孙 可，孙宝利，杨晓彤，李 凝，张 旭，魏泽楷

（辽宁省阜新市气象局，辽宁 阜新 123000）

0 引言

干旱是在一定时间尺度上水分收支或供求不平衡形成的水分短缺现象。随着全球气候变暖，干旱灾害发生日益频繁并在受灾地区造成了巨额的经济损失［1］。因此，加强干旱监测、预测方面的研究对科学评估区域气候影响、制定合理的风险管理以及防灾减灾措施具有重要的意义［2-5］。近几年，许多学者对我国的干旱变化特征和大气水汽进行了研究。干旱具有多尺度变化特征，在我国东北地区跨月、跨季节甚至跨年度的重大干旱事件频发，掌握不同时间尺度干旱的变化特征，增加对干旱演变细节的认识，了解大气水汽分布特征，对于准确预测和评估干旱的发生发展，科学规避灾害风险具有重要的现实意义［6-24］。阜新位于辽宁省西部，在该地区由于降水量少且降水时间和空间分布不均，气象干旱影响范围广而且持续时间长，每年都会造成农作物不同程度减产，给当地经济、社会发展带来了不利影响。笔者利用1981～2020年阜新地区40年的降水量、气象干旱数据和标准降水蒸散指数（SPEI），采用数理统计、对比分析等方法对阜新地区春、夏、秋干旱的变化特征进行了分析，所得分析结果可为当地气象部门开展农业抗旱服务提供科学依据［25］。本文还提出了人工增雨抗旱的应对措施，可为阜新地区合理利用水资源、有效缓解干旱提供参考［26］。

1 资料和方法

利用1981～2020年阜新和彰武观测站，以及各乡镇加密站的降水量资料，计算春、夏、秋3个季度的降水距平百分率，再按照《农业干旱预警等级》（GB/T 34817—2017）中的标准（特大干旱、严重干旱、中度干旱、轻度干旱的降水距平百分率分别为-80%以下、-80%～-51%、-50%～-26%、-25% ～-15%）来分析旱情。

利用1981～2020年干旱灾情服务和土壤墒情等气象资料，按照气象干旱分级标准，分析阜新地区春、夏、秋3个季度的干旱特征。

利用全球干旱监测系统网站（https：//spei.csic.es/）提供的1981～2020年的SPEI（标准降水蒸散指数）资料，分析阜新地区春、夏、秋3个季度干旱的变化特征和趋势，并对SPEI指数进行Mann-Kendall突变检验。

2 阜新1981～2020年干旱变化特征分析

2.1 阜新地区1981～2020年降水量分析

1981～2020年阜新地区年平均降水量为490.7 mm，其中阜蒙县站476.0 mm，彰武县站505.5 mm。年最大降水量为775.7 mm，出现在1994年阜蒙县站；年最小降水量为294.3 mm，出现在2011年阜蒙县站（表1）。从阜蒙、彰武这2个县的降水量来看，1981～2020年平均降水量呈减少趋势（图1）。

图1 1981～2020年阜新地区平均降水量的变化趋势

通过对各乡镇1981～2020年的降水量进行统计分析可知：年际降水量的变化周期为5年左右，丰水年与枯水年的变化周期为10年左右；近10年降水量呈东南多西北少的分布特征，而且450 mm和500 mm降水的分界线南移，小于500 mm的降水面积增大（图2）。

统计阜新地区1981～2020年春、夏、秋3个季度降水量的距平百分率，按照《农业干旱预警等级》分析该地区的干旱情况。在这40年里，共出现了46次不同等级的干旱，其中严重干旱19次，占总干旱次数的41.3%；中度干旱15次，占总干旱次数的32.6%；轻度干旱12次，占总干旱次数的26.1%。从季度上来看，春季干旱18次，夏季干旱12次，秋季干旱16次，分别占总干旱次数的39.1%、26.1%、34.8%。

在1981～2010年期间平均每年出现干旱1.1次；在2011～2020年期间平均每年出现干旱1.3次；后10年出现干旱的频率较前30年增加了18%。阜新地区的降水具有时间和空间分布不均的特点，仅从降水量上分析干旱情况，平均发生的次数偏少，但能从时间和空间上体现出干旱发展的趋势（表2）。

表2 1981～2020年阜新地区不同季节农业干旱次数统计结果

2.2 1981～2020年阜新地区气象记录分析

统计阜新市1981～2020年干旱决策材料、土壤墒情和气候年鉴，分析春、夏、秋3个季度不同等级的气象干旱情况，结果如表3所示。

由表3可知：在1981～2020年这40年里共出现了72次干旱，其中春旱共出现33个年份，发生次数最多，发生频率为82.5%；夏旱共出现27个年份，发生频率为67.5%；秋旱发生次数最少，只有12个年份，发生频率为30.0%。说明阜新地区的干旱以春旱为主，夏旱次之，而秋旱较少。

表3 1981～2020年阜新地区不同季节气象干旱年份数

从干旱的等级来看，1981～2020年阜新地区发生轻旱和中旱的次数最多，同为26次，各占总干旱次数的36.1%；而重旱发生次数最少，占总干旱次数的27.8%。说明阜新地区的干旱以轻旱和中旱为主，重旱次之。

2011～2020年春季和夏季发生干旱年份分别是9年和7年，发生频率较1981～2010年分别高出10.0%和3.3%。从近10年来干旱决策服务材料来看，2014、2017和2020年发生的干旱突破了有气象记录以来的极值，2015年夏季发生两轮重旱，2017年所有乡镇发生重旱，2018年发生的两轮春旱持续时间长达77 d。说明近10年来出现的旱情较前30年更加严重。

从1981～2020年阜新地区墒情图（图略）来看,近10年来，阜蒙县南部乡镇较之前出现了不同等级的干旱，发生干旱的频率明显增加，这与降水量分布情况分析的结果比较符合。

结合干旱分布和降水分布情况，参照辽宁省抗旱作战图（图3），制作了阜新的抗旱作战图（图4）。由图4可见，彰武东南部为次高风险区，其他地区都为高风险区，特别是阜新的中南部也加入到高风险区。

图3 辽宁省抗旱作战图

图4 阜新市抗旱作战图

2.3 基于SPEI指数的分析

SPEI（标准降水蒸散指数）是全球干旱监测系统提供的近实时反映全球范围内干旱状况的1个指标。从https：//spei.csic.es/下载阜新地区1981～2020年的SPEI数据，进行分析。图5为1981～2020年阜新地区SPEI的年际变化特征，从中可以看出SPEI数值呈下降趋势，说明干旱发生的概率在增大。

图5 阜新1981～2020年SPEI的年际变化

统计3个月尺度的SPEI指数，描述阜新地区不同等级干旱发生的频率，由表4可以看出，在1981～2020年期间阜新地区共发生73次干旱，其中春季发生干旱的频率为67.5%，发生夏旱和秋旱的频率均为57.5%。其中春季发生重旱的频率为22.5%，夏季发生重旱的频率为17.5%。

表4 1981～2020年不同季节SPEI干旱统计结果

2011～2020年春旱和夏旱发生的频率分别为80.0%和70.0%，较1981～2010年分别增加了20.0%和17.7%，这与降水量距平分析的干旱趋势相符。

图6为阜新地区不同季节SPEI指数的Mann-Kendall突变检验曲线。由UF曲线可知，春季SPEI指数的突变点在1988年左右，此后SPEI指数呈下降趋势，在2002～2004年超过了显著性水平0.05临界线，表明此阶段干旱增加趋势显著；夏季SPEI指数的突变点在1998年左右，此后SPEI指数呈下降趋势；秋季SPEI指数的突变点在1998年，此后SPEI指数呈下降趋势，在2008～2010年和2014～2017年超过了显著性水平0.05临界线，表明这2个阶段干旱增加趋势显著。

图6 1981～2020年SPEI指数的Mann-Kendall突变检验曲线

3 人工增雨抗旱应对措施

近10年来，阜新干旱更加严重，干旱发生的面积不断增大，阜新中南部也划入到高风险区。建议采取以下5项措施来应对阜新严重干旱，提升科学化作业能力，提高增雨抗旱服务效果。

3.1 优化地面作业布局

由于南部村庄多，且靠近民航飞机航路，按照火箭作业站点安全标准，在南部选择作业点，优化火箭增雨作业布局。所以计划在南部山区建设地面燃烟炉，开展人工增雨作业，并列入辽宁省“十四五”人工影响天气发展规划，以此来增加作业方式，优化地面人工增雨作业布局。

3.2 优化飞机增雨作业航线

根据人工冰晶可能扩散距离为6～10 km，飞机播撒冰晶的飞行方向应垂直于高空风向，沿逆风向轨迹进行播撒，以播撒轨迹边长50～80 km、行距间隔12～20 km的条播或“S”型方式进行作业。设计4条“S”型飞机增雨预设航线，来满足飞机作业需求，提升增雨作业效果。

3.3 制定人工影响天气周年服务方案

进一步规范潜力预报、监测预警和作业指挥流程，提高科学作业能力。主要通过利用资料、实施内容和分析依据等方面，对作业条件潜力预报和作业预案（24～3 h）、作业条件监测预警和作业方案（3～0 h）和跟踪指挥和作业实施（0～3 h）这3个阶段进行流程规范和指导。

3.3.1 作业条件潜力预报和作业预案（24～3 h） 利用EC、GRAPES、MM5和WRF等模式产品及卫星和雷达资料。当未来24 h内有降水天气系统影响目标区时进行潜力分析，根据模式产品预报，结合大气稳定度和高空风判断作业工具，并制定发布未来24～3 h作业条件潜力预报和作业预案。

3.3.2 作业条件监测预警和作业方案设计（3～0 h） 利用雷达、卫星设备并通过人影跟踪指挥系统修正人工增雨飞机起飞时间以及飞行航线和高度；通过人影跟踪指挥系统，向火箭增雨拟作业点发送预警指令，包括预计作业时间、拟用弹量等。

3.3.3 跟踪指挥和作业实施（0～3 h） 利用卫星和雷达等实时观测资料，在增雨飞机起飞后，地面指挥人员利用观测设备确定催化剂播撒时间和用量，使用北斗通讯系统通知飞机作业人员。利用人影跟踪指挥系统计算出地面火箭增雨作业区域并通过雷达、卫星数据进行修订，向作业点发送作业指令，包括作业时间、发射方位角仰角、用弹量等。

3.4 加强人工增雨科学研究工作

利用雷达资料开展人工增雨作业条件研究，找准最佳作业部位，进一步提升科学作业指挥能力。利用微波辐射计、GPS/MET、ERA再分析等多源资料开展人工增雨水汽研究，指导飞机增雨和火箭增雨作业时能够把握最佳时机，提升人工增雨作业效率。

3.5 更新人影作业装备，提升硬件实力

更新地面火箭增雨作业车辆和自动化火箭增雨装备。更新升级飞机增雨作业发射装置，并列入辽宁省“十四五”人工影响天气发展规划。

4 结论与讨论

从降水量分析来看，阜新地区年平均降水量呈减少趋势。2011～2020年降水量＜450 mm和＜500 mm的面积在扩大。按照《农业干旱预警等级》分析来看，春旱发生概率最大，占总干旱次数的39.1%。近10年发生干旱的频率较前30年增加了18.0%。

从气象干旱记录分析来看，1981～2020年出现了72次干旱，春旱发生次数最多，发生频率为82.5%；其次为夏旱，发生频率为67.5%。近10年春旱和夏旱发生的年份数分别是9年和7年，发生频率分别较前30年高出了10.0%和3.3%。从空间分布来看，彰武东南部为干旱次高风险区，其他地区都为高风险区。

从SPEI指数分析来看，阜新地区共发生了73次干旱，其中春季发生干旱的频率为67.5%，发生夏旱和秋旱的频率均为57.5%。2011～2020年春旱和夏旱发生的频率分别为80.0%和70.0%，较1981～2010年分别提高了20.0%、17.7%。

近10年阜新干旱更加严重，阜新中南部也划入到高风险区。通过采取优化地面作业布局、优化飞机增雨作业航线、制定人影周年服务方案、加强人工增雨科研工作、更新人影作业装备等5项措施来应对严重干旱，提升科学化作业能力，提高增雨抗旱服务效果。