1961—2015年喀左县气象干旱分析及预报

梁志兵　孙立德　马成芝

摘要 利用1961—2015年喀左气象站4—10月的月平均气温和月降水量资料，采用湿润指数分析喀左县春季、夏季、秋季的干旱发生情况，利用灰色系统理论做出春旱、夏旱、秋旱的GM（1，1）预测模型。结果表明，近55年来，喀左县春旱和秋旱发生较重，呈减轻的趋势；夏旱发生相对较轻，但有加重的趋势。

关键词 干旱；湿润指数；灰色预测；辽宁喀左；1961—2015年

中图分类号 P426.616 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）16-0198-02

干旱是气象灾害中最主要的灾害，因其出现频率高、持续时间长、涉及范围广，对国民经济，特别是农业生产影响严重[1]。喀左县处于半湿润向半干旱过渡的易旱地区，降水量少，季节分配不均衡，降雨主要集中在7—8月[2]。春旱、夏旱（伏旱）、秋旱等自然灾害频发，危害较大。本文利用1961—2015年喀左县气温和降水量资料，分析喀左县干旱发生情况，同时采用灰色系统理论对春旱、夏旱、秋旱进行预报。

1 资料与方法

1.1 资料来源

選用1961—2015年喀左气象站（54328）月平均气温和月降水量资料。按照春季（4—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—10月）进行综合分析。

1.2 研究方法

本文利用湿润指数分析喀左县干旱发生情况，湿润指数计算公式如下：

K=R/0.16∑t

式中，K为月湿润指数；R为月降水量（mm）；∑t为>0 ℃的月积温，为月平均气温与当月日数的乘积。

R代表供水量，0.16∑t代表需水量，K=1.0表示农业水分供需平衡；K<1.0表示干旱；K>1.0表示水分供大于求。K值越小表示越干旱，K值由小到大的逐渐变化说明农业用水依次得到满足。根据季湿润指数由小到大的变化范围和农业旱涝程度，可依次划分为9个旱涝等级（表1）。

根据1961—2015年喀左县月均气温（t）和月降水量（R）计算1961—2015年4—10月各月的K值。然后计算春季、夏季、秋季湿润指数，以此作喀左县各季的农业旱涝分析。

2 干旱分析

2.1 季农业旱涝分析

利用1961—2015年各季的湿润指数，对照旱涝等级和旱涝程度，分析近55年喀左县的旱涝情况，统计出各季旱涝出现的频率（表2）。

春季是喀左县易发生干旱的季节，平均K值为0.46，属于重旱区，每年有不同程度的春旱发生，其中极旱频率为23.6%，4年一遇；重旱频率为36.4%，3年一遇；中旱为32.7%，3年一遇。只有1998年和2010年春季降水量较多，达到偏湿程度。

夏季农业水分条件较好，平均K值为0.98。有42%的年份夏季K值>1.0，其中1962年、1965年、1977年K值分别为1.58、1.52、1.57，达到轻涝程度。有58%的年份出现夏旱，其中轻旱占32.7%，中旱占23.6%，重旱占1.8%（1968年，降水量165.6 mm）。近55年中，喀左县夏季未发生极旱。

喀左县秋旱发生程度较大，平均K值为0.51。82%的年份有中等以上的秋旱，其中极旱占12.7%，8年一遇；重旱占47.3%，2年一遇；中旱占21.8%，4～5年一遇；轻旱占14.5%，7年一遇。其中，2010年K值为1.41，属于湿润；1986年K值为1.7，达到轻涝的程度。

2.2 干旱发生的趋势

图1～3可知，近55年喀左县春季、夏季、秋季湿润指数（K值）变化情况。春季K值变化方程为y=0.001 6x+0.410 2，K值呈增大趋势；夏季K值变化方程为y=-0.003 5x+1.078 2，K值呈减小趋势；秋季K值变化方程为y=0.001 6x+0.461 5，K值呈增大趋势。春季和秋季的湿润指数波动增加，干旱程度有所减轻。夏季湿润指数波动降低，夏旱程度有所加重。

2.3 干旱年代际变化

由表3可知，1971—1980年，春季湿润指数（K值）最小，发生旱灾程度最重；2001—2015年春季K值较小，发生旱灾程度也较重。1981—1990年，夏季K值最小，发生旱灾程度最重；2001—2010年K值较小，发生旱灾程度较重。1961—1970年，秋季K值最小，发生旱灾程度最重；1991—2000年K值较小，发生旱灾程度较重。各年代均以春旱和秋旱发生较为严重，夏旱相对较轻。

3 干旱预报

建立灰色灾变GM（1，1）模型，只需要有x（0）（k）数列。设{x（0）（k），k=1，2，…，n}，n为随机序列。由于受随机影响，序列可能出现较大波动，在数据信息处理方面用“累加生成”对原始数据进行处理，以得到随机性弱化、规律性强化的数列，使杂乱无章的数据转化为有规律的较平滑的数列，再用生成数据建立模型，最后把灰色系统模型得到的数据，通过“累减生成”还原成原数据的平滑值[3-4]。

3.1 春旱预报模型

利用2009—2014年喀左县春季的湿润指数（K值）作为原始序列，即

x（0）（k）=[x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n）]

=[0.61，1.11，0.21，0.41，0.31，0.61]，

累加得到x（1）（k），则

x（1）（k）=[0.61，1.72，1.93，2.34，2.65，3.26]

利用累加生成的数据，建立春旱GM（1，1）预测模型：

x（1）（k+1）=9.410 75exp（0.163 005×k）-8.800 75

第一步预测得到预测值为3.764 129，再利用“累减生成”得到2015年春季K值为0.566 179。2015年4—5月降水量为76.2 mm，K值为0.54，在中旱范围内。预测与实况相符，预报正确。

3.2 夏旱预报模型

利用2011—2015年喀左县夏季的湿润指数（K值）作为原始序列，得出夏旱GM（1，1）预测模型：

x（1）（k+1）=13.584 631exp（0.195 122×k）-12.284 631

根据预测模型，预测出2016年夏季湿润指数（K值）为1.132 406。2016年夏季降水量为411.8 mm，K值为1.14，達到偏湿程度。

3.3 秋旱预报模型

利用2011—2015年喀左县秋季的湿润指数（K值）作为原始序列，得出秋旱GM（1，1）预测模型：

x（1）（k+1）=3.161 345exp（0.287 349×k）-3.091 345

根据预测模型，预测出2016年秋季湿润指数（K值）为0.829 574。2016年秋季降水量为97.0 mm，K值为0.76。

4 结论

（1）1961—2015年喀左县春旱的发生最重，有93%的年份发生中等程度以上的干旱；秋旱发生较重，有82%的年份发生中等程度以上的干旱；夏旱发生相对较轻，有25%的年份发生中等程度以上的干旱。

（2）近年来，喀左县春旱和秋旱发生存在减小的趋势，夏旱的发生存在增大的趋势。1971—1980年喀左县春旱发生程度最大；1981—1990年喀左县夏旱发生程度最大；1961—1970年喀左县秋旱发生程度最大。

（3）利用灰色系统理论，对喀左县春季、夏季、秋旱建立了GM（1，1）预测模型。但由于预报模型为指数形式，因而要满足光滑条件，且预测步数应以1～2步为宜，否则会产生误差。应用时要对模型进行修正才能逐步提高预测的准确性。

5 参考文献

[1] 孙立德，孙虹雨.农业病虫害气象学[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2015.

[2] 喀左县气象局.农业气象服务手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2012.

[3] 龚日朝，罗钰婕，王芳，等.湖南旱灾灰色灾变预测模型与实证研究[J].湖南科技大学学报（社会科学版），2010，13（1）：86-90.

[4] 吕小俊，谢海平，木绍良.基于灰色灾变理论的云南省干旱气候预测研究[J].数学的实践与认识，2015，45（1）：164-168.