基于MK檢驗和小波譜分析的贛江上游旱澇變化特征研究

摘要：近年來在全球碳排放轉型的大背景下，氣候變化成為相關學者研究的熱點問題。其中全球變暖帶來的區域降水變率的不穩定性對社會可持續發展產生了重要影響。因此，為研究長時間尺度下的贛江上游地區環境變化規律，在相關氣候要素中，選擇旱澇變化作為衡量指標，利用MK檢驗和小波譜分析方法對近五百年旱澇變化趨勢以及周期性特征進行研究。結果表明，贛江上游地區明清以來的近五百年旱澇變化趨勢較為明顯，總體上澇災處于增加態勢；通過小波譜分析得出，贛江上游地區旱澇演變具有一定的周期性，尤其是不同尺度下的演變周期具有異質性。本研究可以為區域可持續發展研究提供長時間尺度的氣候演變規律歷史相似型，并為旱澇災害研究提供基礎數據。

關鍵詞：贛江上游地區；MK檢驗；小波譜分析；旱澇災害

CharacteristicsofDroughtandFloodChangesintheUpperReachesof

GanjiangRiverBasedonMKTestandWaveletSpectrumAnalysis

XuShan1WanZhiwei1*ZhangZhi2ZhangAnhao1WuLiangqing1LiXiujuan1

1.SchoolofGeographyandEnvironmentalEngineering，GannanNormalUniversityJiangxiGanzhou341000；

2.SchoolofEcologyandEnvironment，YuzhangNormalUniversityJiangxiNanchang330103

Abstract：Inrecentyears，inthecontextofglobalcarbonemissionstransformation，climatechangehasbecomeahottopicofresearchforrelevantscholars.Theinstabilityofregionalprecipitationvariabilitycausedbyglobalwarminghashadasignificantimpactonsustainablesocialdevelopment.Therefore，inordertostudytheenvironmentalchangesintheupperreachesoftheGanjiangRiveroveralongtimescale，droughtandfloodchangeswereselectedasmeasurementindicatorsamongrelevantclimatefactors，andthetrendandperiodiccharacteristicsofdroughtandfloodchangesinthepast500yearswerestudiedusingMKtestandwaveletspectrumanalysismethods.TheresultsshowthatthetrendofdroughtandfloodchangesintheupperreachesoftheGanjiangRiverinthepast500yearssincetheMingandQingdynastiesisrelativelyobvious，andoverall，waterloggingdisastersareincreasing；Throughwaveletanalysis，itcanbeconcludedthattheevolutionofdroughtandfloodintheupperreachesoftheGanjiangRiverhasacertainperiodicity，especiallytheheterogeneityoftheevolutioncyclesatdifferentscales.Thisstudycanprovidelongtermhistoricalsimilaritypatternsofclimateevolutionpatternsforregionalsustainabledevelopmentresearch，andprovidebasicdatafordroughtandflooddisasterresearch.

Keywords：UpperreachesofGanjiangRiver；MKTest；Waveletspectrumanalysis；Droughtandflooddisasters

1概述

水是人類發展必要的資源，是人類生存的基礎。水資源是人類生活的重要來源，對于人類文明發展起著十分重要的作用［1］。20世紀以來，全球氣候變暖帶來了區域降水變化，從而導致的旱澇災害對經濟發展和社會發展造成了嚴重的影響和損失。近年來，區域降水變化趨勢和規律研究成為眾多學者和機構關注的焦點。通過研究不同尺度的區域降水變化趨勢和規律，一定程度上可以預測水情，為有關部門應對旱澇災害提供數據，根據水情預測制訂合理的方案，提高地方應對氣候變化和旱澇災害的能力［2］。

贛江上游地處江西省南部，位于長江南岸，是長江的主要支流。近年來，在全球氣候變暖的大背景下，區域氣候發生了重大改變，氣候的改變使降水量相較之前有了非常大的變化。因此本文通過MannKendall趨勢檢驗和小波譜分析法，來研究贛江上游地區明清時期近五百年的旱澇變化［3］。對歷史時期旱澇變化進行趨勢分析，有利于研究人員了解贛江上游地區旱澇災害的信息，進而從旱澇頻率、旱澇周期等方面具體分析該地區的氣候變化，有助于相關部門預測未來的水情變化，合理應對旱澇災害，并及時根據地方情況制定災后恢復和重建策略，減少災害對當地人民生活和經濟發展的影響。

2研究區概況

本文研究贛江上游這一研究區域，贛江位于江西省南方，地理范圍是24°29′～27°09′N，113°54′～116°38′E，是鄱陽湖水系的主要支流。贛江上游流域位于長江南岸，是長江的主要支流，贛江上游流域主要是山地、丘陵地貌，流域有75%以上都是山地、丘陵。贛江上游流域屬于亞熱帶季風氣候，夏季降水多，春季也常常出現陰雨天氣，秋季較為溫和，冬季寒冷，降水量較少［4］。贛江上游流域位于福建省西部、湖南省東部、廣東省北部，橫跨福建、江西、湖南、廣東四省。是我國東南沿海區域連接內陸的中間地帶，對于東南沿海與內陸的交往起著十分重要的作用，對于區域的經濟發展也有著重要的交通意義。

3研究方法

（1）MannKendall（MK）檢驗法。MK檢驗方法是一種非參數統計檢驗方法，該方法可以檢驗不同時間尺度下的氣候要素變化趨勢。在降水變化的檢測中，通過使用MK檢驗方法，可以高效地檢測與分析降水的變化與趨勢，且這一方法不受樣本值、分布類型等因素的影響。MK檢驗法還可以檢測較長時間的氣候要素的變化趨勢，因此，科學界常常使用這一方法來檢驗氣候要素。本文也通過使用MK檢驗法來檢驗贛江上游地區明清時期近五百年的旱澇變化，可以定量反映旱澇變化的特征。

（2）小波譜分析法。小波譜分析出現于20世紀80年代，小波譜分析法的優勢在于能夠有效獲取要素的周期性特征，同時利用時頻局部化功能和不同層次的分析方法來分解不同時間序列的內部結構，從而獲取不同時間尺度下信號序列的周期特征。所以本文采用小波分析對贛南地區旱澇序列做不同時間尺度分析，這一分析方法可以有效地獲取贛南地區旱澇周期性變化規律。

4結果與分析

（1）旱澇趨勢分析。MK檢驗的結果顯示，Z值為2759，p值為0.005＜0.01，說明在99%置信區間上贛江上游地區五百年尺度的旱澇變化具有上升趨勢。通過結合贛州地區明清時期旱澇數據信息，統計了贛州地區1368—1911年的旱澇頻次數據，分析贛州地區近五百年的旱澇特征。為了更為清楚地顯示歷史時期氣候變化的特征，本研究根據時間順序將整個研究時間劃分為明代和清代。《中國近五百年旱澇分布圖集》科學地將旱澇分為5個等級［56］，能夠較為全面地分析旱澇變化的主要特征。5個災害等級劃分為1級旱、2級偏旱、3級正常、4級偏澇和5級澇，由此做出贛州地區明清時期旱澇頻次分布圖。

如圖1所示，明朝時期1級旱災發生17次，2級偏旱災害發生53次，4級偏澇災害發生55次，5級澇災發生25次。旱澇頻次發生較多的為4級偏澇和2級偏旱，在1498—1507時段內發生4級偏澇災害6次，發生5級澇災一次，在1638—1647時段內發生4級偏澇5次，說明在這一時期內降水較為豐沛。在1528—1537時段內發生5級澇災4次，在1578—1587和1608—1617這兩個時段內發生5級澇災3次，由此可見，明朝時期15世紀90年代以后降水在總體上有升高的趨勢。

如圖2所示，清朝時期1級旱災發生5次，2級偏旱災害發生37次，4級偏澇災害發生69次，5級澇災發生25次。4級偏澇災害頻次較明朝時期有明顯的增加，1級旱災和2級偏旱災害發生頻次有明顯減少。在1718—1727時段內發生4級偏澇災害5次，在1728—1737時段內發生4級偏澇災害6次，在1818—1827時段內發生4級偏澇災害5次。總體而言，清朝時期贛南地區18世紀20年代、30年代和19世紀30年代前后降水量較大。從贛南地區各類旱澇災害次數來看，旱澇災害發生頻率從高到低依次為：4級偏澇＞2級偏旱＞5級澇災＞1級旱。從長期來看，贛南地區明清時期降雨量呈顯著上升的變化趨勢。

（2）旱澇變化周期。本文使用小波譜分析方法，分析明清時期贛南地區旱澇周期特征。如圖3所示，在不同尺度下明清以來的贛江上游地區旱澇變化顯示出了明顯的周期異質性。其中22年尺度下的旱澇變化具有明顯的雙11年太陽黑子變化周期（圖4），這說明該地區的旱澇演變可能與太陽活動具有一定的相關關系。

5結論

本研究利用MK檢驗和小波譜分析方法，得到了明清時期贛江上游地區旱澇災害變化特征。結果表明贛江上游地區明清時期近五百年間澇災有明顯增加的趨勢，且在周期性分析中呈現出繼續增加的趨勢。總體而言，贛江上游地區歷史時期降水處在正常的波動范圍，但仍有一定的澇災風險。旱澇災害發生時會對災民生活和社會經濟發展產生極其嚴重的影響，主要表現為以下幾個方面內容。

（1）影響農業生產。我國古代是農業社會，人口基數大，糧食短缺。民以食為天，廣大人民群眾通過生產糧食作物等生活必需品來維持基本生活。農業生產成為解決人民溫飽問題的重要途徑。旱災發生時會導致大量農田干旱龜裂，土壤有機成分大大減少，澇災發生時會淹沒農田，降低土壤肥力。旱澇災害的發生會導致農業減產甚至絕收，嚴重影響人民生活和經濟發展。

（2）影響社會安全穩定。澇災嚴重時會淹沒居民房屋、損害人民財產和人員安全。旱澇災害發生后，大量百姓被迫成為流民，人民群眾生命安全受到嚴重影響。為了避免社會不安，減少旱澇災害帶來的損失，在更大的旱澇災害發生前應該及時制定防災減災策略，修建防洪排澇工程，加強水情預報，重視災后恢復與重建，調整土地開發利用模式，根據贛江上游地區特點制定災后重建計劃，促進當地的經濟活力。

參考文獻：

［1］左其亭，張云.人水和諧量化研究方法及應用［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

［2］史宏曉.江淮地區夏季降水年代際異常時空特征及成因分析［J］.科技風，2019（03）：245+247.

［3］萬智巍，賈玉連，章鳴，等.1470—2014年鄱陽湖流域干濕變化與特征分析［J］.干旱區資源與環境，2018，32（06）：114119.

［4］王秋霜，高震東，林思平.近60a東亞冬季風指數對農業災害的指示［J］.農村經濟與科技，2020，31（17）：2829.

［5］張德二，劉傳志.《中國近五百年旱澇分布圖集》續補（1980—1992年）［J］.氣象，1993（11）：4145.

［6］張德二，梁有葉.1730年夏季黃淮地區暴雨極端事件研究［J］.氣候變化研究進展，2016，12（05）：407412.

基金項目：江西省高校人文社會科學研究一般項目（JC21113）資助

作者簡介：許珊（1998—），女，漢族，江西宜春人，碩士研究生，研究方向：歷史旱澇演變研究。

*通訊作者：萬智巍（1984—），男，漢族，江西南昌人，博士，副教授，碩士生導師，研究方向：氣候變化與環境演變。