辽宁省农业干旱时空特征分析(XXXX-5-22)

/ LｉaonｉnｇNormaｌUｎiveｒsｉtｙ(２011届）本科生毕业论文（设计)题目：辽宁省农业干旱时空特性分析学院：城市与环境学院专业：水文与水资源工程班级序号:４班6号学号：221学生姓名：常静指导教师：曹永强２0１1年５月目录TOC\ｏ”１-3＂\h＼z\ｕHＹPＥRLIＮK\l＂＿Ｔoc2９38４7714"摘要（关键词) PAGEREF＿Toｃ２９3847714\h1ＨＹPERLINK\ｌ"＿Toｃ２９38４7７１５＂Absｔract（Keｙwｏrds）ﻩＰAGEREＦ_Toｃ293８47715\h１ＨＹPERＬINK\l”_Tｏc293847７16＂1绪论ﻩＰAGEREF＿Ｔoｃ293847７１6\h2HYPERLIＮK\l”_Toｃ２９3８47717"1.1研究背景及目的 PAGERＥF_Toｃ293８47７１7＼h2HＹPERLINK\ｌ”＿Tｏc２9３847７18"1．２国内外研究现状ﻩPＡGEREＦ_Toc２938４7７18\h２HYPEＲLINK1。2．2国内研究现状 PAＧＥREF_Toc29３84７720＼h3HYPＥRLINK\l”_Toc293８477２１”1．3主要研究内容ﻩPAGEＲEF＿Toc２93８４7721\h3HYＰEＲＬINK2。1农业干旱概述ﻩPAGＥREF_Tｏc２９3８477２4\h5HＹＰEＲＬINK＼l"_Toc2９3８４７725＂２．１。1干旱的概念和分类 ＰＡＧERＥF＿Toc2938４7725\ｈ5HＹPＥRLＩNK\l”_Toc２９3847726”2。1.２农业干旱及干旱的影响ﻩPＡGEREF＿Tｏｃ293847726\ｈ5ＨYPERLINＫ2.2．２辽宁省农业干旱的特点ﻩPAGＥRＥF_Toｃ2９3847730＼h9HYPERLINK\l＂_Toc２938477３１＂2.2.3辽宁省农业干旱的分区 ＰAＧEREF_Ｔoc29３８477３１\h１０HＹPERＬＩNK\l”_Ｔoc293847７32＂２．2.4辽宁省农业干旱的影响ﻩPAGERＥF_Toc２93847732＼ｈ11ＨＹPEＲLIＮK3。1.2含义 PAＧEＲＥF＿Toc293847７3６\ｈ１２ＨYPERLINＫ\ｌ”＿Toc2９３847７３7”３。２Morｌet小波分析方法ﻩPAGEＲEＦ＿Toc29384７737\h1３ＨYPERLＩNK\l"_Toc293８47７38"4应用实例 ２93847７38＼h１4ＨYPEＲLINK\l”_Toｃ29３847７39”4．1时间分布特征ﻩPAGEREF_Ｔｏc２９３847739\h14HYPERLIＮK＼l"_Tｏｃ２93847740"4．2空间变化特征ﻩＰAＧEREF_Toc2938477４0＼h1６HYＰERＬINK\l”_Tｏc293８477４1”5结果与讨论ﻩPAＧERＥF_Tｏc2９3847７41＼h1８HＹＰEＲLINＫ参考文献 ＰAGＥREF_Toc２9３847７4２\h19HYＰERＬIＮK\l”_Toｃ29384７７43”致谢ﻩPAGＥREF_Tｏc２938４77４３\h2０辽宁省农业干旱时空特性分析摘要:干旱一直是我国及世界农业发展最主要的制约因素之一，在人口增长、农业和工业用水需求量的增大及全球环境变化的大环境下,干旱化趋势还在进一步发展。辽宁省又是农业大省，因此本文对辽宁省农业干旱的时空特征进行分析研究。本文从逐日降水量的角度入手，应用AWＴＰ指数作为划分干旱的标准，选择辽宁省农业干旱为例,据此来分析辽宁干旱的时空分布特征。本研究结论可以为辽宁省相关部门掌握本省乃至各地区干旱特征,从而为进一步制定防旱抗旱对策提供理论依据。关键词：AWTP指数；辽宁省;农业干旱;时空特性Ａbsｔｒaｃｔ：Drougｈthasbｅeｎoneofthemｏsｔｉｍｐｏｒtaｎtconsｔｒainｔsinpopｕlatiｏngroｗth,agrｉcｕltｕraｌandindustrialwateｒdｅｍandiｎcｒeasesandtｈeeｎvｉronｍentofgloｂalｅnvｉroｎｍentalｃhangeinｔhedeｖｅloｐmｅｎtofａgｒiｃultｕreinCｈiｎaａｎｄtheｗorld,ｔhedryingｔrｅnｄdｅvelopｓfｕrther.ＬiａonｉnｇＰroｖinceｉsaｍaｊoragriｃuｌturaｌprovince,soｔhistｅｍpｏｒalａnｄspatialｃhａracteｒiｓticofagriculturalｄｒoughｔｗａsａnalyzｅｄ。Fromｔｈｅstaｒtinｇpoiｎtoｆdaiｌyｐｒeｃipｉtatｉon,applｉcaｔionAＷTＰｂyｔhｅdroｕghtindexasａstanｄard，choｏsｅaｎexａmpｌｅofaｇricｕlturaｌｄrｏuｇhtinLiaoningProｖincｅ,toanａlyｚethetempoｒalａndspａtialcｈaｒａcｔeriｓticsｏｆdｒought。ThiｓresearchconclｕsionｓcanbeｒｅlatedｄｅparｔmentfoｒtheproｖinｃeoｆLiaｏnｉｎgproｖｉnｃeaｓweｌlaｓreｌevantdｅpａrtmeｎtｓfｏrｆｕrtherｄrouｇhtcｈaracｔers,ｔhusｆｏrｍulatｅdtｏprovidetｈeorｅticalbasisfordrｏughtdrｏughｔ－rｅsistiｎgmeasures。Ｋeyworｄs:AWTPindｅｘ；Lｉaonｉngpｒoｖincｅ;Agriculｔuraldrought；SｐaｔiaｌaｎdteｍｐoralChaｒａｃteristiｃs1绪论１．1研究背景及目的干旱是世界上绝大部分国家和地区最常见的自然灾害，是指由水分的收支不平衡而形成的缺水现象。全球现有100多个国家处于不同程度的干旱威胁状态下，现有的陆地面积中约33％(4800万)为干旱面积。每年因干旱造成的经济损失达到80亿美元,受其影响的地域面积和人口数量居各种自然灾害的首位.据统计,在我国７0％的自然灾害为气象灾害，而气象灾害中的５0%为干旱灾害,因此干旱的影响面最广,最为严重。旱灾对农业的影响最突出，我国每年因干旱粮食损失最高达30亿kg，占所有自然灾害损失总量的6０%。我国在20世纪５０年代的受旱面积为每年1000多万，成灾面积为330多万；最近几十年增长到受旱面积为每年３000多万，成灾面积为每年1200多万.干旱灾害不仅造成农业生产的大幅度减产，影响粮食安全，与此同时，人类的生存环境、生态环境和经济发展环境受干旱的影响也较为严重,我国贫困县的分布和旱灾的分布基本相同。21世纪，随着全球温室效应的加剧和气温的升高，我国旱灾发生频率有逐渐增加的趋势.许多地区发生的特大干旱不仅持续时间长而且影响范围广，导致经济损失更为严重，人类的生存环境和生态环境进一步恶化。干旱已严重妨碍我国工农业生产的发展，特别是在北方地区,干旱对农业生产反战的影响较大。1.２国内外研究现状随着全球性环境的恶化和水资源的短缺,与人类生存密切相关的农业干旱问题显得日益突出,已经引起许多国家和地区的关注和重视,国内外学者对农业干旱的研究做了大量工作.1.２.1国外研究现状20０4年2月16日至20日，世界气象组织(ＷMO）和农业气象学委员会（ＣAGM）“减轻自然灾害和极端事件对农、牧、渔、林业的影响”专家组会议在北京召开,与会农业气象专家来自美国、加拿大、澳大利亚、阿根廷、印度、葡萄牙和中国等世界主要农业国家,会议期间专家们作了包括干旱在内的各种自然灾害对农、牧、渔、林业影响的演讲。国外一些专家对本国干旱、旱灾以及抗旱减灾对策也进行了不同程度的研究。其中,美国的研究相对超前和深入。在深入调查研究本国旱灾规律、旱灾影响和国民抗旱减灾活动的基础上,美国国会于１9９８年通过美国国家干旱政策法案（TheNationaｌDrouｇhtPｏlicｙ)，明确提出本国抗旱减灾的方针,同时成立了国家干旱政策委员会(ThｅＮatiｏｎaｌDrｏｕgｈtPｏlｉcｙＣoｍmiｓsｉｏn），授权对本国抗旱方略进行研究，并向国会提出有关建议。国家干旱政策委员会随后提交了题为“为21世纪的干旱做准备(ＰreparinｇfoｒDｒoughtinthe21stCentuｒy-ReportｏftｈeNatiｏnａｌDroｕghtPolicyCｏmｍisｓｉon）”的报告，全面分析本国旱情形势,提出了具体的抗旱减灾对策。这些研究对我国抗旱减灾对策的研究有一定的借鉴意义。1967年帕尔默用ＰDSI分析了美国东北区早期至20世纪6０年代中期干旱面积及干旱强度，取得了较理想的效果。1９84年Alｌey阐述了在美国不同地区极端与严重干旱的旱涝等级,并指出PDＳI对土壤有效水分有较强的敏感性，不适应于大型气候分区。1991年Heddiｎｇhaｕs与Saｂｏｌ对PDSI及其旱涝等级进行了修正。２0世纪末,美国国家海洋大气局的国家环境卫星数据和信息服务中心利用多年积累的全球ＮOAA资料，采用VＣＩ和TCI方法进行全球性的干旱和预报，并进行作物的估产，为美国农业部提供了重要信息。英国则利用卫星SMMR与AVHRR数据比较进行研究，在旱情监测技术上得出了较好的结果，并在撒哈拉地区进行了实验，同时也采用NOAAPＡVＨＲR的可见光波段反射率和SＭＭR的极化差方法进行旱情监测。欧洲利用ZＮＤX进行土壤湿度检测来反映当地气候的水分亏缺，分析不同区域的旱涝情况。日本为了研究大区域的土壤水分分布状况,利用NOAA卫星资料，采用热惯量模式，结合近地层小气候和地面热通量观测,以中国东北部的吉林省为中心进行了区域土壤水分调查,取得了良好的效果。国际水管理研究所(ＩＷMI)建立了包括印度西部、巴基斯坦和阿富汗在内的南亚干旱遥感监测系统,对旱涝进行实时监测,以便更好地防御旱涝灾害的发生。美国国家旱灾减灾中心在分析农业旱灾脆弱性类型、成因的基础上,提出了降低农业旱灾脆弱性的一些方法与措施，十分重视承灾体风险类型和成因，强调农业旱灾发生前、发生中、发生后所采取的预防、应对和恢复行为的科学性。1.2。2国内研究现状我国是一个旱灾频繁发生的国家之一，因此国内也对农业干旱进行了广泛的研究,并取得了一系列的研究成果。张凌云等采用AWTP指数对广西农业干旱进行时空分析；梁巧倩等采用ＡＷＴP干旱指数对广东冬半年进行干旱分析，预测广东冬半年的干旱在近30年来有加剧之势，且主要表现为干期时间的增长;史培军等通过实地调查和统计资料分析，揭示了内蒙古乌兰察布盟土地利用中作物种植结构调整对农业旱灾灾情的影响机理.刘兰芳等采用数理统计方法评价了衡阳盆地及湖南省的农业旱灾脆弱性。王静爱、商彦蕊等依据中国旱灾中心与农业承灾体类型，并构建了中国3个典型农业旱灾承灾体的区域脆弱性形成机制与可持续发展模式。王静爱等还提出应对农业旱灾要制定适应降水变化的波动土地利用结构调整区域政策、建立农业生态生产范式、建立“水银行”管理机制、建立用水效应和开源节流的评估体系和加强“截水—抽水—控水”为一体的灌溉系统工程建设，提高灌溉应急能力等。此外,我国在利用遥感手段监测大范围干旱灾害方面也取得了长足进展。国内相关单位近年来相继建立了基于遥感的干旱监测业务化运行系统.目前,国家气候中心利用降雨资料每1０ｄ发布一次全国旱情信息,国家卫星气象中心利用气象卫星遥感图像每旬监测一次全国干旱状况,国家气象中心利用地面土壤含水量观测资料每５ｄ发布一次旱情状况。中国水科院遥感中心也在黑龙江省建立了全国第一个基于遥感的土壤墒情监测及预报业务化系统。１．３主要研究内容本文从逐日降水量的角度入手，应用AWTP指数（降水平均等待时间）作为划分干旱的标准,选择辽宁省农业干旱为例，使用辽宁气候中心整理的近５０年22个测站的逐日降水量资料，据此来分析辽宁省农业干旱的时空分布特征。第一章-绪论。阐明了本文的研究背景及目的，国内外研究现状以及本文的主要研究内容.第二章—辽宁省农业干旱概述。给出了干旱的概念、分类、干旱指标以及干旱对农业生产的影响，简单介绍了辽宁省农业干旱的概况.第三章-理论基础.介绍了本文使用的研究方法—AWTP指数法和Morlｅt小波分析法，并引用小例子给出了AWＴP指数的含义，为下一章的研究提供方法支持。第四章—应用实例。从逐日降水量的角度入手,应用ＡWTP指数作为划分干旱的标准，选择辽宁省农业干旱为例，分析辽宁省农业干旱的时空分布特征。第五章—结果与讨论。总结本文的主要研究内容及取得的成果,对有待进一步研究的问题进行讨论.1．4论文的结构框架图全文的组织框架如图1—1所示。1绪论1绪论2辽宁省农业干旱概述3理论基础4应用实例5结果与讨论图１-１论文的结构图２辽宁省农业干旱概述2.1农业干旱概述2．1．1干旱的概念和分类为了加强对干旱的规律、预测预警及防旱减灾的研究,必须首先提出一个精确、客观并能普遍适用的干旱定义或指标.气象学把降雨的多年平均状况视之为正常现象,低于平均值就是干旱;从水资源角度来说,干旱是供水不能满足正常需水的一种不平衡的缺水情势;总的说来，干旱是一种水量相对亏缺的现象。自然界一般有两种类型的干旱，一类是由气候、海陆分布、地形等相对稳定的因素在某一相对固定的地区常年形成的水分短缺现象，这类干旱也可称为干燥或气候干旱;另一类是由各种因子，如气候变化等形成的随机性异常水分短缺现象,或称短期干旱。多数情况下所说的干旱通常指后面一种干旱.而根据学科的不同可将干旱分为:气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱四种形式。气象干旱是以降水量不足为特征，以特定历时的绝对降水量表示。农业干旱是指农作物由于气温和降水等气象原因,不能从土壤或空气中获得生长发育足够的水分，造成其生长发育不良甚至死亡,导致农业减产或农产品质量下降的一种灾害现象。水文干旱的定义为河川径流低于其正常值或含水层水位降落的现象.社会经济干旱是指由于经济、社会的发展导致需水量日益增加,以水分影响生产、消费活动的程度来描述干旱。四种类型干旱之间既有联系又有区别，各种类型干旱具有各自特征。气象干旱是造成其它3种干旱的基本原因。当气象干旱为轻旱和中旱时，对农业和社会经济影响是不严重的;当发展到重旱和极旱时其影响才明显表现出来。在这种情况下,气象干旱一般能够代表其他干旱。当持续了相对长时间少雨后，气象干旱发生,而农业干旱可能发生也可能不发生，农业干旱发生与否取决于气象干旱发生的时间、地点、种植结构等条件。同样，滞后若干时间后，水文干旱可能发生也可能不发生;有时农业干旱发生,不一定发生气象干旱和水文干旱；但是发生了农业干旱一定会发生社会经济干旱。因此社会经济干旱与农业干旱存在着包含关系，而社会经济干旱与气象干旱、水文干旱并不存在着包含关系。2.１．2农业干旱及干旱的影响农业干旱是指农作物生长期内,在现有的农业生产技术水平条件下,植物从土壤(或其他途径)中吸取的水分量，在一个相当长时间内少于对水分的需要量，不利于植物正常生长和产量形成，使农作物生长受到抑制而减产以至绝收的现象。农业干旱与降水、土壤水分平衡、植物状态和植物种类关系密切，它与气候意义上的干旱并不完全一致.对于农业生产而言准确评价农业干旱更具有实际意义。干旱受到许多自然因素或人为因素的影响,如气象条件、水文条件、农作物布局、作物品种及生长状况等可对农业干旱起到重要的影响作用。干旱的成因是由供需的矛盾两方面构成的。因降水不足或气候异常降水量偏少，从而导致土壤水分不足，工程蓄水量偏少或不足，这是发生干旱的一个因素即是构成干旱的一个方面;同时,不能适时足量满足作物的水分需求是发生干旱的另一个因素，即是构成干旱的另一个方面。如具体表现为土壤水分、工程蓄水量不足无法保证作物水分需求等。干旱是复杂的气候灾害,它的频繁发生和长期持续给国民经济特别是农业生产等带来巨大的损失。据统计，近40年来全国农田受旱灾面积平均每年达３亿亩以上,约占全国受灾总面积６0％，减产粮食数百亿斤.干旱对环境、生态的危害也很严重。一方面,多年干旱会使不少地区过量开采地下水,使地下水位一再下降，形成巨大的“漏斗"地区，其直接后果就是这一地区地面下沉、土地裂缝和塌陷。专家指出,连续多年的干旱,已经使隐忧深埋地下。另一方面，干旱造成水资源不足，如华北地区，近30年来由于降水量呈现减少趋势，加上长期对地下水超采,沿海一些城市出现地面下沉，海水倒灌现象。而且,长期干旱还会使江河断流、湖泊干涸,植被大面积死亡,沙尘暴频频发生等一系列环境、生态恶化.同时，干旱已成为很多大中城市进一步发展的制约条件,严重影响各产业的发展,甚至可能会危及整个城市的安定。1９88年，美国发生的严重干旱造成了严重的社会、经济、环境问题,政治、社会和经济利益之间的冲突随着水资源的短缺而加剧。２。1.3农业干旱指标比较常见的有：作物旱情指标,土壤含水量指标，供需水关系指标.赵同应（19９8)等对山西省的农业干旱进行了预测；王密使(1998）等对农业干旱指标研究与进展进行了评估和分析。人们逐渐认识到，农业干旱仅用一个指标不能反映所有作物的干旱情况，现在已经有各种作物的干旱指标，以及同一作物不同发育期的干旱指标.随着土壤—植物—大气连续系统（SＰAＣ)理论的提出,考虑作物干旱的物理和生理机制,通过大量试验研究，利用作物相对蒸腾量作为干旱指标，既有重要的理论意义,又有应用价值。(１）降水指标农业干旱的降水指标大多与气象干旱的降水指标类似，常用的指标评定有降水距平百分比法、无雨日法、标准差法、绝对量比法，降水量化评估模型等.此类指标资料容易获取,计算简单,但是不能直接反映农作物遭受干旱影响的程度.(２)作物水分指数（CMI)CMＩ是Palmer专门为农业干旱设计的基于每周平均温度和降水的干旱指标，取决于该周开始时的干旱强度和该周的蒸散短缺或补充土壤水分.该指数既度量蒸散短缺(干旱)又度量过度湿润（降水多于蒸散需求和补充土壤水分）。已被美国农业部（ＵSDA）采用并在其《天气和作物周报（WWCB)》上作为满足短期作物水分需求的指标发布。CＭＩ是暖季（即生长季)最有效的农业干旱指数.（3)作物旱情指标利用作物生理生态特征的突变和最优分割理论而建立的反映干旱程度的作物旱情指标已经得到广泛应用，是目前国内外普遍认可的直接反映作物水分供应状况的最灵敏的指标。这类指标可以分为：作物形态指标（利用作物长势、长相来行作物缺水干旱情况的定性指标）和作物生理指标(包括利用叶水势、气孔开度、产量、光合作用、伤流量、细胞汁液浓度、冠层温度等）。其中对冠层温度的研究和应用最为广泛，一般采用的形式有:农田冠层温度的变异幅度、与供水充足对照区的冠层温度差和冠层—空气温度差.加之红外测温技术的发展，可以采用高空及卫星测温形式获得冠层温度指标,加速了其发展和应用。我国学者利用实际光合作用与潜在光合作用建立关系,得到了日农业干旱指数，进而提出农业干旱指数(日农业干旱指数的旬平均值)。(４)农作物水分指标农作物水分指标综合考虑了水量平衡的各因素，并与农作物需水量相关联。该指标在我国旱作农业区应用较广，它的缺点是某些参数难以确定。(5)作物需水量指标作物需水量是指土壤水分充足、作物正常生育状况下，农田消耗于作物蒸腾和棵间土壤蒸发的总水量。目前国内外常用方法是计算出标准蒸散量，再经过作物需水系数的修正，算出实际作物需水量.标准蒸散量是指从不匮乏水分、高度一致并全面遮覆地表的矮小绿色植物群体的蒸散量。在各种计算参照作物需水量方法中,应用最多的是联合国粮农组织（FAO)推荐的根据能量平衡、水汽扩散以及热传导原理建立起的“改进的彭曼(Ｐｅnman)公式”。但由于该公式要求的变量较多，而且一些变量（如水汽压亏损值等）在一般气象台站没有记录，因而在实际应用中也受到限制。亓来福定义了一个定量而又比较简单的积分湿度指标。用它评价全国范围内自然降水对农业需水的满足程度和干旱,结果定量客观。但是这个方法只适用于月平均温度＞0℃的时期，难以用来评价我国北方冬季干旱状况。（６)作物缺水指标用实际耗水量与潜在最大需水量之比来表示作物干旱的指标称为作物缺水指标。作物缺水指标反映了土壤、植物、气象三方面因素的综合影响，能比较真实地反映出作物水分亏缺状况，是常用的作物干旱诊断指标。根据作物实际蒸散计算方法不同（如气孔阻力法、叶温法、土壤含水量法等),作物缺水指标类型也相应不同。(７)土壤含水量指标农作物生长的水分主要是靠根系直接从土壤吸取的,土壤水分的不足会影响农作物的正常发育.常用的土壤水分指标是根据土壤水分平衡原理和水分消退模式计算各个生长时段的土壤含水量,并以作物不同生长状态下（正常、缺水、干旱等）土壤水分的实验数据作为判定指标，预测农业干旱是否发生。目前一般认为当土壤相对含水量〈４0%时，作物受旱严重；当土壤相对含水量为40%－60％时，作物呈现旱象；60%－80％时为作物生长适宜含水量、土壤含水量指标利用农田水量平衡方程,方便建立起土壤、大气、植物三者之间的水分交换关系或土壤水分预测预报模型.(8)土壤湿度指标土壤湿度一般以土壤水分重量占干土重的百分数来表示，也有以土壤水分的容积占土壤总体积的百分数来表示的。(9)土壤有效水分存储量土壤某一厚度层中存储的能被植物根系吸收的水分叫土壤有效水分存储量Ｓ，当S小到一定程度植物就会发生凋萎,因此可以用它来反映土壤的缺水程度及评价农业旱情。该指标范围需要根据土质作物和生长期的具体特性决定。（1０）供需水比例指标这一指标考虑了多种水分因素对作物干旱的影响,概念明确,所用参数为常规气象监测资料，使用较方便.(11)水分亏缺指数（ＷDI）Moraｎ等在能量平衡双层模型的基础上,建立了水分亏缺指数WDI。WDI采用地表混合温度信息,引入植被覆盖度变量，成功地扩展了这种以冠层温度为基础的作物缺水指标在低植被覆盖下的应用及其遥感信息源。(１２）旱涝指数指标旱涝指数指标于19６１年在北方七省一市旱涝技术座谈会上提出，该个指标综合考虑了大田间水量平衡的各个因素,并与作物需水量相关联,在国内旱作物生长地区应用广泛。２．2辽宁省农业干旱概况辽宁省地域广阔，水文、气象、水资源及自然地理条件的时空分布差异很大,社会经济条件状况和抗旱基础设施也不相同,各地农业干旱出现几率、干旱等级以及干旱造成的经济损失等都有差异。辽宁省在新中国成立前是一个以农业为主的省份，1９４9年全省人口1751万人，其中城镇人口只占20％左右。由于旧社会的水利建设规模小、技术落后,人们抗御水、旱灾害的能力很低。新中国成立以来,辽宁省高度重视兴修水利、植树造林、水土保持等农田基本建设，大大提高了抗御旱灾的能力，使农业生产水平有了长足的进步，旧社会那种“赤地千里,人民流离失所,冻饿死者屡见不鲜"的悲惨景象，已不再重现,旱灾给人民生活带来的影响较新中国成立前已大大减轻。19４9至２005年间,辽宁省发生旱灾45次,其中较大旱年（1９57年、1９68年、１972年、1９8２年、198８年、１９８9年、1997年、１998年、１９9９年、200０年、200１年、2０02年、20０3年）13次,辽宁历史干旱年份分布如图2-1所示，其中1９82年旱情重于1９７2年，但是灾情却轻于1972年。1989年和2００0年的旱情是新中国成立后最为严重的两年,受旱面积达到271.21万公顷和2７８.60万公顷，分别占当年播种面积的76%和7７%，但198９年仍有40万公顷水田，33．3万公顷灌溉旱田，保证了正常收成,粮食产量达10２亿千克，2000年的粮食产量达到了11３。78亿千克，两个大旱灾年的粮食总产量都高于建国初期正常年份的产量，可见辽宁省在农业生产及抗旱能力上所取得的巨大进步.图2—1辽宁省19４9—20０５历史旱情分布图必须指出的是，随着生产力的发展，人口数量的增多,社会需水量的不断增长，辽宁省农业抗旱能力在取得巨大进步的同时，干旱的发生频率也在增加。如图2－１所示，在建国初期的三十年中，仅在19５7、196８和１97２年出现了三次较严重的旱情,干旱出现几率相对较小,灾情也不严重。进入八十年代以后,无论是在干旱频次上还是在程度上都远远高于建国初期的三十年，１98９年和２０00年的两次大旱是历史上少有的大旱灾年，给辽宁省的经济和人民生活带来了巨大的影响,且旱灾还有不断加重的趋势，辽宁省未来抗旱减灾任务将更加艰巨。2。2。1辽宁省农业干旱的成因(以２00０年和2０0１年为例）（1）气候成因及特点通过对２0０0、２001年干旱气候形成的物理成因5０0kPa环流、QBO位相、ENＳO循环、太阳黑子活动、台风等分析，得出如下结论:①东亚西风带出现阻塞形势、青藏高原高度场偏低、副高偏弱偏东等环流异常是造成辽宁省夏季干旱的直接因素；②夏季辽宁降水处于少雨期内,QBO处于东风位相，太阳黑子峰值年和第二年，拉尼娜事件衰减位相,赤道辐合带对流小活跃，上述背景有利于辽宁夏季降水偏少；③４-8月份全省平均气温较常年高1．５-2。5度，尤其是４、６月份全省平均气温偏高3．1℃左右，均创历史最高记录。高温酷热更加剧干旱气候灾害。(2）降水量比常年显著偏少2000年全省平均降水量仅为505mｍ，比多年平均值少近3成。但时空分布差异较大。年初和年末多雪，春秋两季降水量接近多年平均值，夏季出现较严重的连续高温少雨天气.２０0１年全省4-7月降水量明显少于常年,在农作物的生长期高温少雨，土壤水分得不到补充,农田失墒严重，全省发生不同程度的干旱，西部、东南部的旱情尤为严重。(3）河道径流量锐减，出现长时间断流各河流径流量明显偏少，小河干涸、大河出现持续性、间歇性断流。辽河、饶阳河比多年均值偏少70％以上；大凌河、小凌河比多年均值偏少80％以上;浑河、太了河、鸭绿江偏少６0%以上。入夏以来，辽河十流福德店水文站断流持续66天,是有记录以来第一次；支流柳河新民水文站累计断流达37天,超过1972，19８2大旱年的断流时间；小凌河、饶阳河亦发生持续性断流，均持续一个月之久；熊岳河、兴城河、牤牛河、亮子河、秀水河、养息牧河也相继发生间歇性或持续性断流。断流范围之广，时间之长，是历史罕见的。(4)水库蓄水甚少,呈历史最低2000年9月2１日全省22座大型水库蓄水量为２2亿m3，比同期多年均值46亿ｍ3减少5200。有５座水库是近十年来蓄水量最少的，有１7座水库蓄水量是建库以来最低值；2001年６月１日全省22座大型水库蓄水量为１5亿m3，比2０0０年同期27亿m3减少4４00，创历史最低.（5）地下水位快速下降由于地下水补给不足，开采量加大，２000年全省年末地下水位比年初平均下降０。５m.辽西沿海及饶阳河平原地下水位平均下降0。４5ｍ左右，局部地区下降8。5m；中部平原平均下降0.5ｍ左右，局部地区下降9．3m；辽东沿海平原平均下降1。0m左右，局部地区下降３.8ｍ；2０01年6月地下水位比年初平均下降０.53ｍ，局部达7。8m。（6)海水入侵面积增加由于地下水位下降，导致海水入侵加强，海侵面积增大.2０００年全省海侵总面积为790.5平方千米，比上年同期扩大62。5kｍ2。其中，大连环渤海、黄海湾３89．7kｍ２，比上年同期增加2。8%；营口大清河口至沙河口区间３3。5km２,比上年同期增加1６。7％;锦州小凌河口松山、杏山地区2０2km２，比上年同期增加4．７%；葫芦岛沿海地区1６５。3km2，比上年同期增加2９。2%。(７）地表水资源量减少2000年全省地表水资源量１0５亿m3，折合年径流深72mm,比多年平均值减少68%。其中,辽东沿海减少80％,辽西沿海减少71％，鸭绿江减少６8％，辽、浑、太、饶阳河减少5７%.２0０1年全省地表水资源量２20亿ｍ３，折合年径流深152mm，比多年平均值减少3２%.(8)出、入境水量减少2000年全省入境水量２４亿m3，比多年平均值少４0亿ｍ3。出境、入海水量96亿ｍ3,比多年平均值少1７8亿m3；2001年全省入境水量36亿m3，比多年平均值少４4%。出境、入海水量１６2亿m3,比多年平均值少11２亿ｍ3。2．2。2辽宁省农业干旱的特点（1）交替性辽宁省是一个水旱灾害频繁发生的省份.其主要影响因素是降水量的丰、平、枯交替，有时一年一交替，有时连续几年一交替。(２)区域性辽宁省所处地理位置和气候特点，干旱集中程度各地却有很大差异，呈现西部（朝、阜、锦)和南部（大连市）干旱频次最高,一般每4年左右发生一次干旱，每1０年左右发生一次大旱；中部和北部(铁、沈、辽、鞍)干旱频次次之，一般每8年左右发生一次干旱，每15年左右发生一次大旱；东部（丹、抚、本）频次最少，一般每25年左右发生一次干旱，每70年左右发生一次大旱。（３）季节性统计分析表明，全省多年平均降雨量为686。３mm，西部降水量最少正常年仅有500mm;东南部最多,可达1200ｍm;中部通常有600mm.水面蒸发能力，西北部最多可达1000—１30０mm;东部只有600-７00mm；中部通常800—9０0ｍm。所以西北部常出现干旱，而东南部则发生干旱的可能性较小.每年的降水量,有60%集中在夏季，秋季约占20％，春季占15%,冬季只占5％左右降水。降水年际变化很大，一些地区最大年降水量是最小降水量的2-3倍，且日降水量又有连续几年偏少的规律性。春旱发生频率最高,占干旱总年数的８0%－９0％.(4)连续性和旱涝并发性连续性即出现连续干旱年，建国以来,统计典型干旱年为５0年代１次(195８年)，6０年代１次（1968年）,70年代2次(1972，197８年)，80年代3次（1982，1988,１9８9年)，90年代5次(19９2,１997，199９，200０，20０1年),连续干旱年1970-1972,19８０—1９82,1987－１989,1999—２00１年。2。2.３辽宁省农业干旱的分区辽宁全省分为三个大区:重旱易发区、轻旱易发区和基本不旱区。图2－2辽宁省干旱分区图重旱易发区又分为辽西山丘区（Ⅰ—1）、辽北低丘区（Ⅰ—2）、辽南山丘区(Ⅰ-３)三个亚区。辽西山丘区包括建平、凌源、建昌、喀左、朝阳县、北票、阜新县、义县、黑山县西北部、北镇北部;辽南山丘区包括盖县西部、大连郊区、瓦房店市；辽北低丘区包括康平县、彰武县北部、法库县、昌图县西北部。轻旱易发区内还可分为辽西沿海区(Ⅱ—1）和辽河下游低丘陵区(Ⅱ-2）两个亚区。辽西沿海区包括绥中县、兴城市、葫芦岛市、北镇县中部、黑山县；辽河下游低丘陵区包括彰武县南部、新民、法库、昌图、开原、铁岭、沈阳、辽阳、鞍山、营口长大铁路以东、盖县东部、庄河西部。基本不旱区，又分为辽东山区（Ⅲ-1)和辽河下游平原低洼易涝区（Ⅲ—2)两个亚区,辽东山区包括抚顺、本溪、丹东市全部、西丰县、开原、铁岭县山区、庄河东部、岫岩县；辽河下游平原低洼易涝区包括北镇、黑山、新民沈山铁路以南，沈阳、辽阳、鞍山、营口四市长大铁路以西，盘锦市。辽宁省干旱分区结果如图2—２所示。2．2.4辽宁省农业干旱的影响旱灾对农业的影响,主要是种植业.据《辽宁省1９9２年年鉴》记载，种植业中经济作物及粮食副产物产值，约占粮食的50%。全省1９４9—１990年,种植业因旱灾总减产值75亿元（当年价)，其中1989年减产约28亿元。1９89年干旱，全省1４个市，7１个县（区)，１1２4个乡(镇)，4１８万户，15９２万人,不同程度的遭受到旱灾，其中特重灾民485万人,旱灾给全省国民经济带来较大困难。同时干旱年农业临时抗旱投入的资金、劳务等，是旱年较常年多付出的部分，若无旱年，这些资金和劳务可以投入到别处创造经济效益，所以旱年临时抗旱投入的资金、劳务等也应列入农业旱灾经济损失之中。初步估算，194９年到19９０年42年间,辽宁省临时抗旱投入33亿元，加上农作物减产损失75亿元,总共108亿元。３理论基础3.1AWTＰ指数３．1。2基本原理农业干旱的发生有着及其复杂的机理，在受到各种自然因素如降水、温度、地形等影响的同时也受到人为因素的影响，如作物布局、作物品种及生长状况等.因此，农业干旱指标涉及到大气、作物、土壤环境等因子，而降水、连续无降水天数是造成干旱的直接重要因素，因此对干期的研究能较客观的反应该地区农业干旱的特征,而AWTP指数不仅考虑无降水日(干日,指日雨量<0。1mm）的总天数，而且也考虑雨日(日雨量≥0．1ｍm）随时间的分布情况。同时基于有关作物、地形、人为因素和土壤等资料较难获取，因此本文选择AWＴＰ作为研究辽宁省农业干旱特征的指标。给定某时间长度为L天的时间序列，其ＡWTP指数定义如下:,(3—1)其中，I为该时间序列中某相邻两次降水日(即雨日）间干期（连续干日）的总天数，Ｎ为该时间序列中出现的最长干日的天数,F（I）代表在该L天时间序列内出现上述长度为Ｉ天的干期的次数。为了比较方便,也可以把AWＴP值转换为一次等效的连续干期I(即一次持续无雨时段的天数，下称相当干期EＤP－EquivalｅntDryＰeｒｉoｄ），则（３—１）式有ＡWＴP=[（I+1)×Ｉ／2］/L，因此,可通过求解一元二次方程得到I值:，(3—2)相当干期是由AＷTP指数换算而得，它的物理含义相当于把在某季节里由各次无雨时段综合产生的累积干旱等效地换算成一次连续的无雨干期来表示,这样比AＷTP指数更直观、更便于理解和比较.由各次无雨时段综合产生的累积干旱效应更适合用于描述干旱对农林业等的影响，因此本文把相当干期值偏大造成的干旱看作为农业干旱.３.1。2含义这里以3个长度均为3６０天的理想序列A、Ｂ及C为例,进一步说明ＡWＴP指数的含义,其中序列A和B都有5０％的天数(即１80天）出现降水，Ａ序列总是隔日发生降水，B序列则是前180天连续无降水，后18０天连续降水;而C序列中前９0天连续无降水,后２79天连续降水.这样对A序列:L=3６0天，N＝1天，F(１）=18０次。对B序列:L=360天，Ｎ=１80天,当I=1，2,…，１79时,F（Ｉ）=０；当Ｉ=180时，F（180）=１次。对C序列：Ｌ＝360天,N＝9０天,当I=１,2,…，８９时,F（I)＝0;当I=9０时,F(90）＝１次。根据（3-１)式，得:,，，该3序列说明，尽管其中Ａ、B两序列中无降水天数一样,但实际上序列Ｂ的干旱后果显然要比序列Ａ严重的多,而AWＴP指数值AＷTＰ（Ｂ）=45.25天，AWTP(A)=0.5天,能合理地反映出这种差别。另外，A序列中无降水天数虽然比C序列多，但C序列中连续90天无降水造成的干旱灾害显然比A序列突出,C序列的AWTP值(１1．38天)比A序列的值大正好反映出这一特征。因此,AWTP能较好地反映了某时段里持续干期长度以及它们在整个时间序列中分布的综合影响,可以衡量干期平均的长短对灾情的影响。3。2Mｏrlet小波分析方法Ｍｏｒｌｅt小波函数形式如下:(３－3）小波变换系数计算公式如下:（3-４)式中，称为小波变换系数，是尺度伸缩因子,是时间平移因子，是由伸缩和平移而成的一族函数,称为连续小波。(3—5）利用小波方差对各序列的主要周期进行判断,计算公式如下：（３—６）式中，为小波方差。4应用实例本文所用资料为全国753个气象站点数据中辽宁省２7个站点逐日气温和逐日降水资料,经过了较严格的质量检验.台站变迁、仪器变化、观测方法改变等造成的气候资料非均一性还没有经过订正，但对于资料缺测情况本文做如下规定:月内逐日资料缺测达5日的,该月资料定为缺测；１年中有1个月缺测时，该年年值为缺测［2］；资料时间序列应包括气候平均场（19５8～２008年），时间长度至少为５1年。本文剔除不满足上述条件的5个站点资料，终选取2２个站点(见图4－1)。图４－1辽宁省２2个气象站点分布图4。1时间分布特征为了解辽宁农业干旱的时间变化特征，下面分析相当干期的时间变化特征(如图4-２）。图４－２辽宁省年平均相当干期的逐年变化（实线）及变化趋势（虚线)从图４－2中可以看出,平均相当干期总体呈上升趋势,且上升斜率比较大，降水的倾向率仅为1．401ｍm/10ａ，相当干期的年际变化比较明显，在趋势变化上同样叠加着明显的年际和年代际变化。图4-３降水小波变换等值线图图４—3显示了辽宁省流域年降水在不同时间尺度下随时间正负交替变化的周期特性.在图中小波系数等值线的大小对应着不同的颜色。小波系数为正表示降水偏多,值越大,降水量越大；小波系数为0则对应着突变点；小波系数为负表示降水偏少,值越小,降水量越小.从图中可以看出，图的上部等值线相对稀疏,对应较长时间尺度周期的振荡,而下部等值线相对密集，对应较短时间尺度周期的振荡。不同时间尺度对应的降水结构不同,小尺度的多少变化表现为嵌套在较大尺度下的较为复杂的结构中。从小波变换等值线图上可以看出在大尺度30～４0年尺度上的周期振荡明显,期间降水经历了多—少—多；16～24年尺度上降水经历了多-少—多—少—多;4年以下小尺度周期振荡更频繁,有更多的降水偏多期和偏少期的循环交替。为进一步探究辽宁省农业干旱相当干期随时间变化的主周期，通过Mｏrlet小波方差图来加以分析，其反应了能量随尺度的分布,可以确定一个时间序列中各种尺度扰动的相对强度，对应峰值处的尺度称为序列的主要时间尺度，用以反映时间序列的主要周期。从图4-4可以看出辽宁省农业干旱相当干期在33年和19年左右尺度下的小波方差极值表现最为显著，第1峰值是33年,说明辽宁省农业干旱相当干期33年左右的周期振荡最强，为主周期,其次是１9年左右的周期.图4-4相当干期变化的小波方差图4.2空间变化特征为了分析辽宁省农业干旱的空间分布特征,首先对辽宁区域相当干期作了气候统计分析(如图４-5）。图4－5辽宁年相当干期的空间分布图从图中可以看出，辽宁省相当干期的空间分布比较均匀，等值线梯度较小,经向性比较明显。高值区位于朝阳市、葫芦岛市、锦州市西部以及阜新市的西南部。低值区位于丹东市、本溪市东部以及抚顺市的东部。相比较而言,说明上述地区发生的农业干旱比其他地区更明显些。图４-６辽宁省干旱最长持续时间(单位：d)从图4－6中可以明显看出辽西普遍年际干旱持续时间最长,年际干旱持续时间长的中心位于朝阳市，高达120天，发生在１９6０年；辽东则普遍年际干旱最长持续时间较短,年际干旱持续时间短的中心位于丹东和本溪横仁满族自治县,丹东年际最长持续时间最短,仅36天，发生在１964年;辽南和辽北年际最长持续时间则基本维持在７０～100天之间。5结果与讨论以上分析说明，ＡWTP分析不仅可以从宏观上反映干期的气候变化背景,