按照上述干旱评价方法,可获取滦河流域各评价单元月尺度干旱等级。本书的研究采用干旱面积占流域耕地面积的比例来表征干旱的笼罩面积(干旱率),并采用Mann-Kendall(MK)趋势检验方法对干旱面积的变化趋势进行判别,具体如下:
式中:θ为干旱率;Sd为干旱面积,km2;St为流域耕地面积,km2。
式中:S为统计量;θt(t=1,2,…,n;n为序列长度)为干旱率时间序列;sgn(x)为分段函数:
当n≥10,统计量S近似服从正态分布,不考虑序列中等值数据点情况:
式中:E(S)为均值;var(S)为方差。
标准化的检验统计量ZMK可采用如下公式计算:
采用双侧检验,在α显著水平下,如果|ZMK|>Z(1-α/2),拒绝无趋势的原假设,即认为在序列θt中存在有增大或减小的趋势;否则接受序列θt无趋势的假设。Z(1-α/2)是概率超过1-α/2标准正态分布的值。
图5.4(一) 滦河流域干旱面积变化
图5.4(二) 滦河流域干旱面积变化(www.xing528.com)
图5.4为1973—2012年期间滦河流域不同等级干旱月平均面积的年际变化。从图中可以看出,近40年来,滦河流域轻微和中度干旱面积波动上升,1973—2012年期间,这两类干旱面积增加速率为2.83%/10a(311.1km2/10a)和1.91%/10a(209.8km2/10a);严重和极端干旱面积呈现出略微下降的趋势,1973—2012年期间,这两类干旱面积变化速率为-0.19%/10a(-21.4km2/10a)和-0.16%/10a(-17.9km2/10a)。采用Mann-Kendall非参数统计检验法对各类干旱面积的变化趋势进行检验,其结果表明:轻微、中度、严重和极端干旱面积变化趋势的统计量分别为Z轻微=3.05>1.96、Z中度=2.82>1.96、Z严重=-0.30>-1.96和Z极端=-0.16>-1.96,即轻微和中度干旱面积上升的趋势通过了α=0.05的显著性检验,而严重和极端干旱面积的减少趋势并不显著。从年代变化来看,滦河流域干旱情势整体上表现出“增—减—增”的特征,其中,1981—1990年和2001—2012年流域干旱形势较为严峻,多年平均干旱面积分别为6624km2和7479km2,占流域总耕地面积的60%以上,约为其他年代的1.3~1.4倍,其中,1981—1990年期间,严重及以上干旱面积为1906km2,占流域总耕地面积的17.4%,为年代最高值(见图5.5)。根据《海河流域水旱灾害》中记载,20世纪80年代海河流域干旱频发(统计时段为1949—1990年),且《河北省水旱灾害》中也记载,1980—1984年河北省5年连旱(统计时段为1949—1990年)。本书的研究和资料记载均显示20世纪80年代为干旱情势严重时段。
图5.5 各时段月平均干旱面积占耕地面积比例
此外,《河北省水旱灾害》中记载1989年春、夏、秋三季连旱导致河北省粮食减产19.52亿kg。其中,滦河流域受灾面积496万亩,成灾面积400万亩,减产粮食2.22亿kg,受灾人口169万人。滦河上游隆化、丰宁等地区和下游秦皇岛、青龙等地区遭受极旱灾,中游承德等地区遭受重旱灾。根据本书研究中的干旱评价方法,对1989年逐月干旱进行评价,其结果如图5.6所示,上游隆化以北以及下游右岸青龙等地区干旱情势较为严重,其干旱空间分布特征与记载中较为一致。
图5.7为滦河流域1973—2012年期间各等级干旱发生频率的空间分布图。从总体干旱发生频率来看,滦河流域干旱事件主要集中在中游冀北山地丘陵区,如隆化、滦平、承德、宽城等。从不同等级干旱发生频率来看,轻微干旱多发生在承德的西南部和滦平等地区;中度干旱多发生在承德的东北部、隆化和宽城等地区;严重干旱多发生于围场和隆化等地区;极端干旱则大都集中在围场、多伦和沽源等地区。
图5.8为不同干旱频率下区域面积占比。由图可知,滦河流域多以轻微干旱和中等干旱为主,其中,轻微干旱发生频率在20%以上和30%以上的区域约占全流域耕地面积的61.5%和46.1%,中等干旱发生频率在10%以上和20%以上的区域约占全流域耕地面积的76.8%和38.4%;而严重干旱和极端干旱发生频率相对较小,对于严重干旱而言,仅有10.9%的耕地发生严重干旱的频率超过20%,但77.2%的耕地发生该类干旱的频率不到5%,极端干旱发生的频率更小,滦河流域89.3%以上的耕地发生极端干旱的频率不到5%。
图5.6 1989年1—12月干旱等级空间分布图
图5.7(一) 不同等级干旱发生频率(1973—2012年)
图5.7(二) 不同等级干旱发生频率(1973—2012年)
图5.8 各频率下区域干旱面积占比
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