中國西南地區近60年干旱災害規律及成因分析

1干旱災害風險干旱是一種嚴重的自然災害，也是主要的氣象災害之一。其具有發展速度緩慢、持續時間最長、影響范圍廣和危害嚴重的特點。全世界每年因干旱造成巨大農業損失。在全球氣候變化背景下,干旱越來越嚴重,研究表明,1980年以來氣候變暖對全球干旱面積有很大貢獻,本世紀的第一個十年干旱面積大概增加了8%,到本世紀末,干旱面積將增加一倍。近年來,干旱發生頻次、波及范圍和持續時間都有增加趨勢,導致了干旱災害風險的增加。中國是世界上人口密集的農業國家之一,在季風氣候的影響和全球變暖下,干旱對中國農作物產量的影響非常大。目前,世界各國通過不同的方法,從不同角度對全球和洲級尺度上的干旱災害進行分析。干旱災害特征風險和相關的研究已經成為了國際降低災害的主要研究領域。我國干旱災害范圍廣、頻次高、損失嚴重,平均2~3年就有一次嚴重干旱發生。西南是我國干旱災害最為頻發的地區之一。在全球變暖背景下,干旱等極端天氣氣候事件明顯增加,干旱受災面積和頻次仍呈增加趨勢。干旱對我國糧食安全和社會經濟造成巨大的損失。干旱變化特征分析是探討風險是否存在、風險大小、采取防災減災措施以及管理的必要前提,也是處理許多不確定極端事件的非常重要的手段。以西南地區為例,對氣候變暖下南方干旱災害規律和成因進行分析,從歷史干旱災害時空演變特征和演變趨勢出發,找出干旱災害變化規律,為該地區災害風險特征和災害風險評估提供依據,同時,該研究有利于政府和減災部門及時掌握西南干旱發展趨勢和規律,制定防災減災的應對措施和提高社會可持續發展提供理論依據。2區域的一般概念和方法2.1農業生產條件西南地區指云南、貴州、四川和重慶三省一市(圖1)。由于重慶直轄市耕地面積較大,1997年之前在四川省,考慮到資料的一致性,研究將四川與重慶合在一起分析。西南地區是中國典型的糧油產區,主要種植水稻、冬小麥、春玉米、油菜、烤煙、甘蔗等作物,其水稻、油菜籽產量分別占全國總產量的15.8%和24.2%。西南地區受季風氣候和地形(從西北向東南海拔高度降低)等綜合因素的影響,農業生產條件差異明顯。從西南主要的氣象災害分布來看,該地區是中國干旱災害最為頻發的地區之一。自1949-2012年的5種主要氣象災害中,干旱占主導地位,干旱災害頻次約占總自然災害的1/3,均為各項災害之首。糧食因旱災減產占總產量的4.7%以上,干旱災害的影響比其它任何自然災害都要大。2.2年氣象局來,降濕快速增長,濕度柵格干旱主要是由降水減少或溫度升高造成作物水分虧缺引起,所以降水、溫度、土壤水分等是影響干旱的主要因素,本文所用數據包括1949-2012年西南降水和溫度,來源于中國氣象局。1981-2003年NOAA/AVHRR遙感反演的土壤濕度柵格資料。1949-2012年作物種植面積和干旱災情統計資料(干旱受災面積、成災面積和絕收面積)來源于《中國統計年鑒》和《中國農業統計資料》,其中1967-1970年災情資料缺失。2.3干旱情況分析用空間替代法構建區域受災率、成災率、絕收率和干旱綜合損失率序列(式1~4)。通過對1949-2012年西南干旱災情資料變化特征與趨勢分析,探討其干旱變化規律和原因。式中:I1為干旱受災率;I2為成災率;I3為絕收率;D1干旱受災面積(hm2);D2為成災面積(hm2);D3為絕收面積(hm2);A為農作物種植面積(hm2);L為干旱綜合損失率。3結果與分析3.1農作物及極低層產品制度從西南1949-2012年干旱面積和受災率時間變化趨勢(圖2A,B)可以看出,西南受災面積/率、成災面積/率和絕收面積/率都呈增加趨勢。近60年西南的干旱災害發展具有面積增大和頻率加快的趨勢。從災害的時間變化上來看,受災、成災和絕收面積都呈增加趨勢,1978年前,絕收面積很小。西南多年平均受災面積約為212×104hm2,約占西南作物種植面積的10.7%,成災面積約為94×104hm2,約占西南作物種植總面積的4.7%,絕收面積約為16×104hm2,約占西南作物總面積的0.8%。從20世紀50年代-21世紀各年代平均受災、成災和絕收面積變化可看出(圖2C),受災、成災和絕收面積各年代都呈增加趨勢,但略有差異。受災面積除80年代外(低于60、70年代),各年代呈增加趨勢,2010-2012年最大,可達351×104hm2、其次為21世紀的前十年,50年代最小,為90×104hm2。成災面積除60年代外,其它年代呈增加趨勢,2010-2012年為212×104hm2;50年代最小,為15×104hm2。絕收面積各年代呈持續上升趨勢,2010-2012年最大,82×104hm2;50年代最小。西南的大旱(受災面積超過400×104hm2)有9年(表1),2010年旱災最為嚴重,造成155×104hm2農作物絕收,350×104hm2成災,503×104hm2受災,絕收率為近60多年來最大值。從西南各省干旱面積時間變化圖可看出(圖3),西南各省受災面積云南和貴州增加,四川減少。成災面積四川增加明顯,其次為云南,貴州最小。絕收面積云南增加最明顯,其次為貴州,四川最小。受災率云南增加最明顯,其次為貴州,四川最小。成災率云南增加最明顯,其次是貴州,四川最小;絕收率貴州增加最明顯、其次是云南、四川最小。3.2干旱發生情況干旱綜合損失率是當年作物遭受干旱程度的綜合反應,干旱受災率、成災率和絕收率的不同組合,造成干旱損失率不同。利用干旱受災率、成災率和絕收率加權平均得到綜合損失率。綜合損失率反映不同強度干旱引起作物的減產率和綜合損失,體現了區域農作物的干旱易損性、脆弱性和抗旱性等特征。從西南地區綜合損失率隨時間變化(圖4)可看出,西南多年平均綜合損失率呈增加趨勢,平均值為3.93%。21世紀干旱受災率、成災率、絕收率和綜合損失率分別為15.28%、9.03%、3.07%和7.29%,明顯高于全國平均水平,全國受災率、成災率、絕收率和綜合損失率分別為13.09%、7.07%、1.63%和5.51%。其它年代低于全國平均水平。以10年為一個時間段,探討各年代綜合損失率的變化趨勢。自50年代,各年代平均綜合損失率逐漸增大。50年代平均綜合損失率為1.30%,除了1959年,其它年份綜合損失率均低于平均值。60年代平均綜合損失率為3.32%,其中1964-1969年6年綜合損失率高于平均值。70年代平均綜合損失率為4.07%,其中1975、1976、1978和1979年綜合損失率低于平均值,其它年份均高于平均值。80年代平均綜合損失率為4.22%,其中1980-1984年綜合損失率低于平均值,其它年份均高于平均值。90年代平均綜合損失率為4.89%,其中一半年份綜合損失率低于平均值,其它年份高于平均值。21世紀前十年平均綜合損失率為4.89%,其中4年綜合損失率低于平均值,6年高于平均值。2010-2012年3年內,綜合損失率最大,為7.62%,約為多年平均值的2倍。西南各省年代平均綜合損失率變化趨勢表明(圖5),各省年代平均綜合損失率均呈增加趨勢,但各省變化規律不同,云南綜合損失率增加趨勢最明顯,其次是貴州,四川最小。四川、貴州和云南綜合損失率多年平均值分別為3.57%、4.36%和3.75%。四川綜合損失率除80年代外,持續增加;80年代綜合損失率低于60和70年代,但高于50年代。云南綜合損失率總體呈增加趨勢,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。貴州綜合損失率在90年代之前逐漸增加,90年代之后又逐漸降低。選擇西南歷史受災面積大于400×104hm2的干旱個例分析(表1)。近60年來共有9年發生了大旱,分別為21世紀3次,60和70年代各2次,50和90年代各1次。9年大旱中,四川發生6次,貴州2次,云南1次。為分析干旱對農業的影響。我們統計分析了1949-2012年大旱年份的綜合損失率與降水、溫度、土壤濕度、植被蓋度和糧食單產的關系(表2)。從中可看出,大旱以四川發生頻率最多,其次為貴州,云南最少,同時21世紀發生的頻率最多。由圖1可知,四川地處相對海拔較高的地區,其地形決定了干旱的多發性。近年來,降水減少和溫度升高造成了西南大旱頻發。例如2006年年降水距平偏少1成(-9.96%),年溫度偏高0.77oC,高溫和降水減少疊加導致土壤濕度降低,造成西南綜合損失率僅次于2010年。西南地區的大旱主要由溫度升高造成,區域溫度升高造成水分虧缺,從而造成干旱發生范圍和頻次增加,造成的損失也增加。西南水資源時空分布不均(圖6a),降水量地區分布差異大,降水量在地區分布上極不均勻,分布特點為南多北少,東多西少。省內降水量分布最多的地區與最少的地區相差37倍。降水量的變化是形成干旱的直接因素。將綜合損失率最大的地方定為當年干旱的重災中心。根據1949-2012年西南各年代重災中心格局變化分析得出,2000以前干旱重災中心主要位于四川和重慶(圖6b),21世紀初,干旱重災中心向南北兩面分離,西南南面干旱面積范圍增加,北部減小,而中間最小(圖6c)。在21世紀前10年,云南、貴州干旱有增大的趨勢。3.3干旱災害頻發西南地區出現特大干旱,原因有很多,特殊的氣候條件、地理環境、降雨少、來水少、蓄水少等多種不利因素交織在一起,都會造成歷史罕見的大旱。本文主要探討了氣象原因,西南地區處于青藏高原的東南側,冬季半年因受來自印度、巴基斯坦北部的干暖氣流控制,天氣晴朗、干燥、風速大、蒸發量大,春季和夏初的水面蒸發量是同期降水量的10倍以上。由于不同年份冬、夏季風進退時間、強度和影響范圍不同,致使降水量在年內和年際時空分布產生差異,這是造成西南干旱災害頻發的根本原因。圖7為西南地區多年平均溫度和降水變化圖,多年平均年降水為1028.59mm,年平均溫度為14.24°C。西南降水從東南沿西北降低,溫度則是從東南沿西北升高。自1961-2012年,西南年平均溫度明顯增加,特別是20世紀80年代中期以來,升溫速度顯著加快,降水呈降低趨勢(圖7)。西南區域降水減少和氣溫升高加劇了干旱發展速度和頻次。地形也是造成西南干旱災害頻發的另一主要因素。西南北高南低,垂直變化也十分突出,普遍是山區大,河谷壩區小,迎風坡大,背風坡小,隨地形起伏呈交錯重疊高低相間分布。巨大的高差與低緯度低海拔、高緯度高海拔相結合,擴大了氣候變幅,這種氣候帶加上云南東西兩大不同地形的影響,再疊加山地的垂直變化,導致部分地區受地形地貌影響,干旱災害頻發。由于自然地理和氣候條件的復雜性,水土資源分布不平衡,水資源總量多,人均和地區水資源分布差異懸殊。滇西高黎貢山西側迎風面,多年平均年徑流深高達3000mm以上,而金沙江河谷的局部區域多年平均年徑流深不足50mm。此外還常出現連續豐水年和連續枯水年,從而加劇了水資源供需矛盾。此外,人口的持續增長和經濟的高速發展,工農業生產和人民生活用水持續增加,對水資源在數量、質量、供水保證率等方面的要求越來越高,造成部分地區水資源過度開發,致使一些河流枯季斷流、井泉干涸、濕地消失、地下水位下降、水生態環境惡化等人類活動影響造成干旱災害的增加。在特定自然地理和氣候條件下,加上人類活動的影響使得西南地區干旱災害發展趨勢很嚴峻。4干旱綜合損失率近60多年西南的干旱災害發展具有面積增大和頻率增大的趨勢。受災率云南增加最明顯,其次是四川、貴州最小,成災率云南增加最明顯,其次是貴州、四川最小;絕收率貴州增加最明顯、其次是云南、四川最小。自60年代以來,西南干旱綜合損失率呈上升趨勢。西南多