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第3章 认识干旱(2)

由于干旱的形成原因异常复杂,影响包括气象、水文、地质地貌、人类活动等多方面,加之研究目的不同,目前还没有一个可以被普遍 接受的干旱定义。现在社会上公认的干旱定义是指因水分的收与支或供与求不平衡而形成的持续的水分短缺现象。这种水分的短缺可以表现为:由于自然蒸发大于自然降水量引起的水分的不足,由于土壤水分的缺乏影响农作物正常生长,由于江河湖泊水位偏低,径流异常偏小等。

通常情况下干旱分可分为小旱、中旱、重旱、特大旱4个等级:

小旱:指连续无降雨天数,春季达16~30天、夏季16~25天、秋冬季31~50天。特点为降水较常年偏少,地表空气干燥,土壤出现水分轻度不足,对农作物有轻微影响。

中旱:指连续无降雨天数,春季达31~45天、夏季26~35天、秋冬季51-70天。特点为降水持续较常年偏少,土壤表面干燥,土壤出现水分不足,地表植物叶片白天有萎蔫现象,对农作物和生态环境造成一定影响。

重旱:指连续无降雨天数,春季达46~60天、夏季36~45天、秋冬季71~90天。特点为土壤出现水分持续严重不足,土壤出现较厚的干土层,植物萎蔫、叶片干枯,果实脱落,对农作物和生态环境造成较严重影响,对工业生产、人畜饮水产生一定影响。

特大旱:指连续无降雨天数,春季在61天以上、夏季在46天以上、秋冬季在91天以上。特点为土壤出现水分长时间严重不足,地表植物干枯、死亡,对农作物和生态环境造成严重影响,对工业生产、人畜饮水产生较大影响。

该等级标准规范全国通用,具有空间和时间可比性,能较为客观地描述干旱的发生、发展、持续、解除等过程,以及干旱发生程度和范围。

特大干旱(一级红色预警):

多个区县发生特大干旱,多个县级 城市发生极度干旱。

严重干旱(二级橙色预警):

数区县的多个乡镇发生严重干旱。

或一个区县发生特大干旱等。

中度干旱(三级黄色预警):

多个区县发生较重干旱,或个别区县发生严重干旱等。

轻度干旱(四级蓝色预警):

多个区县发生一般干旱,或个别区县发生较重干旱等。

水旱灾害发生的原因:

(1)气候因素

由于我国幅员辽阔气候多样复杂,雨热同期,且季风气候显着,因此水旱灾害频繁。水灾主要是因为夏季风的不规则运动导致雨带的来回徘徊,导致受灾。旱灾是因为气压带风带的季节移动,副热带高气压带长时间控制导致旱灾。通常将年降水量少于250毫米的地区称为干旱地区,年降水量为250~500毫米的地区称为半干旱地区。

(2)地形地貌因素

不同的地形和地貌会导致气流的循环模式发生变化,例如山丘地区易产生暴雨洪水,蕴含的能量大,平原地区洪涝灾害常常相伴而生,平原洼地极易发生土壤盐碱化,沿海一带易发风暴潮灾。

(3)人类活动因素

自建国以来,我们国家建成了大量的水利工程,导致局域性的气候模式发生了变化。同时,人类居住的区域向城镇化发展,进程加快,众多居民集中消耗水资源、大量抽取耗用地下水,极大地影响了大气水循环,导致中小尺度大气水循环异常复杂,水旱灾害极端事件频繁发生。

干旱的分类

中国的干旱和半干旱地区主要分布在西北地区,因此讨论干旱对水资源的影响主要讨论西北地区。

西北地区的水资源主要是黄河和西北内陆河的河川径流、高山湖泊、冰川积雪以及地下水。黄河流经青、甘、宁、蒙和陕西,内陆河主要有河西的疏勒河、黑河、石羊河和南疆的塔里木河,长江上游一些支流分布在青、甘、陕的南端,有少数河流流出境外。

湖泊多分布在封闭半封闭的内陆盆地中,以咸水湖和盐湖为主,也有少量的淡水湖。全区多年平均水资源总量为2344亿平方米,仅占全国的8%,单位面积产水量为6.23万平方米/平方公顷,仅为全国平均水平的21%。水资源随气候变化而变化,据中国气象学家预测,如果气温上升2℃并持续10~20年,中国将有40%~50%的永冻土消 融。这意味着作为万河之源的西部高原冰雪大量融化,许多以冰川为水源的河流将面临枯竭。首当其冲的是塔里木河等内陆河。对于已经严重荒漠化的西北地区,绿洲将全部消失,大西北将变为寸草不生的弃地。

近年来,由于西北地区气候变暖,西北地区水资源的变化与干旱气候变化息息相关。

一般地来说,干旱是因雨量不足导致土壤、气候干燥。随着人们对干旱认识的逐步深入,人们已认识到干旱不仅仅与雨水盈亏有关,也与下垫面条件与需水要求等相关联。由于学科不同,研究角度不同,“干旱”一词有着不尽相同的含义。

归纳起来,干旱的定义可分为4类,即气象干旱、水文干旱、农业干旱、社会经济干旱等。

1.气象干旱

气象干旱也称大气干旱,根据气象干旱等级的中华人民共和国国家标准,气象干旱是指某时段内,由于蒸发量和降水量的收支不平衡,水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象。其原因,或者由收入项降水的异常短缺,或者由支出项蒸散异常增大形成。由于降水是主要收入项,它的异常短缺常伴随着蒸散的增大,且降水资料最易获得,因此,气象干旱通常主要以降水的短缺作为指标。

2.农业干旱

农业干旱的发生是一个复杂的过程。农作物在长期无雨或少雨的情况下,由于蒸发强烈,土壤水分亏缺,使体内水分平衡遭到破坏,影响正常生理活动,造成损害。农业干旱的发生除受降水量、降水性质、气温、光照和风速等气象因素影响外,还与土壤性质、种植制度、作物种类、生育期等有关。因此分析农业干旱时通常要从农作物和水分两个方面考虑。 作物从营养生长向生殖生长转换时期对水分最敏感,如果降水条件不能充分保证,就会对产量造成很大影响。中国各地降水的季节变化和年际变化很大。因此,各地农业的干旱发生频率与降水变率关系很大,季节性、区域性十分明显,形成了以区域为中心的作物季节性干旱。全国主要有以下5类农业干旱:(1)华北冬小麦春旱;(2)南方水稻伏秋旱;(3)北方秋作物夏旱;(4)北方小麦秋播干旱;(5)华南冬作物冬旱。

另外还有区域性的季节性干旱。

如西北牧区干旱和黄土高原半干旱地区的春旱、华南南部和西南地区的春旱,甘肃中部、宁夏南部、关中等地的初夏旱和伏旱,华北冬旱、北方牧区的冬旱(黑灾)等都会对农牧业生产带来不同程度的影响。

农业干旱是干旱的一个重要分支。按其成因不同可将农业干旱分为土壤干旱、生理干旱和大气干旱3种类型。

(1)土壤干旱

农业干旱是根据土壤水分含量来确定的,当根层土壤水分达到限制作物生长和产量时称为土壤干旱。

土壤干旱应根据作物种类、发育期及不同地区的根层土壤含水量来确定。一般来说,豆科作物应考虑较深土层的含水量,而禾本科作物考虑浅土层的含水量。在作物生长初期,如果上层水分足以满足其生长需要的话,虽然下层土壤水分不足,也不会对作物最终产量造成大的影响。但下层土壤水分继续缺少,则将会导致产量明显下降。

(2)生理干旱

生理干旱是因土壤环境不良,使根系生理活动受阻,吸水困难,导致作物体内水分失去平衡而发生危害。干旱危害作物是因植物体的水分平衡遭受破坏所致。蒸腾量超过吸水量使叶内水分逐渐减少,于是气孔闭塞,光合作用减少,植物的生长速度和产量降低。如果继续干旱,最终将使作物旱死。土壤即使有足够水分,但由于土壤温度过高或过低,氧气不足,或施肥过多等原因,使作物根系吸水困难、体内水分失调而受害。

(3)大气干旱

大气干旱是由于太阳辐射强、温度高、空气湿度低,有时还伴有中等或较强的风力使大气蒸发很强所致。大气干旱导致作物蒸腾旺盛,耗水增多。此时即使土壤不干旱, 有足够的水供根系吸收,但因蒸腾耗水太多,根系吸取的水量不抵蒸腾耗水量,从而使作物体内发生水分亏缺。这种大气干旱能对多种作物发生危害,在中国最为典型的大气干旱是北方冬、春小麦产区在产量形成阶段的干热风。

3.水文干旱

水文干旱是指由降水和地表水或地下水收支不平衡造成的异常水分短缺现象。由于地表径流是大气降水与下垫面调蓄的综合产物,它在一定程度上能反映降水与地面条件的综合特性。因此,水文干旱主要指由地表径流和地下水位造成异常水分短缺现象。水文干旱年(或月)即地表径流、地下水位比多年平均小的年份(或月),利用年(或月)径流量、河流平均日流量、水位等小于一定数值作为干旱指标。也可以采用地表径流与其他因子组合成多因子指标以分析水文干旱。

4.社会经济干旱

虽然干旱问题受到广泛关注,但至今尚没有从社会经济总体角度来确定干旱指标。社会经济干旱应当是水分的总供给量少于总需求量的现象。它应从自然界与人类社会系统的水分循环原理出发,用水分供需平衡模式来进行分析研究与评价。

中国最干旱的地区

西北干旱地区包括新疆、青海、甘肃、宁夏全境和陕西秦岭以北、内蒙古西部以及山西西部地区,总面积占全国的1/3以上,中国的主要沙漠都分布在这一地区。在总人口约9000多万的西北地区,少数民族占1/5左右,目前尚有1000多万人饮用水困难。

知你道吗 干旱地理分布

纬度、海陆位置和地形是影响干旱地理分布的3种因素。在世界上一些副热带地区,受副热带高压控制,终年盛行下沉气流,形成持续干燥少雨的永久干旱区。我国西北深居欧亚大陆腹地,远离海洋,来自海洋的湿润气流难以到达,形成大陆腹地干旱气候。另外地形的动力作用形成下沉气流,产生局部干旱区,如南美、北美西部的干旱区和以我国南疆为中心的干旱区均与地形有关。由于纬度、海陆位置和地形不易改变,因此,它们导致的干旱区也不会改变,成为永久干旱区,且多沙漠。

1.全球范围

干湿气候区的划分由气候干燥度来决定,气候干燥度是指最大可能蒸发量与降水量之比。干燥度1.50~3.49为半干旱气候区,干燥度≥3.5为干旱气候区。

地球上广大副热带反气旋中心具有大范围下沉气流,由于气流下沉绝热增温与压缩逆温效应使气团干燥度增大。位于海洋上副热带反气旋东侧的大陆西部沿海岸地区,海洋上盛行冷洋流,大气层结稳定,进一步增强了反气旋边缘(东侧)抑制降水的效应。因此,干旱气候出现在副热带大陆西缘的海岸附近。

如北非、南非、北美、南美的副热带西海岸。

在副热带内陆地区,如北半球,即使近地面层有强烈的加热空气效应,但由于对流层中层的下沉运动占优势,使降水过程受到抑制。增强了气团的干燥度,构成了在地球上副热带大陆上连片出现的干旱气候。从北非西海岸一直延伸到亚洲内部的干旱带就是明显的例证。在北美、南美和澳洲的内陆地区也存在这类干旱气候。

下沉气流及抑制降水的机制并非仅仅限制在副热带。例如,干旱气团控制地区也出现在赤道非洲、亚洲、美洲的温带内陆。从中亚到中国的新疆、甘肃、青海、内蒙古的大片干旱气候区处于亚洲温带内陆地区的干旱带。主要原因是它们位于远海内陆山脉的背海风一侧,海风不易到达,又有气流下沉效应,气旋越过山脉后,也会遇到截断与削弱。

(1)热带干旱、半干旱气候区热带干旱与半干旱气候出现在副热带高压带及信风带的大陆中心和大陆西岸,平均位置约在纬度15°~25°之间,因干旱程度和气候特征不同,可分热带干旱气候型、热带西海岸多雾干旱气候型和热带半干旱气候型。

(2)热带干旱气候

典型的热带干旱气候区有非洲撒哈拉沙漠、卡拉哈里沙漠,西亚、南亚的阿拉伯大沙漠、塔尔沙漠、澳大利亚西部和中部沙漠,南美的阿塔卡马沙漠等。这里的气候特点是:降水量少而变率大;云量少,日照强烈;气温高,日较差大;蒸发强,相对湿度小。智利的伊基克曾经连续4年无雨,而某年一次阵雨竟降了635毫米。这里的所谓多年平均降水量并没有多大的实际意义。在撒哈拉沙漠上12月和1月的平均云量为1/10;6~10月平均云量为1/30。在热带干旱气候区蒸发力非常强,可能蒸散量约为其降水量的20倍乃至百倍以上。

2.热带西海岸多雾干旱气候在热带大陆西岸,有冷流经过的海滨地带,如北美的加利福尼亚 冷流、南美的秘鲁冷流、北非的加那利冷流和南非的本格拉冷流的沿岸地带,纬度在20°~30°附近,出现一种热带多雾干旱气候。这里降水量极为稀少,如南美智利北部港埠城市安托法加斯塔年降水量只有0.4毫米。比热带内陆干旱区的降水量还要少。这主要是因为它们位于副热带高气压的东部边缘,盛行着下沉气流,再加上冷流的影响,使空气下层气温降低,有明显的逆温现象,空气层结稳定,所以多雾而少雨。如非洲西南部的斯瓦科普蒙德一年中有150天以上的雾日。

3.热带半干旱气候

在热带干旱气候区外缘为热带半干旱气候。热带半干旱气候有一短暂雨季,年降雨量在250~750毫米。它的雨季出现在正午太阳高度角大的季节,如非洲乍得的恩贾梅纳。在5~10月,正午太阳高度角大时,因赤道低压北移,这里受到热带海洋气团和赤道低压槽中辐合上升气流的影响,因而有一短暂的雨季。在其余大半年时间内则受副热带高压下沉气流和东北信风带来的热带大陆气团的影响,干燥无雨。

4.副热带干旱与半干旱气候区副热带干旱与半干旱气候区位于热带干旱气候向高纬度一侧,它是在副热带高压下沉气流和信风带背风海岸的作用下形成。主要分布地区为南北纬25°~35°大陆西岸 和内陆地区,出现在北非、近东、美国西南部和墨西哥北部,澳大利亚南部、阿根廷和非洲南部部分地区。因干旱程度不同可分为副热带干旱气候与副热带半干旱气候。

5.副热带干旱气候

副热带干旱气候是热带干旱气候的延伸,亦具有少雨、少云、日照强、气温高、蒸发大等特点。但由于纬度位置稍高,与热带干旱气候相比有以下两点差异:

(1)凉季气温较低,年较差比热带沙漠大。该区在盛夏期间烈日高照,又在热带大陆气团控制下,其酷热程度与热带沙漠相似。如美国西部干旱区亚利桑那州的尤马,曾经出现连续80天白昼最高气温在38℃以上,最热月平均气温达33℃。但1月份个别日子最低气温可降至0℃以下,1月平均气温为13℃,气温年较差达20℃。

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