山西省近40年來干旱情況時空變化特征研究

趙志平

（山西省汾河二庫管理局）

近40年來，隨著全球氣候變暖，區(qū)域氣溫普遍升高、冰川融化、海平面上升、極端災(zāi)害天氣頻發(fā)，這一系列現(xiàn)象引起了政府管理部門與越來越多的相關(guān)科研工作者的高度重視[1-6]。山西省地處干旱半干旱區(qū)，是全國水資源比較匱乏的省份之一，人均水資源量僅有388 m3，達(dá)不到全國平均水平的1/5。開展全省干旱指數(shù)時空特征及變化原因研究，提出針對性的措施，對促進(jìn)我省水資源的可持續(xù)高效利用具有重要意義[7-13]。本項(xiàng)研究，基于全省15個長系列氣象觀測站的基本氣象資料，以干旱指數(shù)為主要指標(biāo)，分析了近40年來山西省干旱時空變化特性及原因，旨在為全省水資源的合理開發(fā)利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

首先，基于全省15個長系列氣象觀測站近40年來月平均最高氣溫（Tmax）與最低氣溫（Tmin）、年日照時數(shù)（Hsuns）、年均相對濕度（Humi）、年均風(fēng)速（Wspe）、年降水量（P）等氣象因子，采用彭曼—蒙蒂斯（Penman-Monteith）公式（1）計算區(qū)域潛在蒸發(fā)量（ET0），采用公式（2）計算干旱指數(shù)。

式中：ET0為潛在蒸發(fā)量，mm；P為年降水量，mm；Rn為地表凈輻射，MJ·m-2；G為土壤熱通量，MJ·m-2；T為2 m高處日平均氣溫，℃；U2為2 m高處風(fēng)速，m.s-1；es為飽和水氣壓，kPa；ea為實(shí)際水氣壓，kPa；Δ為飽和水氣壓曲線斜率；r為干濕溫度表常數(shù)，kPa℃-1。

采用T檢驗(yàn)，分析潛在蒸發(fā)量（ET0）、降水量（P）和干旱指數(shù)（R）三項(xiàng)指標(biāo)近40年來的年尺度變化趨勢：當(dāng)T值大于1.96時，認(rèn)為顯著增大；當(dāng)T值小于1.96時，認(rèn)為顯著減少。采用ArcGIS軟件，分析三項(xiàng)指標(biāo)的空間關(guān)系。采用偏相關(guān)分析法，分析各個氣象因子對干旱指數(shù)的影響。T檢驗(yàn)和偏相關(guān)分析，均采用SPSS11.5軟件完成。

本項(xiàng)研究的所有基本氣象資料，均來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 近40年來山西省干旱變化時空特征

基于近40年全省15個氣象站的基本氣象數(shù)據(jù)，采用式（1）計算全省ET0，采用式（2）計算干旱指數(shù)R，采用T檢驗(yàn)分析ET0、P和R隨時間演變趨勢，采用ArcGIS軟件分析空間分布特征，結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，近40年來，山西省的15個氣象站年降水量均呈下降趨勢，其中，榆社、介休、臨汾和陽城等4個站達(dá)到了顯著水平；潛在蒸發(fā)量，右玉、河曲、五寨、原平、太原、陽泉、臨汾和陽城等8個站的呈下降趨勢，其中，河曲、原平和臨汾3個站達(dá)到顯著水平；干旱指數(shù)，右玉、河曲、興縣、五寨、原平和隰縣等6個氣象站呈緩慢下降趨勢，大同、離石、太原、榆社、介休、臨汾、運(yùn)城和陽城呈上升趨勢，其中，榆社站達(dá)到顯著上升水平。

圖1 近40年來山西省P、ET0和R時空特征

從區(qū)位特征分析（圖2），晉中和晉南地區(qū)的年降水量呈顯著下降趨勢，晉北地區(qū)下降趨勢不明顯；晉北、晉中和晉南地區(qū)的潛在蒸發(fā)量均呈緩慢下降趨勢；晉中和晉南地區(qū)的干旱指數(shù)均呈緩慢上升趨勢，晉北地區(qū)則呈緩慢下降趨勢。

圖2 近40年來山西省P、ET0和R演變區(qū)位特征

2.2 氣候變化對干旱指數(shù)的影響

為了深入分析干旱指數(shù)（R）變化產(chǎn)生的內(nèi)在原因，利用spass11.5軟件對干旱指數(shù)與氣候因子中的最高氣溫、最低氣溫、日照時數(shù)、相對濕度、風(fēng)速和降水量進(jìn)行偏相關(guān)分析（表1）。從表1可以看出，干旱指數(shù)與日照時數(shù)在0.01顯著水平存在正相關(guān)關(guān)系，與相對濕度和降水量在0.01的顯著水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與最高氣溫在0.05顯著水平上存在正相關(guān)關(guān)系。在晉北和晉南地區(qū)，干旱指數(shù)（R）與最低氣溫呈不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速則呈不顯著的正相關(guān)關(guān)系。在晉南地區(qū)，與最低氣溫呈不顯著正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表1 干旱指數(shù)與氣候因子相關(guān)關(guān)系分析表

3 結(jié)論

本項(xiàng)研究基于山西省15個長系列氣象觀測站的基本氣象資料，采用彭曼公式等方法計算了全省不同區(qū)位的潛在蒸發(fā)量和干旱指數(shù)，然后采用T檢驗(yàn)和相關(guān)分析等方法分析了干旱指數(shù)變化的時空特征，認(rèn)為晉中和晉南地區(qū)的降水量呈顯著下降趨勢，晉北地區(qū)下降趨勢不明顯；晉北、晉中和晉南地區(qū)的潛在蒸發(fā)量均呈緩慢下降趨勢；晉中和晉南地區(qū)的干旱指數(shù)均呈緩慢上升趨勢，晉北地區(qū)則呈緩慢下降趨勢。

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