基于降水Z指数的河南省干旱时空演变特征分析

基于降水Z指数的河南省干旱时空演变特征分析
发布时间：2021-09-13T06:15:24.873Z 来源：《基层建设》2021年第17期作者：陈金丽刘守东杨丹[导读] 摘要：河南省是我国重要的粮食主产区，粮食生产多年来持续稳定增长，为保证国家粮食安全做出了突出贡献。

河南省周口水文水资源勘测局河南省周口市 466000摘要：河南省是我国重要的粮食主产区，粮食生产多年来持续稳定增长，为保证国家粮食安全做出了突出贡献。

为此，摸清河南省干旱规律，掌握水资源循环与转化规律就更具意义。

本文利用河南省以及下辖18地市60a降水资料，通过对河南省降水Z指数分析提出河南省
干旱的年际特征，通过对河南省18地市的降水Z指数分析提出河南省干旱的空间分布。

1、引言
干旱在全球范围内都是主要的气象灾害之一，近年来随着气候变暖，干旱成灾的频率和强度都有所增加。

干旱从其发生发展过程，可以分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱。

干旱的各种类型之间互相影响、转换，一个完整的干旱过程可以描述为：气象干旱是起点，农业干旱是过程，水文干旱是终点，社会经济干旱是最终表现形式。

河南省是我国重要的粮食产区，粮食生产多年来持续稳定增长，为保证国家粮食安全做出了突出贡献。

为此，摸清河南省干旱规律，掌握水资源循环与转化规律就更具意义。

2、技术路线
降水Z指数用来衡量旱涝的发生发展程度以及旱涝的空间时间分布情况，是国家和省级旱涝监测的主要指标，可以较真实的反映某一时段内旱涝的情况，较好地划分区域的旱涝时空分布，目前在我国应用比较广泛。

降水Z指数法是假设降水量服从P-Ⅲ型分布，通过对降水量的标准化处理，将其概率密度函数转化为以Z为新变量的标准化正态分布。

Z 指数的计算公式如下：
其中： -降水的标准化变量； -偏态系数。

与的计算公式如下：
其中：为降水量；R为平均降水量；S为样本均方差；n为样本数。

本文利用河南省以及下辖18地市60a降水资料，通过对全省降水Z指数分析提出河南省干旱的年际特征，通过对河南省18地市的降水Z指数分析提出河南省干旱的空间分布。

3、河南省降水变化特征
3.1 降水年际变化
如图1所示，1956~2016年河南省降水量变化总体呈缓慢减小趋势，降水倾向率为-11.796mm/10a；1956、1964、2003年降水量较大，均超过1000mm，其中1964年降水量最大；1966、1978、1986、1997、2013年降水量较小，均低于600mm，其中1966年降水量最小。

根据1956~2016年河南省逐年降水数据，计算得到多年平均降水量，由此计算逐年降水距平值变化。

如图2所示，1959~1962、1968~1970、1991~1995、2006~2009、2010~2016年均出现连续3年以上（包括3年）降水低于平均水平的现象，伴随着降水持续的减少，干旱风险将大大升高。

图1 河南省降水年际变化图
图2 河南省降水距平值变化图
3.2 降水空间分布
根据河南省18地市1956~2016年降水量数据，对河南省降水空间分布特征进行分析。

如图3可以看出：1）信阳多年平均降水量最大、濮阳最小；2）降水量超过800mm的地区包括信阳、驻马店、南阳、平顶山；3）漯河、周口、商丘降水在700~800mm之间，接近全省降水量平均值；4）新乡、鹤壁、濮阳、焦作、安阳、许昌、洛阳、三门峡、济源、开封、郑州降水量低于全省降水量水平值。

图3 河南省降水空间分布图
4、河南省干旱时空演变特征降水变化特征
4.1 基于降水Z指数分析的干旱年际变化特征
如图4所示，全省1956~1967、1996~2004年干旱强度年际变化明显，1968~1975、2005~2016年年际变化相对平稳，2011~2016年干旱强度有增大趋势；总体上看，随着降水Z指数年际变化逐年有减小趋势，即干旱强度有增大趋势。

根据河南省降水Z指数，评估干旱等级结果显示：1）1956~2016年，有15年发生了干旱，干旱频率25%；2）1959、1961、1976、1988、1992和1995年发生了轻度干旱，干旱频率10%；3）1978、1981、1986、1999、2012 和2013年发生了中度干旱，干旱频率10%；4）1966、1997和2001年发生了重度干旱，干旱频率5%。

从时间序列来看，60年代有2年发生了干旱（1961、1966）、70年代有2年发生了干旱（1976、1978）、80年代有3年发生了干旱（1981、1986、1988）、90 年代有4年发生了干旱（1992、1995、1997、1999）、2000~2016年有3年发生了干旱（2001、2012、2013）。

由以上分析可以看出，由于降水年际分布不均，90年代干旱频率较高；2000~2016年干旱频率有所降低，干旱强度有所增强。

图4 河南省降水Z指数年际变化图
4.2 基于降水Z指数分析的干旱空间分布特征
利用ARCGIS软件，绘制出干旱频率空间分布特征图。

在空间分布上，1956~2016年各市地干旱频率基本在27%~38%之间，其中信阳、驻马店、洛阳干旱频率相对较大；郑州、许昌濮阳干旱频率相对较小；从不同等级干旱频率空间分布分析，轻度干旱：鹤壁、新乡、商丘、信阳相对较大，郑州、许昌、濮阳相对较小；中度干旱：平顶山、信阳相对较大，鹤壁、新乡相对较小；重度干旱：焦作相对较大，其他地区相对较小。

总体上看，由于降水空间分布的不均匀性，各地市干旱频率存在一定差异：轻度干旱易发区为豫北南部地区、豫东北部地区、豫南地区，中度干旱易发区为豫中大部地区、豫西地区和豫南地区，重度干旱易发为豫北地区。

5、结语
河南省是我国重要的粮食产区，粮食生产多年来持续稳定增长，为保证国家粮食安全做出了突出贡献。

为此，摸清河南省干旱规律，掌握水资源循环与转化规律就更具意义。

降水Z指数较能真实反映华北地区的旱涝特征，采用降水Z指数对河南省农业干旱时空特征进行分析，结论如下：1）从年际特征看，全省1956~1967、1996~2004年干旱强度年际变化明显，1968~1975、2005~2016年年际变化相对平稳，2011~2016年干旱强度有增大趋势，随着降水Z指数年际变化逐年有减小趋势，即干旱强度有增大趋势。

2）从空间分布看，1956~2016年各市地干旱频率基本在27%~38%之间，各地市干旱频率存在一定差异：轻度干旱易发区为豫北南部地区、豫东北部地区、豫南地区，中度干旱易发区为豫中大部地区、豫西地区和豫南地区，重度干旱易发为豫北地区。

参考文献：
[1]李峰平，章光新，董李勤.气候变化对水循环与水资源的影响研究综述[J].地理科学，2013，33（4）：458-464.
[2]李克让.中国干旱灾害研究及减灾对策[M].郑州：河南科学技术出版社，1999：9-10.。