王 璐，王麗婧，史 泉，吳 榮

(中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750002；寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750002；中寧縣氣象局，寧夏 中寧 755100)

中國(guó)西北地區(qū)頻繁出現(xiàn)的旱災(zāi)引發(fā)了地區(qū)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，影響了地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局分布，對(duì)地區(qū)特色經(jīng)濟(jì)模式產(chǎn)生了影響，造成了糧食作物的大面積減產(chǎn)，導(dǎo)致了巨額的經(jīng)濟(jì)損失。旱澇對(duì)生態(tài)環(huán)境也有很大的影響，會(huì)破壞土地資源和自然環(huán)境，影響水資源循環(huán)，制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。將數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用于氣候?yàn)?zāi)害、氣候變化的研究，可有效發(fā)現(xiàn)大量隱藏的演變規(guī)律，對(duì)于提高氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和做好防災(zāi)減災(zāi)的預(yù)備工作有著極其深遠(yuǎn)的意義[1]。

對(duì)于我國(guó)降水分布特征，已有很多學(xué)者作了大量考察和研究。近50年來(lái)，全國(guó)平均降水量無(wú)明顯的變化趨勢(shì)，但區(qū)域平均降水量的變化趨勢(shì)顯著[2-3]。萬(wàn)金紅等[4]發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)西部高海拔地區(qū)要比低海拔地區(qū)容易發(fā)生干旱，且西北干旱地區(qū)旱澇指數(shù)呈減小趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)干旱強(qiáng)度會(huì)有所減輕。郭銳等[5]指出，洪澇頻率較高的地區(qū)主要分布在長(zhǎng)江流域。黃嘉佑[6]、朱乾根等[7]指出，我國(guó)東部降水周期變化為兩年。李兆元等[8]重點(diǎn)研究了西北地區(qū)210年旱澇災(zāi)害的突變性。劉宇峰等[9]分析了黃土高原地區(qū)旱澇特征及極端和持續(xù)性。于金文[10]對(duì)長(zhǎng)江流域旱澇災(zāi)害的特征進(jìn)行了研究。此外，呂俊梅等[11]探究了中國(guó)東部夏季降水年際變化特征及其原因。人們的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)氣候變化也有一定的影響，寧夏降水也受到了影響，且極不穩(wěn)定。旱澇災(zāi)害的不可控性越來(lái)越顯著，因此有效挖掘旱澇災(zāi)害的時(shí)空分布規(guī)律、科學(xué)分析寧夏旱澇災(zāi)害的未來(lái)變化趨勢(shì)，有利于旱澇災(zāi)害的及時(shí)發(fā)布和預(yù)防。

1 資料來(lái)源與方法

1.1 資料來(lái)源

選取寧夏回族自治區(qū)10個(gè)氣象站點(diǎn)1960-2016年的月降水資料。氣象站點(diǎn)選擇惠農(nóng)、陶樂(lè)、銀川、鹽池、中衛(wèi)、中寧、同心、海原、西吉、固原10個(gè)氣象站點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

選用Z指數(shù)作為旱澇等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，用ArcGIS中的反距離權(quán)重系數(shù)法繪制寧夏旱澇頻次分布圖。

2 1960年以來(lái)旱澇災(zāi)害的時(shí)空特征分析

2.1 寧夏旱澇災(zāi)害的時(shí)間特征

有研究認(rèn)為Z指數(shù)可以很好消除降水量平均值不同的影響，通過(guò)對(duì)降水量進(jìn)行處理得到服從正態(tài)分布的序列，對(duì)旱澇程度具有一定的反映能力，是單站劃分旱澇的較好指標(biāo)。將1960-2016年分為三個(gè)時(shí)期，每20年為一個(gè)階段，根據(jù)不同時(shí)段內(nèi)各個(gè)等級(jí)旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率和比例，分析旱澇災(zāi)害的時(shí)間演變規(guī)律。

通過(guò)計(jì)算分析寧夏1960-2016 年共 57年的降水Z指數(shù)發(fā)現(xiàn)，旱災(zāi)的實(shí)際頻率略高于理論值，洪澇的實(shí)際頻率略低于理論值，但都與理論值十分靠近，這說(shuō)明該Z指數(shù)指準(zhǔn)可以較準(zhǔn)確地反映出寧夏的旱澇災(zāi)害情況。根據(jù)不同時(shí)間段來(lái)劃分，災(zāi)害頻次變化的差異能夠基本反映出災(zāi)害發(fā)生頻次的演變規(guī)律及趨勢(shì)，以57年為單位分三個(gè)時(shí)段分別統(tǒng)計(jì)了不同時(shí)期干旱和洪澇災(zāi)害的發(fā)生頻率，以此反映在57年尺度上旱澇災(zāi)害的年際特征。

由表1可以看出寧夏代際旱澇變化特征。從7個(gè)不同等級(jí)來(lái)分析，1級(jí)重澇在1960-1980年時(shí)段內(nèi)發(fā)生2次，以后的時(shí)間段里沒(méi)有出現(xiàn)重澇情況，預(yù)計(jì)未來(lái)重澇出現(xiàn)頻率相對(duì)較小。2級(jí)大澇在三個(gè)時(shí)間段內(nèi)隨著時(shí)間的變化，頻率在逐漸減小。3級(jí)偏澇走勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定。4級(jí)正常在1981-2016年相對(duì)趨于穩(wěn)定，均在理論范圍值徘徊，但1960-1980年內(nèi)發(fā)生次數(shù)較少，表明該時(shí)間段內(nèi)旱澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)較多。5級(jí)偏旱在1980-2000年頻率較高，其他時(shí)間段均靠近理論值。6級(jí)大旱在前兩個(gè)時(shí)間段發(fā)生次數(shù)較多。7級(jí)重旱發(fā)生總次數(shù)較少，每個(gè)時(shí)間段均發(fā)生了一次。從時(shí)間軸來(lái)看，1960-1980年內(nèi)旱澇災(zāi)害多發(fā)，尤其是重澇出現(xiàn)了兩次。其次是大旱較為嚴(yán)重，高于理論值6.7%。1981-2000年中降水較少，大旱年出現(xiàn)次數(shù)相對(duì)較多，重旱出現(xiàn)一次。1995-2016年正常年較多，偏勞偏旱交替發(fā)生，無(wú)重澇，有一次重旱。說(shuō)明寧夏從1960年以來(lái)最容易發(fā)生的是偏旱年、正常年。

表1 寧夏1960-2016年Z指數(shù)旱澇等級(jí)與頻次Tab.1 Drought and flood grades and frequency of Z index in Ningxia from 1960 to 2016

2.2 寧夏旱澇災(zāi)害的空間特征

為進(jìn)一步探究寧夏整個(gè)區(qū)域的災(zāi)害分布特征，根據(jù)寧夏10個(gè)站點(diǎn)不同旱澇等級(jí)出現(xiàn)頻次，分別統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)“偏澇”、“偏旱”以上旱澇災(zāi)害出現(xiàn)次數(shù)，用ArcGIS中的反距離權(quán)重系數(shù)法繪制寧夏旱澇頻次分布圖，如圖1、2。

圖1 寧夏干旱頻次分布圖Tab.1 Drought frequency distribution in Ningxia

縱觀(guān)寧夏旱澇頻次分布圖，干旱情況由南向北逐漸加重，而洪澇情況則由南向北逐漸減弱。年大旱以上頻次范圍在2.4～3.9次/20 a，年大澇以上頻次在2～3.6次/20 a，根據(jù)頻次來(lái)看，說(shuō)明寧夏地區(qū)更容易發(fā)生旱災(zāi)。由圖1可以看出，旱澇災(zāi)害主要分布在寧夏北部，其中，惠農(nóng)發(fā)生旱災(zāi)的次數(shù)最多，超過(guò)3.6次/20 a，其次為中寧，中衛(wèi)、鹽池、西吉發(fā)生旱災(zāi)的頻次最小。由圖2可以看出，洪澇災(zāi)害主要分布在寧夏南部，西吉發(fā)生澇災(zāi)頻次最高，超過(guò)3.4次/20 a，隨著地區(qū)北移，澇災(zāi)頻次依次減弱。寧夏北部澇災(zāi)發(fā)生相對(duì)較小，銀川年大澇以上頻次最低，為2～2.4次/20 a。對(duì)比兩幅圖來(lái)看，有5 個(gè)地方洪澇頻率高于干旱頻率，有4個(gè)地方的干旱頻率高于洪澇頻率，只有1個(gè)地方的干旱頻率等于洪澇頻率。其中，陶樂(lè)、中衛(wèi)、中寧在整個(gè)寧夏旱澇災(zāi)害頻率相對(duì)較低。比較干旱頻率、洪澇頻率的地區(qū)數(shù)量，兩者相差略微。計(jì)算兩者的差值，洪澇頻率高于干旱頻率的5個(gè)地區(qū)的累計(jì)差值為2.53次/20 a，而干旱頻率高于洪澇頻率的10個(gè)地區(qū)的累計(jì)差值為2.81次/20 a。這同樣可以印證干旱是寧夏主要的旱澇災(zāi)害，大部分地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的次數(shù)要小于干旱災(zāi)害。

圖2 寧夏洪澇頻次分布圖Fig.2 Drought frequency distribution in Ningxia

3 結(jié)論與展望

根據(jù)寧夏1960-2016年的降水?dāng)?shù)據(jù)，采用 Z 指數(shù)作為旱澇等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用空間插值方法，分析了寧夏旱澇災(zāi)害的頻次變化、年際變化。通過(guò)對(duì)各地不同等級(jí)旱澇次數(shù)統(tǒng)計(jì)、插值，研究旱澇災(zāi)害的空間分布特征，得出以下結(jié)論：

寧夏地區(qū)在20世紀(jì)60-70年代發(fā)生洪澇災(zāi)害較多，在其他時(shí)期，正常偏旱為該地區(qū)長(zhǎng)期演變的主要旱澇特征，有澇-旱-澇旱的循環(huán)交替，年代際變化明顯。20世紀(jì)70-90年代主要以旱災(zāi)為主，整體上旱澇交替現(xiàn)象明顯，處于旱澇平衡狀態(tài)。20世紀(jì)90-21世紀(jì)前期，澇災(zāi)強(qiáng)度減弱，旱災(zāi)有所加強(qiáng)，總體上處于偏旱狀態(tài)。21世紀(jì)開(kāi)始幾年后，早災(zāi)強(qiáng)度減弱，澇災(zāi)加強(qiáng)，預(yù)測(cè)未來(lái)走勢(shì)偏澇。近60年寧夏旱澇的周期震蕩較顯著，旱澇等級(jí)周期變化特征比較明顯的時(shí)間尺度為2年、6～18年、28～34年。

采用ArcGIS空間插值方法，對(duì)寧夏10個(gè)站點(diǎn)的旱澇等級(jí)進(jìn)行內(nèi)插，結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)整體降水趨勢(shì)從南向北逐漸減少。從旱澇災(zāi)害頻次的空間分布來(lái)看，寧夏的旱澇災(zāi)害以干旱為主，大旱主要發(fā)生在惠農(nóng)、陶樂(lè)、賀蘭等引黃灌區(qū)，而洪澇主要發(fā)生在西吉、固原、隆德、涇源這些南部山區(qū)，其中大旱以上的頻率中衛(wèi)最低，惠農(nóng)、中寧最高，大澇以上的頻率西吉最高。