盤錦市旱澇變化特征分析

何 巍

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124000)

0 引 言

局部地區(qū)的干旱、洪澇災(zāi)害嚴(yán)重威脅著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，已成為當(dāng)前亟需解決的重要問題之一。盤錦市位于遼寧省西南部，下轄大洼縣、盤山縣、興隆臺區(qū)、上臺子區(qū)等，占地面積4071km2。該區(qū)域?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)氣候，降水量時空分布極不均衡，氣候特征為冬長夏暖、寒冷期長、春秋季短、平原風(fēng)大、雨量集中、光照豐富。境內(nèi)有大小河流21條，其中大型河流有大凌河、大遼河、遼河、饒陽河，中小河流有小柳河、沙子河、大洋河、鴨子河、外遼河等17條，大多數(shù)河流存在比降陡、流程短、面積小等山區(qū)型河流特征[1-6]。

近年來，氣候變化對盤錦地區(qū)的洪澇災(zāi)害影響日趨突出，為反映區(qū)域氣候變化特征氣溫和降水要素越來越引起研究者的關(guān)注[7]。例如，趙路偉等[8]對河南省年、季變化特征依據(jù)氣溫、降水資料分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)降水呈略微下降、氣溫呈顯著上升的變化特征；史佳良[9]、王麗[10]等從時空變化的角度探討了極端氣溫、降水的變化特征。另外，有學(xué)者研究了干旱變化規(guī)律，取得一些成果和有意義的結(jié)論，如王富強(qiáng)等[11]對不同等級的干旱時空分布利用18個站點(diǎn)的降水距百分率分析；李新周等[12]深入分析了全球變暖與7大干旱區(qū)干旱頻率的關(guān)系；石崇等對東半球近60a的干旱化變率和趨勢利用SPEI法進(jìn)行了分析，并認(rèn)為當(dāng)前大部分地區(qū)正在趨于干旱化；陳少丹等對干旱時空變化特征利用溫度植被干旱指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)分析；李謝輝等對研究區(qū)各個季節(jié)的干旱發(fā)生情況選用綜合氣象干旱指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，揭示了各地區(qū)的干旱變化規(guī)律；史本林等為定量分析干旱發(fā)生強(qiáng)度、頻率，從不同時間尺度上選用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)進(jìn)行了分析。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料和研究成果，涉及區(qū)域洪澇特征分布的研究還鮮有報(bào)道，對于旱澇災(zāi)害、特征的客觀認(rèn)識無法提供科學(xué)的指導(dǎo)。鑒于此，文章以1986-2018年盤錦市氣象站逐年溫度和降水資料依據(jù)，從旱澇站、洪澇站、旱站空間分布及變化趨勢的角度，揭示了盤錦地區(qū)的旱澇變化規(guī)律和時空分布特征，以期為有效防御、準(zhǔn)確評估和監(jiān)測區(qū)域旱澇災(zāi)害提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

盤錦地區(qū)1986-2018年的月平均氣溫、降水量等數(shù)據(jù)資料來源于境內(nèi)的4個具有代表性的氣象站點(diǎn)，以中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)、氣象自動觀測站等作為氣溫、降水量數(shù)據(jù)來源，考慮到數(shù)據(jù)資料的完整性和各氣象站點(diǎn)的地理位置，設(shè)定1986年1月—2018年12月作為研究時域。

1.2 研究方法

自然界水系統(tǒng)循環(huán)過程中最直接、最敏感的反映氣候變化的水文氣象要素為降水量，評價(jià)分析區(qū)域旱澇變化特征的重要參數(shù)依據(jù)是科學(xué)、準(zhǔn)確的確定降水時空分布規(guī)律。目前，Z指數(shù)、降水溫度均一化指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI和降水距百分率Pa為常用的氣象干旱指標(biāo)。王英等運(yùn)用降水溫度均一化指標(biāo)和Z指數(shù)研究了阜新地區(qū)的干旱特征，并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況和研究成果提出了新的降水溫度均一化指標(biāo)。文章依據(jù)現(xiàn)有研究方法和盤錦地區(qū)各氣象站點(diǎn)，對研究區(qū)旱澇程度進(jìn)行了科學(xué)評價(jià)。為了更加客觀、準(zhǔn)確的反映盤錦地區(qū)的旱澇分布狀況，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況重新將評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為洪澇、正常、干旱3個等級，所對應(yīng)的降水溫度均一化指標(biāo)Is取值區(qū)間為≥0.85、-0.85-0.85、≤-0.85。指標(biāo)值Is的計(jì)算公式為：

(1)

式中：Z為指標(biāo)值；σT、△T為氣溫的均方差和某一年氣溫的距平；αi為反映氣溫與降水相關(guān)性的系數(shù)。盤錦地區(qū)各氣象站點(diǎn)的氣溫與降水系數(shù)值，見表2。

對盤錦地區(qū)1986-2018年各氣象站點(diǎn)的Is值利用公式(1)求解，采用算術(shù)平均法求解盤錦地區(qū)的平均序列，然后對區(qū)域旱澇變化特征利用克里金插值法和線性傾向估計(jì)法分析。

2 結(jié)果分析

2.1 相關(guān)性分析

將盤錦地區(qū)各站點(diǎn)的指標(biāo)值及Is值利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析，各站點(diǎn)指標(biāo)與Is指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，見表2。其中，“*”為通過顯著性水平α的檢驗(yàn)。根據(jù)表2可知，除盤山縣外其它各站點(diǎn)與Is指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，顯著性水平通過α檢驗(yàn)，因此能夠整體分析盤錦市旱澇特征。

表2 各站點(diǎn)指標(biāo)與Is指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)

2.2 降水溫度均一化指標(biāo)年代際變化

隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，盤錦地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市化建設(shè)對水資源的需求量急劇增大，區(qū)域水資源供需矛盾突出、局部地區(qū)洪澇與干旱災(zāi)害嚴(yán)重、暴雨強(qiáng)降雨對城市防洪排澇壓力增大。為更好的反映氣候年際變化趨勢，利用線性回歸法對1986-2018年盤錦地區(qū)的降水溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。依據(jù)求解的盤錦市各氣象站1986-2018年的Is值，為更好的反映年代年際變化特征將其繪制成變化趨勢圖。盤錦市1986-2018年均一化指標(biāo)變化趨勢，見圖1。從圖1可以看出，研究期間盤錦地區(qū)的Is值下降速率為-0.012/10a，由此表明該區(qū)域?yàn)楦珊凳录龆唷⒑闈呈录p少的變化特征。依據(jù)洪澇、正常、干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，1986-2018年期間出現(xiàn)洪澇災(zāi)害的1988、2007兩個年份，而發(fā)生干旱事件的有1990、1997、2001、2014四個年份。根據(jù)盤錦地區(qū)4個監(jiān)測站1986-2018年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，Is值呈上升趨勢的站點(diǎn)均有1個，其變化速率為0.018/10a，而其它站點(diǎn)均呈不顯著的下降趨勢，由此表明研究區(qū)呈干旱化變化趨勢。

圖1 盤錦市1986-2018年均一化指標(biāo)變化趨勢

同時，年代際變化上盤錦地區(qū)的Is指標(biāo)呈顯著的階段性變化特征，1987-1996年為正值，1997-2006年、2007-2018年為負(fù)值，可見在1996年以前為發(fā)生洪澇事件的集中期，而在1997年后主要以發(fā)生干旱事件為主。

2.3 旱澇時間特征分析

2.3.1 干旱變化特征

為了反映區(qū)域干旱的嚴(yán)重程度引入干旱測站比例，盤錦市1986-2018年干旱測站比例，見圖2。從圖2可知，1995年以前除少數(shù)年份外，干旱測站比例整體處于較低水平；而在1995年代以后則干旱測站大部分年份均處于較高水平，且干旱測站比例存在連續(xù)多年較高的現(xiàn)象，如1996-2002年、2009-2011年、2014-2016年；總體而言，1986-2018年期間盤錦地區(qū)的干旱測站比例的變化幅度為0.022/10a，呈波動上升變化特征，F(xiàn)檢驗(yàn)的顯著水平為α=0.1，可見盤錦市存在干旱面積擴(kuò)大的變化趨勢。

圖2 盤錦市1986-2018年干旱測站比例

2.3.2 洪澇變化特征

根據(jù)以上思路，對盤錦市1986-2018年的洪澇站比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，盤錦市1986-2018年洪澇測站比例，見圖3。從圖3可知，洪澇災(zāi)害較為嚴(yán)重的時期為1986-1990年、1999-2003年，洪澇站比例在此時段處于較高水平，特別是1988、0993、1999年的洪澇站比例均超過50%。總體而言，1986-2018年期間盤錦市洪澇站比例表現(xiàn)出增加-減少-增加-減少的規(guī)律，多年平均下降速率為-0.025/10a，F(xiàn)檢驗(yàn)的顯著水平為α=0.1，可見盤錦市洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)域呈逐年下降的變化特征。

圖3 盤錦市1986-2018年洪澇測站比例

綜上分析，通過對盤錦市1986-2018年的洪澇站和干旱站比例變化分析，洪澇災(zāi)害主要發(fā)生于1995年之前，1995-2000年洪澇與干旱災(zāi)害呈明顯的交替現(xiàn)象，二者基本相當(dāng)；2000年以后以干旱災(zāi)害為主。

2.3.3 旱澇變化特征

對盤錦地區(qū)旱澇站比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，盤錦市1986-2018年旱澇測站比例，見圖4。根據(jù)圖4可知，1986-2018年盤錦地區(qū)的旱澇站比例處于0.16-0.95，其中旱澇站比例處于0.4-0.6、0.6-0.8、0.8-0.95之間的年份為11、4、2年。根據(jù)圖4可知，研究期間盤錦地區(qū)的旱澇站比例呈上升-下降-上升的變化特征，其中1998年之前個別年份的旱澇站比例較低；從變化特征可知，1986-2018年的旱澇站比例下降速率為-0.0007/10a，變化不明顯，但反映了盤錦地區(qū)的旱澇災(zāi)害表現(xiàn)出不斷減少的趨勢。

圖4 盤錦市1986-2018年旱澇測站比例

2.4 旱澇的空間分布特征

對盤錦市4個氣象站的旱澇頻率、Is值利用Arc GIS系統(tǒng)的插值法進(jìn)行求解，在空間分布上揭示各地區(qū)旱澇特征差異性和變異性。研究表明，盤錦市1986-2018年的Is值介于-0.025-0.002，除盤山縣氣象站點(diǎn)表現(xiàn)出上升趨勢外，其它地區(qū)均呈現(xiàn)出小幅度的下降趨勢，可見研究區(qū)總體表現(xiàn)出干旱化變化特征；在空間分布上各測站的Is指標(biāo)線性趨勢值存在一定的規(guī)律性，自東南向西北方向盤錦市干旱化趨勢逐漸增強(qiáng)。總體而言，旱澇頻率較高的區(qū)域位于遼河流域以南，并以主城區(qū)洪澇災(zāi)害最為顯著。

3 結(jié) 論

文章依據(jù)1986-2018年盤錦市氣象站逐年溫度和降水資料，從旱澇站、洪澇站、旱站空間分布及變化趨勢的角度，揭示了盤錦地區(qū)的旱澇變化規(guī)律和時空分布特征，得出的結(jié)論如下：

1)盤錦地區(qū)的Is值下降速率為-0.012/10a，由此表明該區(qū)域?yàn)楦珊凳录龆唷⒑闈呈录p少的變化特征；研究區(qū)的干旱測站比例的變化幅度為0.022/10a，呈波動上升變化特征，而洪澇站比例表現(xiàn)出增加-減少-增加-減少的規(guī)律，多年平均下降速率為-0.025/10a，可見該地區(qū)存在干旱面積擴(kuò)大的變化趨勢。

2)在空間分布上盤錦地區(qū)4個測站的Is指標(biāo)線性趨勢值存在一定的規(guī)律性，自東南向西北方向干旱化趨勢逐漸增強(qiáng)；旱澇頻率較高的區(qū)域位于遼河流域以南，并以主城區(qū)洪澇災(zāi)害最為顯著。

3)綜合考慮了旱澇災(zāi)害受溫度變化的影響，洪澇、干旱年份分析結(jié)果與區(qū)域?qū)嶋H狀況基本一致，可為有效防御、準(zhǔn)確評估和監(jiān)測區(qū)域旱澇災(zāi)害提供一定的指導(dǎo)。然而，研究時未考慮南支槽、大氣環(huán)流和濕度等因素的影響，為保證旱澇分析的準(zhǔn)確性還需要考慮多因素的綜合影響進(jìn)行系統(tǒng)性研究。