内蒙古地区干旱风险评估

内蒙古地区干旱风险评估付丽娟1,2启春宁2,德勒格日玛1,2【摘要】摘要:分析了形成旱灾风险的有关因素，表明旱灾风险不仅与缺雨程度及持续时间有关，而且还有明显的季节性差异。用单位评价期内的降水距平百分率反映缺雨程度，用作物和生态系统不同季节的缺雨敏感度反映干旱影响的季节性差异，并以干旱持续期内单位时段旱灾风险的累加反映其累积效应，从而建立起旱灾风险的识别指数。应用旱灾风险指数对60年来内蒙古的旱灾风险进行了初步评估。给出了各级旱灾发生的概率，并统计出及各级旱灾对应的后果。对影响范围大、跨经两个以上作物生长年份、最大旱灾风险指数双倍于特旱的极端干旱在内蒙古的发生情况进行了分析。结果表明，20世纪80年代中期以来，内蒙古的极端干旱过程在逐渐东扩，内蒙古东部地区的旱灾出现了增多增强的趋势。【期刊名称】内蒙古气象【年(卷)，期】2012(000)002【总页数】6【关键词】关键词:干旱风险；辨识指标；缺雨敏感度；风险评估引言干旱是世界上最严重的自然灾害之一。它出现的次数多、影响范围最大，持续时间长、往往造成〃河枯淀涸”、“赤地千里”、“饿殍遍地”，对社会经济造成很大破坏，往往引起严重的社会动荡，甚至多次成为中国历史上朝代更替的诱发因素。有人做过测算，在2000年之前全球每年仅因干旱造成的经济损失高达60~80亿美元，远远超过其他的气象灾害。1949—1999年期间，我国每年平均受旱面积2.16x107hm2，约占各种气象灾害总面积的60%，每年因旱灾损失粮食1x1010kg［1］。内蒙古地区地处东亚季风气候和中亚内陆气候边缘地带，是气候敏感区，更是常年遭受干旱的困扰。干旱成为本区农牧业发展的主要制约因素。随着社会经济发展和人们生活水平提高，各种用水量也在加大，干旱缺水的问题越来越突出，研究和制定相关的干旱对策已刻不容缓。从20世纪90年代开始，国际上出现了一种新趋势，在干旱管理上由过去的被动应急抗旱和危机管理模式，向防患于未然的主动风险管理、资源可持续利用和环境生态保护方面转变。进行风险管理，首先需要在制定政策时引入风险分析的方法。风险分析对可能遇到的风险进行风险识别、风险估算和风险评价［2］。在此基础上再优化组合各种风险管理技术，并要对这些技术进行技术评价，以便选取的技术组合能对风险实施最有效的调控，从而达到以最小的成本获得最大的安全保障。风险分析有助于决策者做出合理的决策。美国、英国、澳大利亚和南非各自都做出了自己的干旱风险管理模式［3］。我国在干旱风险评估也做了许多工作［4］,如从农业干旱的发生概率、抗旱能力、受体种植面积比等入手，通过土壤、作物、大气连续系统中的水分运动对农业生产的影响，建立农业干旱评估模型［5--8］,通过建立承灾体脆弱性指标体系，以干旱灾害的脆弱度来测度区域干旱风险［9-10］,应用信息扩散理论、GIS、遥感等技术方法进行干旱灾害风险评估与区划等［11-14］。本文拟从缺雨程度、缺雨持续时间、生态的缺雨敏感度方面入手，将对内蒙古地区干旱风险进行初步评估，以期为本区干旱管理政策的制定提供基础性支持。1资料来源与方法1.1资料来源本文所需117个气象站从建站以来至2010年的历年逐月降水资料来自内蒙古气候中心，历年农作物产量和牲畜数据（包括分旗县的粮豆产量和牲畜头数）来自内蒙古统计年鉴、分旗县农牧业生产统计资料（1949—1975年）和中国气象灾害大典（内蒙古卷）。1.2研究方法本文采用降水距平百分率（pa）作为干旱指标，根据前人所提出的干旱评估指数[15]对本区历史资料进行风险分析，统计出各级旱灾发生的概率和各级旱灾对应的后果，并对极端干旱在我区的发生情况进行了分析。本文减产计算公式为其中，S为减产百分比，Pn为当年农作物产量或牲畜头数，Pn-1为上一年农作物产量或牲畜头数。2旱灾风险的影响因素缺水是产生干旱的关键因素。缺雨程度、缺雨持续时间，生态系统的缺雨敏感度，以及人类活动等都是旱灾风险的影响因素。2.1缺雨程度缺雨程度不仅与降水多少有关，而且取决于下垫面的植被状况。遵循〃物竞天择，适者生存”的自然选择法则，各个地区的自然生态对水分的需求，与当地的气候和水的供应应该是相适宜的。因此，经过多年的自然选择，各地的生态系统的需水量，必然与所在地区的气候平均降水状况相一致。所以我们有理由认为，判断缺雨与否的标准，就是相应时段当地的多年的平均雨量。某地一定时段水分供需的偏差程度，可以由该时段的降水距平百分率决定。如果该时段出现了较大的负距平百分率，就表示此时水分供应严重不足，有产生旱灾的风险。2.2缺雨持续时间干旱具有累积效应，旱灾风险是随着缺雨的持续而逐步增加的，缺雨持续时间越长，旱灾风险便越大。短期缺雨只有〃灾险”，而不产生灾情。较长时间的持续少雨才是导致旱灾形成的一个重要原因。通常对于小于一个生育阶段的短期供水余缺，作物在很大程度上可以自行调节。但是如果缺雨的持续时间超过了作物的一个生育阶段，便会造成一定危害。而且对于前一生育阶段干旱已经造成的损失，作物也无法用后期的多雨来弥补。总灾情应该等于缺雨持续时间内所包含的作物的各相应生育阶段所受到的干旱伤害之和。2.3不同生长阶段作物的缺雨敏感度作物在不同的生长阶段对缺雨的敏感度是不同的。一般说来，播种期需要有一定的降水才能保证出苗。此后，苗期的作物对缺雨并不敏感。特别是在〃蹲苗阶段”，轻旱还能促进作物的根系深扎，增强作物的抗逆性，可以为生殖生长阶段接收水肥打好基础。多数作物在生殖生育期对缺雨最为敏感。这时作物的需水量也最大，此时出现的干旱，会严重影响作物花器的生长发育及开花灌浆，造成严重减产。作物在进入成熟期以后，缺雨敏感度又明显变小［15］。干旱的成灾风险也随着不同生长阶段作物的缺雨敏感度大小而有所变化。干旱发生时，作物的缺雨敏感度越大，成灾风险也越大。2.4人类活动的影响干旱灾害的形成及其成灾强度，还与人类活动的影响有关。一方面，人们积极弓I种需水量偏大的作物，并进行改良，结果是，一些耐旱品种育成了，作物的种植疆域扩大了，但同时也增大了旱灾风险。另一方面，人们积极修渠打井、引水抗旱等活动，在一定程度上又可降低旱灾风险。3旱灾风险评估模型的建立3.1旱灾风险指数上述影响干旱风险的四个主要因素中，缺雨程度代表着致灾力，缺雨持续时间与干旱的累积效应相关联，而缺雨敏感度则与承灾力有关。至于人类活动的影响，它既可以招致干旱风险，也可以作为社会抗灾力，减少干旱风险。如果将人类活动对旱灾产生的影响视为可控和可管理的，从而将其排除在外，而仅考虑自然因素的影响，那么旱灾风险就可以认为是由缺雨程度、缺雨持续时间及缺雨时生态系统的缺雨敏感度所决定的。于是可以将旱灾风险指数定义为：H代表旱灾风险指数，Ki代表评价时段生态系统的缺雨敏感度，Di为缺雨程度即该时段的干旱指数，n为干旱持续期间所包含的单位评价时段的数量。从式（2）可以得知，某一时间段内旱灾风险的大小，是由该时段的缺雨程度和生态敏感度共同决定的，随二者的增大而增大。同时旱灾风险又是随干旱持续时间的延长，即单位评价时间段数量的增加，而逐步累积的。这些都与事实完全相符。3.2内蒙古地区生态系统缺雨敏感度前人［15-17］基于不同阶段缺雨对作物产量的影响，给出了作物各生长阶段的缺雨敏感度。但不能用来表达生态系统整体的周年缺雨敏感度。不同生物在不同生殖生育期对缺雨的敏感程度不同（如作物在开花期的需水量最大），植物的缺雨敏感度高于动物。如果把作物和牧草生殖生育阶段的缺雨敏感度视为1，则冬季休眠期的缺雨敏感度几乎为0。依据作物和牧草不同生育阶段需水量的比例和各时段缺雨对产量的影响的不同，可以给出内蒙古地区以月为时间段的生态系统缺雨敏感度（见表1）。3.3旱灾风险等级的划分依据我区117个气象站点自建站以来的观测资料，利用式（2）给出的旱灾风险指数公式，可以计算得到五十余年来内蒙古各地历次干旱的旱灾风险指数值。统计出各个等级的干旱发生时间序列，并利用式（1）求出相应的农作物和牲畜减产率。通过计算减产率与干旱风险指数的相关系数可以得到，风险指数为-150以上的干旱与减产率的相关系数未通过检验，风险指数为-150以下的干旱与相对应的减产率的相关系数通过了a=0.1的显著性水平检验，风险指数为-200以下的干旱与对应的减产率的相关系数通过了0.05的显著性水平检验，据此将旱灾风险划分为无旱灾、轻旱灾、中旱灾、重旱灾、特重旱灾五个旱灾风险等级。表2给出了五级旱灾划分标准与各级旱灾所对应的后果。由于不同的旱灾风险指数数值对应着不同的旱灾风险等级，因此依据定量化的旱灾风险指数数值，便能定性的分辨出旱灾可能的等级。并据此对旱灾风险进行识别、预警和监测。4内蒙古地区旱灾风险分析要评估一个地区的旱灾风险就必须了解不同强度旱灾在该地区发生的概率。4.1不同强度旱灾发生概率的空间分布从旱灾风险指标计算得出的内蒙古历年所发生的各级旱灾情况看，本区的干旱基本上符合当地群众所说的〃十年九旱，三年一大旱”的情况。图1给出了内蒙古各地轻、中、重、特重四级旱灾的发生概率，从中可以看出，除东北部和中部偏南部分的地区外，近50a来内蒙古大部地区每年发生轻旱灾害的概率高达80%~90%（见图1a）,发生中等以上的旱灾的概率达到40%~60%（见图lb）,发生重旱的概率为10%~30%（见图1c）,发生特旱的概率为5%~15%（见图1d）o内蒙古东北部和中部偏南地区各级干旱的发生概率都比上述区间下限值还偏低0~15个百分点，是旱灾发生概率最小的地区。而西部的阿拉善盟各级干旱的发生概率却都比上述区间上限值还偏高0~30个百分点，是内蒙古干旱发生概率最大的地区。与阿拉善盟紧邻的巴彦淖尔市、鄂尔多斯市及东部的通辽地区，各级干旱发生概率基本上都处于上述区间值的上限附近，是内蒙古干旱发生概率次大的地区。4.2旱灾发生概率的空间分布对不同强度的干旱灾害发生频率进行加权求和可以得出我区干旱灾害发生区划图，强度越高权重越大［18］。表3给出了各干旱等级的权重系数，由表3中权重系数与图1中各等级发生概率进行加权求可得到各站的风险值，，根据S划分^I.n.m.N.V五个分区（表4）,最后利用GIS技术可得到图2。从图2中可以看到，全区大部较易出现干旱，拐子湖最容易发生干旱，阿尔山发生干旱风险最小。其中呼伦贝尔市除北部以外的其余地区不易或较少出现干旱，锡林郭勒盟的南部不易出现干旱，乌兰察布市的南部和锡林郭勒盟的中部地区较少出现干旱，阿拉善盟的西部属于极易发生干旱区，阿拉善盟南部和巴彦淖尔市大部属于容易发生干旱区，其余地区属于较易出现干旱区。4.3极端干旱风险评估所谓极端干旱风险是指出现持续两三年的特重旱灾的可能性。在内蒙古历史上确实出现过无数次极端干旱事件。最近的一次是发生在1926—1929年，连续三年的特大旱灾。当时民国政府赈务处报告，绥远全省灾民一百四十九万八千余人，全省普饥，因食树皮草根枯槁而死者不下数十万人［19］。像这样的大旱灾在内蒙古史不绝书，出现了不下百余次。虽然对这些大旱，因资料不详，难以用定量指标评估，但仅从文献里古人对它们的记述，如〃连年荒旱”、“河涸淀干”、“赤地千里”、“饿殍载道”、“人相食”等用语中，可以看出，持续时间长、影响范围广、灾情严重是这类大旱灾的三大共同特点。依据全区各地建站以来的逐月降水资料，通过计算用旱灾风险指数来定量的评判历年各地的干旱情况。结果表明，近60a来，内蒙古尚未出现持续3a以上的大范围干旱，但持续2a或跨经两个作物生长年份的持续干旱却出现多次。如果把影响范围大于0.4X106km2（3个盟市以上）、跨经两个以上作物生长年份、旱灾风险指数在-400以下（即比特旱加倍）作为极端干旱的条件。那么近60a中这种极端事件在内蒙古地区已经发生了5次（见表5）。另外，还有7次区域性、旱灾风险指数在-300~-390的特旱过程。1983—1984年在巴丹吉林沙漠深处的额济纳一带还出现了一次旱灾风险指数达-500以下的干旱过程，但这次过程仅影响到阿拉善盟的部分地区。分析表明，这类极端干旱过程在内蒙古的出现情况是西多东少，内蒙古最西部的阿拉善盟为10a一遇，中部地区为15~20a一遇，东部地区30a以上一遇。对极旱和特旱的分析表明，内蒙古的干旱气候是有变化的。可以看到，在1957—1966年，10a之内竟出现了3次极端干旱过程，而1970—2010年的40a中却仅有两次。可见发生极端干旱的频率似乎在变慢。然而极端干旱所涉及的区域却在一次比一次向东扩展。从1985年秋冬开始并持续到1987年初夏的极端干旱的中心，竟然是呼伦贝尔市的新巴尔虎右旗。在此之前，极旱的中心一直都位于内蒙古中西部地区。2000—2001年的极旱过程，虽然极旱的中心不是东部地区，但特旱所涉及的地区却多半是东部地区。尤其是从旱灾风险指数资料看，20世纪80年代中期以后，内蒙古东部地区特旱过程有明显增多的趋势（见表6）。可以看到，1981年之后的30a内蒙古东部出现的特旱过程，差不多比前30a增加了2~3倍。其中，东北部的呼伦贝尔市和兴安盟，在2000年以后特旱增多的趋势尤为明显。这是一个十分值得注意的严重问题。第一是，内蒙古东部地区的平均人口密度较大，约为西部地区的2~3倍，在同等灾害条件下，东部受灾人口多，影响大，损失重。第二是，造成东部干旱增多增强的原因至今不明了。如果这种趋势继续发展，后果不堪设想，如果这只是一种气候振荡，那么起支配作用的规律是什么?人们很容易想到，20世纪80年代以来内蒙古东部的干旱变化可能与同期的气候变暖有关，但关系是什么?这些问题都有待于进一步研究。5小结与讨论⑴干旱风险不仅与缺雨程度有关，它还具有累积效应，缺雨持续时间越长成灾风险越大。干旱的影响还有明显的时段性差异，这与作物及牧草不同生长阶段的缺雨敏感度不同有关。干旱发生时，承灾体的缺雨敏感度越大，成灾的风险也越大。此外旱灾的风险还受人类活动的影响。若将人类活动看作是可控制和可管理的，则旱灾风险就只决定于缺雨程度、缺雨持续时间及承灾体缺雨敏感度三个自然因素。⑵以Pa反映缺雨程度，用缺雨期内所包含的单位评价时段的数量反映缺雨持续时间，用评价时段承灾体的缺雨敏感度反映干旱影响的时段性差异，从而可建立旱灾风险指数模式。⑶事实表明，旱灾风险指数值的高低跟实际受灾状况存在着较好的对应关系。通常旱灾风险指数值越高，灾害损失便越大。根据旱灾风险指数历年的取值范围，对照其产生的灾害状况，将旱灾风险划分为无灾、轻灾、中灾、重灾、特重灾五级。不同的旱灾风险指数分别对应着不同的旱灾等级。从而可以依据定量化的旱灾风险指数数值，定性的分辨出旱灾可能的等级，并可据此对发生旱灾的风险进行识别、预警和监测。⑷运用旱灾风险等级标准，对60a来内蒙古的旱灾风险进行了评估，得到了本区各地旱灾发生的概率。又在尽量剔除其他灾害的影响的基础上，统计得出了各级旱灾所对应的后果。⑸对影响范围大和持续时间长的极端干旱在内蒙古的发生情况进行了分析。结果表明，这样的极端干旱过程，在内蒙古西部的阿拉善盟一带为10a一遇，中部地区为15~20a一遇，东部地区30a以上一遇。同时发现，20世纪80年代以来，内蒙古东部地区的旱灾过程出现了增多增强的趋势。其表现为，不仅极端干旱范围逐渐东扩，而且东部地区发生的特旱过程不断增多。这是一个十分引人注意的变化。参考文献：袁文平，周胜.干旱指标的理论分析与研究展望[J].地球科学进展2004,19(6):982-991.WilliamJ.Petak、ArthurA.AtKisson.NaturalHazardRiskAssessmentandPublicPolicy[c].1982bySpringer-VerlagNewYoukInc.喻朝庆.国际干旱管理进展简述及对我国的借鉴意义[J].中国水利水电科学研究院学报，2009(6):152-158.徐新创，刘成武.干旱风险评估研究综述[J].咸宁学院学报,2010(10):5-9.Jiquanzhang,RishassessmentdroughtdisasterinthemaizegrowingregionofSongliaoPlainChina[J],Agr