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常见干旱指标与土壤墒情监测预报技术

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:帕尔默方法的最大贡献是首先提出了当前情况下的气候上适应降水量概念,以及用气候特征权重因子修正水分异常指标,使得各代表站之间、各月之间的干旱程度可以比较。但是,用帕尔默指标讨论水文农业干旱有待商榷,因为该指标中有些假定不符合水文学中水量平衡理论。目前我国采用的众多农业干旱指标中,能较准确识别

常见干旱指标与土壤墒情监测预报技术

干旱发生与否和发生的大小需要用指标来定量和判断,目前见到的干旱指标都是基于从不同的角度,从不一样的实际工作领域各自提出的,它们具有明显的部门、行业和地区色彩。干旱指标是描述旱情的一种量化表达方式。比较精确且相对适用的干旱指标势必应兼顾考虑大气、水文农业、社会经济四个方面的作用和影响,应该体现:干旱与显著低于正常降水的长期持续现象有联系,干旱与由水分供求、收支不平衡造成的水分短缺密切相关,干旱会程度不同的影响农业生产,造成农作物的经济损失等。试图给出一个客观的干旱指标确实存在明显的困难,但通过长期的研究与实验,人们对干旱指标有以下几点共识:不论如何设置干旱指标,水量应充分体现和考虑,水不仅指自然降水,也包括土壤水、地表水、地下水等,即水量比正常值偏少,水量比需要的少等含义。而且干旱指标应具有普遍适用性,以便能在不同的气候地区,不同的行业部门模拟和描述干旱的发生。指标中要素过于简单,虽然简便易行,但也有其局限性。若指标中要素过于复杂,在应用上受资料、方法和财力等约束限制,难以实际推广。因此,从不同行业不同影响因素归纳起来较为常见的干旱指标有以下三类。

1.气象(大气)干旱指标

常用来描述气象干旱的指标有:

(1)雨量指标:①用降水量频率为50%、75%、95%的相应降水量值;②根据农谚或透墒雨量确定指标。

(2)降水距平、均方差指标。

(3)湿润度和干燥度指标。降雨量与蒸发能力之比称湿润度(蒸发与降水之比称干燥度),是一种表示水分收支的综合指标,气象部门对此研究很多,并制定了许多湿润、干燥度模式(主要是确定蒸发能力项)。虽然该指标已考虑了下垫面条件,但从理论上讲该指标仅适合于讨论气象干旱问题。因为该指标中蒸发能力是指在充分供水条件下的土壤蒸散发损失量,不能反映作物的需水情况,以及土壤各时期可供水情况。

(4)无雨日干旱指标。

(5)帕尔默指标(Palmer)帕尔默指标是一个被广泛用于评估旱情的指标。该方法引入了水量平衡概念,又考虑了供需关系,具有较好的时间、空间可比性,能够描述干旱形成、发展、减弱和结束的全过程。帕尔默方法的最大贡献是首先提出了当前情况下的气候上适应降水量概念,以及用气候特征权重因子修正水分异常指标,使得各代表站之间、各月之间的干旱程度可以比较。但是,用帕尔默指标讨论水文农业干旱有待商榷,因为该指标中有些假定不符合水文学中水量平衡理论。如假定某月的可能降水是这个月正常降水的三倍具有相当的任意性。又因为该指标的适宜降水是建立在多年平均降水的基础上,与农作物需水联系甚微。

2.水文干旱指标

为了讨论水文干旱指标需要开展4项工作:①确定缺水的性质,可通过分析降水量、土壤含水量及河道流量与干旱的影响关系,明确缺水的性质。②分析确定时间的完整周期,它是确定实测水文资料中干旱事件次数的主要因素之一。在干旱分析中水文资料计算平均时段为小时、天、月、季节、年等。③确定截断水平,用以区分水文记录中干旱与其他事件,截断水平是干旱特性描述的另一决定性因子依据其分析的目的而定,如着眼于消耗流域蓄水补给河川径流的极限,截断水平取各年径流量最小值中最大者。亦有截断水平用以反映现有可供水的社会经济要求,如年平均流量可以用来代表一个城市对现有河道流量的期望需要。④区域性分析方法的选择。由于单站水文资料太短,不能对干旱统计提出足够的估计,局限于单站的分析一般是不可行的,通过考虑不同地形的大面积水文资料间的相互关系,可以扩大水文信息。

3.农业干旱指标

从成因的角度,降雨量等气象因素是农业干旱灾害形成的主要原因。因此,从气象条件来研究农业干旱规律也是一种普遍采用的方法,如用降雨量标准差指标、距平指标等进行农业干旱分析。但实际表明气象干旱和农业干旱并不完全一致,农业干旱的分析还要考虑不同农作物生长期间供水与需水的关系、土壤墒情特征等因素。因此,农业干旱指标也是研究得比较多的指标。

(1)土壤湿度。土壤湿度一般以土壤水分重量占干土重的百分数来表示,也有以土壤水分的容积占土壤总体积的百分数来表示的。用它作干旱指标时,干旱程度可界定为:不同深度土壤相对湿度Sd满足Sd<60%,Sd<50%,Sd<40%时的干旱程度分别为轻旱、中旱、大旱。

(2)土壤有效水分存储量。土壤某一厚度层中存储的能被植物根系吸收的水分叫土壤有效水分存储量S,当S小到一定程度植物就会发生凋萎,因此可以用它来反映土壤的缺水程度及评价农业旱情。

(3)供需水比例指标。供需水比例指标公式为

式中 P——为时段降雨量;

Pa——为前期影响降雨量;

Pg——为时段补给深层的地下水量;(www.xing528.com)

Ps——为时段地表径流量;

Dw——为作物在同一时段的需水量。

该干旱指标K满足K≥1.0,0.7<K<1.0,0.4<K<0.7,K<0.4时的干旱程度分别为正常、轻旱、中旱、大旱。

这一指标考虑了多种水分因素对作物干旱的影响,但有些因素,如径流深,在不同时段、不同区域较难计算,这给它的推广应用造成了很大的困难。

(4)农作物水分指标。农作物水分指标公式如下

式中 P——作物生长期降雨量;

Re——径流量的深层渗漏雨量;

ρ0——作物生长初期根系层土壤含水量;

ρg——每1mm降水量增加的土壤含水量;

Rg——地下水补给量;

E0——可能蒸散发量;

ρm——适应作物正常生长所需土壤含水量。

农作物水分指标D满足D>1.3,0.8<D<1.3,0.5<D<0.8,D<0.5时的干旱程度分别划分为水分过多、正常、半干旱、干旱。

这个指标综合考虑了水量平衡的各个因素,并与农作物需水量相关联,在我国旱作农业区应用较广,但它的缺点是某些参数在基层站难以确定。

(5)温度指标。有人曾提出在每日13~15时的作物冠层温度与气温层温差值作为干旱指标。该指标的优点在于它可以与遥感技术相结合,通过遥感技术迅速而准确地测得大面积作物的冠温,对旱情进行评价,进而可以迅速地做出相应对策。我国采用的农业干旱指标较多,有直接以农作物生长期供水量与同期需水量的比例关系,或农作物根系层实际土壤含水率与农作物适宜生长含水率的关系来做为干旱指标。目前我国采用的众多农业干旱指标中,能较准确识别出各级干旱的并不多,其识别结果往往是比实际情况严重得多,还很难满足农业旱情评价的实际需要。

干旱问题涉及到大气、水文、农业、地理等多种学科多个复杂因素,广大科技工作者因地制宜提出的干旱指标如距平值供需比、无雨日数、综合指标等,每一方法在某种特定的地区可能有其适用性,但对于另外的地区则不一定适用,某些经验常数在统计时段内可行,但时段以外延用不一定可行,很难归纳出一个统一的标准。为此,各地区应针对实际情况,采用适合本地区本行业的指标进行评估计算、预测和模拟干旱灾害。使我国的干旱研究水平达到一个新的高度,更好地为国民经济和人民的生活水平服务。

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