赵志平

（山西省汾河二库管理局）

近40年来，随着全球气候变暖，区域气温普遍升高、冰川融化、海平面上升、极端灾害天气频发，这一系列现象引起了政府管理部门与越来越多的相关科研工作者的高度重视[1-6]。山西省地处干旱半干旱区，是全国水资源比较匮乏的省份之一，人均水资源量仅有388 m3，达不到全国平均水平的1/5。开展全省干旱指数时空特征及变化原因研究，提出针对性的措施，对促进我省水资源的可持续高效利用具有重要意义[7-13]。本项研究，基于全省15个长系列气象观测站的基本气象资料，以干旱指数为主要指标，分析了近40年来山西省干旱时空变化特性及原因，旨在为全省水资源的合理开发利用提供基础依据。

1 研究方法与数据来源

首先，基于全省15个长系列气象观测站近40年来月平均最高气温（Tmax）与最低气温（Tmin）、年日照时数（Hsuns）、年均相对湿度（Humi）、年均风速（Wspe）、年降水量（P）等气象因子，采用彭曼—蒙蒂斯（Penman-Monteith）公式（1）计算区域潜在蒸发量（ET0），采用公式（2）计算干旱指数。

式中：ET0为潜在蒸发量，mm；P为年降水量，mm；Rn为地表净辐射，MJ·m-2；G为土壤热通量，MJ·m-2；T为2 m高处日平均气温，℃；U2为2 m高处风速，m.s-1；es为饱和水气压，kPa；ea为实际水气压，kPa；Δ为饱和水气压曲线斜率；r为干湿温度表常数，kPa℃-1。

采用T检验，分析潜在蒸发量（ET0）、降水量（P）和干旱指数（R）三项指标近40年来的年尺度变化趋势：当T值大于1.96时，认为显著增大；当T值小于1.96时，认为显著减少。采用ArcGIS软件，分析三项指标的空间关系。采用偏相关分析法，分析各个气象因子对干旱指数的影响。T检验和偏相关分析，均采用SPSS11.5软件完成。

本项研究的所有基本气象资料，均来自中国气象数据网。

2 研究结果与分析

2.1 近40年来山西省干旱变化时空特征

基于近40年全省15个气象站的基本气象数据，采用式（1）计算全省ET0，采用式（2）计算干旱指数R，采用T检验分析ET0、P和R随时间演变趋势，采用ArcGIS软件分析空间分布特征，结果见图1。

由图1可以看出，近40年来，山西省的15个气象站年降水量均呈下降趋势，其中，榆社、介休、临汾和阳城等4个站达到了显著水平；潜在蒸发量，右玉、河曲、五寨、原平、太原、阳泉、临汾和阳城等8个站的呈下降趋势，其中，河曲、原平和临汾3个站达到显著水平；干旱指数，右玉、河曲、兴县、五寨、原平和隰县等6个气象站呈缓慢下降趋势，大同、离石、太原、榆社、介休、临汾、运城和阳城呈上升趋势，其中，榆社站达到显著上升水平。

图1 近40年来山西省P、ET0和R时空特征

从区位特征分析（图2），晋中和晋南地区的年降水量呈显著下降趋势，晋北地区下降趋势不明显；晋北、晋中和晋南地区的潜在蒸发量均呈缓慢下降趋势；晋中和晋南地区的干旱指数均呈缓慢上升趋势，晋北地区则呈缓慢下降趋势。

图2 近40年来山西省P、ET0和R演变区位特征

2.2 气候变化对干旱指数的影响

为了深入分析干旱指数（R）变化产生的内在原因，利用spass11.5软件对干旱指数与气候因子中的最高气温、最低气温、日照时数、相对湿度、风速和降水量进行偏相关分析（表1）。从表1可以看出，干旱指数与日照时数在0.01显著水平存在正相关关系，与相对湿度和降水量在0.01的显著水平上呈负相关关系，与最高气温在0.05显著水平上存在正相关关系。在晋北和晋南地区，干旱指数（R）与最低气温呈不显著的负相关关系，与风速则呈不显著的正相关关系。在晋南地区，与最低气温呈不显著正相关关系，与风速呈负相关关系。

表1 干旱指数与气候因子相关关系分析表

3 结论

本项研究基于山西省15个长系列气象观测站的基本气象资料，采用彭曼公式等方法计算了全省不同区位的潜在蒸发量和干旱指数，然后采用T检验和相关分析等方法分析了干旱指数变化的时空特征，认为晋中和晋南地区的降水量呈显著下降趋势，晋北地区下降趋势不明显；晋北、晋中和晋南地区的潜在蒸发量均呈缓慢下降趋势；晋中和晋南地区的干旱指数均呈缓慢上升趋势，晋北地区则呈缓慢下降趋势。

[1]刘 园，王 颖，杨晓光.华北平原参考作物蒸散量变化特征及气候影响因素[J].生态学报，2010，30（4）：923-932.

[2]陈素英，张喜英，邵立威，等.农业技术和气候变化对农作物产量和蒸散量的影响[J].中国生态农业学报，2011，19（5）：1 039-1 047.

[3]王富强，陈 希，魏怀斌.东江流域参考蒸散量及湿润指数变化特征研究[J].水电能源科学，2015，33（1）：7-10.

[4]王潇潇，潘学标，顾生浩，等.内蒙古地区参考作物蒸散变化特征及其气象影响因子[J].农业工程学报，2015，31（25）：142-152.

[5]尹海霞，张 勃，王亚敏，等.黑河流域中游地区近43年来农作物需水量的变化趋势分析[J].资源科学，2012，34（3）：409-417.

[6]杨 贤，谷永利，郝立生.河北省农作物发育期降水量时空分布特征[J].干旱区资源与环境，2012（8）：124-129.

[7]易俊莲，李 勇，古书鸿.1961-2010年贵州省不同茶季茶树需水量的时空变化特征[J].中国农学通报，2015，31（4）：167-173.

[8]王鹏云，王 辉，李万春，等.昆明小麦生长期需水量和缺水状况研究[J].麦类作物学报，2010，30（1）：111-115.

[9]木沙·如孜，白云岗，徐 强，等.气候变化对塔里木河流域作物需水量的影响[J].人民黄河，2013，35（3）：68-70.

[10]高 歌，陈德亮，任国玉,等.1956-2000中国潜在蒸散量变化趋势[J].地理研究，2006，25（3）：378-387.

[11]王幼奇，樊 军，邵明安，等.黄土高原地区近50年参考作物蒸散量变化特征[J].农业工程学报，2008，24（9）：6-10.

[12]曹红霞，粟晓玲，康绍忠，等.陕西关中地区参考作物蒸发蒸腾量变化及原因[J].农业工程学报，2007，23（11）：8-16.

[13]刘晓英，李玉中，郝卫平.华北主要作物需水量近50年变化趋势及原因[J].农业工程学报，2005，21（10）：155-159.