近60年寧夏回族自治區旱澇時空特征分析

王 璐，王麗婧，史 泉，吳 榮

(中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，銀川 750002；寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川 750002；中寧縣氣象局，寧夏 中寧 755100)

中國西北地區頻繁出現的旱災引發了地區種植結構的調整，影響了地區產業布局分布，對地區特色經濟模式產生了影響，造成了糧食作物的大面積減產，導致了巨額的經濟損失。旱澇對生態環境也有很大的影響，會破壞土地資源和自然環境，影響水資源循環，制約經濟的可持續發展。將數據挖掘應用于氣候災害、氣候變化的研究，可有效發現大量隱藏的演變規律，對于提高氣候預測的準確性和做好防災減災的預備工作有著極其深遠的意義[1]。

對于我國降水分布特征，已有很多學者作了大量考察和研究。近50年來，全國平均降水量無明顯的變化趨勢，但區域平均降水量的變化趨勢顯著[2-3]。萬金紅等[4]發現，在我國西部高海拔地區要比低海拔地區容易發生干旱，且西北干旱地區旱澇指數呈減小趨勢，預計未來干旱強度會有所減輕。郭銳等[5]指出，洪澇頻率較高的地區主要分布在長江流域。黃嘉佑[6]、朱乾根等[7]指出，我國東部降水周期變化為兩年。李兆元等[8]重點研究了西北地區210年旱澇災害的突變性。劉宇峰等[9]分析了黃土高原地區旱澇特征及極端和持續性。于金文[10]對長江流域旱澇災害的特征進行了研究。此外，呂俊梅等[11]探究了中國東部夏季降水年際變化特征及其原因。人們的生產活動對氣候變化也有一定的影響，寧夏降水也受到了影響，且極不穩定。旱澇災害的不可控性越來越顯著，因此有效挖掘旱澇災害的時空分布規律、科學分析寧夏旱澇災害的未來變化趨勢，有利于旱澇災害的及時發布和預防。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

選取寧夏回族自治區10個氣象站點1960-2016年的月降水資料。氣象站點選擇惠農、陶樂、銀川、鹽池、中衛、中寧、同心、海原、西吉、固原10個氣象站點。

1.2 數據處理與分析

選用Z指數作為旱澇等級劃分標準，用ArcGIS中的反距離權重系數法繪制寧夏旱澇頻次分布圖。

2 1960年以來旱澇災害的時空特征分析

2.1 寧夏旱澇災害的時間特征

有研究認為Z指數可以很好消除降水量平均值不同的影響，通過對降水量進行處理得到服從正態分布的序列，對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。將1960-2016年分為三個時期，每20年為一個階段，根據不同時段內各個等級旱澇災害發生頻率和比例，分析旱澇災害的時間演變規律。

通過計算分析寧夏1960-2016 年共 57年的降水Z指數發現，旱災的實際頻率略高于理論值，洪澇的實際頻率略低于理論值，但都與理論值十分靠近，這說明該Z指數指準可以較準確地反映出寧夏的旱澇災害情況。根據不同時間段來劃分，災害頻次變化的差異能夠基本反映出災害發生頻次的演變規律及趨勢，以57年為單位分三個時段分別統計了不同時期干旱和洪澇災害的發生頻率，以此反映在57年尺度上旱澇災害的年際特征。

由表1可以看出寧夏代際旱澇變化特征。從7個不同等級來分析，1級重澇在1960-1980年時段內發生2次，以后的時間段里沒有出現重澇情況，預計未來重澇出現頻率相對較小。2級大澇在三個時間段內隨著時間的變化，頻率在逐漸減小。3級偏澇走勢相對穩定。4級正常在1981-2016年相對趨于穩定，均在理論范圍值徘徊，但1960-1980年內發生次數較少，表明該時間段內旱澇災害發生次數較多。5級偏旱在1980-2000年頻率較高，其他時間段均靠近理論值。6級大旱在前兩個時間段發生次數較多。7級重旱發生總次數較少，每個時間段均發生了一次。從時間軸來看，1960-1980年內旱澇災害多發，尤其是重澇出現了兩次。其次是大旱較為嚴重，高于理論值6.7%。1981-2000年中降水較少，大旱年出現次數相對較多，重旱出現一次。1995-2016年正常年較多，偏勞偏旱交替發生，無重澇，有一次重旱。說明寧夏從1960年以來最容易發生的是偏旱年、正常年。

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

2.2 寧夏旱澇災害的空間特征

為進一步探究寧夏整個區域的災害分布特征，根據寧夏10個站點不同旱澇等級出現頻次，分別統計各站點“偏澇”、“偏旱”以上旱澇災害出現次數，用ArcGIS中的反距離權重系數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，根據頻次來看，說明寧夏地區更容易發生旱災。由圖1可以看出，旱澇災害主要分布在寧夏北部，其中，惠農發生旱災的次數最多，超過3.6次/20 a，其次為中寧，中衛、鹽池、西吉發生旱災的頻次最小。由圖2可以看出，洪澇災害主要分布在寧夏南部，西吉發生澇災頻次最高，超過3.4次/20 a，隨著地區北移，澇災頻次依次減弱。寧夏北部澇災發生相對較小，銀川年大澇以上頻次最低，為2～2.4次/20 a。對比兩幅圖來看，有5 個地方洪澇頻率高于干旱頻率，有4個地方的干旱頻率高于洪澇頻率，只有1個地方的干旱頻率等于洪澇頻率。其中，陶樂、中衛、中寧在整個寧夏旱澇災害頻率相對較低。比較干旱頻率、洪澇頻率的地區數量，兩者相差略微。計算兩者的差值，洪澇頻率高于干旱頻率的5個地區的累計差值為2.53次/20 a，而干旱頻率高于洪澇頻率的10個地區的累計差值為2.81次/20 a。這同樣可以印證干旱是寧夏主要的旱澇災害，大部分地區發生洪澇災害的次數要小于干旱災害。

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

3 結論與展望

根據寧夏1960-2016年的降水數據，采用 Z 指數作為旱澇等級劃分標準，運用空間插值方法，分析了寧夏旱澇災害的頻次變化、年際變化。通過對各地不同等級旱澇次數統計、插值，研究旱澇災害的空間分布特征，得出以下結論：

寧夏地區在20世紀60-70年代發生洪澇災害較多，在其他時期，正常偏旱為該地區長期演變的主要旱澇特征，有澇-旱-澇旱的循環交替，年代際變化明顯。20世紀70-90年代主要以旱災為主，整體上旱澇交替現象明顯，處于旱澇平衡狀態。20世紀90-21世紀前期，澇災強度減弱，旱災有所加強，總體上處于偏旱狀態。21世紀開始幾年后，早災強度減弱，澇災加強，預測未來走勢偏澇。近60年寧夏旱澇的周期震蕩較顯著，旱澇等級周期變化特征比較明顯的時間尺度為2年、6～18年、28～34年。

采用ArcGIS空間插值方法，對寧夏10個站點的旱澇等級進行內插，結果表明，研究區內整體降水趨勢從南向北逐漸減少。從旱澇災害頻次的空間分布來看，寧夏的旱澇災害以干旱為主，大旱主要發生在惠農、陶樂、賀蘭等引黃灌區，而洪澇主要發生在西吉、固原、隆德、涇源這些南部山區，其中大旱以上的頻率中衛最低，惠農、中寧最高，大澇以上的頻率西吉最高。