世纪初期发生频率为4次/10a；21世纪10年代干旱发生的频率为3次/10a。

图7　各年代季节性干旱发生次数分布

从季节性干旱来看，发生春旱的频率，20世纪世纪60、80、90年代和21世纪初期均为2次/10a，其中发生中旱等级的频率为1次/10a；70年代和2002年以后，均未有春旱发生。夏旱发生的频率，以20世纪50年代和80年代发生频率最高，为4次/10a，其中发生中旱等级的频率为2次/10a；21世纪10年代发生频率次之，为3次/10a，其中发生中旱等级的频率为2次/10a；60年代发生频率为2次/10a，其中发生中旱等级的频率为1次/10a；70年代和21世纪初期发生频率为1次/10a，未发生中旱等级以上干旱；90年代未发生夏旱。秋旱发生的频率，90年代发生频率最高，为7次/10a，其中发生特旱等级的频率为1次/10a，发生重旱等级的频率为1次/10a，发生中旱等级的频率为4次/10a；80年代发生频率次之，为5次/10a，其中发生特旱等级的频率为1次/10a，无重旱等级，发生中旱等级的频率为1次/10a；60年代发生频率为4次/10a，其中发生特旱等级的频率为1次/10a，发生重旱等级的频率为1次/10a，发生中旱等级的频率为1次/10a；21世纪10年代发生频率均为2次/10a，其中发生特旱等级的频率为1次/10a，发生重旱等级的频率为1次/10a，无中旱等级以下干旱发生；50年代和70年代发生频率均为2次/10a，无重旱等级以上干旱发生，发生中旱等级的频率为2次/10a；21世纪初期发生频率为2次/10a，均为轻旱等级(图8)。

2.4厄尔尼诺现象对季节性干旱的影响

如表2所示，在1951～2015年中有37年发生了厄尔尼诺现象[19-20]。因此，东陵区在厄尔尼诺年发生季节性干旱的概率是51.4%。其中，厄尔尼诺年发生春旱的概率是8.1%，发生夏旱的概率是27%，发生秋旱的概率是35.1%，发生连旱的概率是10.8%。在1951～2015年间，东陵区发生了28次中旱等级(含中旱)以上的干旱灾害，统计发现，在发生的28次中旱等级(含中旱)以上的干旱灾害中，有26次与厄尔尼诺现象有关，占总数的92.9%；其中有16次发生在厄尔尼诺年，占总数的57.1%；有11次发生在厄尔尼诺年的前年或次年，约占总数的39.3%。

图8　季节性干旱等级分布

年代分类01234567891950～1959厄尔尼诺年★★★★★春旱○夏旱△△△△秋旱◇◇1960～1969厄尔尼诺年★★★★★春旱○○夏旱△△秋旱◇◇◇◇1970～1979厄尔尼诺年★★★★春旱夏旱△秋旱◇◇1980～1989厄尔尼诺年★★★★春旱○○夏旱△△△△秋旱◇◇◇◇◇1990～1999厄尔尼诺年★★★★★★★春旱○○夏旱秋旱◇◇◇◇◇◇◇2000～2009厄尔尼诺年★★★★★★春旱○○夏旱△秋旱◇◇2010～2015厄尔尼诺年★★★春旱夏旱△△△秋旱◇◇

注:★厄尔尼诺年，○春旱，△夏旱，◇秋旱。

在发生春旱的9年中，1963、1992和1995都是厄尔尼诺年，受厄尔尼诺现象影响发生春旱的概率为33.3%。

在发生夏旱的15年中，1951、1952、1957、1958、1968、1969、1982、1987、2014和2015年都是厄尔尼诺年，受厄尔尼诺现象影响发生夏旱的概率为66.6%。1951/1952、1957/1958、1968/1969、1987/1988、2014/2015连续2年出现夏旱共发生了5次，其中1987/1988连续第二年1988年不是厄尔尼诺年外，其他连续2年都是厄尔尼诺年，可见连续出现厄尔尼诺现象对连续发生夏旱的影响概率是80%。也可以看出，在出现厄尔尼诺现象的同时也发生夏旱灾害的年份，第二年连续发生夏旱的概率是50%。

在发生秋旱的24年中，1952、1958、1963、1977、1983、1992、1993、1995、1998、1999、2003、2006、2014和2015年都是厄尔尼诺年，受厄尔尼诺现象影响发生秋旱的概率为54.2%。在发生的24次秋旱中，1961/1962/1963、1980/1981、1983/1984、1992/1993、1995/1996、1998/1999、2014/2015连续2或3年出现秋旱共发生了7次，其中1992/1993和2014/2015连续2年也都是厄尔尼诺年，可见连续出现厄尔尼诺现象对连续发生秋旱的影响概率是28.6%。同时可以看出，在出现厄尔尼诺现象的同时也发生秋旱灾害的年份，第二年连续发生秋旱的概率是38.5%。

在发生连旱(春夏、夏秋)的6年中，1952、1958、2014和2015年都是厄尔尼诺年，受厄尔尼诺现象影响发生秋旱的概率为66.7%。2014/2015是历史上第一次连续2年发生连旱，并且也是厄尔尼诺年。

2.52014～2015年夏秋连旱特征

受厄尔尼诺现象影响，东陵区2014～2015年连续2年出现夏秋连旱现象。

2014年各季节降水量如图9所示。春季的底墒雨(2013年10～11月)、春播雨(4月上旬～5月中旬)、苗期雨(5月下旬～6月中旬)的降水量较为充沛，春季未发生干旱灾害。夏季(6月下旬～8月上旬)降水量为95.6mm，小于150mm，发生夏旱；降水量距平百分率为-60%，为中旱等级。秋季(8月中旬～9月上旬)降水量为28.1mm，小于60mm，发生秋旱；降水量距平百分率为-70%，为重旱等级。

如图10-a所示，2014年春季土壤相对湿度超过100%，土壤水分处于饱和状态，土壤墒情较好。进入

夏季，降水偏少，从7月22日开始出现连续24d无有效降水，土壤相对湿度明显降低，土壤出现旱象。如图10-b所示，在降水量偏少的情况下，玉米地和坡地同时呈现相对湿度缓慢下降的趋势，坡地表现得尤为明显。坡地相对湿度低于玉米地14%～26%，在8月25日出现降水后，坡地与玉米地相对湿度逐渐接近，但降水量较少，未能缓解旱势。坡地在8月12～23日期间，土壤相对湿度低于30%，玉米地土壤相对湿度小于50%。

图9　2014～2015年季节降水量

图10　2014年土壤相对湿度干旱指数

2015年各季节降水量如图9所示。春季的底墒雨(2014年10～11月)、春播雨(4月上旬～5月中旬)、苗期雨(5月下旬～6月中旬)的降水量偏多，春季未发生干旱灾害。夏季(6月下旬～8月上旬)降水量为148.5mm，小于150mm，发生夏旱；降水量距平百分率为-38%，为轻旱等级。秋季(8月中旬～9月上旬)降水量为17.4mm，小于60mm，发生秋旱；降水量距平百分率为-81%，为特旱等级。

如图11-a所示，2015年春季土壤相对湿度大于60%，前一年(2014年)降水量偏少，底墒较差。进入夏季，降水仍旧偏少，从7月6日开始出现连续15d无有效降水，土壤相对湿度明显降低，土壤出现干旱迹象。如图11-b所示，在降水量偏少的情况下，土壤相对湿度低于50%。

由此可知，在2014和2015年的夏秋连旱中，即使前期(春季和夏初)降水较为充沛，但在夏季的需水关键期连续长时间(15～24d)无有效降水，致使土壤相对湿度小于50%，出现中旱到特旱等级的干旱灾害，到秋季降水偏少(旬降水量小于10mm)，对已发生的干旱不能起到缓解作用。因此，导致干旱发展严重，从轻中等级的干旱发展到重旱和特旱等级。

3　结论与讨论

3.1结论

本文通过对1951～2015年东陵区季节性干旱的演变特征进行分析，以及2014～2015年夏秋连旱的特征分析，得出以下结论：

(1)东陵区发生季节性干旱灾害较为频繁，以夏旱和秋旱为主，为2～3年一遇。其中，秋旱发生的频次最多，为每3年一遇；夏旱次之，为每4年一遇；春旱发生频次最少，为每7年一遇。春夏连旱发生过一次；夏秋连旱发生过5次，为13年一遇；未发生过春夏秋连旱。

(2)在干旱等级上，中旱最多，为24次；轻旱次之，为20次；重旱等级以上(重旱和特旱)干旱最少，共4次。

图11　2015年土壤相对湿度干旱指数

(3)在年代际变化上，20世纪80年代发生的季节性干旱次数最多，其次是90年代发生的季节性干旱，70年代发生的季节性干旱次数最少。

(4)厄尔尼诺现象对东陵区季节性干旱的影响较大，东陵区在厄尔尼诺年发生季节性干旱的概率是51.4%。近65年发生的28次中旱等级以上的干旱灾害中，有26次和厄尔尼诺现象有关，占总数的92.9%，其中有16次发生在厄尔尼诺年，有11次发生在厄尔尼诺年的前年或次年。连续2年出现夏旱共发生了5次，其中4次为连续2年都是厄尔尼诺年，连续出现厄尔尼诺现象对连续发生夏旱的影响概率是80%；连续2或3年出现秋旱共发生了7次，其中2次连续2年也都是厄尔尼诺年，连续出现厄尔尼诺现象对连续发生秋旱的影响概率是28.6%。

(5)2014～2015年东陵区连续2年出现夏秋连旱现象，为历史上的第一次。在夏季出现15～24d无有效降水，致使土壤相对湿度小于50%，秋季降水偏少，无法缓解旱情，导致干旱发展严重。

3.2讨论

厄尔尼诺现象对东陵区发生干旱灾害有一定的影响，需要今后在致灾因子和环流特征上做进一步研究。东陵区发生季节性干旱灾害较为频繁，以夏旱和秋旱为主。从2014～2015年东陵区发生夏秋连旱灾害可以看出，一旦出现季节性干旱，甚至是季节性和年份的连旱灾害，将对农业产生造成巨大的损失。为确保粮食产量的稳产高产，更需要做好干旱灾害的防范和气象服务工作。因此，增强对东陵区干旱变化及影响的认识，需要进一步开展针对干旱偶发区的干旱灾害研究，以提高对干旱灾害的应对能力。

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(责任编辑：曾小军)

AnalysisofChangeCharacteristicsofSeasonalDroughtinDonglingDistrict

DONGQiu-ting,HEMing-hui,LUShuang*,ZHANGYun-yan,DIAOJun,LEIZi-qian

(MeteorologicalBureauofHunnanDistrict,ShenyangCity,LiaoningProvince,Shenyang110186,China)

UsingtheannualprecipitationdataofDonglingdistrictduring1951～2015,thispaperstatisticallyanalyzedthechangecharacteristicsofseasonaldroughtinrecent65yearsaswellasthesummer-autumncontinuousdroughtduring2014～2015inDonglingdistrict.Thefollowingconclusionswereobtained:theseasonaldroughtdisasterinDonglingdistrictoccurredfrequently(onceevery2～3years),mainlybeingsummerdroughtandautumndrought.Amongthem,theautumndroughtoccurredmostfrequently,followedbysummerdrought,whilespringdroughthadthelowestoccurrencefrequency.Thespring-summercontinuousdroughthappenedonce,summer-autumncontinuousdroughtoccurred5times,butspring-summer-autumncontinuousdroughtdidnotoccur.Asforthelevelofdrought,moderatedroughtoccurredmostfrequently,followedbylightdrought,whileheavydroughtoccurredrarely.Theoccurrencetimesofseasonaldroughtwasthehighestinthe1980sandthelowestinthe1970s.ElNinophenomenonhadagreatereffectontheseasonaldroughtinDonglingdistrict,andtheoccurrenceprobabilityofseasonaldroughtinElNinoyearswas51.4%;among28timesmoderateorheavydroughtinnearly65years, 26timesmoderateorheavydroughtwasrelatedtoElNinophenomenon,accountingfor92.9%ofthetotal.From2014to2015,summer-autumncontinuousdroughtcontinuouslyoccurredinDonglingdistrict,whichwasthefirsttimeinhistory;therewasnoteffectiverainfallinsummerfor15～24days,resultinginthatthesoilrelativehumiditywaslessthan50%andautumnrainfallcouldnotalleviatethedrought.

Summer-autumncontinuousdrought;Seasonaldrought;Rainfall

2015-12-08

董秋婷(1985─)，女，助理工程师，硕士，主要从事气象服务和天气预报工作。*通讯作者：路爽。

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A

1001-8581(2016)08-0083-07