劉宇峰，原志華，郭玲霞，孔 偉，張 莉，吳 林

(1.咸陽師范學院資源環(huán)境與歷史文化學院，陜西 咸陽 712000；2.咸陽師范學院經(jīng)濟與管理學院，陜西 咸陽 712000；3.河北北方學院生態(tài)建設與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，河北 張家口 075000；4.陜西師范大學西北歷史環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展研究院，陜西 西安 710062；5.中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北 石家莊 050021)

1961—2013年山西省夏季旱澇急轉時空演變特征

劉宇峰1①，原志華2，郭玲霞1，孔 偉3，張 莉4，吳 林5

(1.咸陽師范學院資源環(huán)境與歷史文化學院，陜西 咸陽 712000；2.咸陽師范學院經(jīng)濟與管理學院，陜西 咸陽 712000；3.河北北方學院生態(tài)建設與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，河北 張家口 075000；4.陜西師范大學西北歷史環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展研究院，陜西 西安 710062；5.中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北 石家莊 050021)

研究旱澇急轉現(xiàn)象對于區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及夏季防汛抗旱等工作具有重要意義。根據(jù)山西省16個氣象站1961—2013年5—8月逐月降水資料，計算了夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)，采用線性傾向法、M-K突變檢驗以及反距離權重空間插值法等方法分析了夏季旱澇急轉事件的時空演變特征。結果表明：在年代際變化上，山西省夏季DFAI呈現(xiàn)不顯著下降趨勢，在1970年代前后分別以旱轉澇和澇轉旱事件為主；DFAI強度呈不顯著下降趨勢，旱澇轉換強度總體減弱。DFAI在5—6和7—8月的正/負值(負/正值)變化表示夏季降水的澇轉旱(旱轉澇)特征。DFAI強度分別在1978和2005年發(fā)生突變。典型旱轉澇年(1976年)DFAI的高值區(qū)主要分布在山西東北部、中東部及西南部地區(qū)，而典型澇轉旱年(2002年)DFAI絕對值的高值區(qū)則主要分布在山西省中部地區(qū)；DFAI變化率在空間分布上具有顯著的南北差異。旱轉澇事件主要分布在山西東北部、中西部以及西南部地區(qū)，而澇轉旱事件在東北—西南方向上總體表現(xiàn)為多—少—多的變化特點。

山西??；旱澇急轉；時空演變；突變

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出,全球氣候系統(tǒng)變暖已成為不爭的事實,1951—2012年全球平均氣溫升高0.72 ℃,由于氣候變暖而導致極端氣候事件的發(fā)生頻率增多、強度加大是一個全球性的趨勢[1-3]。極端氣候事件的發(fā)生對農(nóng)業(yè)和糧食安全、水資源安全和生態(tài)環(huán)境安全等都具有重大和深遠的影響[4]。其中,干旱與洪澇災害具有影響范圍廣、發(fā)生頻率高、持續(xù)時間長和造成的經(jīng)濟損失大等特點,是最突出的2類極端氣候事件,對人類的生存發(fā)展構成嚴重威脅。中國自古以來就是一個旱澇災害頻發(fā)的國度,據(jù)史料記載,我國在公元前1766年至公元1937年間曾發(fā)生各類自然災害5 258次,其中旱澇災害次數(shù)所占比例達41%,是發(fā)生頻率最高的自然災害[5-6]。據(jù)彭克強[6]研究,1978—2006年我國農(nóng)作物旱澇受災面積和成災面積分別介于66.2%～89.3%和68.0%～90.5%之間,充分說明旱澇災害是農(nóng)作物大面積成災減產(chǎn)甚至絕收的罪魁禍首。

目前,對于旱澇災害的研究已有眾多成果,研究內容主要集中在旱澇災害的時空演變規(guī)律、成因機制、區(qū)域旱澇災害風險評價以及旱澇災害對農(nóng)作物的影響等方面[6-17]。關于季節(jié)內旱澇急轉的研究成果相對較少,代表性的有:吳志偉等[18]利用1957—2003年夏季逐月降水資料對長江中下游地區(qū)的旱澇急轉現(xiàn)象及其大氣環(huán)流特征進行了詳細研究;楊金虎等[19]基于旱澇急轉指數(shù)分析了西北地區(qū)夏季旱澇急轉異常,并利用前期大氣環(huán)流指數(shù)對旱澇急轉指數(shù)進行了預測;沈柏竹等[20]利用2011年中國降水格點資料探討了長江中下游地區(qū)6月初旱澇急轉現(xiàn)象及環(huán)境背景特征;孫鵬等[21]基于東江流域32個雨量站1956—2009年的月降水數(shù)據(jù),從時間和空間2個方面描述了旱澇急轉的主要特征;何慧等[22]利用110個氣象站1691—2014年5—8月的逐月降水資料,結合降水和災情歷史記錄,對華南地區(qū)旱澇急轉的時空演變規(guī)律及突變特征進行了分析。從以上文獻分析來看,在研究內容上,以往成果主要以我國南方為研究區(qū),而對于北方地區(qū)的旱澇急轉研究較少。事實上,我國北方地區(qū)主要為溫帶季風氣候,全年降水量多在400～800 mm之間,且集中在7—8月,每年春、夏季旱澇急轉、旱澇交替、旱澇并存現(xiàn)象很普遍,對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的影響非常大。此外,在旱澇急轉研究方法上,許多學者針對不同研究區(qū),定義了不同的旱澇急轉指數(shù),獲得了較成功的應用經(jīng)驗。鑒于此,以山西省為研究區(qū),探討1961—2013年夏季旱澇急轉的時空演變特征,以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和夏季防汛抗旱工作等提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

山西省屬北方內陸省份,位于黃河中游東岸,華北平原西面的黃土高原(34°34′～40°44′ N,110°14′～114°33′ E)(圖1)。山西地勢東北高西南低,境內溝壑縱橫,地貌類型復雜多樣;在氣候上為溫帶大陸性季風氣候,降水自東南向西北遞減,多年平均降水量介于400～600 mm之間,主要集中在夏季(7—8月),且多以暴雨形式出現(xiàn);旱澇災害是山西主要的自然災害類型,尤以干旱災害表現(xiàn)最為突出,具有出現(xiàn)頻次高、受災范圍大和持續(xù)時間長等特點,常出現(xiàn)多季連旱和連年旱[23]。

圖1 山西省氣象站點分布Fig.1 Distribution of the meteorological stations in Shanxi Province

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

旱澇急轉事件分析所用數(shù)據(jù)為中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn)提供的山西省16個國家基準氣象站(1961—2013年)的逐月降水數(shù)據(jù),16個氣象站點的地理分布見圖1。

2.2 研究方法

以5—8月降水量代表夏季降水,定義夏季旱澇變化的時間尺度為2個月,即5—6月旱而7—8月澇稱為旱轉澇,反之稱為澇轉旱[19]。對于旱澇急轉指數(shù),目前國內還沒有標準定義,筆者參考吳志偉等[18]對長江流域以及楊金虎等[19]對西北地區(qū)提出的旱澇急轉指數(shù)(drought-flood abrupt alternation index,DFAI,IDFA)定義,并對權重系數(shù)進行調整。

將每個氣象站點5—6和7—8月的降水量進行標準差標準化處理,然后利用以下公式計算DFAI值:

式(1)中,R78為7—8月標準化降水量;R56為5—6月標準化降水量;R78-R56為旱澇急轉強度;|R56|+|R78|為旱澇強度項;2-|R56+R78|為權重系數(shù),作用是增加旱澇急轉事件所占權重,降低全旱或全澇事件權重。旱澇急轉事件的判斷標準為:DFAI值>1為旱轉澇事件,DFAI值<1為澇轉旱事件,DFAI值在-1～1之間為正常狀態(tài);DFAI值的絕對值反映旱澇急轉的強度,絕對值越大,說明旱澇急轉事件越嚴重[24]。根據(jù)山西的氣候及農(nóng)業(yè)特征,將降水距平百分率>15%定義為偏澇,<-15%定義為偏旱[25]。

利用上述公式,計算山西省16個氣象站點1961—2013年逐年夏季DFAI,由此建立時間演變序列。用算術平均法計算得到山西省平均序列,然后采用線性傾向法、M-K突變檢驗以及反距離權重空間插值法(inverse distance weighting,IDW)進行旱澇急轉的時空演變分析。為便于分析,用1960s(1961—1969)、1970s(1970—1979)、1980s(1980—1989)、1990s(1990—1999)和2000s(2000—2013)表示各年代。

3 結果與分析

3.1 山西省夏季DFAI與各站點DFAI的相關性分析

表1為山西全省夏季DFAI與各站點DFAI的相關分析結果。由表1可知,全省夏季DFAI與絕大多數(shù)站點的DFAI具有較強的相關性(除臨汾外),皮爾遜相關系數(shù)均通過了α=0.01的顯著性水平檢驗,說明將山西省作為一個整體進行旱澇急轉分析是合理的。

表1 山西省夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)與各站點DFAI的皮爾遜相關系數(shù)

Table 1 Pearson correlation coefficients between DFAI of the province and those of the 16 meteorological stations

站點相關系數(shù)站點相關系數(shù)右玉0.548*太原0.792*大同0.578*陽泉0.720*河曲0.622*榆社0.739*五臺山0.698*隰縣0.755*五寨0.665*介休0.684*興縣0.784*臨汾0.116原平0.799*運城0.519*離石0.766*陽城0.496*

*表示通過α=0.01的顯著性水平檢驗(雙側)。

3.2 夏季DFAI年代際變化

1961—2013年,山西省夏季DFAI總體以-0.18 (10 a)-1的速率下降,雖然這種趨勢并不顯著(P>0.05，圖2),但在一定程度上反映了夏季旱轉澇事件減少和澇轉旱事件增多的趨勢。依據(jù)旱澇急轉事件判斷標準,在過去53 a,山西省夏季有8 a(1962、1966、1967、1969、1976、1978、1995和1996年)出現(xiàn)旱轉澇事件,有10 a(1963、1971、1980、1983、1984、1986、1987、1991、2002和2008年)出現(xiàn)澇轉旱事件。

圖2 1961—2013年山西省夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)年際變化Fig.2 Annual variation of DFAI in summer of Shanxi Province during the period from 1961 to 2013

在年代際變化上,夏季DFAI具有明顯的階段性特征,其年代平均值在1960s和1970s為正值,而在1980s、1990s和2000s均為負值,說明山西夏季旱澇急轉事件在1970s以前以旱轉澇為主,共出現(xiàn)6次旱轉澇事件,占所有旱澇急轉事件的75%;而在1970s之后以澇轉旱為主,澇轉旱事件(8次)占所有旱澇急轉事件的80%,其中1980s的澇轉旱事件發(fā)生頻率最大,為5次。

從DFAI強度的年際變化(圖3)來看,山西省夏季DFAI強度的時間序列略呈下降趨勢〔-0.06(10 a)-1〕,但趨勢不顯著(P>0.05),表明山西夏季旱澇轉換強度總體在減弱。夏季DFAI強度時間序列在近53 a亦具有顯著的階段性,相對偏強期有1個,即1976—1991年,其中1976和1991年是旱澇急轉最嚴重的年份;相對偏弱期有2個,分別是1961—1975和1992—2013年,其中2002年是過去53 a中DFAI強度最強(4.01)的年份,偏弱期1992—2013年中其余年份的平均DFAI強度與之相比,相差7倍多。

圖3 1961—2013年山西省夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)強度年際變化Fig.3 Annual variation of DFAI intensity in summer of Shanxi Province during the period from 1961 to 2013

3.3 典型年份夏季旱澇及DFAI特征

對山西省1961—2013年逐年5—8月的夏季降水量進行統(tǒng)計,選擇5—8月降水距平百分率絕對值>15% 的年份以及DFAI絕對值較大的年份作為干旱、洪澇、旱轉澇和澇轉旱的典型年份(表2)。由表2可知,在高DFAI年份,其5—6月降水距平百分率為正值,而7—8月的降水距平百分率為負值,在低DFAI年份則相反,說明DFAI在一定程度上可以反映山西夏季的旱澇急轉現(xiàn)象。

典型年份的夏季降水及DFAI具有以下特點:(1)對于干旱災害較重的年份,5—8月降水總量較多年平均降水量偏少35%以上,其中5—6月降水偏情況少較突出,總體偏少40%以上,最嚴重的1972年降水偏少51.22%。據(jù)史料記載,1972年全國干旱災害較嚴重,北方地區(qū)出現(xiàn)春夏連旱現(xiàn)象,山西不少大型水庫在死水位以下運行[26]。典型干旱年份7—8月降水較多年平均值亦偏少25%以上。(2)對于洪澇災害嚴重的年份,5—8月降水總量明顯偏多(>30%),5—6和7—8月降水量持續(xù)偏多;洪澇災害最嚴重的1988年,5—8月降水總量較多年平均降水量偏多53.35%,當年山西許多地區(qū)發(fā)生洪澇災害,如位于山西省中部的汾陽、孝義和文水等縣市,8月6日降水歷時長達6～8 h,出現(xiàn)多個雨量超200 mm的暴雨中心,25 mm以上雨區(qū)覆蓋面積達2 442 km2[27]。(3)對于典型旱轉澇年,DFAI在1.20以上,其中1976年旱轉澇事件較嚴重;5—8月降水距平百分率為34.43%,屬偏澇,而其余年份均在15%以下,總降水量接近正常;5—6月降水明顯偏少,較多年平均降水量偏少17%以上,在1976年更是偏少46.42%;7—8月降水總量則顯著偏多。(4)對于典型澇轉旱年,DFAI絕對值在2.01以上,說明澇轉旱強度大于旱轉澇強度;5—8月降水總量在1987年接近正常,而在1991和2002年則略偏旱;5—6月降水偏多35%以上,而7—8月降水則偏少25%以上。在2002年,山西省5—6月降水量較多年平均降水量顯著偏多51.71%,但7—8月降水偏少44.03%,前、后期降水量反差較大,是典型的夏季旱澇急轉事件;據(jù)中國天氣網(wǎng)報道,2002年我國降水總量多于常年,但時空分布很不均勻,其中華北地區(qū)在1—4和7—8月出現(xiàn)嚴重干旱災害,而5—6月則為洪澇災害[28]。

表2 1961—2013年山西省夏季降水典型年份的旱澇特征

Table 2 Features of droughts and floods in the years typical of summer rainfalls in Shanxi Province during the period from 1961 to 2013

年份旱澇性質DFAI平均值降水距平百分率/%5—8月5—6月7—8月1965旱0.09-41.87-48.26-39.131972旱0.23-35.04-51.22-28.091997旱-0.09-43.64-43.74-43.601977澇0.3142.0054.1736.771988澇0.0253.3549.6154.962013澇0.4233.4916.2740.891967旱轉澇1.3434.43-17.2956.661976旱轉澇3.0210.12-46.4234.421995旱轉澇1.208.34-28.6724.241987澇轉旱-2.01-9.2036.70-28.911991澇轉旱-3.06-23.5137.20-49.592002澇轉旱-4.01-15.2551.71-44.03

3.4 夏季DFAI及強度突變分析

圖4～5分別為夏季DFAI及其強度的M-K突變檢驗。李紅梅等[29]研究認為,M-K突變檢驗中正反序列如果存在多個交叉點,則這些交叉點不一定就是突變點,只存在1個交叉點且位于顯著性水平信度線之間,才能確定該點為突變點。

圖4 1961—2013年山西省夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)的突變檢驗Fig.4 M-K abrupt change test of DFAIs in summers of the period from 1961 to 2013 in Shanxi Province

圖5 1961—2013年山西省夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)強度的突變檢驗Fig.5 M-K abrupt change test of DFAI intensity in summers of the period from 1961 to 2013 in Shanxi Province

由圖4可知,山西省夏季DFAI時間序列的M-K檢驗正序列曲線UF在1961年—1978年間波動變化較平穩(wěn),1978年之后表現(xiàn)出明顯的波動下降趨勢,且在1986年后超過α=0.05的顯著性水平信度線,由于UF曲線在1980年以后的絕大多數(shù)年份均表現(xiàn)為負值,表明夏季DFAI在1980s以來呈現(xiàn)下降趨勢,1986年以后這種趨勢更加明顯,意味著1980s以來夏季澇轉旱事件的發(fā)生頻率增多;正、反序列曲線UF和UB在顯著性水平信度線之間有1個交點,則該點為1961—2013年山西省夏季旱澇事件轉換的突變點,根據(jù)突變點的具體位置(1978—1979年間),確定旱澇急轉事件在1970s末期發(fā)生了突變,即澇轉旱事件明顯增多。

從圖5來看,山西省夏季DFAI強度時間序列的M-K檢驗正序列曲線UF在1960s中期到1980s末期一直呈上升趨勢,之后表現(xiàn)出下降趨勢,說明DFAI強度由強變弱,由于UF值一直未超過α=0.05的顯著性水平信度線,所以這種變化趨勢并不顯著,圖3也證實了這一結論;UF和UB在信度線之間有1個交點,則該點為突變點,位于2005—2006年間,說明DFAI強度在2005年發(fā)生了突變,即澇轉旱強度有所減弱。

3.5 夏季DFAI及變化率空間分布

選取1976和2002年為典型年份進行DFAI及其強度的空間分布特征分析(圖6)。由前文分析可知,1976年是典型的旱轉澇年,山西夏季平均DFAI值達3.02,是近53 a中旱轉澇強度最大的年份;DFAI的高值區(qū)主要分布在東北部、中東部及西南部地區(qū),DFAI值基本在3以上,其中西南部表現(xiàn)較突出,DFAI最高值達10.11;DFAI低值區(qū)主要分布在西北部、中西部以及西南部偏北地區(qū),DFAI值在2以下,旱轉澇強度相對較小,甚至有部分地區(qū)不存在旱轉澇事件;其余地區(qū)DFAI值介于2～3之間,旱轉澇強度亦相對較大。

2002年是典型的澇轉旱年,當年山西夏季DFAI平均值為-4.01,是1961—2013年澇轉旱強度最大的年份。2002年DFAI絕對值的高值區(qū)主要分布在山西省中部地區(qū),DFAI絕對值基本在4以上,且絕大部分地區(qū)在5以上,尤以中西部地區(qū)表現(xiàn)最突出,是省域DFAI平均值的絕對值的2倍左右;其余地區(qū)DFAI絕對值相對較小,均在4以下,部分地區(qū)甚至小于1,反映其澇轉旱強度較小,且部分地區(qū)當年夏季降水接近正常水平,不存在澇轉旱事件。

圖7是1961—2013年山西省夏季DFAI變化趨勢的空間分布。在16個氣象站點中,除介休和隰縣的DFAI值呈不顯著上升趨勢〔變化率分別為0.08和0.02 (10 a)-1,P>0.05〕外,其余站點的DFAI均表現(xiàn)出不同程度的下降趨勢,但只有興縣、大同和原平3個站點通過顯著性檢驗(P<0.05),且這3個站點DFAI值變化率分別為-0.46、-0.37和-0.30 (10 a)-1。從全省來看,DFAI變化率在空間分布上具有明顯的南北差異,北部及中部絕大部分地區(qū)的DFAI變化率均在-0.15 (10 a)-1以下,其中東北部和中西部地區(qū)的下降趨勢更加明顯;南部和中部部分地區(qū)的DFAI變化率在-0.15 (10 a)-1以上,尤其是介休、隰縣和陽城地區(qū)呈微弱下降趨勢,局部地區(qū)呈微弱上升趨勢。

圖6 典型年夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)空間分布Fig.6 Spatial distribution of DFAI in summers of typical years

圖7 1961—2013年夏季旱澇急轉指數(shù)(DFAI)變化率Fig.7 Variation rate of DFAI in summers of the period from 1961 to 2013

3.6 夏季旱澇急轉事件頻次空間分布

由圖8可見，近53 a,所有站點均發(fā)生旱轉澇事件,最少7次,最多10次;全省旱澇急轉事件頻次在空間分布上并不均勻,旱轉澇事件主要分布在東北部、中西部以及西南部地區(qū),這些地區(qū)的旱轉澇事件最多可達10次;旱轉澇事件在7次以下的地區(qū)主要包括中東部和東南部的部分區(qū)域,其他地區(qū)的旱澇急轉事件頻次在8次以上。全省澇轉旱事件在東北—西南方向上總體表現(xiàn)為多—少—多的變化特點。晉北大同地區(qū)澇轉旱事件為8次,右玉、河曲、五臺山以及陽泉等地區(qū),澇轉旱事件減少到7或6次;而西南部除離石、介休、隰縣和陽城外,其他區(qū)域逐漸增加到10次以上,尤其是臨汾以南地區(qū),澇轉旱事件最多達13次。

在山西北部地區(qū),由東北向西南,澇轉旱事件由8次減到7或6次,然后再增加到8次以上,如興縣的澇轉旱事件達10次以上;在中部地區(qū),澇轉旱在東西兩翼較少(7次以下)而中間較多(8次以上);在南部地區(qū),西南部是全省澇轉旱事件(10次以上)最多的地區(qū),而東南部基本上為8或9次。

4 討論

區(qū)域旱澇災害的成因機制異常復雜，受海溫變化、環(huán)流場、厄爾尼諾、天文(太陽黑子活動周期)和地形地貌等多種自然因子及人為因素的影響。山西地形地貌相對復雜，主要由東、西側山地(高原)和中部的斷陷盆地組成，復雜的地形必然會加強對流天氣的發(fā)生和發(fā)展程度。山西在氣候上處于季風影響邊緣區(qū)，夏季的主要水汽來源于印度洋和太平洋，海表溫度變化、大氣環(huán)流狀況等與夏季降水的多寡存在必然聯(lián)系。山西夏季降水與印度洋海溫年代際異常存在顯著相關關系，自1960s以來，印度洋海溫總體呈現(xiàn)升高趨勢，山西夏季降水總體呈現(xiàn)減少趨勢[30]。在夏季500 hPa高度場上，澇期烏拉爾山、青藏高原北部高空槽活動較頻繁且發(fā)展深厚，東北冷渦亦較活躍；在夏季850 hPa風場上，澇期印度季風低緯度偏西風和中緯度西南風異常加強，為印度洋水汽向東亞地區(qū)的大量輸送提供有利條件，加之中高緯度地區(qū)頻繁的冷空氣活動，為南北冷暖空氣的交綏提供了條件，發(fā)展深厚且頻繁的低槽活動為夏季降水的形成提供了動力抬升機制；旱期環(huán)流場則具有相反的表現(xiàn)[30]。此外，在厄爾尼諾年，山西春季降水相對偏多，而年降水，夏、秋和冬季降水相對偏少；厄爾尼諾次年，年降水和春、夏季降水易偏多，而秋、冬季則易偏少[31]。

圖8 1961—2013年夏季旱澇急轉事件頻次的空間分布Fig.8 Spatial distribution of the frequency of DFAI in summer during 1961-2013

隨著山西經(jīng)濟社會的發(fā)展，人為因素對區(qū)域旱澇災害的作用越來越突出，主要表現(xiàn)在采礦活動、水利工程建設和城鎮(zhèn)建設等方面。據(jù)統(tǒng)計，采煤導致或影響到的水土流失面積占山西省水土流失總面積的20%，每年因采煤造成的水流失量超過了引黃工程1 a的供水能力[32]?？梢?，采煤活動使得山西省尤其是山區(qū)的水文狀況進一步惡化，降低了流域的水土保持能力，結果導致干旱災害頻發(fā)且面積不斷擴大。在水利工程建設上，山西省大中型水利工程多數(shù)建于1950s和1960s，許多工程已經(jīng)超過使用年限，且缺乏維修改造，工程損壞嚴重，蓄水防洪能力大大下降。據(jù)統(tǒng)計，山西省有700多座小型水庫，多數(shù)由鄉(xiāng)村管理，全省每年只有100萬元的小水庫維修款，可以說杯水車薪[33]。此外，在城鎮(zhèn)建設中，防洪工程標準低、防洪設施不完善、防洪措施跟不上和河道清淤清障工作不到位等都是誘發(fā)洪澇災害的重要原因。

在全球氣候變化的大背景下，氣候異常及高強度的人類活動必然會使山西旱澇格局出現(xiàn)新的變化特征，旱澇演變的成因機制和區(qū)域防汛抗旱措施有待于進一步深入研究。

5 結論

(1)1961—2013年,山西省夏季DFAI值以-0.18 (10 a)-1的速率呈現(xiàn)下降趨勢,旱轉澇事件略多于澇轉旱事件,1970s之前以旱轉澇事件為主,1970s之后則以澇轉旱事件為主。夏季DFAI強度序列呈不顯著下降趨勢〔-0.06 (10 a)-1〕,旱澇轉換強度總體在減弱,但具有顯著的階段性特征,存在1個相對偏強期(1976—1991年)和2個相對偏弱期(1961—1975和1992—2013年)。

(2)DFAI能夠很好地揭示山西夏季5—6和7—8月的降水變化分布特征,DFAI在5—6和7—8月的正/負值(負/正值)變化表示夏季降水的澇轉旱(旱轉澇)特征。

(3)M-K突變檢驗表明,山西省夏季DFAI在1978年發(fā)生突變,澇轉旱事件的發(fā)生頻率逐漸增多;DFAI強度在2005年發(fā)生突變,澇轉旱事件的強度有所減弱。

(4)典型旱轉澇年(1976),DFAI高值區(qū)主要分布在東北部、中東部及西南部地區(qū),尤以西南部表現(xiàn)較突出;典型澇轉旱年(2002),DFAI絕對值的高值區(qū)主要分布在山西省中部地區(qū),尤以中西部地區(qū)表現(xiàn)最突出。DFAI變化率在空間分布上具有顯著的南北差異,北部及中部絕大部分地區(qū)的DFAI變化率均在-0.15 (10 a)-1以下,而南部和中部部分地區(qū)的DFAI變化率則在-0.15 (10 a)-1以上。

(5)近53 a,夏季旱澇急轉事件頻次在空間分布上并不均勻,旱轉澇事件主要分布在東北部、中西部以及西南部地區(qū),而澇轉旱事件在東北—西南方向上總體表現(xiàn)為多—少—多的變化特點。

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(責任編輯： 許 素)

Characteristics of Spatio-Temporal Variation of Abrupt Alternation of Drought and Flood in Shanxi Province During Summers in 1961-2013.

LIUYu-feng1,YUANZhi-hua2,GUOLing-xia1,KONGWei3,ZHANGLi4,WULin5

(1.College of Resources and Environment & History and Culture, Xianyang Normal University, Xianyang 712000, China;2.College of Economics and Management, Xianyang Normal University, Xianyang 712000, China;3.Research Center of Ecological Construction and Industrial Development, Hebei North University, Zhangjiakou 075000, China;4.Northwest Institute of Historical Environment and Socio-Economic Development, Shaanxi Normal University, Xi′an 710062, China;5.The Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050021, China)

The research on abrupt alternation of drought and flood is of important significance to regional agricultural production and the campaigns of flood control and drought relief in summer. Summer drought-flood abrupt alternation index (DFAI) is calculated based on the data of monthly precipitations in the summers of 1961-2013 recorded in the 16 weather stations in Shanxi Province. Spatio-temporal variation of the abrupt alternations of drought and flood is characterized through Linear Tend Analysis, Mann-Kendall Test and Inverse Distance Weighted Interpolation (IDW) of the data. Results show as follows: (1) The overall variation of DFAI in Shanxi Province during the period presented an insignificant declining trend. The events of abrupt shift from flood to drought or vice versa occurred mainly around the 1970s, and during that period of years DFAI intensity also exhibited an insignificant declining trend which means the events of drought-flood abrupt alternation decreased in intensity; (2) DFAI is an index that reflects changes in precipitation in the summer periods from May to June and from July to August in Shanxi Province. The positive/negative values or negative/positive values of DFAI during the periods of May-June and July-August indicated shift from flood to drought or vice versa during the summer periods; (3) DFAI and DFAI intensity experienced abrupt change in 1978 and 2005, respectively. (4) In 1976, a typical year of abrupt shift from drought to flood, the regions high in DFAI were found in the northeastern, central eastern and southwestern parts of Shanxi Province, while in 2002, a typical year of abrupt shift from flood to drought, and the regions high in absolute DFAI value were in the central part of Shanxi Province. Spatially, the variation of DFAI exhibited a sharp difference between north and south of the Province. (5) The events of abrupt shift from drought to flood occurred mainly in the northeast, middle-west and southwest of Shanxi Province, while those from flood to drought displayed a valley-like curve along a belt from the northeast to the southwest of Shanxi Province.

Shanxi Province; drought-flood abrupt alternation; spatio-temporal change; abrupt change

2016-05-17

國家自然科學基金(41271159);陜西省社會科學基金(2016D034);陜西省教育廳科研項目(16JK1828);陜西省普通高等學校優(yōu)勢學科建設項目(歷史地理學:0602);咸陽師范學院“青年骨干教師”計劃(XSYGG201609);咸陽師范學院教改項目(201402009)

X16；P467

A

1673-4831(2017)04-0332-09

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.006

劉宇峰(1981—),男,山西忻州人,講師,博士,主要從事環(huán)境演變研究。E-mail: yfliu518@163.com

① 通信作者E-mail: yfliu518@163.com