基于SPI指數的近55 a淮河流域旱澇時空分布

姚海濤 顏雅瓊 唐雪嬌 孟韓春 王 熾 張志林

（1.江蘇省宿遷市氣象局，江蘇宿遷 223800；2.江蘇省沭陽縣氣象局，江蘇沭陽 223600）

1 數據與方法

1.1 研究區域概況 淮河流域地處中國東部，流域總面積約27萬km2。流域內包括安徽、河南、湖北、江蘇及山東的部分區域（本文將山東省考慮在內），地處中國南北氣候過渡帶，東臨黃海，屬亞熱帶季風氣候，其氣候特點為冬季和春季干燥少雨，夏季和秋季悶熱多雨。流域內的主要地形包括山地、丘陵和平原。

1.2 數據來源 分析整理1961-2015年淮河流域各省地面氣象臺站實測數據的逐日降雨資料，將位置變動較大的站點剔除，缺測資料進行插值補充，經過處理后的時間序列趨勢結果具有較高的可信度。氣象站點分布如圖1所示。

圖1 氣象站點分布圖

1.3 研究方法 標準化降水指數是表征某時段降雨量出現概率的指標之一，它可以進行不同時間尺度的旱澇情況分析，因此廣泛用于氣象、農業、水文和生態發展的各個方面。標準化降雨指數基于降雨量的偏態分布，利用概率密度函數進行正態標準化處理，具體計算過程參考相關文獻[1]，通過SPI指數對區域旱澇情況進行分析。通過經驗正交函數（EOF）對淮河流域63個氣象站點SPI3和SPI12的空間分布進行分析，并結合ARCGIS反權重空間插值分析淮河流域近55 a旱澇的空間變化趨勢。

基于SPI值的旱澇等級劃分標準[2-3]，具體分級標準如表1所示。可見，SPI=-0.5為干旱界值，SPI=0.5為雨澇界值。

表1 旱澇分級指標

2 結果與分析

2.1 淮河流域SPI的年變化特征 淮河流域SPI12的整體分布情況如圖2所示。

圖2 淮河流域SPI12的整體分布情況

2.2 淮河流域SPI的季節變化特征 3個月時間尺度的旱澇情況研究對于區域農業發展具有重要的意義，圖3a、圖3b、圖3c、圖3d分別對應春季、夏季、秋季和冬季的SPI3的變化。淮河流域的SPI3值在春季和秋季呈減小趨勢，表明該時段淮河流域向干旱化方向發展；夏季和冬季的SPI3值呈增加趨勢，表明區域向濕潤化方向發展。在春季，淮河流域各發生12次洪澇和干旱，其中重旱2次，中旱2次，中澇6次，其余為輕度旱澇。在夏季，除1962年的極旱外，其余時段發展較為平穩，共有8次輕澇、5次輕旱、1次中旱。相較夏季而言，秋季的旱澇發生次數明顯增加，共13次干旱，其中重旱1次、中旱1次；洪澇12次，其中2次中澇，其余為輕澇。相較其他時段而言，冬季具有更加復雜的分布特征，旱澇發生次數最多，旱澇各15次，其中1次重澇、8次中澇、2次重旱、4次中旱，其余為輕度旱澇。

圖3 季節SPI3

2.3 基于EOF的淮河流域年旱澇時空變化分析 淮河流域的地貌廣闊，受降雨量和區域地形特征的影響，區域旱澇狀況也存在復雜的時空變化。通過對淮河流域63個氣象站點SPI12值的研究來定量分析區域旱澇的空間分布情況。結果表明，前兩個特征向量的累積貢獻率達82.7%，圖4為SPI12的前兩個特征向量的空間分布圖，第一特征向量（圖4a）占總方差貢獻率的74.4%，是淮河流域旱澇時空分布的主要形態。第一特征向量的空間分布顯示，淮河流域的西部和東部具有不同的旱澇空間分布，可以發現，就第一特征向量分布而言，淮河流域西部、山東東部和東南部為正值區，其余為負值區，負值中心出現在江蘇的南京地區，表明這一地區的旱澇變化相對顯著，是旱澇變化的敏感區，且淮河流域東西具有相反的旱澇變化特征。在此特征下，淮河流域東部的負值區存在干旱加劇的趨勢，西部正值區干旱減弱的變化趨勢，這種狀況與近年來東部地區降水減少而西部增加有關。此外，受區域內夏季風和地形等因素的影響。第二特征向量的方差貢獻為8.3%，除高郵外，其他區域具有一致的空間分布特征，為淮河流域降水分布的第二型。表明在該空間模態的控制下，淮河流域基本呈現干旱增加的趨勢。

圖4 SPI12的EOF特征向量

3 結語

旱澇狀況的發生與發展對區域農業、交通等各方面的發展產生極大的限制，尤其是農業的發展。本文基于1961-2015年淮河流域63個氣象站點逐日降水資料的實測數據，首先對淮河流域進行分區處理，并結合正交經驗函數（EOF）和ARCGIS反權重空間插值等方法，獲得淮河流域近55 a旱澇分布的時間和空間分布特征，以期為有關部門應對旱澇發生帶來的各種災害提供依據。

就淮河流域旱澇情況的時間分布來說，區域內主要以輕澇和中澇為主，僅在少數年份出現重澇和極澇的情況。就區域整體而言，SPI12在近55 a呈遞增趨勢，表明就年旱澇分布來說，淮河流域向濕澇方向發展，從季節SPI3的年際分布可以看出，淮河流域在春季和秋季有干旱加重的趨勢，在夏季和冬季有洪澇加重趨勢。其中，干旱以中輕度為主，洪澇以輕度為主。