祁县干旱气候特征分析及对果树生产的影响

冀爱青，杨红雁

(1.晋中学院生物科学与技术系，山西 晋中 030619；
2.山西省晋中市气象局，山西 晋中030600)

近年来，国内众多学者运用不同的干旱指数法对中国各区域的干旱特征进行了大量的研究。周丹等[1]利用标准化降水蒸散指数(SPEI)分析了1962-2011年华北地区干旱趋势指出，近50 a华北地区干旱发生强度呈明显的增强趋势，尤其是在20世纪80、90年代；
王毅荣[2]利用修正Palmer干旱指数研究了黄土高原地区1961-2000年干旱特征认为，近40 a来，黄土高原地区干旱趋于加重，1973年之前旱年相对较少，1989年之后干旱年份明显增多干旱加重；
姚彩霞等[3]利用降水Z指数研究了山西省1961—2005年干旱变化特征指出，山西干旱年代际变化明显，1990年代以来山西处在45 a以来较严重的持续偏旱时期；
周晋红等[4]分别采用降水距平百分、降水标准化变量、降水Z指数3种常用的干旱指数对山西省1961-2008年干旱气候变化进行分析，结果表明，山西区域年干旱指数下降趋势显著，夏、秋干旱指数的减少是其减少的直接原因，1977年后，年干旱指数发生突变，山西进入持续干期。

祁县位于山西省中部，汾河东岸，被誉为“中国酥梨之乡”。现有果树总面积1.27万hm2，是山西省会城市太原的重要水果生产基地。但是，由于降水量的波动变化引起的干旱频繁发生，对果树生产影响很大，特别是20世纪90年代以来气候偏暖，降水减少，为缓解干旱对果树的影响，由于长时间抽取地下水，造成地下水位下降，土壤水分漏失，土地干旱化程度不断加剧，导致水资源供需矛盾日趋尖锐[5-6]，干旱已严重妨碍了当地果业生产的进一步发展，为全面了解祁县1961-2020年的干旱特征及演变规律，本研究采用Z指数作为旱涝指标，确定各年及季节的旱涝等级(见表1)，进行干旱评价，以期对当地政府制定抗旱防灾预防措施提供参考。

表1 Z指数旱涝等级标准

1.1 资料来源

资料采用1961-2020年祁县气象观测站逐月降水气象资料，四季划分采取：上一年12月-当年2月为冬季，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季。由于该观测站一直保持原位置，气象资料具有较好代表性和连续性。

1.2 干旱研究方法

Z指数是对降水量处理的一种数学方法，一般情况下，年、季、月降水量并不服从正态分布，现假设其服从Person-Ⅲ型分布，通过对降水量序列进行正态化处理，将概率密度函数Person-Ⅲ型分布转换为以Z为变量的标准正态分布[5]。具体计算公式为：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Z指数是对不服从正态分布的降水量经过正态化处理得到的，因而对于年及各季降水量分布极不均匀山西省地区可适用。周晋红等[4]在对Z指数的旱涝等级划分标准进行修正后，提出山西省单站Z指数分级标准见表1。

2.1 年干旱特征分析

根据祁县1961-2020年降水量计算得出降水Z指数序列，通过线性趋势分析，祁县年降水Z指数以0.03/10 a速率下降(见图1)，未来呈干旱化趋势。由表2可知，60 a中，祁县共发生干旱21 a，发生频率35.0%，其中大旱出现10 a，发生频次最高，偏旱9 a，重旱2 a，约2.9 a遇一次干旱，约5.5 a遇一次大旱以上等级干旱。以年代分析,1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s发生干旱分别为2 a、3 a、3 a、5 a、5 a和3 a。由此看出，年干旱主要出现在20世纪90年代至21世纪00年代。干旱出现集中时段分别为：1965-1974年期间，10年中有5 a出现干旱，几乎为间隔一年出现一次干旱，大旱以上就有4 a，1991—1992年是2 a连旱，1997-2001年是5 a连旱，当中就有4 a大旱，2004-2010年又为隔一年出现一次干旱， 1965年和1986年为两个重旱年份。

图1 1961-2020年祁县年降水量Z指数变化趋势

2.2 季节性干旱特征分析

由图2(a)看出春季降水Z指数以0.02/10 a速率下降，未来呈干旱化趋势。由表2可知，60年中，春季发生干旱19 a，发生频率31.7%，其中偏旱、大旱各发生8 a，重旱发生3 a，平均3.2 a遇一次春旱，约5.5 a遇一次大旱以上等级干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s春季发生干旱分别为2 a、6 a、3 a、3 a、4 a和1 a。可见，20世纪70年代是春旱发生频率最多时期，其次是20世纪00年代。春季干旱主要出现时段分别为：1971-1975年持续5 a春旱，当中有大旱2 a，重旱1 a，为1973年，1981-1982年、1992-1993年、2000-2001年、2003-2004年均为两年连旱，其中1992-1993年为连续大旱、2000-2001年为连续重旱。

表2 1961-2020年祁县各年代年及季节干旱年份统计表(----大旱,重旱)

由图2(b)看出夏季降水Z指数以0.02/10 a速率上升，未来呈湿化趋势。由表2可知，60 a中，夏季发生干旱18 a，发生频率30.0%，其中偏旱发生8 a，大旱为9 a，重旱1 a，说明全年降水集中时期，干旱出现频率并未降低，平均3.3 a遇一次干旱，6.0 a遇上一次大旱以上等级干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s夏季发生干旱分别为2 a、2 a、4 a、3 a、4 a和3 a。可见，20世纪80年代和21世纪00年代是夏旱发生频率最多时期。夏季干旱主要出现时段分别为：1965—1974年期间有4 a大旱，1980—1986年和1997—2003年期间以偏旱为主，有大旱出现，1991年为夏季唯一重旱年份。

由图2(c)看出秋季降水Z指数以0.05/10 a速率下降，未来呈干旱化趋势。由表2可知，60 a中，夏季发生干旱18 a，发生频率30.0%，其中大旱发生频次最高，为8 a，偏旱次之，为7 a，重旱3 a，平均3.3 a遇一次秋旱，5.5 a遇一次大旱以上等级干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s秋季发生干旱分别为1 a、4 a、5 a、4 a、2 a和2 a。可见，20世纪70～90年代是秋旱发生频率高峰期。秋季干旱主要出现时段分别为：1977—1988年间12 a有7 a出现干旱，其中有大旱4 a，重旱1 a，为1988年；

1996—1999年秋旱最为集中，为连续4 a干旱，当中的1998年为重旱年份， 2006年为秋季第3次出现重旱年份。

由图2(d)看出冬季降水Z指数以0.03/10 a速率上升，未来呈湿化趋势。由表2可知，60 a中，冬季发生干旱17 a，发生频率为28.3%，其中偏旱8 a、大旱为7 a，重旱2 a，平均3.5 a遇一次干旱，6.7 a遇一次大旱以上等级干旱。以年代分析，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s秋季发生干旱分别为3 a、1a、5 a、4 a、2 a和2 a。可见，冬季干旱主要出现在20世纪80～90年代。冬季干旱主要出现时段分别为：1981—1988年期间8 a中有5 a出现干旱，其中大旱就有4 a；
1998—2002年期间5 a中有4 a出现干旱，当中有重旱、大旱各1 a，1993—1994年、2018—2019年为连续偏旱年，冬季两个重旱年份分别出现在1963年和1999年。

图2 1961-2020年祁县降水量Z指数四季变化趋势

统计季节旱情中，由于有的年份干旱时间持续较长，跨季节干旱时有发生，60 a中发生季节连旱有15 a，发生频率为25.0%，其中2000年，为冬春夏三季连旱，1965、1970、1980、1986、1997、1999、2018年为夏秋连旱，1973、1981、1993、2019年为冬春连旱，1974、2001、2003年为春夏连旱，通过与年干旱对比分析可知，季节连旱或两季出现干旱是造成祁县年度发生干旱的主要原因。

由表2可知，各年代季节干旱发生年份总次数可知，1960s、1970s、1980s，1990s、2000s和2010s分别为8次，13次，17次，14次、12次和8次，由此可见，20世纪80年代是祁县季节干旱发生次数最多时期。

2.3 干旱对祁县果树生产的影响

祁县果园主要以沙土、沙壤土为主，土层较薄、蓄水能力差，干旱发生对当地果业生产和农民收入增加影响极大。经Z指数研究表明，祁县春夏秋季发生干旱的频率基本相同，除夏季重旱较少外，其它干旱等级基本相当。不同的物候期其干旱会导致果树生长发育较差，果实产量和品质大幅下降，生理性病害和虫害加剧，给果农造成严重的经济损失。

如果树开花期遇到干旱，会抑制果树花粉萌发及花粉管的伸长，不利于授粉受精作用的顺利进行，致使坐果率大幅下降，产量降低；
花芽分化期遇到干旱，会直接影响果树生长激素的合成运输，使细胞分裂受到抑制，从而影响果树花芽分化质量和数量；
幼果阶段遇干旱天气，会影响果实的果形指数，使果形偏扁，如果幼果阶段缺水严重则制约果实生长，此生长阶段为果实的水分临界期。干旱对于营养器官的影响不亚于生殖器官，如干旱致使树皮干裂，叶片出现不同程度的坏死斑，进而影响树体营养物质的运输积累，轻则使果树成熟期推迟、果实小、口味变差，严重时会导致果树枯萎死亡。

干旱对于祁县几乎每年都会发生，即使在正常年份，阶段性干旱也时有发生。所以，在充分利用天然降水的同时，重点关注果树生长关键时期的需水量，在关键期遇到干旱时，充分发挥当地机井优势，及时浇灌果园，最大程度地降低干旱灾害对生产造成的损失。

1)分析祁县年干旱特征可知，1961—2020年祁县整体呈干旱化趋势。60 a中共出现干旱21 a，发生频率为35.0%，20世纪90年代和21世纪00年代是干旱主要发生时期，这与周晋红等[4]研究结论相接近。

2)分析祁县季节干旱特征可知，1961—2020年祁县春、秋呈干旱化趋势，冬、夏季呈湿化趋势。60 a来，春季干旱发生频率为31.7%，夏秋干旱发生频率均为30.0%，冬季发生干旱频率为28.3%，季节连旱发生频率为25.0%，春季干旱主要发生在70年代，而夏秋冬季干旱则集中出现在80年代，此结论与钱锦霞等[6]研究的山西干旱气候年代际变化趋势基本一致，21世纪以来季节干旱呈明显减少趋势，季节连旱或两季干旱是造成年干旱的主要原因。

3)干旱是一种自然现象，它的出现不以人的意志为转移，而干旱出现后能否成灾，则以人为与社会的因素所决定的。从21世纪中期开始祁县四季发生干旱次数和强度均呈下降趋势，这与近年来当地政府把生态文明建设放在突出地位，大力营造经济林，防护林带，加强水利基本建设，践行绿水青山就是金山银山发展理念是分不开的。因此，开展植树造林、改善生态环境是减少自然灾害的有效途径。

4)本研究采用Z指数分析干旱特征，仅考虑了降水的影响，造成干旱的原因很多，降水量少，蒸发量大是形成干旱的直接原因，而大气环流异常，海气和陆气相互作用导致的降雨偏少是干旱发生的根本原因[7]，而果树生产所遇到的干旱，还涉及到气温、土壤湿度、树体需水量等多种因素的综合分析，今后还有待于进一步研究。

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