該等級標準規範全國通用,具有空間和時間可比性,能較為客觀地描述幹旱的發生、發展、持續、解除等過程,以及幹旱發生程度和範圍。特大幹旱(一級紅色預警):多個區縣發生特大幹旱,多個縣級城市發生極度幹旱。嚴重幹旱(二級橙色預警):數區縣的多個鄉鎮發生嚴重幹旱。或一個區縣發生特大幹旱等。中度幹旱(三級黃色預警):多個區縣發生較重幹旱,或個別區縣發生嚴重幹旱等。輕度幹旱(四級藍色預警):多個區縣發生一般幹旱,或個別區縣發生較重幹旱等。
水旱災害發生的原因:
(1)氣候因素
由於我國幅員遼闊氣候多樣複雜,雨熱同期,且季風氣候顯著,因此水旱災害頻繁。水災主要是因為夏季風的不規則運動導致雨帶的來回徘徊,導致受災。旱災是因為氣壓帶風帶的季節移動,副熱帶高氣壓帶長時間控製導致旱災。通常將年降水量少於250毫米的地區稱為幹旱地區,年降水量為250~500毫米的地區稱為半幹旱地區。
(2)地形地貌因素
不同的地形和地貌會導致氣流的循環模式發生變化,例如山丘地區易產生暴雨洪水,蘊含的能量大,平原地區洪澇災害常常相伴而生,平原窪地極易發生土壤鹽堿化,沿海一帶易發風暴潮災。
(3)人類活動因素
自建國以來,我們國家建成了大量的水利工程,導致局域性的氣候模式發生了變化。同時,人類居住的區域向城鎮化發展,進程加快,眾多居民集中消耗水資源、大量抽取耗用地下水,極大地影響了大氣水循環,導致中小尺度大氣水循環異常複雜,水旱災害極端事件頻繁發生。
幹旱的分類
中國的幹旱和半幹旱地區主要分布在西北地區,因此討論幹旱對水資源的影響主要討論西北地區。西北地區的水資源主要是黃河和西北內陸河的河川徑流、高山湖泊、冰川積雪以及地下水。黃河流經青、甘、寧、蒙和陝西,內陸河主要有河西的疏勒河、黑河、石羊河和南疆的塔裏木河,長江上遊一些支流分布在青、甘、陝的南端,有少數河流流出境外。湖泊多分布在封閉半封閉的內陸盆地中,以鹹水湖和鹽湖為主,也有少量的淡水湖。全區多年平均水資源總量為2344億平方米,僅占全國的8%,單位麵積產水量為6.23萬平方米/平方公頃,僅為全國平均水平的21%。水資源隨氣候變化而變化,據中國氣象學家預測,如果氣溫上升2℃並持續10~20年,中國將有40%~50%的永凍土消融。這意味著作為萬河之源的西部高原冰雪大量融化,許多以冰川為水源的河流將麵臨枯竭。首當其衝的是塔裏木河等內陸河。對於已經嚴重荒漠化的西北地區,綠洲將全部消失,大西北將變為寸草不生的棄地。近年來,由於西北地區氣候變暖,西北地區水資源的變化與幹旱氣候變化息息相關。
一般地來說,幹旱是因雨量不足導致土壤、氣候幹燥。隨著人們對幹旱認識的逐步深入,人們已認識到幹旱不僅僅與雨水盈虧有關,也與下墊麵條件與需水要求等相關聯。由於學科不同,研究角度不同,“幹旱”一詞有著不盡相同的含義。歸納起來,幹旱的定義可分為4類,即氣象幹旱、水文幹旱、農業幹旱、社會經濟幹旱等。
1.氣象幹旱
氣象幹旱也稱大氣幹旱,根據氣象幹旱等級的中華人民共和國國家標準,氣象幹旱是指某時段內,由於蒸發量和降水量的收支不平衡,水分支出大於水分收入而造成的水分短缺現象。其原因,或者由收入項降水的異常短缺,或者由支出項蒸散異常增大形成。由於降水是主要收入項,它的異常短缺常伴隨著蒸散的增大,且降水資料最易獲得,因此,氣象幹旱通常主要以降水的短缺作為指標。
2.農業幹旱
農業幹旱的發生是一個複雜的過程。農作物在長期無雨或少雨的情況下,由於蒸發強烈,土壤水分虧缺,使體內水分平衡遭到破壞,影響正常生理活動,造成損害。農業幹旱的發生除受降水量、降水性質、氣溫、光照和風速等氣象因素影響外,還與土壤性質、種植製度、作物種類、生育期等有關。因此分析農業幹旱時通常要從農作物和水分兩個方麵考慮。
作物從營養生長向生殖生長轉換時期對水分最敏感,如果降水條件不能充分保證,就會對產量造成很大影響。中國各地降水的季節變化和年際變化很大。因此,各地農業的幹旱發生頻率與降水變率關係很大,季節性、區域性十分明顯,形成了以區域為中心的作物季節性幹旱。全國主要有以下5類農業幹旱:(1)華北冬小麥春旱;(2)南方水稻伏秋旱;(3)北方秋作物夏旱;(4)北方小麥秋播幹旱;(5)華南冬作物冬旱。另外還有區域性的季節性幹旱。如西北牧區幹旱和黃土高原半幹旱地區的春旱、華南南部和西南地區的春旱,甘肅中部、寧夏南部、關中等地的初夏旱和伏旱,華北冬旱、北方牧區的冬旱(黑災)等都會對農牧業生產帶來不同程度的影響。農業幹旱是幹旱的一個重要分支。按其成因不同可將農業幹旱分為土壤幹旱、生理幹旱和大氣幹旱3種類型。
(1)土壤幹旱
農業幹旱是根據土壤水分含量來確定的,當根層土壤水分達到限製作物生長和產量時稱為土壤幹旱。土壤幹旱應根據作物種類、發育期及不同地區的根層土壤含水量來確定。一般來說,豆科作物應考慮較深土層的含水量,而禾本科作物考慮淺土層的含水量。在作物生長初期,如果上層水分足以滿足其生長需要的話,雖然下層土壤水分不足,也不會對作物最終產量造成大的影響。但下層土壤水分繼續缺少,則將會導致產量明顯下降。
(2)生理幹旱
生理幹旱是因土壤環境不良,使根係生理活動受阻,吸水困難,導致作物體內水分失去平衡而發生危害。幹旱危害作物是因植物體的水分平衡遭受破壞所致。蒸騰量超過吸水量使葉內水分逐漸減少,於是氣孔閉塞,光合作用減少,植物的生長速度和產量降低。如果繼續幹旱,最終將使作物旱死。土壤即使有足夠水分,但由於土壤溫度過高或過低,氧氣不足,或施肥過多等原因,使作物根係吸水困難、體內水分失調而受害。
(3)大氣幹旱
大氣幹旱是由於太陽輻射強、溫度高、空氣濕度低,有時還伴有中等或較強的風力使大氣蒸發很強所致。大氣幹旱導致作物蒸騰旺盛,耗水增多。此時即使土壤不幹旱,有足夠的水供根係吸收,但因蒸騰耗水太多,根係吸取的水量不抵蒸騰耗水量,從而使作物體內發生水分虧缺。這種大氣幹旱能對多種作物發生危害,在中國最為典型的大氣幹旱是北方冬、春小麥產區在產量形成階段的幹熱風。
3.水文幹旱
水文幹旱是指由降水和地表水或地下水收支不平衡造成的異常水分短缺現象。由於地表徑流是大氣降水與下墊麵調蓄的綜合產物,它在一定程度上能反映降水與地麵條件的綜合特性。因此,水文幹旱主要指由地表徑流和地下水位造成異常水分短缺現象。水文幹旱年(或月)即地表徑流、地下水位比多年平均小的年份(或月),利用年(或月)徑流量、河流平均日流量、水位等小於一定數值作為幹旱指標。也可以采用地表徑流與其他因子組合成多因子指標以分析水文幹旱。
4.社會經濟幹旱
雖然幹旱問題受到廣泛關注,但至今尚沒有從社會經濟總體角度來確定幹旱指標。社會經濟幹旱應當是水分的總供給量少於總需求量的現象。它應從自然界與人類社會係統的水分循環原理出發,用水分供需平衡模式來進行分析研究與評價。
中國最幹旱的地區
西北幹旱地區包括新疆、青海、甘肅、寧夏全境和陝西秦嶺以北、內蒙古西部以及山西西部地區,總麵積占全國的1/3以上,中國的主要沙漠都分布在這一地區。在總人口約9000多萬的西北地區,少數民族占1/5左右,目前尚有1000多萬人飲用水困難。緯度、海陸位置和地形是影響幹旱地理分布的3種因素。在世界上一些副熱帶地區,受副熱帶高壓控製,終年盛行下沉氣流,形成持續幹燥少雨的永久幹旱區。我國西北深居歐亞大陸腹地,遠離海洋,來自海洋的濕潤氣流難以到達,形成大陸腹地幹旱氣候。另外地形的動力作用形成下沉氣流,產生局部幹旱區,如南美、北美西部的幹旱區和以我國南疆為中心的幹旱區均與地形有關。由於緯度、海陸位置和地形不易改變,因此,它們導致的幹旱區也不會改變,成為永久幹旱區,且多沙漠。
幹旱地理分布
1.全球範圍
幹濕氣候區的劃分由氣候幹燥度來決定,氣候幹燥度是指最大可能蒸發量與降水量之比。幹燥度1.50~3.49為半幹旱氣候區,幹燥度≥3.5為幹旱氣候區。地球上廣大副熱帶反氣旋中心具有大範圍下沉氣流,由於氣流下沉絕熱增溫與壓縮逆溫效應使氣團幹燥度增大。位於海洋上副熱帶反氣旋東側的大陸西部沿海岸地區,海洋上盛行冷洋流,大氣層結穩定,進一步增強了反氣旋邊緣(東側)抑製降水的效應。因此,幹旱氣候出現在副熱帶大陸西緣的海岸附近。如北非、南非、北美、南美的副熱帶西海岸。在副熱帶內陸地區,如北半球,即使近地麵層有強烈的加熱空氣效應,但由於對流層中層的下沉運動占優勢,使降水過程受到抑製。增強了氣團的幹燥度,構成了在地球上副熱帶大陸上連片出現的幹旱氣候。從北非西海岸一直延伸到亞洲內部的幹旱帶就是明顯的例證。在北美、南美和澳洲的內陸地區也存在這類幹旱氣候。下沉氣流及抑製降水的機製並非僅僅限製在副熱帶。例如,幹旱氣團控製地區也出現在赤道非洲、亞洲、美洲的溫帶內陸。從中亞到中國的新疆、甘肅、青海、內蒙古的大片幹旱氣候區處於亞洲溫帶內陸地區的幹旱帶。主要原因是它們位於遠海內陸山脈的背海風一側,海風不易到達,又有氣流下沉效應,氣旋越過山脈後,也會遇到截斷與削弱。
(1)熱帶幹旱、半幹旱氣候區熱帶幹旱與半幹旱氣候出現在副熱帶高壓帶及信風帶的大陸中心和大陸西岸,平均位置約在緯度15°~25°之間,因幹旱程度和氣候特征不同,可分熱帶幹旱氣候型、熱帶西海岸多霧幹旱氣候型和熱帶半幹旱氣候型。(2)熱帶幹旱氣候典型的熱帶幹旱氣候區有非洲撒哈拉沙漠、卡拉哈裏沙漠,西亞、南亞的阿拉伯大沙漠、塔爾沙漠、澳大利亞西部和中部沙漠,南美的阿塔卡馬沙漠等。這裏的氣候特點是:降水量少而變率大;雲量少,日照強烈;氣溫高,日較差大;蒸發強,相對濕度小。智利的伊基克曾經連續4年無雨,而某年一次陣雨竟降了635毫米。這裏的所謂多年平均降水量並沒有多大的實際意義。在撒哈拉沙漠上12月和1月的平均雲量為1/10;6~10月平均雲量為1/30。在熱帶幹旱氣候區蒸發力非常強,可能蒸散量約為其降水量的20倍乃至百倍以上。
2.熱帶西海岸多霧幹旱氣候在熱帶大陸西岸,有冷流經過的海濱地帶,如北美的加利福尼亞冷流、南美的秘魯冷流、北非的加那利冷流和南非的本格拉冷流的沿岸地帶,緯度在20°~30°附近,出現一種熱帶多霧幹旱氣候。這裏降水量極為稀少,如南美智利北部港埠城市安托法加斯塔年降水量隻有0.4毫米。比熱帶內陸幹旱區的降水量還要少。這主要是因為它們位於副熱帶高氣壓的東部邊緣,盛行著下沉氣流,再加上冷流的影響,使空氣下層氣溫降低,有明顯的逆溫現象,空氣層結穩定,所以多霧而少雨。如非洲西南部的斯瓦科普蒙德一年中有150天以上的霧日。
3.熱帶半幹旱氣候在熱帶幹旱氣候區外緣為熱帶半幹旱氣候。熱帶半幹旱氣候有一短暫雨季,年降雨量在250~750毫米。它的雨季出現在正午太陽高度角大的季節,如非洲乍得的恩賈梅納。在5~10月,正午太陽高度角大時,因赤道低壓北移,這裏受到熱帶海洋氣團和赤道低壓槽中輻合上升氣流的影響,因而有一短暫的雨季。在其餘大半年時間內則受副熱帶高壓下沉氣流和東北信風帶來的熱帶大陸氣團的影響,幹燥無雨。
4.副熱帶幹旱與半幹旱氣候區副熱帶幹旱與半幹旱氣候區位於熱帶幹旱氣候向高緯度一側,它是在副熱帶高壓下沉氣流和信風帶背風海岸的作用下形成。主要分布地區為南北緯25°~35°大陸西岸和內陸地區,出現在北非、近東、美國西南部和墨西哥北部,澳大利亞南部、阿根廷和非洲南部部分地區。因幹旱程度不同可分為副熱帶幹旱氣候與副熱帶半幹旱氣候。
5.副熱帶幹旱氣候
副熱帶幹旱氣候是熱帶幹旱氣候的延伸,亦具有少雨、少雲、日照強、氣溫高、蒸發大等特點。但由於緯度位置稍高,與熱帶幹旱氣候相比有以下兩點差異:
(1)涼季氣溫較低,年較差比熱帶沙漠大。該區在盛夏期間烈日高照,又在熱帶大陸氣團控製下,其酷熱程度與熱帶沙漠相似。如美國西部幹旱區亞利桑那州的尤馬,曾經出現連續80天白晝最高氣溫在38℃以上,最熱月平均氣溫達33℃。但1月份個別日子最低氣溫可降至0℃以下,1月平均氣溫為13℃,氣溫年較差達20℃。(2)涼季有氣旋雨。土壤蓄水量比熱帶沙漠大;涼季溫帶氣旋路徑偏南時,有少量的氣旋雨,在8月份當熱帶海洋氣團侵入時,有少量的對流雨,所以土壤蓄水量比熱帶沙漠大。
6.副熱帶半幹旱氣候
它出現在副熱帶幹旱氣候區的外緣,其氣候與副熱帶幹旱氣候相比,有以下兩點差別:(1)夏季氣溫偏低,以南非的約翰內斯堡為例,高溫的12月、1月和2月的月平均氣溫為19.8℃左右,氣溫比較低。(2)冬季降水稍多,這是因為冬季溫帶氣旋南移而形成。以北非利比亞的班加西為例,自11月開始,受到地中海鋒麵和溫帶氣旋的影響,降水量增加。此後在12月和1月氣旋活動頻率增大,月平均降水量分別為79毫米和94毫米。這時氣溫較低,蒸發弱,所以土壤儲水量增多,能夠維持草類生長。中國幅員遼闊,各地農業和氣候差異很大,不同季節幹旱對農業的危害也各不相同,它的空間分布也不一樣。
幹旱季節變化
1.春旱
中國北方廣大地區,春季日照充足,空氣幹燥,溫度上升很快,而且風多風大,蒸發強烈,土壤失墒很快。但是春季降水少、變率大,各月降水量都小於50毫米,且由南向北迅速減小。降水量遠遠低於蒸發量,水分虧缺嚴重,常常發生幹旱,素有“十年九春旱”之說。據統計,華北地區發生春旱的概率在70%左右,還常常發生連年春旱,如1970~1975年連續6年發生春旱;東北地區的西部,春旱發生頻率也高達70%左右,連續春旱年多達9年,如1968~1976年;西北地區的春旱頻率約為44%。春旱發生頻率較高的地區有河北省南部、河南省北部、山東省中部和西部、晉中、晉西北、晉北以及遼寧省、吉林省、黑龍江省3省的西部以及內蒙古自治區東部農區。此外,陝北、隴中、寧南和青海東部農區也是北方春旱較重的地區。春季,華南、西南受副熱帶高壓勢力控製,雨量減少,降水變率較大,遇少雨年易發生春旱。廣東南部沿海、雷州半島和海南島的西南部發生春旱概率極高,其中重春旱年占31%~63%。廣西中部和南部春旱發生頻率為30%~50%,西部達70%~90%。西南地區春旱也比較頻繁,雲南省旱災中春旱占70%以上。四川盆地春旱也比較嚴重。發生概率最高的是綿陽、簡陽和威遠一帶。長江中下遊沿岸及以南的中國東南部地區,春季雨量較多,有些地方4月、5月的雨量是全年各月中最多的,如長沙5月份雨量231毫米,4月份202毫米,比其他月份高得多。而且降水變率小,如4月份的降水變率上海為32%,湖南省的安化和武岡隻有17%~18%,是該月全國最小的,因此這個地區春旱的發生概率最小。