杜華明，賀勝英

（宜賓學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，四川 宜賓644000）

在全球變暖背景下，極端降水事件增多［1］，致使很多地區(qū)旱澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，給人類社會(huì)帶來極大影響，眾多學(xué)者對(duì)此開展了廣泛研究。如 Marengo［2］、Byun［3］、Parry［4］等分別對(duì)南美洲、亞洲、英國(guó)等地的旱澇災(zāi)害進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者就旱澇災(zāi)害也開展了大量研究工作，如畢彩霞等［5］對(duì)渭河流域旱澇時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為北偏西方向發(fā)生旱災(zāi)機(jī)會(huì)增大，而南偏東方向發(fā)生澇災(zāi)的概率增大；楊志勇等［6］對(duì)黃淮海流域旱澇時(shí)空分布的研究表明，黃淮海流域內(nèi)夏秋兩季旱澇問題較為嚴(yán)重，黃河和海河流域以干旱居多，淮河干旱和雨澇并存，季節(jié)間的旱澇交替多集中在淮河流域中上游地區(qū)；趙學(xué)敏等［7］通過汾河流域旱澇的分析發(fā)現(xiàn)，汛期異常旱澇主要發(fā)生在6月和8月；葉篤正等［8］通過對(duì)長(zhǎng)江黃河兩流域旱澇的研究指出，熱帶西太平洋暖池?zé)崃顟B(tài)與暖池上空的積云對(duì)流活動(dòng)的強(qiáng)弱以及青藏高原上空的對(duì)流活動(dòng)是影響這兩流域旱澇的主要原因。我國(guó)目前比較常用的旱澇指標(biāo)主要有降水量距平百分率、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）、Z指數(shù)、Palmer干旱指數(shù)（PDSI）等，相關(guān)研究表明標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)不僅計(jì)算簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好，而且具有多時(shí)間尺度優(yōu)勢(shì)，因而在旱澇分析中得到廣泛應(yīng)用［9］。如陳瑩［10］、李敏敏［11］、毛明策［12］等分別運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）對(duì)福建、秦嶺南北、關(guān)中平原的旱澇時(shí)空特征進(jìn)行了研究。岷江流域?qū)儆陂L(zhǎng)江的一級(jí)支流，發(fā)源于岷山南麓，流經(jīng)松潘、汶川、樂山等地，到宜賓匯入長(zhǎng)江，地勢(shì)由西部高中山區(qū)逐級(jí)降低至東部平原丘陵區(qū)，岷江全長(zhǎng)793km，流域面積13.35萬km2，水量豐富，岷江流域既是長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障的重要組成部分，更是成都平原重要的生態(tài)屏障［13］。本文擬通過對(duì)岷江流域降水量時(shí)空特征和旱澇多時(shí)間尺度分析，揭示岷江流域降水量時(shí)空分布特征與旱澇災(zāi)害規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，試圖為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 資料來源與研究方法

本文利用分布于岷江流域的班瑪、色達(dá)、松潘、馬爾康、小金、都江堰、成都、康定、雅安、峨眉山、樂山、內(nèi)江、越西、宜賓14個(gè)氣象站點(diǎn)（見圖1）1961—2012年的逐月降水實(shí)測(cè)資料，構(gòu)建該流域月、季節(jié)、年平均降水量時(shí)間序列，開展岷江流域降水量時(shí)空分布特征與多時(shí)間尺度旱澇災(zāi)害研究。文中采用的降水量資料來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)共享網(wǎng)。文中采用線性回歸、M－K突變檢驗(yàn)等方法，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)對(duì)降水量時(shí)間演變規(guī)律和空間分布特征進(jìn)行分析。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）對(duì)岷江流域旱澇災(zāi)害進(jìn)行趨勢(shì)分析。

標(biāo)準(zhǔn)化降 水 指 數(shù) （Standardized Precipitation Index，簡(jiǎn)稱SPI）是一個(gè)基于降水量的旱澇指數(shù)，能較好地反映不同時(shí)間尺度的旱澇情況，因此得到廣泛應(yīng)用。SPI主要基于降水量的Γ分布，通過概率密度函數(shù)求解累積概率，再將累積概率標(biāo)準(zhǔn)化［14］。具體計(jì)算步驟參見文獻(xiàn)［15］。本文主要分析1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月和12個(gè)月時(shí)間尺度的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)變化過程。旱澇等級(jí)參照Mckee等［16］的干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并增加了雨澇劃分等級(jí)，如表1所示［14］。SPI≤－1.0為干旱界值，SPI≥1.0為雨澇界值。

圖1 岷江流域氣象站點(diǎn)分布

表1 SPI旱澇等級(jí)分類

2 降水量變化特征分析

2.1 年平均降水量變化特征分析

2.1.1 降水量的年際、年代際變化特征 岷江流域近52a來的年平均降水量為1 012.25mm，降水量最多的年份是1961年（1 198.94mm），降水量最少的年份是2006年（853.72mm），兩者相差345.22 mm，降水量年際變化大；在降水量的年內(nèi)分配上，夏半年（5—10月）多年平均降水量達(dá)862.54mm，占全年降水量的85.21%，盛夏（7—8月）降水量高達(dá)402.15mm，占全年降水量的39.73%，而12月、1月兩個(gè)月降水量只有19.11mm，占全年降水量的1.89%，年內(nèi)降水量分布極不均勻；降水量的年內(nèi)、年際分配不均是導(dǎo)致旱澇災(zāi)害的主要因素。通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)年平均降水量的累年平均值的計(jì)算，并采用線性回歸進(jìn)行分析，從圖2可以看出，岷江流域降水量呈減少趨勢(shì)，平均遞減率為20.18mm／10a。從圖中還可以看出，1961—1972年降水量呈大幅下降趨勢(shì)，1973—1990年降水量呈較平穩(wěn)的波動(dòng)狀態(tài)，1991—2012年降水量呈大幅減少趨勢(shì)。從年代降水量分析可以看出20世紀(jì)60年代—80年代降水量高于多年平均值，降水量豐沛，為明顯的多雨期；90年代開始降水量呈持續(xù)減少態(tài)勢(shì)，2000—2010年的年代降水量值最低，為近52a降水量最少的時(shí)段。

圖2 岷江流域年平均降水量變化趨勢(shì)

2.1.2 降水量的季節(jié)變化特征 近52a來岷江流域春季降水量呈微弱上升趨勢(shì)，增加傾向率為3.25mm／10a；夏、秋、冬季降水量呈下降趨勢(shì)，夏、秋季降水量呈顯著減少趨勢(shì)，減少傾向率分別為13.3mm／10a和10.19mm／10a，冬 季 降 水 量 減 少 傾 向 率 為0.3mm／10a（圖3）。由此可見，岷江流域近52a的降水量減少主要是以夏、秋季的顯著減少為特點(diǎn)。

圖3 岷江流域季平均降水量變化趨勢(shì)

2.2 年平均降水突變Mann－Kendall檢驗(yàn)

采用Mann－Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法對(duì)岷江流域近52a的年均降水量進(jìn)行突變分析，其結(jié)果如圖4所示。根據(jù)UF和UB曲線的交點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，岷江流域年降水量存在三個(gè)突變點(diǎn)，分別為1968年、1972年和1993年，1968年和1993年降水量由多向少轉(zhuǎn)變，1972年降水量由少向多轉(zhuǎn)變，其中變化最明顯的是1993年發(fā)生的降水量由多向少的轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變通過了0.01的置信度檢驗(yàn)，降水量顯著減少?？梢源_定該區(qū)域年均降水量從20世紀(jì)60年代初—70年代早期處于下降階段，70年代中期—80年代末處于緩慢上升階段，90年代初期以來降水量驟減，從長(zhǎng)時(shí)間尺度看，該區(qū)域降水量在20世紀(jì)90年代的減少是一突變現(xiàn)象，具體是從1993年開始年降水量顯著下降。

圖4 岷江流域年平均降水量突變Mann－Kendall檢驗(yàn)

2.3 年平均降水量變化空間差異

從圖5a岷江流域年平均降水量空間分布圖可以看出，該區(qū)域年降水量的變化范圍為616.26～1 732.49mm，年降水量最高的地區(qū)接近年降水量最低地區(qū)的3倍，相差1 116.23mm，年降水量存在顯著的空間差異性。該區(qū)域降水量由東南向西北呈遞減趨勢(shì)，以松潘—小金—康定為界，該線以西地區(qū)降水量為616～1 000mm；該界線以東年降水量為1 000～1 732mm，且存在一個(gè)高值中心，中心地帶的雅安—峨眉山一帶降水量高達(dá)1 700mm。

圖5b是岷江流域年均降水量變化傾向率空間分布圖，由圖可知，岷江流域東南部地區(qū)降水量呈減少趨勢(shì)，而西北部地區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)。以松潘—小金—康定為界，該界線以西降水量呈增加趨勢(shì)，增加傾向率在0～27.11mm／10a的范圍內(nèi)；該界線以東降水量呈減少趨勢(shì)，減少的傾向率在0～80mm／10a的范圍內(nèi)，尤其是峨眉山—樂山—宜賓一帶降水量減少趨勢(shì)最明顯，減少傾向率高達(dá)40～80mm／10a。

3 岷江流域旱澇災(zāi)害多時(shí)間尺度分析

本文以岷江流域1961—2012年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算了1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月4個(gè)時(shí)間尺度的SPI值（分別用SPI1，SPI3，SPI6，SPI12表示），用以分析岷江流域旱澇的時(shí)間變化特征，如圖6所示。

SPI1和SPI3屬于短時(shí)間尺度的旱澇分析，受短時(shí)間降水影響大，數(shù)值波動(dòng)頻繁，能較好地反映短時(shí)間內(nèi)的旱澇變化特征。在SPI1序列圖中，1973年6月、1984年5月、7月SPI1值高達(dá)到2.08，澇情達(dá)到重澇程度，而1970年6月、2000年7月、2002年9月、2006年8月SPI1值降至－2.08，旱情達(dá)到嚴(yán)重干旱程度，由此可知，SPI1能很好地反映旱澇發(fā)生的短時(shí)間尺度（月尺度）特征和嚴(yán)重程度。從SPI3序列圖可看出，1961年夏季、1966年秋季、1973年夏季、1975年秋季、1984年春季與夏季、1985年春季、2008年春季澇情嚴(yán)重，達(dá)到重澇，而1969年春季、1972年秋季、1979年夏季、1984年秋季、1986年夏季、2000年夏季、2002年秋季、2006年夏季旱情嚴(yán)重，達(dá)到重旱，從對(duì)SPI3旱澇情況的分析可以看出，SPI3能很好地反映旱澇的季節(jié)變化特征。

圖5 岷江流域年均降水量及變化傾向率空間分布

圖6 岷江流域1961－2012年1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月時(shí)間尺度的SPI變化過程

SPI6和SPI12屬于較長(zhǎng)時(shí)間尺度旱澇變化，旱澇周期性變化特征明顯。由SPI6和SPI12序列圖可知，岷江流域1961年、1973年、1990年重澇，1966年、1975年 、1984年、1985 年 大 澇，1962 年、1964 年、1979年、1981 年、1988年、1989 年、1999年、2001 年偏澇。1972年、2006年、2007年重旱，1994年、1997年、2000年 、2002年、2009 年、2011 年 大 旱 ，1969 年、1970年、1982 年、1986年、1987 年、1996年、2003 年偏旱。從SPI12序列圖還可以看出，該流域20世紀(jì)60年代偏澇，澇災(zāi)發(fā)生頻率高、程度嚴(yán)重；70—80年代旱澇災(zāi)害交替出現(xiàn)，澇災(zāi)發(fā)生頻次明顯高于旱災(zāi)，整體偏澇；90年代開始，流域澇災(zāi)減弱，旱災(zāi)加劇，旱災(zāi)發(fā)生頻率與程度逐年增加，干旱化趨勢(shì)明顯。由上述分析可知，長(zhǎng)時(shí)間尺度的旱澇分析（SPI6和SPI12）不僅能很好地反映旱澇的年際、年代際變化特征，還可以對(duì)旱澇災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行判斷，尤其是從SPI12序列值可看出，該流域1990年以前偏澇，1990年開始澇災(zāi)減少，旱災(zāi)發(fā)生的頻率與程度呈不斷加劇的趨勢(shì)，且干旱化趨勢(shì)具有持續(xù)性特征，因此該區(qū)域在未來一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)做好防旱抗旱工作。

4 結(jié)論與討論

（1）近52a來岷江流域降水量總體上呈下降趨勢(shì)，平均遞減率為20.18mm／10a；該流域降水量年際變化大，季節(jié)分配不均。從年代降水量分析可以看出20世紀(jì)60年代—80年代降水量高于多年平均值，降水量豐沛，為明顯的多雨期；90年代開始降水量呈持續(xù)減少趨勢(shì)，2000年以來為近52a降水量最少的時(shí)段，流域干旱化趨勢(shì)明顯。

（2）岷江流域年降水量在空間分布上表現(xiàn)為由東南向西北遞減的趨勢(shì)，以松潘—小金—康定為界，該線以西地區(qū)年降水量為616～1 000mm；該界線以東年降水量為1 000～1 732mm。岷江流域東南部地區(qū)降水量呈減少趨勢(shì)，而西北部地區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)。以松潘—小金—康定為界，該界線以西降水量呈增加趨勢(shì)，增加傾向率在0～27.11mm／10a的范圍內(nèi)；該界線以東降水量呈減少趨勢(shì)，減少的傾向率在0～80mm／10a的范圍內(nèi)。

（3）岷江流域旱澇災(zāi)害階段性變化趨勢(shì)明顯，1961—1967年澇災(zāi)頻繁，1968—1972年干旱頻率高，旱災(zāi)嚴(yán)重；1973—1993年旱澇災(zāi)害交替出現(xiàn)，澇災(zāi)頻率明顯高于旱災(zāi)，整體偏澇；1994—2012年旱災(zāi)程度與頻次均呈加重趨勢(shì)，旱災(zāi)嚴(yán)峻。岷江流域旱澇災(zāi)害總體以1990年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1990年以前該區(qū)多澇災(zāi)，1990年后多旱災(zāi)，旱澇災(zāi)害由澇災(zāi)向旱災(zāi)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)明顯。

本文運(yùn)用SPI分析該區(qū)域旱澇特征，發(fā)現(xiàn)SPI1和SPI3能很好地反映短時(shí)間尺度內(nèi)的旱澇時(shí)間特征和嚴(yán)重程度，而SPI6和SPI12能準(zhǔn)確反映旱澇災(zāi)害發(fā)生的年際、年代際特征和旱澇災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間尺度防洪抗旱工作具有很好的判斷與指導(dǎo)作用。通過對(duì)岷江流域降水量和旱澇情況的分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域多年年均降水量呈顯著減少趨勢(shì)，1990年以前該區(qū)多澇災(zāi)，1990年開始該區(qū)域旱災(zāi)發(fā)生頻率與程度加劇，這與該區(qū)域降水量變化的分析結(jié)果一致，降水量減少是區(qū)域旱災(zāi)頻發(fā)的主要因素；而降水量的年際、季節(jié)分配不均是引起該區(qū)域短時(shí)間尺度旱澇災(zāi)害發(fā)生的主要原因；除此之外，區(qū)域地形地勢(shì)、氣候特征、下墊面性質(zhì)的改變、植被狀況、人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)特征等也是影響區(qū)域旱澇的因素，有待于進(jìn)一步分析。

［1］ Zheng P N，Li Z Q，Bai Z P，et al.Influence of climate change to drought and flood［J］.Disaster Advances，2012，5（4）：1331－1334.

［2］ Marengo J A，Alves L M，Soares W R，et al.Two contrasting severe seasonal extremes in tropical south america in 2012：Flood in Amazonia and Drought in Northeast Brazil［J］.Journal of Climate，2013，26（22）：9137－9154.

［3］ Byun H R，Kang K A，Kim K H.Correlations between Nino－3anomalies and Asian drought flood［J］.Journal of the Korean Meteorological Society，2001，37（5）：453－464.

［4］ Parry S，Marsh T，Kendon M.2012：from drought to floods in England and Wales［J］.Weather，2013，68（10）：268－274.

［5］ 畢彩霞，穆興民，趙廣舉，等.1960—2010年渭河流域旱澇時(shí)空分布特征［J］.水土保持通報(bào)，2013，33（2）：281－284，290.

［6］ 楊志勇，袁喆，嚴(yán)登華，等.黃淮海流域旱澇時(shí)空分布及組合特性［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2013，24（5）：617－625.

［7］ 趙學(xué)敏，胡彩虹，吳澤寧，等.汾河流域降水及旱澇時(shí)空結(jié)構(gòu)特征［J］.干旱區(qū)研究，2007，24（3）：349－354.

［8］ 葉篤正，黃榮輝.我國(guó)長(zhǎng)江黃河兩流域旱澇規(guī)律成因與預(yù)測(cè)研究的進(jìn)展、成果與問題［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，1991，6（4）：24－29.

［9］ 車少靜，李春強(qiáng)，申雙和.基于SPI的近41a（1965—2005）河北省旱澇時(shí)空特征分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2010，31（1）：137－143，150.

［10］ 陳瑩，陳興偉.福建省近50a旱澇時(shí)空特征演變：基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2011，20（3）：57－63.

［11］ 李敏敏，延軍平.全球變化下秦嶺南北旱澇時(shí)空變化格局［J］.資源科學(xué)，2013，35（3）：638－645.

［12］ 毛明策.近百年來關(guān)中平原旱澇振蕩多尺度分析［J］.水土保持研究，2010，17（3）：40－43.

［13］ 滿正闖，蘇春江，徐云，等.岷江上游森林涵養(yǎng)水源的能力變化分析［J］.水土保持研究，2007，14（3）：223－225，230.

［14］ 王媛媛，張勃.基于標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的近40a隴東地區(qū)旱澇時(shí)空特征［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2012，27（12）：2135－2144.

［15］ 王志良，曹蕾.基于SPI的鄭州市近60a旱澇特征分析［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，32（6）：30－32.

［16］ Mckee T B，Doesken N J，Kleist J.The relationship of drought frequency and duration to time scales［R］.California：Eighth Conference on Applied Climatology，1993：179－184.