宜宾市农业干旱危险性演变特征分析

支询　沙莉　李施　朱明宇　张艺萌

摘要    基于四川省宜宾市1951—2010年夏季（6—8月）降水距平资料，以30年为窗口、1年为滑动步长，通过构造降水距平百分率和农业干旱危险性等级（轻旱、中旱、重旱、严重干旱）之间的模糊隶属函数，引入区间平均隶属度，将信息扩散理论与之结合，研究了宜宾近60年农业干旱危险性的演变特征。结果表明，轻度干旱危险性水平变化趋势总体为波动下降;中度干旱危险性水平在10.5%处保持振荡平衡;重度干旱危险性水平在前期有下降趋势，之后迅速上升并持续保持高位振荡;严重干旱危险性水平长期保持低位振荡后，在第24序列之后骤增;中度以下农业干旱危险性水平总体呈振荡下降趋势，重度以上农业干旱危险性水平总体呈上升趋势。本研究针对不同等级农业干旱危险性分别计算各自的模糊概率，对该地防灾减灾实践具有重要价值。

关键词    农业干旱;降水距平;演变趋势;四川宜宾

中图分类号    P426.616        文獻标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）19-0191-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Analysis  on  Evolution  Characteristics  of  Agricultural  Drought  Risk  in  Yibin  City

ZHI Xun    SHA Li    LI Shi    ZHU Ming-yu    ZHANG Yi-meng

（Liaoning Meteorological Equipment Support Center，Shenyang Liaoning 110166）

Abstract    Based on the precipitation anomaly data of summer（June-August） from 1951 to 2010 in Yibin City of Sichuan Province，with a window of 30 years，a sliding step of 1 year，the fuzzy subjection function that related precipitation anomaly percentage to 4 levels of drought danger（slight，moderate，serious and severe） was constructed，the interval average degree of membership was introduced and combined with the information diffusion theory to study the evolution characteristics of agricultural drought risk in Yibin City in recent 60 years.The results showed that the trend of mild drought risk level generally fluctuated，the moderate drought risk level maintained oscillation equilibrium at 10.5%，the severe drought risk level had a downward trend in the early stage，then increased rapidly and continued to maintain high oscillation. The level of severe drought risk increased sharply after long-term oscillation，and increased sharply after the 24th sequence.The agricultural drought risk level below moderate to moderately showed a downward trend，and the agricultural drought risk level above severely increased. This study calculated the fuzzy probability of different levels of agricultural drought risk，which is of great value to the practice of disaster prevention and mitigation.

Key words    agricultural drought;precipitation anomaly;evolutionary trend;Yibin Sichuan

干旱是一种十分复杂的综合现象，不仅与众多的自然环境因素有关，也与人类社会因素有关。因此，长期以来人们对干旱的概念有各种不同的理解。对于干旱概念的正确认识，是应把干旱的基本概念与各种不同类型的干旱相区别，即干旱是指由于水分的收支或供求不平衡而形成的水分短缺现象。

目前，对干旱危险性分析的传统数学手段是概率统计方法，也就是总结旱灾频发地区历史上不同危险性水平发生的频率，得到危险性概率分布。然而，由于旱灾的致灾因子和承灾体具有很大的不确定性和易变性，难以准确地估计旱灾危险性的概率分布。另外，当研究区域较小时，历史资料常常严重不足，获得的只是小样本数据，会导致分析结果不稳定，甚至与实际情况相差甚远[1]。针对旱灾系统信息不完备的不确定性，黄崇福[2]提出了信息扩散理论的风险评估方法。针对旱灾系统认知缺乏所产生的不确定性，如因降水距平与轻度干旱、中度干旱、重度干旱和严重干旱之间无明确的对应关系和界限而产生的不确定性，可使用模糊数学集理论中的隶属函数进行表征。

本文以降水距平百分率作为干旱发生的直接因子，从干旱风险致灾因子危险性评估的角度，先利用信息扩散理论计算宜宾市1951—2010年以来夏季不同降水距平率出现的概率值。然后，分别给定不同等级干旱（轻旱、中旱、重旱和严重干旱）危险性与不同降水距平百分率之间的模糊隶属函数关系，计算出1951—2010年每30年（共31个序列）的不同干旱危险性等级的危险性水平，并分析其演变趋势特征。

1    资料与方法

1.1    资料来源

本文采用四川省宜宾市1951—2010年共60年6—8月逐月降水资料，该资料来源于四川省气象局。将夏季降水量（6—8月降水量总和）序列Xi（i=1，2，…，60）处理，获得降水量距平率Yi（%）=×100，i=1，2，…，60。

1.2    信息扩散方法

信息扩散方法是为了弥补信息不足而考虑优化利用样本模糊信息的一种对样本进行集值化的模糊数学处理方法。该理论考虑优化利用样本模糊信息对样本进行集值化，将一个观察值样本变成一个模糊集。最简单的信息扩散函数是正态扩散函数。

设干旱指标论域为：

式（12）中，Dk表征不同等级的干旱危险性的危险水平。

1.3.2    农业干旱危险性评估标准。根据《农业干旱等级》（GB/T 32136—2015）[3]中时间尺度为90 d时的降水距平百分率为标准，可得知农业干旱危险性各级的降水距平百分率范围，见表1。

2    结果与分析

2.1    农业干旱危险性的模糊概率

宜宾市位于四川盆地南部，全区位于东经103°36′～105°20′、北纬27°50′～29°16′之间，属亚热带季风性湿润气候，四季分明，春秋较长，雨水丰沛，多在夏季，较长的降水过程都发生在6—7月，雨热同季。

根据宜宾市1951—2010年逐月降水资料，统计出从1951年起的每30年的6—8月降水距平率。设1951—1981年降水距平率序列为序列1，1952—1982年降水距平率序列为序列2，依次类推，则1980—2010年降水距平率序列为序列31。根据信息扩散理论，首先确定出每个降水距平率序列的最大值和最小值，然后根据该最大值和最小值确定出论域的范围。比如说，序列1的最大值约为67.295，最小值约为-51.502，则序列1的论域变化范围为[-60，75]。将该论域变化范围内的连续论域按等间距取点，间距为0.1，构成离散论域。

据此，根据公式（2）～（16）便可计算得到宜宾市31个夏季不同等级农业干旱危险性等级的模糊概率序列。

2.2    各级农业干旱危险性水平演变趋势

2.2.1    轻度农业干旱危险性水平的演变趋势。由图1可知，轻度干旱危险性水平总体处在12%～21%的水平上。第11序列为轻旱危险性水平的峰值，为20.02%;此后，危险性水平呈振荡下降趋势。总体来说，轻度干旱危险性水平变化趋势总体上为波动下降。

2.2.2    中度农业干旱危险性水平的演变趋势。中度干旱危险性水平比轻度干旱波动更大。前半段特征不明显，有一波峰位于第10序列，为10.33%;第14序列到第23序列波动增大，第23序列到第28序列为骤减过程。最大值为第23个序列的12.35%，最小值为第28序列的9.09%。总体来说，中度干旱危险性水平总体在10.5%处保持振荡平衡（图2）。

2.2.3    重度农业干旱危险性水平的演变趋势。由图3可知，重度干旱危险性水平总体趋势与轻度干旱呈相反的位相变化。从第5序列至第15序列为一低谷区，其中有2个极小值，分别为第8序列的3.49%和第12序列的3.55%。從第12序列开始到第15序列，重旱危险性水平激增，之后增加缓慢，概率值维持在6%左右。从第27序列开始，重度干旱危险性水平变化趋势与轻旱、中旱变化同位相，在第30序列处有一极大值。这一特征与轻旱和中旱危险性水平的变化趋势相同。总体来说，重度干旱危险性水平在前期有下降趋势，之后迅速上升并持续保持高位振荡[4-5]。

2.2.4    严重农业干旱危险性水平的演变趋势。由图4可知，严重农业干旱危险性水平总体趋势与轻度、中度和重度都有较大的区别。前半段与重度趋势同位相，有1个很浅的低谷区，但变化较重度农业干旱危险性更平稳;第1序列至第22序列危险性水平在1%～2%浮动，其中有1个极大值为第15序列的4.23%;此后该序列经历了1个低谷，谷值1.18%;从第25个序列（即1975—2005年）到第29个序列危险性水平开始骤增，极值为7.73%。此后有一小波动，该波动与轻度、中度和重度农业干旱危险性反位相，但幅度极小，极小值为第30序列的7.48%。总体来说，严重农业干旱危险性水平长期保持低位振荡后，在第24序列之后骤增。

3    结论与讨论

3.1    讨论

从宜宾市1951—2010年轻度、中度、重度和严重等4级农业干旱危险性水平每30年（31个序列）的演变趋势来看，第1序列至第15序列的4级干旱危险性水平的变化为重旱、严重干旱同位相，与轻旱反位相变化，且轻旱、中旱的波峰（重旱、严重干旱的波谷）位置在第10序列至第12序列，表明该序列与前几个序列相比，干旱减轻，随后又加重。而第16序列至第31序列的4级干旱危险性水平的变化为轻旱、中旱和重旱同位相，只有严重干旱与之反位相变化。严重农业干旱危险度在第23序列至第24序列经历了1个低谷，其概率几乎减小到原来的1/3，之后开始骤增，到第29序列增加到历史极值4.3%。此变化趋势表明，第23序列至第24序列干旱减轻，之后干旱迅速变严重，到第28序列（中度、重度的极小值）至第29序列（轻旱极小值）时，为历史干旱最严重时期。第30序列至第31序列的轻旱、中旱和重旱危险性水平都再度增加，而严重干旱危险性水平增幅减小，变化较平缓，表明干旱情况稍有减轻[6]。

从宜宾市1951—2010年60年夏季降水量距平率序列来看，1991年为31.7%，1992—1994年分别为-33.1%、-41.3%和32.2%，这与第13序列（1963—1992年）至第15序列（1966—1995年）的各级干旱危险性水平都有增长趋势相符合，负距平比较大;且与前一年反差很大的年份还有2004年的-60.9%和2006年的-61.1%，2007—2009年分别为-9.5%、-34.6%和-28.0%，这与由各级干旱危险性水平趋势分析出的历史干旱最严重时期第28序列（1978—2007年）至第29序列（1979—2008年）吻合。

3.2    结论

（1）轻度干旱危险性水平变化趋势总体波动下降;中度干旱危险性水平总体在10.5%处保持振荡平衡;重度干旱危险性水平在前期有下降趋势，之后迅速上升并持续保持高位振荡;严重干旱危险性水平长期保持低位正当后，在第24序列之后骤增。

（2）总体来讲，中度以下农业干旱危险性水平呈振荡下降趋势，重度以上农业干旱危险性水平呈上升趋势。

4    参考文献

[1] ZHANG J Q.Risk assessment of drought disaster in the maize-growing region of Songliao Plain，China[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2004，102（2）：133-153.

[2] 黄崇福.自然灾害风险评价理论与实践[M].北京：科学出版社，2005.

[3] 国家质量监督检驗检疫总局.农业干旱等级：GB/T 32136-2015[S].北京：中国标准出版社，2016.

[4] 张仁波.大连市可变模糊评价法干旱等级评定应用研究[J].黑龙江水利科技，2018，46（7）：156-158.

[5] 穆佳，邱美娟，谷雨，等.5种干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性[J].应用生态学报，2018，29（8）：2624-2632.

[6] 王永利，侯琼，云文丽，等.基于降水距平的内蒙古地区马铃薯干旱指标研究[J].干旱地区农业研究，2018，36（3）：224-229.