气候波动对莱州湾地区水资源及极端旱涝事件的影响，本文主要内容关键词为：莱州论文,旱涝论文,水资源论文,气候论文,事件论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中国分类号：P468.0+24文献标识码：A
当前，水资源已成为制约中国经济发展的重要瓶颈，超过了能源和交通等问题[1]。在全球水资源日趋紧缺的情况下， 水资源的气候影响研究已受到普遍关注[2]。此外，气候变化影响研究不仅要注意年、 季等平均状况，也应重视极端事件的影响。极端事件与国民经济发展及可能发生的灾害密切相关。近年来这一问题已引起了研究者的注意。例如， Dracup 等研究了平均径流的变化对干旱频率和强度的影响[ 3] ；Smith等分析了伊利诺斯州1950～1985 年气候波动对该地区水资源及旱涝事件频率的影响[4]；Krasorkia等计算和评价了北大西洋及挪威几个地区的洪水频率及洪水流量对气候波动的响应[5]；Wetton 根据大气环流模式输出结果分析了未来温室效应引起的气候变化对澳大利亚洪水和干旱的影响[6]；邓慧平等应用随机模拟技术研究了气候变化（CO[,2] 倍增）对沱江流域洪水、干旱频率的影响[7]。
莱州湾地区按1993年人口和耕地计算，人均水资源315m[3] ／人，只有全国平均水平的1／8 和世界银行发展报告中人均拥有水资源量的低限值的1／3，耕地每公顷平均水资源只有全国平均水平的1／7。 该地区自1977年以来近20年气候持续干旱，加剧了水资源短缺矛盾。此外，该地区干旱雨涝灾害频繁，严重的旱涝灾害使经济和人民生命财产遭受巨大损失。本文旨在分析该地区气候波动对区域水资源及极端旱涝事件的影响。
1 研究地区概况及资料来源
莱州湾地区位于山东省的北部，北纬36°25′～37°47 ′， 东经118°17′～120°44′，总面积10114km[2]。该地区北临渤海莱州湾，南依泰山北麓山前平原，东与胶东半岛相邻，西与鲁中腹地接壤，沿莱州湾海岸呈半环状，东西长约200km，南北宽约40km， 是我国东部经济发展水平较高的地区，也是发展中的重点对外开放区。全区包括龙口、招远、莱州、平度、昌邑、寒亭、寿光、广饶8个县（市）（图1）。
图1 研究区域位置
Fig.1 Geographical location of Laizhou Bay area
该地区地处中纬度，属暖温带大陆性季风气候。冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。全区有大、中型河流20多条，属淮河流域沿海诸河水系，河流多独流入海。由于降水集中，上述河流均为季节性雨源河道，源短流急，雨季流量大，枯季流量小，甚至干涸。1977 年以来， 该地区近20年持续干旱。同时，该地区经济也进入了粗放型持续高速发展时期，水资源供需矛盾日益突出，导致超采地下水，致使形成大面积地下水位负值区，引发了海（咸）水入侵灾害，使海水入侵区生态环境遭受严重危害，工农业生产受到严重损失。
本文所用的该区还原水资源资料来源于《海水入侵防治试验研究》第三专题组水资源计算成果（注：《海水入侵防治试验研究》第三专题组.莱州湾海水入侵区域水资源优化开发与管理系统研究成果汇编.1996，168～196。），地表水资源量含河流上游入境客水量。历年各月气象资料从各县（市）气象站获得。
2 气候波动对莱州湾地区水资源的影响
根据莱州湾地区8个气象站1960～1993 年降水资料用等权重平均方法求得区域逐年降水量（图2）。
图2 区域1960～1993年年降水量
Fig.2 Regional annual precipitation from 1960 to 1993
该区1960～1993年多年平均降水量596.5mm。1960～1964 年和1973～1976年两个4 年中年降水量均大于多年平均降水量， 是多雨时期。 1981～1984年和1986～1989年两个4年中年降水量均小于多年平均值， 是少雨期。此外，据莱州湾地区1960～1993年年降水量差积曲线，1960～1976年差积曲线呈上升趋势，而在1977～1993年差积曲线呈下降趋势（图略）。据此，以1976年为转折点，将莱州湾地区1960～1993年降水时间序列划分为1960～1976年17年的相对多雨时期和1977～1993年17年的相对少雨时期。以上各个时期年降水距平百分率和同期各项水资源距平百分率见表1。
表1 各个时期降水和水资源距平百分率
Table1 Percentages of anomaly of precipitation and waterresources in each period （%）
时段 (年) 1961～1964
1973～19761981～1984
降水 35 20 －20
全区地表水资源91 41 －62
山丘区地下水资源 58 40 －56
平原区地下水资源 30 18 －29
山丘区水资源总量 69 40 －59
平原区水资源总量 103 36 －63
全区水资源总量95 38 －62
时段 (年)1986～1989 1960～1976
1977～1993
降水
－2012－12
全区地表水资源 －4127－27
山丘区地下水资源
－2622－28
平原区地下水资源
－19 9－12
山丘区水资源总量
－5122－24
平原区水资源总量
－4229－29
全区水资源总量 －4026－27
由表1可知，在1961～1964年、1973～1976年和1960～1976年3个多雨时期，全区降水量较多年平均分别增加了35%，20%和12%，相应的全区水资源总量较多年平均（14.57亿m[3]）分别增加了95%，38%，26%；在1981～1984年、1986～1989年和1977～1993年3个少雨时期，全区降水量较多年平均分别减少了24%，20%和12%，相应的全区水资源总量较多年平均分别减少62%，40%和27%。若用水资源变化百分率比降水变化百分率作为水资源对降水变化的敏感指数（弹性系数），对于全区水资源总量，在3个多雨时期分别为2.7，1.9和2.2，在3 个少雨时期分别为2.6，2.0和2.3。降水增加10%，全区水资源总量增加19 %～27%；降水减少10%，全区水资源总量减少20%～26%。由此可见，莱州湾地区水资源对气候波动很敏感。
3 极端旱涝事件对气候波动的响应
3.1 旱涝等级的划分
4～9月是农作物主要生长季节，该期间降水量的多少对于全年旱涝状况影响最大，参照国家气象局关于旱涝等级的划分，按4～9月降水总量划分单站旱涝等级，其标准如下：
_
1级（Ⅰ） R[,i]〉（R+1.17σ）大涝
_ _
2级（Ⅱ） （R+0.33σ）〈R[,i]≤（R+1.17σ） 涝
_ _
3级（Ⅲ） （R－0.33σ）〈R[,i]≤（R+0.33σ） 正常
_ _
4级（Ⅳ） （R－1.17σ）〈R[,i]≤（R－0.33σ） 旱
_
5级（Ⅴ） R[,i]≤（R－1.17σ）大旱
式中 R为多年平均4～9月降水总量，R[,i]为历年4～9月降水总量，σ为标准差。
区域的旱涝，既与各地的旱涝等级有关，也与受旱和受涝面积有关，综合考虑这两个因素，用以下公式计算区域旱涝指数[8]。
I[,d]＝（∑S[,Ⅴ]+1／2∑S[,Ⅳ]）／N（1）
I[,w]＝（∑S[,Ⅰ]+1／2∑S[,Ⅱ]）／N（2）
式中 I[,d]和I[,w]分别为区域干旱和雨涝指数，S[,Ⅰ]、S[,Ⅱ]、S[,Ⅳ]、S[,Ⅴ]分别为旱涝等级为Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ级的站点数，N 为总站数。
区域旱涝等级划分标准见表2[8]。
表2 区域旱涝等级划分标准
Table 2 Standard for determination of regional drought
and waterlogging grade
I[,d] 干旱等级 I[,w] 雨涝等级
〈0.10 正常 〈0.10 正常
0.10～0.25
局地干旱0.10～0.25 局地雨涝
0.26～0.50 旱0.26～0.50涝
0.51～0.70大旱
0.51～0.70
大涝
〉0.70
特大旱 〉0.70特大涝
3.2 极端旱涝事件对气候波动的响应
根据莱州湾地区1960～1993年4～9月降水量计算出历年区域干旱和雨涝指数，将区域干旱和雨涝指数与区域旱涝等级标准相比得到莱州湾地区1960～1993年旱涝序列（表3）。
表3 莱州湾地区旱涝序列
Table3
Drought and waterlogging time series in the Laizhou Bay area
年份雨涝序列干旱序列年份雨涝序列 干旱序列
1960 正常 旱
1971 大涝 正常
1961
局地雨涝 局地干旱1972 正常 旱
1962 涝局地干旱1973
涝 正常
1963
局地雨涝旱
1974 大涝 正常
1964 特大涝正常 1975 局地雨涝 旱
1965 正常 局地干旱1976涝 正常
1966
局地雨涝正常 1977
正常特大旱
1967正常局地干旱1978涝 正常
1968正常特大旱 1979
正常 旱
1969正常
旱
1980
正常局地干旱
1970大涝正常1981
正常特大旱
年份 雨涝序列
干旱序列
1982正常 旱
1983正常
特大旱
1984正常 旱
1985 涝局地干旱
1986正常 旱
1987正常
局地干旱
1988正常 旱
1989正常特大旱
1990特大涝正常
1991正常
局地干旱
1992正常
旱
1993局地雨涝
局地干旱
在1960～1976年相对多雨期，区域雨涝指数平均为0.29，17年间共发生大涝3次，特大涝1次；在1977～1993年相对少雨期，区域雨涝指数平均为0.16，17年间仅发生1次特大涝。在1977～1993年相对少雨期，平均干旱指数为0.37，17年中发生4次特大旱；在1960～1976 年相对多雨期，平均干旱指数为0.20，17年中仅发生一次特大旱。根据以上分析，极端旱涝事件具有以下特点：在多雨期，极端雨涝事件（大涝、特大涝）发生频率要远高于少雨期；在少雨期，极端干旱事件（大旱、特大旱）发生频率远高于多雨期；但在多雨期也可能发生极端干旱事件，在少雨期也可能发生极端雨涝事件。
此外，1960～1993年34年间，全区等级在涝（包括涝）以上的雨涝共10次，其中6次发生在1960～1976 年的多雨期， 4 次发生在1977 ～1993年的少雨期；全区等级在旱（包括旱）以上的干旱共16次， 其中6次发生在1960～1976年的多雨期，10次发生在1977～1993年的少雨期。由此可见，该地区旱涝频繁。
根据干旱面积指数及旱涝持续时间分析，不论在多雨期还是少雨期，特大涝和大涝主要集中出现在夏季及其前后，出现季节性连涝极少，仅1964年4～10月连涝。特大旱则季节性连旱普遍，在特大旱的5年中，春夏秋连旱的有4年，夏秋连旱的有1年[8]。
4 未来气候变化对莱州湾地区水资源的可能影响
由于人类对气候及其变化认识的局限性，目前还不能准确预测未来气候变化，只能利用各种方法研究制定未来气候情景，以此为基础分析未来气候变化的影响[9，10]。据王绍武先生对华北地区夏季（6～8 ）未来45年（1998～2042年）降水的预测结果，未来华北地区降水的自然变化有增加的趋势。距平百分率1998～2002年为0，2003～2007 年为25，2008～2012年为5，2013～2022年为10，2023～2032年为－5，2033～2042年为5[11]，根据叶笃正先生“我国未来（20～50 年）生存环境变化趋势”的预测结果：华北地区在2030年左右总的气候情景是：冬季将比现代增温1～1.5℃，降水基本持平，夏季增温0.5℃～0.8℃，降水增加1%～2%；由于未来的增温，蒸发量明显增加，而降水的增加不足以弥补蒸发的消耗[12]。由于莱州湾地区历年降水量与山东全省历年降水量变化趋势几乎一致[13]，因此可以认为莱州湾地区未来气候情景和华北地区基本相同。考虑到莱州湾地区降水量主要集中于夏季，年降水量的变化主要取决于夏季降水的变化，在不考虑未来增温情况下，根据全区水资源总量的变化与降水变化的比值（近似取为2）， 对未来莱州湾地区全区水资源总量的变化作一粗略的估测。
未来5年，莱州湾地区全区水资源总量将开始回升， 与多年平均持平，在未来6～10年内（2003～2007年）将有较大幅度的增加， 较多年平均增加50%左右，相应的雨涝事件将增多。在未来11 ～25 年期间（2008～2022 年）， 全区水资源总量将增加10 %～20 %。 在2023 ～2042年20年期间，平均全区水资源总量基本上与多年平均持平。根据叶笃正先生预测的未来气候情景，2030年左右，莱州湾地区水资源总量将略增2%～4%，也基本与多年平均持平。
根据未来气候变化及水文水资源影响研究结果，由于气温升高导致蒸散增加，华北地区土壤水分将减少[14]。例如，未来降雨增加10%而气温上升1℃，在雨养方式下，黄淮海平原土壤蒸散将增加11%， 四季土壤水分均将略有减少，黄淮海平原平均全年作物需水量增加9%， 年灌溉量增加13%[15]。这表明未来气温上升1 ℃引起的蒸散量的增加基本上抵消了降水10%的增加。综合以上分析，除未来2003～2007年期间莱州湾地区水资源将有较大幅度增加外，在未来40余年间可能发生的气候变化不会使该地区水资源有太大的增加。 若考虑未来气温上升， 则2023～2042年全区水资源将低于多年平均值。
5 小结
（1）莱州湾地区水资源对气候波动很敏感，降雨10 %的增减将引起全区水资源20%左右的增减。
（2）在多雨时期，极端雨涝事件远大于少雨时期；在少雨时期，极端干旱事件远大于多雨时期。
（3）根据未来45年华北地区气候情景，除2003～2007年5年中莱州湾地区水资源将有较多的增加外，未来可能发生的气候变化不会使该地区水资源有太大的增加。
（4）本文初步分析了未来气候变化对莱州湾地区水资源的影响， 今后应根据该地区历史气候史料和现代仪器观测资料建立长系列的气温、降水序列以预测未来气候自然变化，并结合大气环流模式CO[,2]倍增模拟结果研制未来莱州湾地区较详细的区域气候情景，在此基础上根据水文资源模型评估未来气候变化对莱州湾地区水资源系统、社会经济系统等方面的影响和研究适应性对策，为区域经济建设和可持续发展提供科学依据。
文中插图由山东师范大学地理系王琳霞老师绘制，特此致谢。
收稿日期：1998—11—20；修订日期：1999—06—09