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干旱与干旱风险(DroughtandDroughtRisk),LeiWen,一、认识干旱现象二、干旱(Drought)的一般性概念三、干旱定义(DroughtDefinition)四、关于四种干旱定义的详细说明,报告提纲,2023/6/3,五、关于三种干旱类型的说明六、中国规范标准关于干旱的定义七、评估干旱常用的指标体系八、旱灾(DroughtDisaster)九、本人的干旱与旱灾观点,报告提纲,2023/6/3,一、认识干旱现象,人们对干旱(Drought)既熟悉又陌生。
我们通常所说的干旱,其实包括了三种含义:
干旱气候(ClimaticDrought)、干旱(Drought)和干旱灾害(DroughtDisaster)。
关于干旱概念的科学描述,可以追溯到100多年前,美国Abbe在1894年MonthlyWeatherReview(MWR;每月天气回顾)杂志上发表的论文,该文分析了1894年美国的大旱,文中首次提出关于干旱的定义,即“长期累积缺雨的结果”(Thegreatdroughtof1894,sofarasitconcernsagriculture,hasbeenbuttheculminationofalongperiodofdeficientrainfall)。
一、认识干旱现象,这种关于干旱的认识,一直沿用至今。
随着经济社会的发展,淡水资源日益匮乏,加之气候变化的影响,缺雨和缺水的问题日益严重,人们逐渐将干旱的归因认识由单纯的缺雨向干旱缺水的自然与社会属性的综合影响转变。
例如:
1978年,Yevjevich提出干旱的系统观,认为应从自然与社会系统层面认识干旱;1981年,美国农业部提出远不能局限于作物减产认识干旱,而需要从深层次的社会原因认识干旱的观点;2003年,美国气象学会理事会(AMS;AmericanMeteorologicalSocietyCouncil)将干旱划分为气象干旱、农业干旱、水文干旱与社会经济干旱四种类型,并定义干旱为一个地区的供水量远远小于该地区的平均水平。
再如:
2011年,联合国在一份关于风险问题讨论报告中,认为干旱有气象干旱、农业干旱与水文干旱三种类型。
一、认识干旱现象,目前被国际权威机构、政府部门和众多学术团体普遍采纳,引用次数较多的干旱概念定义大都源于1959年美国气象学会出版的气象词汇(GlossaryofMeteorology,1959)一书。
该书将干旱定义为:
一段时间内异常的干燥天气、引发了足够长时间的缺水,在受影响地区造成了严重的水文不平衡(aperiodofabnormallydryweathersufficientlyprolongedforthelackofwatertocauseserioushydrologicimbalanceintheaffectedarea)。
中国有关的规程规范在定义干旱时主要考虑的是缺雨和缺水,例如,国标气象干旱等级(GB/T20481-2006),国标农业干旱等级定义农业干旱为由外界环境因素造成作物体内水分亏缺,影响作物正常生长发育,进而导致减产或失收的现象。
水利行标旱情等级标准(SL4242008)定义干旱为因降水减少,或入境水量不足,造成工农业生产和城乡居民生活用水需求得不到满足的供水短缺现象。
一、认识干旱现象,关于旱灾(DroughtDisaster),国内外的认识比较一致,都认为随着干旱发展,在人类社会暴露度与脆弱性的助推下,对经济社会和生态环境产生了负面影响,形成了灾害,或旱灾。
例如,中华人民共和国抗旱条例将旱灾定义为:
由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺,并对生活、生产和生态造成危害的事件。
国标干旱灾害等级定义干旱灾害为某一时段内的降水量比常年平均降水量显著偏少,导致某一地区的经济活动(尤其是农业生产)和人类生活受到较大危害的现象。
联合国的报告对全球干旱风险(DroughtRisk)研究现状作了如下评估:
与热带气旋、洪水风险不同,世人对干旱风险知之甚少,因为,干旱是一种很少能够觉察到的风险,其损失与影响不能系统地掌握,介绍测定干旱危险的全球标准也仅仅起步,资料收集十分困难。
一、认识干旱现象,关于旱灾(DroughtDisaster),国内外的认识比较一致,都认为随着干旱发展,在人类社会暴露度与脆弱性的助推下,对经济社会和生态环境产生了负面影响,形成了灾害,或旱灾。
例如,中华人民共和国抗旱条例将旱灾定义为:
由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺,并对生活、生产和生态造成危害的事件。
国标干旱灾害等级定义干旱灾害为某一时段内的降水量比常年平均降水量显著偏少,导致某一地区的经济活动(尤其是农业生产)和人类生活受到较大危害的现象。
联合国的报告对全球干旱风险(DroughtRisk)研究现状作了如下评估:
与热带气旋、洪水风险不同,世人对干旱风险知之甚少,因为,干旱是一种很少能够觉察到的风险,其损失与影响不能系统地掌握,介绍测定干旱危险的全球标准也仅仅起步,资料收集十分困难。
二、干旱(Drought)的一般性概念,旱灾与旱灾风险是关系十分密切的两个概念,但并非等同的概念。
旱灾指实实在在的灾害结果,有具体的损失和其他影响;旱灾风险不仅要指出一场实实在在的旱灾造成多大损失和其他影响,而且要指出这场灾害发生的可能性有多大(概率多大)。
一、认识干旱现象二、干旱(Drought)的一般性概念三、干旱定义(DroughtDefinition)四、关于四种干旱定义的详细说明,报告提纲,2023/6/3,二、干旱(Drought)的一般性概念,干旱(Drought)往往和缺雨(RainfallDeficiency)或缺水(WaterScarcity)联系在一起。
干旱缺乏一种可以被直接观察、测量和分析的特征要素(例如描述洪水的要素水位、流量),往往是通过间接感受,察觉到某些端倪(例如饮水困难、农作物枯萎等),才了解到干旱已经发生了。
干旱的发生,有如一场慢性病的发作,这使得人们很难对干旱作出清晰、定量和严谨的描述和研判。
同时不同社会背景及专业学科,对干旱的认识和理解也不尽相同,这也增加了为干旱下普遍定义的困难。
国内外目前对干旱现象较为普遍的认识和理解是,干旱是在一定地区、一段特定时间内,在近地表生态系统和社会经济系统中,发生的一种水分缺乏的自然现象,干旱的本质就是缺水,就是因缺水而引发的一种供需关系失衡现象。
一、认识干旱现象二、干旱(Drought)的一般性概念三、干旱定义(DroughtDefinition)四、关于四种干旱定义的详细说明,报告提纲,2023/6/3,三、干旱定义(DroughtDefinition),干旱词汇在英文里有两个,一是Drought,二是Aridity;但在用法上,却有着严格的区分。
Drought用于表示一个地点时序上的干旱情况,例如,我们发现近几年我国云南地区干旱严重,是指相对于云南地区多年平均干湿情况而言出现了严重旱情;而在比较地区间的干旱程度时,则用aridity词汇,例如,我国西部和华北地区相对于我国南部地区而言,干旱许多。
国外针对上述两种干旱情况分别采用“drought”和“aridity”表示,国内则通用“干旱”一个词。
因此有专家建议将“drought”译作”干旱“,而将“aridity”译作“干燥”。
不过由于干旱一词已在我国通用,除需要说明外,将“drought”和“aridity”都称作“干旱”也未尝不可。
三、干旱定义(DroughtDefinition),3.1从系统层面定义干旱1978年,Yevjevich提出用系统的观点考虑干旱问题,他认为干旱的物理特性源于大气海洋陆面系统,干旱的物理特征受到自然环境控制。
干旱事件是自然环境系统与社会系统的输入。
干旱事件特征、自然环境系统和社会系统的集合和相互作用,就对自然环境系统与社会系统产生了影响。
于是社会系统立即作出响应,以减缓和减轻与干旱有关的影响。
这种观点反映了社会对干旱的影响。
1981年,美国农业部关于次撒哈拉非洲粮食问题与展望的报告中提出了类似的概念,即干旱是天气(或气候)现象的一部分。
将天气现象严格地定位在自然现象范畴,其起源与影响都和社会因素无关。
但是,天气现象或干旱的影响远远不局限于作物产量,其社会因素在评定关于干旱及其类型与量级影响的社会脆弱性方面具有同等的重要意义。
三、干旱定义(DroughtDefinition),3.2美国气象学会理事会的四种干旱定义2003年,美国气象学会理事会提出了气象干旱、农业干旱、水文干旱与社会经济干旱等四种干旱类型观点。
2005年,美国国家减灾中心主任维尔赫特(D.A.Wilhite)等完整地对干旱与旱灾作了详细的诠释。
Wilhite等接受了Yevjevich的系统概念,认为干旱是一种难以捉摸的自然危险(Hazard),是正常气候的一部分,世界各地都会发生。
不能把干旱仅仅当作一种自然现象来看待;相反,它是由自然事件和人类对水资源需求间的影响产生的。
当缺乏足够的减灾措施时,它会给人类社会带来严重的负面影响,并会演变成一场灾害(Disaster)。
干旱的定义有很多种,期望有一种可以被普遍接受、且能全球通用的定义是不现实的。
三、干旱定义(DroughtDefinition),3.3联合国GAR11报告中的三种干旱定义2011年,联合国在关于降低灾害风险全球评估剖析风险、重新定义的发展报告第3章“干旱风险”中,表达了对干旱风险的看法,提出用三种干旱类型诠释干旱,这三种类型干旱是气象干旱、农业干旱与水文干旱,没有包括社会经济干旱。
联合国的报告对全球当前干旱研究水平作了如下评估:
与热带气旋、洪水风险不同,世人对干旱风险知之甚少,因此,干旱是一种很少能够觉察到的风险,其损失与影响不能系统地掌握,介绍测定干旱危害的全球标准也仅仅起步,资料收集十分困难。
三、干旱定义(DroughtDefinition),一些个例表明,干旱风险似乎和一段时间内多种驱动因素有关,而对干旱的影响仅仅部分由于缺少降雨引起。
其它驱动因素包括贫穷、农村脆弱性;因城市化、工业化、农业综合企业的发展而增加对水的需求;土壤退化与水管理;缺乏管控,以及气候变率和变化。
这些驱动因素逐渐增加脆弱性与暴露度,并将干旱危险转变为干旱风险。
一、认识干旱现象二、干旱(Drought)的一般性概念三、干旱定义(DroughtDefinition)四、关于四种干旱定义的详细说明,报告提纲,2023/6/3,四、关于四种干旱定义的详细说明,4.1美国气象学会理事会2003年的说明4.1.1气象干旱(MeteorologicalDrought)广义的气象干旱在气象学上有两种含义:
一是干燥(Aridity)或气候干旱(ClimaticDrought);另一个是大气干旱(AtmosphericDrought),多数情况下所说的气象干旱(MeteorologicalDrought)通常都是指后者。
干燥或气候干旱是在某一固定地区,蒸发量比降水量大得多的一种气候现象,即使在最湿润的时期仍然是非常干,因此干燥是绝对的少雨状态。
气候干旱与特定的地理环境和大气环流系统紧密相联。
例如中国的干燥气候区包括西北地区大部,内蒙古西部和西藏北部。
这里的自然景观是极端干燥的沙漠和戈壁。
与气候干旱不同,气象干旱(MeteorologicalDrought)是指某一地理范围,在某一具体时段内的降水量比多年平均降水量显著偏少,水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象。
四、关于四种干旱定义的详细说明,中国的规程规范亦有类似的干旱定义,例如,中国气象干旱等级国家标准将气象干旱定义为:
某时段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。
水利行标旱情等级标准关于“干旱(Drought)”的定义为:
因降水减少,或入境水量不足,造成工农业生产和城乡居民生活用水需求得不到满足的供水短缺现象。
因相对降水短缺现象所引发的气象干旱,不仅经常发生在干燥气候区,而且也时常发生在湿润、半湿润、半干燥气候区。
气象干旱的发生区域遍布全球,甚至在通常水量丰沛地区,也常常因为一时的气候异常、降水严重不足而引发气象干旱。
但是干旱不一定每年都会发生。
四、关于四种干旱定义的详细说明,4.1.2农业干旱(AgriculturalDrought)农业干旱(AgriculturalDrought)以土壤含水量和植物生长状态为特征,是指在农业生长季节内,因长期无雨、少雨造成气象干旱,导致水量供需失衡,土壤缺水,农作物体内水分亏缺、生长发育受到抑制,进而造成明显减产甚至绝收的农业现象。
同样,中国国家标准农业干旱等级(征求意见稿)也将农业干旱作了类似定义,即:
由外界环境因素造成作物体内水分亏缺,影响作物正常生长发育,进而导致减产或失收的现象。
四、关于四种干旱定义的详细说明,农业干旱涉及到土壤、作物、大气和人类对水资源利用等多方面综合因素,不仅是一种物理过程,而且也与作物本身的生物过程等有关。
农业干旱具有季节性、区域性、随机性、时间与空间的连续性等特征。
农业干旱的判断,往往是通过土壤墒情状况来实现的。
气象干旱是农业干旱的先兆,降水与蒸发不平衡使得土壤含水量下降、供给作物水分能力减弱,最终影响到农作物的正常生长发育、成熟和收获。
在灌溉设施不完备的地区,气象干旱是引发农业干旱的最重要因素。
四、关于四种干旱定义的详细说明,4.1.3水文干旱(HydrologicalDrought)水文干旱(Hydrologicaldrought)侧重于地表或地下水的短缺,是指因降水长期短缺而造成某段时间内地表水或地下水收支不平衡,出现水分短缺,使得河川径流量、地表水、水库蓄水和湖水水位等低于其正常值的现象。
美国著名水文学者Linsley等把水文干旱定义为:
某一给定的水资源管理系统下,河川径流在一定时期内满足不了供水需要(thehydrologicaldroughtisdefinedasaperiodduringwhichstreamflowsareinadequatetosupplyestablishedusedundergivenwatermanagementsystem)。
四、关于四种干旱定义的详细说明,水文干旱往往与大型水体水量的供给能力紧密相连。
如果在一段时间内,河流、湖泊、水库、水塘等水体的水位偏低,水位或流量持续低于某一特定的阀值,则认为发生了水文干旱,阀值的选择可以依据水位或流量的变化特征,或者根据需水量来确定。
和气象干旱与农业干旱相比,水文干旱出现较慢,例如降水的减少甚至有可能在半年内都不会导致径流量的明显下降。
这种惰性也意味着水文干旱会比其它两类干旱持续的时间更长。
四、关于四种干旱定义的详细说明,4.1.4社会经济干旱(SocioeconomicDrought)中国气象学会定义社会经济干旱为:
社会经济干旱指在自然系统与人类社会经济系统中水资源供需不平衡造成的异常水分短缺现象。
社会对水的需求通常分为工业需水、农业需水和生活与服务行业需水等。
如果需大于供,就会发生社会经济干旱。
气象干旱、农业干旱和水文干旱都会对社会经济产生影响,造成社会经济干旱。
社会经济干旱是气象干旱、农业干旱、水文干旱的综合效应。
四、关于四种干旱定义的详细说明,4.2四种干旱类型的关系在上面讨论的4种干旱类型中,气象干旱是一种自然现象,最直观的表现在降水量的减少,而农业、水文和社会经济干旱更关注人类和社会方面。
气象干旱是其它3种干旱类型的基础。
由于农业、水文和社会经济干旱的发生受到地表水和地下水供应的影响,其发生频率小于气象干旱。
当气象干旱持续一段时间,就有可能发生农业、水文和社会经济干旱,并产生相应的后果。
经常是在气象干旱发生几周后,土壤水分不足导致农作物、草原和牧场受旱才表现出来。
几个月的持续气象干旱才导致江河径流、水库水位、湖泊水位、地下水位下降,出现水文干旱。
当水分短缺影响到人类生活或经济需水时,就发生社会经济干旱。
地表水与地下水系统水资源供应量受其管理方式的影响,使得降水不足与主要干旱类型的直接联系降低。
例如,在发生气象干旱后,假如能及时为农作物提供灌溉,或采取其他农业措施保持土壤水分,满足作物需要,就不会形成农业干旱。
但在灌溉设施缺乏或不完备的地方,气象干旱是引发农业干旱的最重要因素。
五、关于三种干旱类型的说明六、中国规范标准关于干旱的定义七、评估干旱常用的指标体系八、旱灾(DroughtDisaster)九、本人的干旱与旱灾观点,报告提纲,2023/6/3,五、关于三种干旱类型的说明,联合国2011年报告GAR11对干旱风险作了说明,并提出用三种干旱类型诠释干旱,这三种类型干旱是气象干旱、农业干旱与水文干旱,没有将社会经济干旱列为干旱类型。
报告认为,干旱风险似乎和一段时间内多种驱动因素有关而使干旱的影响仅仅部分由于缺少降雨引起。
这些驱动因素包括贫穷、农村脆弱性;因城市化、工业化、农业综合企业的发展而增加对水的需求;土壤退化与水管理;缺乏管控,以及气候变率和变化。
这些驱动因素逐渐增加脆弱性与暴露度,并将干旱危害转变为风险。
干旱风险的驱动因素(DroughtRiskDrivers)将干旱危险转变为干旱风险主要是增加了脆弱性与暴露度,驱动因素主要包括:
减少降雨,气候变率与气候变化;贫穷与农村脆弱性;由于城市化、工业化和农业企业增长而导致对水需求的增加;水土资源管理失当;风险管控薄弱或低效。
五、关于三种干旱类型的说明六、中国规范标准关于干旱的定义七、评估干旱常用的指标体系八、旱灾(DroughtDisaster)九、本人的干旱与旱灾观点,报告提纲,2023/6/3,六、中国规范标准关于干旱的定义,6.1国标气象干旱等级的定义干旱可分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和经济社会干旱等。
气象干旱是其它专业干旱研究和业务的基础。
气象干旱等级划分为无旱、轻旱、中旱、重旱和特旱。
可适用于气象、水文、农业、林业、社会经济等行业从事干旱监测、评估部门使用。
干旱风险的驱动因素(DroughtRiskDrivers)将干旱危险转变为干旱风险主要是增加了脆弱性与暴露度,驱动因素主要包括:
减少降雨,气候变率与气候变化;贫穷与农村脆弱性;由于城市化、工业化和农业企业增长而导致对水需求的增加;水土资源管理失当;风险管控薄弱或低效。
气象干旱(MeteorologicalDrought)指某时段由于蒸发量和降水量的收支不平衡,水份支出大于水份收入而造成的水份短缺现象。
采用标准化降水指数(SPI)监测与评估当地的干旱状况。
标准化降水指数是表征。
六、中国规范标准关于干旱的定义,6.2水利行标旱情等级标准(SL424-2008)关于干旱与旱情的定义6.2.1干旱(Drought)因降水减少,或入境水量不足,造成工农业生产和城乡居民生活用水需求得不到满足的供水短缺现象。
6.2.2旱情(DroughtSeverity)干旱的表现形式和发生发展过程,包括干旱历时、影响范围、发展趋势和作物受旱程度等。
6.2.2.1农业旱情(AgriculturalDrought)农作物受旱状况,即土壤水分供给不能满足农作物发芽或正常生长要求,导致农作物生长受到抑制甚至干枯的现象。
农业旱情评估针对不同情况可采用:
土壤墒情法、降水量距平法、连续无雨日数法、缺水率法、断水天数法等。
六、中国规范标准关于干旱的定义,6.2.2.2牧业旱情(PastureDrought)6.2.2.3城市旱情(UrbanDrought)6.2.2.4区域农业旱情(RegionalAgriculturalDrought)某一区域内干旱对农业生产影响的总体情况,包括作物受旱面积及受旱程度。
区域农业旱情指数法是根据不同旱情等级的作物及其相应受旱面积,计算得到区域农业旱情指数,进而判别区域农业旱情等级的方法。
6.2.2.5区域综合旱情(RegionalComprehensiveDrought)某一区域内干旱对农牧业生产和城乡居民生活用水影响的综合状况。
通过对区域农业旱情、牧业旱情或农牧业综合旱情与相应区域因旱饮水困难相比较,取等级最高者作为该区域综合旱情的判定等级。
六、中国规范标准关于干旱的定义,6.2.2.6城市干旱缺水率(UrbanWaterDeficiencyRatioCausedbyDrought)某一区域内干旱对农牧业生产和城乡居民生活用水影响的综合状况。
通过对区域农业旱情、牧业旱情或农牧业综合旱情与相应区域因旱饮水困难相比较,取等级最高者作为该区域综合旱情的判定等级。
6.2.2.7旱情频率(DroughtFrequency)某一等级旱情在多年中平均出现的机会,即多年之内,某一区域出现某一等级旱情的次数与该区域发生旱情的总次数的比值,以百分率(%)表示,其倒数表示多少年一遇。
本人认为:
这个干旱频率定义有问题,某一等级干旱次数占总干旱次数之比只能代表频次,其倒数不能代表多少年一遇,只有按“年老大”选样法统计干旱次数才符合要求。
六、中国规范标准关于干旱的定义,6.3国标农业干旱等级关于干旱的定义农业干旱(AgriculturalDrought)指由外界环境因素造成作物体内水分亏缺,影响作物正常生长发育,进而导致减产或失收的现象。
五、关于三种干旱类型的说明六、中国规范标准关于干旱的定义七、评估干旱常用的指标体系八、旱灾(DroughtDisaster)九、本人的干旱与旱灾观点,报告提纲,2023/6/3,七、评估干旱常用的指标体系,7.1美国国家干旱减灾中心(NDMC)、海洋大气局(NOAA)、农业部(USDA)应用的指标降水量百分率或降水量距平百分率指标、降水量分位数方法、假定降水量符合某种概率分布函数,然后做标准化变换得到的指数、湿润度和干燥度指标、以土壤水分平衡为基础导出的干旱指标、综合指数7.2中国应用的指标7.2.1气象干旱我国气象干旱等级标准规定采用降水量距平百分率、相对湿润指数、标准化降水指数、土壤相对湿度干旱指数、帕黙尔干旱指数和综合气象干旱指数表征气象干旱。
七、评估干旱常用的指标体系,7.2.2农业干旱(AgriculturalDrought)农业干旱等级中规定采用的农业干旱指标有以下若干个:
降水量距平百分率、土壤相对湿度、连续无有效降水(降雪、积雪)日数、水田连续断水日数、作物水分亏缺指数、综合农业干旱指数。
7.3干旱指标应用实例7.3.1IPCC第四次报告利用PDSI对全球干旱进行评估7.3.2Wen/吴利用SMAPI指数模拟加拿大和中国土壤干旱Wen等/吴志勇等利用SMAPI(土壤含水量距平指数)应用于加拿大和中国部分地区,取得了较好的效果。
对加拿大草原省2002年4月20日3层土壤和4月全月1m土层的土壤缺水程度,用SMAPI指数作了模拟,其分布如下图所示,图中按颜色深浅表示干旱严重程度,与实际对照,比较接近。
七、评估干旱常用的指标体系,Wen等研发的加拿大大草原干旱实时监测和预报系统,七、评估干旱常用的指标体系,吴等对2002年山东省某地区大旱范围的时程变化进行了模拟对比,如下图所示。
1m土层的SNAPI值的变化与实际受旱面积的变化十分接近,七、评估干旱常用的指标体系,吴等为中国2010年西南严重干旱事件所做的35-d实时预报和检验,五、关于三种干旱类型的说明六、中国规范标准关于干旱的定义七、评估干旱常用的指标体系八、旱灾(DroughtDisaster)九、本人的干旱与旱灾观点,报告提纲,2023/6/3,八、旱灾(DroughtDisaster),8.旱灾(DroughtDisaster)8.2我国有关规程规范关于旱灾的定义8.2.1中华人民共和国抗旱条例的定义指由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺,并对生活、生产和生态造成危害的事件。
8.2.2国标干旱灾害等级的定义指某一时段内的降水量比常年平均降水量显著偏少,导致
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