中国西南地区近60年干旱灾害规律及成因分析

中国西南地区近60年干旱灾害规律及成因分析

1干旱灾害风险干旱是一种严重的自然灾害，也是主要的气象灾害之一。其具有发展速度缓慢、持续时间最长、影响范围广和危害严重的特点。全世界每年因干旱造成巨大农业损失。在全球气候变化背景下,干旱越来越严重,研究表明,1980年以来气候变暖对全球干旱面积有很大贡献,本世纪的第一个十年干旱面积大概增加了8%,到本世纪末,干旱面积将增加一倍。近年来,干旱发生频次、波及范围和持续时间都有增加趋势,导致了干旱灾害风险的增加。中国是世界上人口密集的农业国家之一,在季风气候的影响和全球变暖下,干旱对中国农作物产量的影响非常大。目前,世界各国通过不同的方法,从不同角度对全球和洲级尺度上的干旱灾害进行分析。干旱灾害特征风险和相关的研究已经成为了国际降低灾害的主要研究领域。我国干旱灾害范围广、频次高、损失严重,平均2~3年就有一次严重干旱发生。西南是我国干旱灾害最为频发的地区之一。在全球变暖背景下,干旱等极端天气气候事件明显增加,干旱受灾面积和频次仍呈增加趋势。干旱对我国粮食安全和社会经济造成巨大的损失。干旱变化特征分析是探讨风险是否存在、风险大小、采取防灾减灾措施以及管理的必要前提,也是处理许多不确定极端事件的非常重要的手段。以西南地区为例,对气候变暖下南方干旱灾害规律和成因进行分析,从历史干旱灾害时空演变特征和演变趋势出发,找出干旱灾害变化规律,为该地区灾害风险特征和灾害风险评估提供依据,同时,该研究有利于政府和减灾部门及时掌握西南干旱发展趋势和规律,制定防灾减灾的应对措施和提高社会可持续发展提供理论依据。2区域的一般概念和方法2.1农业生产条件西南地区指云南、贵州、四川和重庆三省一市(图1)。由于重庆直辖市耕地面积较大,1997年之前在四川省,考虑到资料的一致性,研究将四川与重庆合在一起分析。西南地区是中国典型的粮油产区,主要种植水稻、冬小麦、春玉米、油菜、烤烟、甘蔗等作物,其水稻、油菜籽产量分别占全国总产量的15.8%和24.2%。西南地区受季风气候和地形(从西北向东南海拔高度降低)等综合因素的影响,农业生产条件差异明显。从西南主要的气象灾害分布来看,该地区是中国干旱灾害最为频发的地区之一。自1949-2012年的5种主要气象灾害中,干旱占主导地位,干旱灾害频次约占总自然灾害的1/3,均为各项灾害之首。粮食因旱灾减产占总产量的4.7%以上,干旱灾害的影响比其它任何自然灾害都要大。2.2年气象局来,降湿快速增长,湿度栅格干旱主要是由降水减少或温度升高造成作物水分亏缺引起,所以降水、温度、土壤水分等是影响干旱的主要因素,本文所用数据包括1949-2012年西南降水和温度,来源于中国气象局。1981-2003年NOAA/AVHRR遥感反演的土壤湿度栅格资料。1949-2012年作物种植面积和干旱灾情统计资料(干旱受灾面积、成灾面积和绝收面积)来源于《中国统计年鉴》和《中国农业统计资料》,其中1967-1970年灾情资料缺失。2.3干旱情况分析用空间替代法构建区域受灾率、成灾率、绝收率和干旱综合损失率序列(式1~4)。通过对1949-2012年西南干旱灾情资料变化特征与趋势分析,探讨其干旱变化规律和原因。式中:I1为干旱受灾率;I2为成灾率;I3为绝收率;D1干旱受灾面积(hm2);D2为成灾面积(hm2);D3为绝收面积(hm2);A为农作物种植面积(hm2);L为干旱综合损失率。3结果与分析3.1农作物及极低层产品制度从西南1949-2012年干旱面积和受灾率时间变化趋势(图2A,B)可以看出,西南受灾面积/率、成灾面积/率和绝收面积/率都呈增加趋势。近60年西南的干旱灾害发展具有面积增大和频率加快的趋势。从灾害的时间变化上来看,受灾、成灾和绝收面积都呈增加趋势,1978年前,绝收面积很小。西南多年平均受灾面积约为212×104hm2,约占西南作物种植面积的10.7%,成灾面积约为94×104hm2,约占西南作物种植总面积的4.7%,绝收面积约为16×104hm2,约占西南作物总面积的0.8%。从20世纪50年代-21世纪各年代平均受灾、成灾和绝收面积变化可看出(图2C),受灾、成灾和绝收面积各年代都呈增加趋势,但略有差异。受灾面积除80年代外(低于60、70年代),各年代呈增加趋势,2010-2012年最大,可达351×104hm2、其次为21世纪的前十年,50年代最小,为90×104hm2。成灾面积除60年代外,其它年代呈增加趋势,2010-2012年为212×104hm2;50年代最小,为15×104hm2。绝收面积各年代呈持续上升趋势,2010-2012年最大,82×104hm2;50年代最小。西南的大旱(受灾面积超过400×104hm2)有9年(表1),2010年旱灾最为严重,造成155×104hm2农作物绝收,350×104hm2成灾,503×104hm2受灾,绝收率为近60多年来最大值。从西南各省干旱面积时间变化图可看出(图3),西南各省受灾面积云南和贵州增加,四川减少。成灾面积四川增加明显,其次为云南,贵州最小。绝收面积云南增加最明显,其次为贵州,四川最小。受灾率云南增加最明显,其次为贵州,四川最小。成灾率云南增加最明显,其次是贵州,四川最小;绝收率贵州增加最明显、其次是云南、四川最小。3.2干旱发生情况干旱综合损失率是当年作物遭受干旱程度的综合反应,干旱受灾率、成灾率和绝收率的不同组合,造成干旱损失率不同。利用干旱受灾率、成灾率和绝收率加权平均得到综合损失率。综合损失率反映不同强度干旱引起作物的减产率和综合损失,体现了区域农作物的干旱易损性、脆弱性和抗旱性等特征。从西南地区综合损失率随时间变化(图4)可看出,西南多年平均综合损失率呈增加趋势,平均值为3.93%。21世纪干旱受灾率、成灾率、绝收率和综合损失率分别为15.28%、9.03%、3.07%和7.29%,明显高于全国平均水平,全国受灾率、成灾率、绝收率和综合损失率分别为13.09%、7.07%、1.63%和5.51%。其它年代低于全国平均水平。以10年为一个时间段,探讨各年代综合损失率的变化趋势。自50年代,各年代平均综合损失率逐渐增大。50年代平均综合损失率为1.30%,除了1959年,其它年份综合损失率均低于平均值。60年代平均综合损失率为3.32%,其中1964-1969年6年综合损失率高于平均值。70年代平均综合损失率为4.07%,其中1975、1976、1978和1979年综合损失率低于平均值,其它年份均高于平均值。80年代平均综合损失率为4.22%,其中1980-1984年综合损失率低于平均值,其它年份均高于平均值。90年代平均综合损失率为4.89%,其中一半年份综合损失率低于平均值,其它年份高于平均值。21世纪前十年平均综合损失率为4.89%,其中4年综合损失率低于平均值,6年高于平均值。2010-2012年3年内,综合损失率最大,为7.62%,约为多年平均值的2倍。西南各省年代平均综合损失率变化趋势表明(图5),各省年代平均综合损失率均呈增加趋势,但各省变化规律不同,云南综合损失率增加趋势最明显,其次是贵州,四川最小。四川、贵州和云南综合损失率多年平均值分别为3.57%、4.36%和3.75%。四川综合损失率除80年代外,持续增加;80年代综合损失率低于60和70年代,但高于50年代。云南综合损失率总体呈增加趋势,但70年代略低于60年代,但高于50年代;90年代略低于80年代。贵州综合损失率在90年代之前逐渐增加,90年代之后又逐渐降低。选择西南历史受灾面积大于400×104hm2的干旱个例分析(表1)。近60年来共有9年发生了大旱,分别为21世纪3次,60和70年代各2次,50和90年代各1次。9年大旱中,四川发生6次,贵州2次,云南1次。为分析干旱对农业的影响。我们统计分析了1949-2012年大旱年份的综合损失率与降水、温度、土壤湿度、植被盖度和粮食单产的关系(表2)。从中可看出,大旱以四川发生频率最多,其次为贵州,云南最少,同时21世纪发生的频率最多。由图1可知,四川地处相对海拔较高的地区,其地形决定了干旱的多发性。近年来,降水减少和温度升高造成了西南大旱频发。例如2006年年降水距平偏少1成(-9.96%),年温度偏高0.77oC,高温和降水减少叠加导致土壤湿度降低,造成西南综合损失率仅次于2010年。西南地区的大旱主要由温度升高造成,区域温度升高造成水分亏缺,从而造成干旱发生范围和频次增加,造成的损失也增加。西南水资源时空分布不均(图6a),降水量地区分布差异大,降水量在地区分布上极不均匀,分布特点为南多北少,东多西少。省内降水量分布最多的地区与最少的地区相差37倍。降水量的变化是形成干旱的直接因素。将综合损失率最大的地方定为当年干旱的重灾中心。根据1949-2012年西南各年代重灾中心格局变化分析得出,2000以前干旱重灾中心主要位于四川和重庆(图6b),21世纪初,干旱重灾中心向南北两面分离,西南南面干旱面积范围增加,北部减小,而中间最小(图6c)。在21世纪前10年,云南、贵州干旱有增大的趋势。3.3干旱灾害频发西南地区出现特大干旱,原因有很多,特殊的气候条件、地理环境、降雨少、来水少、蓄水少等多种不利因素交织在一起,都会造成历史罕见的大旱。本文主要探讨了气象原因,西南地区处于青藏高原的东南侧,冬季半年因受来自印度、巴基斯坦北部的干暖气流控制,天气晴朗、干燥、风速大、蒸发量大,春季和夏初的水面蒸发量是同期降水量的10倍以上。由于不同年份冬、夏季风进退时间、强度和影响范围不同,致使降水量在年内和年际时空分布产生差异,这是造成西南干旱灾害频发的根本原因。图7为西南地区多年平均温度和降水变化图,多年平均年降水为1028.59mm,年平均温度为14.24°C。西南降水从东南沿西北降低,温度则是从东南沿西北升高。自1961-2012年,西南年平均温度明显增加,特别是20世纪80年代中期以来,升温速度显著加快,降水呈降低趋势(图7)。西南区域降水减少和气温升高加剧了干旱发展速度和频次。地形也是造成西南干旱灾害频发的另一主要因素。西南北高南低,垂直变化也十分突出,普遍是山区大,河谷坝区小,迎风坡大,背风坡小,随地形起伏呈交错重叠高低相间分布。巨大的高差与低纬度低海拔、高纬度高海拔相结合,扩大了气候变幅,这种气候带加上云南东西两大不同地形的影响,再叠加山地的垂直变化,导致部分地区受地形地貌影响,干旱灾害频发。由于自然地理和气候条件的复杂性,水土资源分布不平衡,水资源总量多,人均和地区水资源分布差异悬殊。滇西高黎贡山西侧迎风面,多年平均年径流深高达3000mm以上,而金沙江河谷的局部区域多年平均年径流深不足50mm。此外还常出现连续丰水年和连续枯水年,从而加剧了水资源供需矛盾。此外,人口的持续增长和经济的高速发展,工农业生产和人民生活用水持续增加,对水资源在数量、质量、供水保证率等方面的要求越来越高,造成部分地区水资源过度开发,致使一些河流枯季断流、井泉干涸、湿地消失、地下水位下降、水生态环境恶化等人类活动影响造成干旱灾害的增加。在特定自然地理和气候条件下,加上人类活动的影响使得西南地区干旱灾害发展趋势很严峻。4干旱综合损失率近60多年西南的干旱灾害发展具有面积增大和频率增大的趋势。受灾率云南增加最明显,其次是四川、贵州最小,成灾率云南增加最明显,其次是贵州、四川最小;绝收率贵州增加最明显、其次是云南、四川最小。自60年代以来,西南干旱综合损失率呈上升趋势。西南多