祁縣干旱氣候特征分析及對果樹生產的影響

冀愛青，楊紅雁

摘要：【目的】由于降水量的波動變化引起山西省晉中市祁縣地區干旱頻繁發生，對果樹生產影響很大，為全面了解祁縣的干旱特征及演變規律，以保證果業生產的順利發展?！痉椒ā恳罁羁h1961—2020年逐月降水資料，以Z指數為干旱評測指標，采用線性趨勢等方法，對祁縣干旱特征進行分析，并闡述了干旱對祁縣果樹生產的影響?！窘Y果】祁縣60 a來呈干旱化趨勢，年干旱發生頻率為35.0％，1990s至2000s為主要年干旱發生時期；季節干旱變化中，春、秋季呈干旱化趨勢，夏、冬季呈濕潤化態勢；春季干旱發生頻率最高為31.7％，1970s為主要發生時段；夏、秋季干旱發生頻率均為30.0％、冬季干旱發生頻率為28.3％，干旱出現時段都集中在1980s；跨季節連旱或當年出現兩個季節干旱是造成年干旱的主要原因?！窘Y論】干旱是一種自然現象，本研究采用Z指數分析干旱特征，僅考慮了降水的影響，造成干旱的原因很多。降水量少，蒸發量大是形成干旱的直接原因；大氣環流異常，海氣和陸氣相互作用導致的降雨偏少是干旱發生的根本原因。而果樹生產所遇到的干旱，還涉及到氣溫、土壤濕度、樹體需水量等多種因素的綜合分析，今后還有待于進一步研究。

關鍵詞：祁縣；干旱特征；Z指數；果樹生產

文章編號：2096-8108（2022）06-0033-05中圖分類號：S423文獻標識碼：A

Analysis on Drought Climate Characteristics and Its Impact on Fruit Production in Qi County

JI Aiqing1， YANG Hongyan2

（1.College of Biological Science and Technology， Jinzhong University， Jinzhong 030619， China;

2.Jinzhong Meteorological Bureau， Jinzhong 030600， China）

Abstract：【Objective】Due to the fluctuation of precipitation， drought occurred frequently in Qi County of Jinzhong City， Shanxi Province， which had a great impact on fruit production. It was necessary to comprehensively understand the characteristics and evolution of drought in Qi county to ensure the smooth development of fruit production.【Methods】Based on the monthly precipitation data of Qi County from1961 to 2020， taking Z index as drought evaluation index， the characteristics of drought climate in Qi County were summarized by means of linear trend and other methods. The effect of drought on fruit production in Qi County was also discussed.【Results】The results showed that the trend of drought has been shown in Qi County in the past 60 years， which the annual drought occurrence frequency is 35.0% and the main annual drought occurrence period is from 1990s to 2000s. In the seasonal drought change， the trend of drought is in spring and autumn， and the trend of moisture is in summer and winter; the highest frequency of drought in spring was 31.7%， which the 1970s was the main period of drought; and the frequency of drought in summer， autumn and winter is 30.0%， 30.0% and 28.3% respectively， which the drought occurred in the 1980s. Inter seasonal continuous drought or two seasonal drought in the same year are the main causes of annual drought.【Conclusion】Drought is a natural phenomenon. In this study， Z index was used to analyze the characteristics of drought， and only the influence of precipitation was considered. There are many reasons for drought. Low precipitation and high evaporation are the direct causes of drought. The basic causes of drought are abnormal atmospheric circulation and less rainfall caused by the interaction between air and sea. The drought encountered in fruit tree production also involves the comprehensive analysis of temperature， soil moisture， tree water demand and other factors， which remains to be further studied in the future.

Keywords：Qi county; drought climate characteristics; Z index; fruit production近年來，國內眾多學者運用不同的干旱指數法對中國各區域的干旱特征進行了大量的研究。周丹等[1]利用標準化降水蒸散指數（SPEI）分析了1962-2011年華北地區干旱趨勢指出，近50 a華北地區干旱發生強度呈明顯的增強趨勢，尤其是在20世紀80、90年代；王毅榮[2]利用修正Palmer干旱指數研究了黃土高原地區1961-2000年干旱特征認為，近40 a來，黃土高原地區干旱趨于加重，1973年之前旱年相對較少，1989年之后干旱年份明顯增多干旱加重；姚彩霞等[3]利用降水Z指數研究了山西省1961—2005年干旱變化特征指出，山西干旱年代際變化明顯，1990年代以來山西處在45 a以來較嚴重的持續偏旱時期；周晉紅等[4]分別采用降水距平百分、降水標準化變量、降水Z指數3種常用的干旱指數對山西省1961-2008年干旱氣候變化進行分析，結果表明，山西區域年干旱指數下降趨勢顯著，夏、秋干旱指數的減少是其減少的直接原因，1977年后，年干旱指數發生突變，山西進入持續干期。

祁縣位于山西省中部，汾河東岸，被譽為“中國酥梨之鄉”?，F有果樹總面積1.27萬hm2，是山西省會城市太原的重要水果生產基地。但是，由于降水量的波動變化引起的干旱頻繁發生，對果樹生產影響很大，特別是20世紀90年代以來氣候偏暖，降水減少，為緩解干旱對果樹的影響，由于長時間抽取地下水，造成地下水位下降，土壤水分漏失，土地干旱化程度不斷加劇，導致水資源供需矛盾日趨尖銳[5-6]，干旱已嚴重妨礙了當地果業生產的進一步發展，為全面了解祁縣1961-2020年的干旱特征及演變規律，本研究采用Z指數作為旱澇指標，確定各年及季節的旱澇等級（見表1），進行干旱評價，以期對當地政府制定抗旱防災預防措施提供參考。

1資料來源與研究方法

1.1資料來源

資料采用1961-2020年祁縣氣象觀測站逐月降水氣象資料，四季劃分采?。荷弦荒?2月-當年2月為冬季，3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季。由于該觀測站一直保持原位置，氣象資料具有較好代表性和連續性。

1.2干旱研究方法

Z指數是對降水量處理的一種數學方法，一般情況下，年、季、月降水量并不服從正態分布，現假設其服從Person-Ⅲ型分布，通過對降水量序列進行正態化處理，將概率密度函數Person-Ⅲ型分布轉換為以Z為變量的標準正態分布[5]。具體計算公式為：Z=6CSCS2φi+113-6CS+CS6 （1）

CS=∑ni=1（Ri-）3nσ3（2）

φi=R-σ（3）

σ=1n∑ni=1（Ri-）2 （4）

=1n∑ni=1Ri （5）式中：Z是干旱指數；Cs是偏態系數；φi為標準變量；Ri為歷年各年月降水量（mm）；n是樣本數；為1961—2020年平均降水量（mm），σ為標準差。

Z指數是對不服從正態分布的降水量經過正態化處理得到的，因而對于年及各季降水量分布極不均勻山西省地區可適用。周晉紅等[4]在對Z指數的旱澇等級劃分標準進行修正后，提出山西省單站Z指數分級標準見表1。

2干旱特征分析

2.1年干旱特征分析

根據祁縣1961-2020年降水量計算得出降水Z指數序列，通過線性趨勢分析，祁縣年降水Z指數以0.03/10 a速率下降（見圖1），未來呈干旱化趨勢。由表2可知，60 a中，祁縣共發生干旱21 a，發生頻率35.0％，其中大旱出現10 a，發生頻次最高，偏旱9 a，重旱2 a，約2.9 a遇一次干旱，約5.5 a遇一次大旱以上等級干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s發生干旱分別為2 a、3 a、3 a、5 a、5 a和3 a。由此看出，年干旱主要出現在20世紀90年代至21世紀00年代。干旱出現集中時段分別為：1965-1974年期間，10年中有5 a出現干旱，幾乎為間隔一年出現一次干旱，大旱以上就有4 a，1991—1992年是2 a連旱，1997-2001年是5 a連旱，當中就有4 a大旱，2004-2010年又為隔一年出現一次干旱， 1965年和1986年為兩個重旱年份。

2.2季節性干旱特征分析

由圖2（a）看出春季降水Z指數以0.02/10 a速率下降，未來呈干旱化趨勢。由表2可知，60年中，春季發生干旱19 a，發生頻率31.7％，其中偏旱、大旱各發生8 a，重旱發生3 a，平均3.2 a遇一次春旱，約5.5 a遇一次大旱以上等級干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s春季發生干旱分別為2 a、6 a、3 a、3 a、4 a和1 a?？梢?，20世紀70年代是春旱發生頻率最多時期，其次是20世紀00年代。春季干旱主要出現時段分別為：1971-1975年持續5 a春旱，當中有大旱2 a，重旱1 a，為1973年，1981-1982年、1992-1993年、2000-2001年、2003-2004年均為兩年連旱，其中1992-1993年為連續大旱、2000-2001年為連續重旱。

由圖2（b）看出夏季降水Z指數以0.02/10 a速率上升，未來呈濕化趨勢。由表2可知，60 a中，夏季發生干旱18 a，發生頻率30.0％，其中偏旱發生8 a，大旱為9 a，重旱1 a，說明全年降水集中時期，干旱出現頻率并未降低，平均3.3 a遇一次干旱，6.0 a遇上一次大旱以上等級干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s夏季發生干旱分別為2 a、2 a、4 a、3 a、4 a和3 a?？梢?，20世紀80年代和21世紀00年代是夏旱發生頻率最多時期。夏季干旱主要出現時段分別為：1965—1974年期間有4 a大旱，1980—1986年和1997—2003年期間以偏旱為主，有大旱出現，1991年為夏季唯一重旱年份。

由圖2（c）看出秋季降水Z指數以0.05/10 a速率下降，未來呈干旱化趨勢。由表2可知，60 a中，夏季發生干旱18 a，發生頻率30.0％，其中大旱發生頻次最高，為8 a，偏旱次之，為7 a，重旱3 a，平均3.3 a遇一次秋旱，5.5 a遇一次大旱以上等級干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s秋季發生干旱分別為1 a、4 a、5 a、4 a、2 a和2 a?？梢?，20世紀70～90年代是秋旱發生頻率高峰期。秋季干旱主要出現時段分別為：1977—1988年間12 a有7 a出現干旱，其中有大旱4 a，重旱1 a，為1988年； 1996—1999年秋旱最為集中，為連續4 a干旱，當中的1998年為重旱年份， 2006年為秋季第3次出現重旱年份。

由圖2（d）看出冬季降水Z指數以0.03/10 a速率上升，未來呈濕化趨勢。由表2可知，60 a中，冬季發生干旱17 a，發生頻率為28.3％，其中偏旱8 a、大旱為7 a，重旱2 a，平均3.5 a遇一次干旱，6.7 a遇一次大旱以上等級干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s秋季發生干旱分別為3 a、1a、5 a、4 a、2 a和2 a?？梢?，冬季干旱主要出現在20世紀80～90年代。冬季干旱主要出現時段分別為：1981—1988年期間8 a中有5 a出現干旱，其中大旱就有4 a；1998—2002年期間5 a中有4 a出現干旱，當中有重旱、大旱各1 a，1993—1994年、2018—2019年為連續偏旱年，冬季兩個重旱年份分別出現在1963年和1999年。

統計季節旱情中，由于有的年份干旱時間持續較長，跨季節干旱時有發生，60 a中發生季節連旱有15 a，發生頻率為25.0％，其中2000年，為冬春夏三季連旱，1965、1970、1980、1986、1997、1999、2018年為夏秋連旱，1973、1981、1993、2019年為冬春連旱，1974、2001、2003年為春夏連旱，通過與年干旱對比分析可知，季節連旱或兩季出現干旱是造成祁縣年度發生干旱的主要原因。

由表2可知，各年代季節干旱發生年份總次數可知，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s分別為8次，13次，17次，14次、12次和8次，由此可見，20世紀80年代是祁縣季節干旱發生次數最多時期。

2.3干旱對祁縣果樹生產的影響

祁縣果園主要以沙土、沙壤土為主，土層較薄、蓄水能力差，干旱發生對當地果業生產和農民收入增加影響極大。經Z指數研究表明，祁縣春夏秋季發生干旱的頻率基本相同，除夏季重旱較少外，其它干旱等級基本相當。不同的物候期其干旱會導致果樹生長發育較差，果實產量和品質大幅下降，生理性病害和蟲害加劇，給果農造成嚴重的經濟損失。

如果樹開花期遇到干旱，會抑制果樹花粉萌發及花粉管的伸長，不利于授粉受精作用的順利進行，致使坐果率大幅下降，產量降低；花芽分化期遇到干旱，會直接影響果樹生長激素的合成運輸，使細胞分裂受到抑制，從而影響果樹花芽分化質量和數量；幼果階段遇干旱天氣，會影響果實的果形指數，使果形偏扁，如果幼果階段缺水嚴重則制約果實生長，此生長階段為果實的水分臨界期。干旱對于營養器官的影響不亞于生殖器官，如干旱致使樹皮干裂，葉片出現不同程度的壞死斑，進而影響樹體營養物質的運輸積累，輕則使果樹成熟期推遲、果實小、口味變差，嚴重時會導致果樹枯萎死亡。

干旱對于祁縣幾乎每年都會發生，即使在正常年份，階段性干旱也時有發生。所以，在充分利用天然降水的同時，重點關注果樹生長關鍵時期的需水量，在關鍵期遇到干旱時，充分發揮當地機井優勢，及時澆灌果園，最大程度地降低干旱災害對生產造成的損失。

3討論與結論

1）分析祁縣年干旱特征可知，1961—2020年祁縣整體呈干旱化趨勢。60 a中共出現干旱21 a，發生頻率為35.0％，20世紀90年代和21世紀00年代是干旱主要發生時期，這與周晉紅等[4]研究結論相接近。

2）分析祁縣季節干旱特征可知，1961—2020年祁縣春、秋呈干旱化趨勢，冬、夏季呈濕化趨勢。60 a來，春季干旱發生頻率為31.7％，夏秋干旱發生頻率均為30.0％，冬季發生干旱頻率為28.3％，季節連旱發生頻率為25.0％，春季干旱主要發生在70年代，而夏秋冬季干旱則集中出現在80年代，此結論與錢錦霞等[6]研究的山西干旱氣候年代際變化趨勢基本一致，21世紀以來季節干旱呈明顯減少趨勢，季節連旱或兩季干旱是造成年干旱的主要原因。

3）干旱是一種自然現象，它的出現不以人的意志為轉移，而干旱出現后能否成災，則以人為與社會的因素所決定的。從21世紀中期開始祁縣四季發生干旱次數和強度均呈下降趨勢，這與近年來當地政府把生態文明建設放在突出地位，大力營造經濟林，防護林帶，加強水利基本建設，踐行綠水青山就是金山銀山發展理念是分不開的。因此，開展植樹造林、改善生態環境是減少自然災害的有效途徑。

4）本研究采用Z指數分析干旱特征，僅考慮了降水的影響，造成干旱的原因很多，降水量少，蒸發量大是形成干旱的直接原因，而大氣環流異常，海氣和陸氣相互作用導致的降雨偏少是干旱發生的根本原因[7]，而果樹生產所遇到的干旱，還涉及到氣溫、土壤濕度、樹體需水量等多種因素的綜合分析，今后還有待于進一步研究。

參考文獻

[1]周丹，張勃，羅靜，等.基于SPEI的華北地區近50年干旱發生強度的特征及成因分析[J].自然災害學報，2014，23（4）：192-202.

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[6]錢錦霞，王振華.山西省春旱趨勢及對農業的影響[J].自然災害學報，2008，17（4）：105-110.

[7]朱俊峰.晉中市氣象志[M].北京：氣象出版社，2014：346.