岳樹(shù)朋

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 撫順 113000)

IPCC 第五次評(píng)估報(bào)告中指出20世紀(jì)中葉以來(lái)，極端事件的強(qiáng)度和頻率發(fā)生明顯變化[1]。1961年以來(lái)，中國(guó)區(qū)域性的高溫事件、氣象干旱事件和強(qiáng)降雨事件增多。其中，干旱和洪澇災(zāi)害是最為突出的2類極端氣候事件。近年來(lái)許多學(xué)者開(kāi)展了很多具有區(qū)域特色的旱澇事件研究。吳志偉等[2]通過(guò)對(duì)比5—6月和7—8月降水的差異定義了一個(gè)長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù),對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)行研究；孫鵬等[3]分析了東江流域汛期長(zhǎng)周期和短周期降雨旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象的趨勢(shì)變化和時(shí)空分布特征；方永旭等[4]通過(guò)旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)研究了王英水庫(kù)灌區(qū)水旱交替特征，并探討了旱澇急轉(zhuǎn)對(duì)農(nóng)業(yè)的影響；何慧等[5]采用長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)研究了1961—2014年華南地區(qū)夏季旱澇急轉(zhuǎn)的演變規(guī)律,結(jié)果表明，華南地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度增強(qiáng)，發(fā)生頻率增大；張屏等[6]通過(guò)計(jì)算各旬降水量的距平及距平百分率,在確定旱澇等級(jí)的基礎(chǔ)上對(duì)旱澇急轉(zhuǎn)事件進(jìn)行定義,并對(duì)淮北市旱澇急轉(zhuǎn)進(jìn)行規(guī)律分析；羅蔚等[7]對(duì)鄱陽(yáng)湖入湖總水量變化分析，發(fā)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖旱澇和澇旱交替出現(xiàn)，進(jìn)入21世紀(jì)，旱澇和澇旱轉(zhuǎn)換的時(shí)間間隔變短、震蕩加?。婚W麗潔等[8]分析長(zhǎng)江中下游流域旱澇交替，發(fā)現(xiàn)流域內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)以澇轉(zhuǎn)旱為主，旱轉(zhuǎn)澇主要發(fā)生在長(zhǎng)江北岸，澇轉(zhuǎn)旱主要發(fā)生在長(zhǎng)江南岸；吳志偉等[9]揭示了華南夏季旱澇急轉(zhuǎn)事件與季節(jié)性嚴(yán)重旱澇事件的顯著差異,并對(duì)華南旱澇急轉(zhuǎn)夏季大氣環(huán)流異常特征和前期海氣異常信號(hào)進(jìn)行了分析。

旱澇急轉(zhuǎn)指的是在研究時(shí)期內(nèi)，一段時(shí)間發(fā)生干旱，一段時(shí)間發(fā)生洪澇，旱澇交替出現(xiàn)的情形[10]。上述研究表明不同流域旱澇急轉(zhuǎn)特征不盡相同，以往針對(duì)大伙房水庫(kù)流域內(nèi)旱澇異常的研究大多立足于年總降水量，對(duì)季節(jié)內(nèi)旱澇變化情況研究較少，而季節(jié)內(nèi)旱澇變化對(duì)水資源配置和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分重要。目前在水文序列分析中，對(duì)于趨勢(shì)變化及預(yù)測(cè)的方法很多，比較成熟的方法有R/S分析法、Mann-Kendall檢驗(yàn)法等。R/S分析法[11]是在20世紀(jì)中葉由英國(guó)水文學(xué)家Havold Edwin Hurst提出的一種判斷時(shí)間序列是否具有標(biāo)度不變性的統(tǒng)計(jì)分析方法。王孝禮等[12]在國(guó)內(nèi)首次將R/S分析法應(yīng)用于水文時(shí)間序列分析中，該方法能揭示水文時(shí)間序列變異特征。Mann-Kendall方法[13]廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)氣候與徑流的時(shí)間序列變化中，能很好的體現(xiàn)時(shí)間序列的趨勢(shì)特征?；诖耍疚母鶕?jù)大伙房水庫(kù)流域 1959—2018 年6—9月逐月降水量資料，利用長(zhǎng)、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)和滑動(dòng)平均法、線性趨勢(shì)法、Mann-Kendall趨勢(shì)分析法、R/S分析法從典型旱澇急轉(zhuǎn)年、旱澇急轉(zhuǎn)趨勢(shì)和旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度變化及未來(lái)趨勢(shì)等方面著手，研究大伙房水庫(kù)流域內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)特征，為流域內(nèi)水資源科學(xué)配置、城市防災(zāi)、減災(zāi)工作提供理論參考和數(shù)據(jù)支持。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)資料

大伙房水庫(kù)位于遼河的大支流渾河中上游，坐落在遼寧省撫順市境內(nèi)，控制流域面積5 437 km2，總庫(kù)容21.87億m3。壩址以上流域多年平均徑流量15.13億m3，洪水主要發(fā)生在6—9月，洪水成因主要是此期間的大暴雨，壩址以上流域多年平均降水量792.1 mm。

本文選取大伙房水庫(kù)流域(圖1)內(nèi)13個(gè)雨量站1959—2018年6—9月的實(shí)測(cè)降雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

圖1 大伙房水庫(kù)流域

1.2 研究方法

本文以6—9月這4個(gè)月的降水量為研究對(duì)象，在消除量綱對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的基礎(chǔ)上，采用長(zhǎng)、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)，來(lái)分析大伙房水庫(kù)旱澇急轉(zhuǎn)的特征。長(zhǎng)周期的變化時(shí)間尺度為 2個(gè)月，短周期則以月為單位。長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)指的是，6—7 月旱，8—9 月澇稱為“旱轉(zhuǎn)澇”，反之，則為“澇轉(zhuǎn)旱”。短周期旱澇急轉(zhuǎn)指的是相鄰月份，一個(gè)月份為旱，另一個(gè)月份為澇，稱其為“旱轉(zhuǎn)澇”，反之，則為“澇轉(zhuǎn)旱”。并運(yùn)用滑動(dòng)平均法、線性趨勢(shì)法、Mann-Kendall趨勢(shì)分析法和R/S分析法對(duì)旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。

a)降雨量標(biāo)準(zhǔn)化處理

(1)

b)長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)指標(biāo)

LDFAL=(R89-R67)·(|R67|+|R89|)·1.8-|R67+R78|

(2)

式中R67——夏季6—7月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量；R89——夏季8—9月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量；|R67|+|R89|——旱澇強(qiáng)度項(xiàng)；1.8-|R67+R89|——權(quán)重系數(shù)，作用是增加長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)事件所占權(quán)重，降低全旱或全澇事件權(quán)重。降雨量距平標(biāo)準(zhǔn)差小于-0.5為偏旱，小于-1為顯著偏旱,大于0.5為偏澇，大于1為顯著偏澇。

c)短周期旱澇急轉(zhuǎn)指標(biāo)

SDFAL=(Rj-Ri)·(|Ri+Rj|)·3.2-|Ri+Rj|,j=i+1(i=6,7,8)

(3)

選用3.2-|Ri+Rj|作為權(quán)重系數(shù)，分別計(jì)算6—7、7—8、8—9月的月間旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)。

d)Mann-Kendall趨勢(shì)分析法。Mann-Kendall法是非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法 ，目前，Mann-Kendall趨勢(shì)及突變檢驗(yàn)法對(duì)水文站實(shí)測(cè)徑流時(shí)間序列趨勢(shì)變化及突變點(diǎn)的分析已被廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)氣候與降雨的時(shí)間序列變化中。Mann-Kendall法能很好地揭示時(shí)間序列的趨勢(shì)變化。

e)R/S分析法。R/S (Re-scaled Range )是一種時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)法。利用R/S分析法可以計(jì)算得Hurst指數(shù)H，該指數(shù)可以反映具有統(tǒng)計(jì)特性的非線性數(shù)據(jù)系列的持續(xù)性，適用于降雨序列。通過(guò)Hurst 指數(shù)，可判定降雨時(shí)序的狀態(tài)持續(xù)性及其記憶長(zhǎng)度。

2 旱澇急轉(zhuǎn)特征

2.1 旱澇急轉(zhuǎn)典型年

根據(jù)式(2)統(tǒng)計(jì)的長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)，選取其中最高(低)前6 a(表1)，高LDFAL年中，6—7月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量中有4 a小于-0.5(2 a小于-1.0)，說(shuō)明6個(gè)高LDFAL里4 a偏旱,2 a顯著偏旱，而8—9月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量中有4 a大于0.5(1 a大于1.0，2 a大于2.0)，有4 a偏澇，1 a顯著偏澇；低LDFAL年中，6—7月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量中6 a均大于0.5(2 a大于2.0)，說(shuō)明6個(gè)低LDFAL里有6 a偏澇，2 a顯著偏澇，而8—9月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量中有5 a小于-0.5(3 a小于-1.0)，有5 a偏旱，3 a顯著偏旱。

在高LDFAL年，8—9月的標(biāo)準(zhǔn)降雨量均大于6—7月，即降雨量6—7月到8—9月有增加趨勢(shì)；在低LDFAL年，8—9月的標(biāo)準(zhǔn)降雨量均小于6—7月，即降雨量6—7月到8—9月有減少趨勢(shì)，由此可知，高LDFAL年對(duì)應(yīng)“旱轉(zhuǎn)澇”年，低LDFAL年對(duì)應(yīng)“澇轉(zhuǎn)旱”年。

表1 1959—2018年最高(低)LDFAL年及其標(biāo)準(zhǔn)化降雨量

根據(jù)上述分析結(jié)果，在LDFAL中選出指數(shù)大于 1 的年份為典型“旱轉(zhuǎn)澇”年，小于-1的年份為典型“澇轉(zhuǎn)旱”年(表2)。需要說(shuō)明的是，在低LDFAL年中，1995年8—9月的標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為0.15，沒(méi)有達(dá)到-0.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，但6—7月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為3.87，大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差，差異異常明顯，同樣的情況還有1967年；2002年6—7月的標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為0.31，沒(méi)有達(dá)到0.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，但8—9月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為-1.11，大于1倍標(biāo)準(zhǔn)差，差異明顯，同樣的情況還有2003年,故將這4 a選為澇轉(zhuǎn)旱典型年；在高LDFAL年中，1964年6—7月的標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為0.18，沒(méi)有達(dá)到-0.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，但8—9月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為2.02，大于2倍標(biāo)準(zhǔn)差，差異明顯；1965年8—9月的標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為0.26，沒(méi)有達(dá)到0.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，但6—7月標(biāo)準(zhǔn)化降雨量為-1.48，大于1倍標(biāo)準(zhǔn)差，差異明顯，同樣的情況還有1972年,故將這3 a選為旱轉(zhuǎn)澇典型年。大伙房水庫(kù)流域在1959—2018年間共發(fā)生14次典型旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

表2 1959—2018年旱澇急轉(zhuǎn)典型年及其標(biāo)準(zhǔn)化降雨量

根據(jù)式(3)統(tǒng)計(jì)的短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)，再選取最高(低)的SDFAL年，得到低SDFAL年的旱澇情況。與長(zhǎng)周期典型旱澇年選擇類似，得出典型的“旱轉(zhuǎn)澇”年(表3—5)；大伙房水庫(kù)流域在1959—2018年間6—7月共發(fā)生9次典型旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象，7—8月共發(fā)生6次典型旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象，8—9月共發(fā)生11次典型旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

表3 1959—2018年6—7月旱澇急轉(zhuǎn)典型年及其標(biāo)準(zhǔn)化降雨量

表4 1959—2018年7—8月旱澇急轉(zhuǎn)典型年及其標(biāo)準(zhǔn)化降雨量

表5 1959—2018年8、9月旱澇急轉(zhuǎn)典型年及其標(biāo)準(zhǔn)化降雨量

2.2 旱澇急轉(zhuǎn)典型年降雨特征

旱澇急轉(zhuǎn)年分為“旱轉(zhuǎn)澇”年和“澇轉(zhuǎn)旱”年，根據(jù)長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，1987年LDFAL指數(shù)為3.15，屬于典型“旱轉(zhuǎn)澇”年，1975年LDFAL指數(shù)為-7.29，屬于典型“澇轉(zhuǎn)旱”年，繪制1975—1987年6—9月逐日降雨量(圖2)。

圖2 大伙房流域長(zhǎng)周期典型旱澇急轉(zhuǎn)年逐日降雨量

在1975年，6—7月降雨量為553.4 mm,8—9月降雨量為131.9 mm，6—7月降雨次數(shù)多，其中7月發(fā)生6次大降雨，最大值達(dá)92.7 mm；8—9月降雨量與降雨次數(shù)均少，超過(guò)10 mm降雨過(guò)程僅5次，最大值為20.6 mm，因此認(rèn)為7月以澇為主，8—9月為持續(xù)性干旱，對(duì)應(yīng)低LDFAL年的澇轉(zhuǎn)旱過(guò)程。

在1987年，6—7月降雨量為240.9 mm,8—9月降雨量為344.1 mm，6月降雨量少，且次降雨量較小，大多未能形成有效降雨，7月降雨較6月有所增加，但總體雨量較少；8—9月降雨量與降雨次數(shù)增多，8月發(fā)生5次大的降雨過(guò)程，9月中后期降雨量減少，總體上，6—9月降雨過(guò)程較為溫和，無(wú)極端降雨過(guò)程，因此認(rèn)為6月為持續(xù)干旱，7月為間歇性干旱，8—9月以澇為主，對(duì)應(yīng)高LDFAL年的旱轉(zhuǎn)澇過(guò)程。

根據(jù)短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，繪制6—7、7—8、8—9月典型旱澇急轉(zhuǎn)年逐日降雨量(圖3)。

a)6—7月

b)7—8月

c)8—9月圖3 大伙房流域短周期典型旱澇急轉(zhuǎn)年逐日降雨量

2010年，6月平均降雨67.2 mm，降雨稀少，僅發(fā)生2次大于10 mm降雨過(guò)程，且持續(xù)多日無(wú)雨，表現(xiàn)為持續(xù)干旱；7月降雨增多，平均降雨386.5 mm，在7月下旬發(fā)生4次降雨過(guò)程，最大1 d降雨量105.1 mm，7月以澇為主且雨量集中，對(duì)應(yīng)高SDFAL6—7月的旱轉(zhuǎn)澇過(guò)程。

2014年，6月平均降雨187.8 mm，上旬降雨稀少，中、下旬雨量增多，總體以澇為主，7月平均降雨78.1 mm，上、下旬幾乎無(wú)降雨過(guò)程，中旬降雨有所增加，但雨量小，除21日降雨28.9 mm外，其余降雨均不超過(guò)10 mm，表現(xiàn)為持續(xù)干旱，對(duì)應(yīng)低SDFAL6—7月的澇轉(zhuǎn)旱過(guò)程。

2011年，7月平均降雨83.4 mm，降雨稀少，僅發(fā)生2次大于10 mm降雨過(guò)程，且持續(xù)多日無(wú)雨，表現(xiàn)為持續(xù)干旱；8月降雨增多，平均降雨218.4 mm，在8月下旬發(fā)生3次大的降雨過(guò)程，其余時(shí)間降雨稀少，8月以澇為主，雨量相對(duì)集中，對(duì)應(yīng)高SDFAL7—8月的旱轉(zhuǎn)澇過(guò)程。

1991年，7月平均降雨292.8 mm，降雨次數(shù)多，雨量大，以澇為主，8月平均降雨87.9 mm，僅有3次大于10 mm的降雨，且最大值僅為20.3 mm，表現(xiàn)為間歇性干旱，對(duì)應(yīng)低SDFAL7—8月的澇轉(zhuǎn)旱過(guò)程。

1992年，8月平均降雨56.6mm，降雨稀少，僅發(fā)生2次大于10 mm降雨過(guò)程，且持續(xù)多日無(wú)雨，表現(xiàn)為持續(xù)干旱；9月降雨增多，但總體雨量較少，平均降雨104.2 mm，在9月發(fā)生3次大的降雨過(guò)程，其余時(shí)間降雨稀少，9月相對(duì)較澇，對(duì)應(yīng)高SDFAL8—9月的旱轉(zhuǎn)澇過(guò)程。

2005年，8月平均降雨338.2 mm，上、中旬降雨次數(shù)多，雨量大且降雨集中，以澇為主，9月平均降雨24.0 mm，降雨次數(shù)少且無(wú)大于10 mm的降雨過(guò)程，表現(xiàn)為持續(xù)干旱，對(duì)應(yīng)低SDFAL8—9月的澇轉(zhuǎn)旱過(guò)程。

綜上所述，長(zhǎng)、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)可以很好地反映大伙房水庫(kù)流域 6—9 月旱澇急轉(zhuǎn)變化的特征。

3 旱澇急轉(zhuǎn)變化分析

3.1 旱澇急轉(zhuǎn)變化趨勢(shì)分析

LDFAL可以反映研究區(qū)域是“旱轉(zhuǎn)澇”，還是“澇轉(zhuǎn)旱”的過(guò)程，繪制出 1959—2018 年大伙房流域LDFAL指數(shù)時(shí)間序列(圖4)。大伙房水庫(kù)流域在1959—2018年期間，發(fā)生典型“旱轉(zhuǎn)澇”5 a,平均12 a/次，發(fā)生典型“澇轉(zhuǎn)旱”9 a,平均6.67 a/次，旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率為4.28 a/次；且在1987年后沒(méi)有“旱轉(zhuǎn)澇”發(fā)生，2005年以后無(wú)典型旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生，曲線起伏平緩，LDFAL變化趨勢(shì)呈不明顯的微弱上升。由上所述，隨著時(shí)間推移，LDFAL逐漸趨于平緩，長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生概率降低。

圖4 1959—2018年大伙房流域LDFAL指數(shù)時(shí)間序列

根據(jù)SDFAL計(jì)算結(jié)果繪制出 1959—2018 年大伙房流域6—7、7—8、8—9月的SDFAL指數(shù)時(shí)間序列(圖5)。大伙房水庫(kù)流域在1959—2018年期間，6—7月發(fā)生典型“旱轉(zhuǎn)澇”6 a,平均10 a/次，發(fā)生典型“澇轉(zhuǎn)旱”3 a,平均20 a/次，旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率為6.67 a/次，且在1965—2009年間SDFAL相對(duì)平緩，發(fā)生“旱轉(zhuǎn)澇”和“澇轉(zhuǎn)旱”各一次，隨著時(shí)間推移，SDFAL變化呈下降趨勢(shì)，即由“旱轉(zhuǎn)澇”主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以“澇轉(zhuǎn)旱”為主導(dǎo)；7—8月發(fā)生典型“旱轉(zhuǎn)澇”2 a,平均30 a/次，發(fā)生典型“澇轉(zhuǎn)旱”4 a,平均15 a/次，旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率為10 a/次；且在1993年以后SDFAL變化相對(duì)平緩，隨著時(shí)間推移，SDFAL變化呈上升趨勢(shì)，即由“澇轉(zhuǎn)旱”主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以“旱轉(zhuǎn)澇”為主導(dǎo)；8—9月發(fā)生典型“旱轉(zhuǎn)澇”7 a,平均8.57 a/次，8—9月發(fā)生典型“澇轉(zhuǎn)旱”4 a,平均15 a/次，旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率為5.45 a/次；且在1993年之前未發(fā)生“澇轉(zhuǎn)旱”，1993年以后未發(fā)生“旱轉(zhuǎn)澇”，隨著時(shí)間推移，SDFAL變化呈下降趨勢(shì)，即由“旱轉(zhuǎn)澇”主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以“澇轉(zhuǎn)旱”為主導(dǎo)。

a)6—7月

b)7—8月

c)8—9月圖5 1959—2018年大伙房流域SDFAL指數(shù)時(shí)間序列

3.2 旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度變化趨勢(shì)分析

LDFAL可以反映研究區(qū)域的旱澇急轉(zhuǎn)過(guò)程，但是，在一定程度上未能反映旱澇急轉(zhuǎn)的強(qiáng)度，因此，為了更好地反映旱澇急轉(zhuǎn)的強(qiáng)度變化，對(duì)LDFAL和SDFAL取絕對(duì)值，并繪制出 1959—2018 年旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度的年際變化(圖6、7)。

圖6 1959—2018年大伙房流域LDFAL強(qiáng)度時(shí)間序列

滑動(dòng)平均法可以使序列高頻震蕩對(duì)變化趨勢(shì)分析的影響得以弱化[14]，本文旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度以5 a進(jìn)行滑動(dòng)平均，觀察圖6，LDFAL強(qiáng)度序列呈下降趨勢(shì)，表示旱澇轉(zhuǎn)換強(qiáng)度減弱。在60 a內(nèi)，LDFAL強(qiáng)度序列呈現(xiàn)階段性，1972—1982 年、1985—1994年為相對(duì)偏強(qiáng)期；其中，1975、1979 年旱澇急轉(zhuǎn)情況比較嚴(yán)重。

觀察圖7，6—7月SDFAL強(qiáng)度序列呈上升趨勢(shì)，旱澇轉(zhuǎn)換強(qiáng)度增強(qiáng)，7—8月SDFAL強(qiáng)度序列呈下降趨勢(shì)，旱澇轉(zhuǎn)換強(qiáng)度減弱，8—9月SDFAL強(qiáng)度序列呈不明顯下降趨勢(shì)，旱澇轉(zhuǎn)換強(qiáng)度減弱。

a)6—7月

b)7—8月圖7 1959—2018年大伙房流域SDFAL強(qiáng)度時(shí)間序列

c)8—9月續(xù)圖7 1959—2018年大伙房流域SDFAL強(qiáng)度時(shí)間序列

利用Mann-Kendall趨勢(shì)分析法，計(jì)算統(tǒng)計(jì)量U值，如果U>0，表明有上升趨勢(shì)，如果U<0，表明有下降趨勢(shì)。當(dāng)U大于置信區(qū)間時(shí)，即U>U0.05/2=1.96,表示序列趨勢(shì)變化顯著。

對(duì)大伙房水庫(kù)流域的旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6，長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，短周期6—7月旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，7—8月旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，8—9月旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

表6 旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)值成果

利用Mann-Kendall法揭示序列的趨勢(shì)特征，R/S分析法揭示序列的持續(xù)性[15]，結(jié)合2種方法綜合得出未來(lái)的趨勢(shì)特征[16]。Hurst系數(shù)H的取值范圍為(0,1)，當(dāng)H=0.5時(shí)，旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度序列為隨機(jī)序列，目前的強(qiáng)度不會(huì)影響未來(lái)趨勢(shì)；當(dāng)H>0.5時(shí)，強(qiáng)度序列具有持續(xù)性，存在長(zhǎng)期記憶性，即下一個(gè)狀態(tài)將持續(xù)上一個(gè)狀態(tài)的態(tài)勢(shì)，且其記憶性不隨時(shí)間標(biāo)度而變化，當(dāng)H<0.5時(shí)，系統(tǒng)是逆持續(xù)性的，即下一個(gè)狀態(tài)與上一個(gè)狀態(tài)的態(tài)勢(shì)相反，這種逆持續(xù)性行為的強(qiáng)度取決于距離0的遠(yuǎn)近，H距離0值越近，負(fù)相關(guān)性越顯著。

對(duì)大伙房水庫(kù)流域旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度未來(lái)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。在2018年后的一定時(shí)間內(nèi)，大伙房水庫(kù)流域長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢(shì)，短周期6—7、7—8月的旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈現(xiàn)不明顯的上升趨勢(shì)，8—9月的旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢(shì)。

表7 旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度未來(lái)趨勢(shì)變化特征

4 結(jié)論

大伙房水庫(kù)流域降水量年內(nèi)分配差異明顯，主要集中在6—9月份。流域處于盛行西風(fēng)帶，降雨特征受歐亞大氣環(huán)流影響較大，環(huán)流形勢(shì)和太平洋副熱帶高壓相互作用，常形成大暴雨；其次，臺(tái)風(fēng)、華北氣旋等也是流域降雨的重要成因。流域的降雨系統(tǒng)主要有西南系統(tǒng)(華北氣旋、渤海氣旋、江淮氣旋、臺(tái)風(fēng)、倒槽)、西北系統(tǒng)(冷鋒、蒙古氣旋、蒙古低壓)、東北系統(tǒng)(東北氣旋、東北低壓)。隨著全球氣溫升高，使流域大氣環(huán)流、降雨系統(tǒng)發(fā)生變化，極端氣候現(xiàn)象增多，導(dǎo)致流域降雨特征發(fā)生變化，進(jìn)而影響流域旱澇急轉(zhuǎn)規(guī)律。

本文基于對(duì)大伙房水庫(kù)流域內(nèi)13個(gè)雨量站降雨資料的分析，得到流域旱澇急轉(zhuǎn)變化的特點(diǎn)，有以下幾個(gè)重要結(jié)論。

a)長(zhǎng)、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)可以很好地反映大伙房水庫(kù)流域 6—9 月旱澇急轉(zhuǎn)的特征。

b)大伙房水庫(kù)流域長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率為4.28 a/次，LDFAL指數(shù)1992年后變化平緩，旱澇急轉(zhuǎn)情況不突出，短周期6—7、7—8、8—9月旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率依次為6.67、10.00、5.45 a/次。

c)長(zhǎng)周期LDFAL變化逐漸趨于平緩，旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生概率降低；短周期6—7、8—9月SDFAL變化呈下降趨勢(shì)，由“旱轉(zhuǎn)澇”主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以“澇轉(zhuǎn)旱”主導(dǎo)；7—8月SDFAL變化呈上升趨勢(shì)，由“澇轉(zhuǎn)旱”主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以“旱轉(zhuǎn)澇”為主導(dǎo)。

d)2018年后的一定時(shí)間內(nèi)，大伙房水庫(kù)流域長(zhǎng)周期旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢(shì)，短周期6—7月、7—8月的旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈現(xiàn)不明顯的上升趨勢(shì)，8—9月的旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢(shì)。

本文僅從降水的角度對(duì)大伙房水庫(kù)流域內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)行研究，總結(jié)歸納了流域內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)變化特征，分析了旱澇急轉(zhuǎn)變化規(guī)律及未來(lái)趨勢(shì)，具有一定的研究意義，但未考慮溫度、大氣環(huán)流等因素的約束，后續(xù)將結(jié)合多因素對(duì)研究區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)規(guī)律做進(jìn)一步的探討、分析。