基于LDFAL及SDFAL周期指數(shù)的錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)特征變化分析

李 穎

(鐵嶺縣新臺子鎮(zhèn)水利工作站，遼寧 鐵嶺 112611)

1 概述

區(qū)域防護(hù)抗旱規(guī)劃的重要參考依據(jù)就是對旱澇急轉(zhuǎn)變化特征進(jìn)行定量評估[1]。遼寧省屬于我國旱澇急轉(zhuǎn)特征較為明顯的省份，尤其是在主汛期出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)的頻次較高[2]。我國區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)變化研究起步較晚，近些年來，逐步成為研究的熱點(diǎn)。趙英[3]基于SWAP和SRI指數(shù)對漢江流域的旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，研究表明SWAP和SRI指數(shù)均能對旱澇急轉(zhuǎn)事件作出合理診斷，具有良好的適用性。岳楊[4]基于LDFAL及SDFAL指數(shù)對鞍山地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)空特征進(jìn)行分析，研究表明：鞍山地區(qū)短周期由“旱轉(zhuǎn)澇”向“澇轉(zhuǎn)旱”急轉(zhuǎn)變化高指數(shù)分布在岫巖一帶。樊華[5]對貴州省1968—2017年旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，研究表明貴州省旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)間主要在4—10月，年際變化上，站次比和強(qiáng)度呈增加趨勢。王悅[6]對遼陽地區(qū)1951—2015年夏季旱澇急轉(zhuǎn)特征進(jìn)行分析，總體來看，遼陽地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象由旱轉(zhuǎn)澇趨向澇轉(zhuǎn)旱為主導(dǎo)，強(qiáng)度呈現(xiàn)微弱的減弱趨勢。楊家偉[7]基于氣象旱澇指數(shù)對長江流域旱澇急轉(zhuǎn)事件進(jìn)行識別，基于SWAP指數(shù)并結(jié)合多門檻游程理論的方法能夠比較準(zhǔn)確地識別旱澇急轉(zhuǎn)事件，可進(jìn)一步應(yīng)用于旱澇急轉(zhuǎn)事件的預(yù)測及評估。 秦國帥[8]對太子河流域降水及旱澇時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：太子河流域澇轉(zhuǎn)旱事件發(fā)生頻率大于旱轉(zhuǎn)澇事件發(fā)生頻率。岳樹朋[9]對大伙房水庫流域1959—2018年旱澇急轉(zhuǎn)特征進(jìn)行評估，結(jié)果表明：長、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)可以很好地反映大伙房水庫流域6—9月旱澇急轉(zhuǎn)的特征。張玉琴[10]對華南汛期旱澇急轉(zhuǎn)及其大氣環(huán)流特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在56 a汛期中共發(fā)生了17次旱澇急轉(zhuǎn)事件，發(fā)生頻率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次，后迅速增加到1990年代的4次、21世紀(jì)初的8次。以上研究成果均表明旱澇急轉(zhuǎn)評估對于分析區(qū)域的旱澇變化特征具有重要的參考意義。錦州市位于遼寧省西部地區(qū)，夏季由澇轉(zhuǎn)旱和由旱轉(zhuǎn)澇特征明顯，為提高錦州市防汛抗旱能力，亟需對其旱澇急轉(zhuǎn)變化特征進(jìn)行分析，為此本文結(jié)合LDFAL(長周期)和SDFAL(短周期)指數(shù)對錦州市旱澇急轉(zhuǎn)變化特征進(jìn)行分析，研究成果對錦州市防洪抗旱規(guī)劃具有一定參考價(jià)值。

2 旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)計(jì)算原理

本文采用LDFAL(長周期)和SDFAL(短周期)指數(shù)對錦州市旱澇急轉(zhuǎn)變化特征進(jìn)行分析，長周期指數(shù)的時(shí)間跨度為2個(gè)月，短周期指數(shù)的時(shí)間跨度為1個(gè)月，長周期和短周期指數(shù)的區(qū)別主要體現(xiàn)在時(shí)間跨度，若6—7月長周期指數(shù)判定為旱特征，而8—9月長周期指數(shù)判定為澇特征，則長周期總體表征為“旱轉(zhuǎn)澇”，若具有相反特征則判定為“澇轉(zhuǎn)旱”。年內(nèi)相鄰月份短周期表征為“旱”，相鄰月份表征為“澇”，則短周期總體表征為“澇轉(zhuǎn)旱”。在具體計(jì)算時(shí)，首先對旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)的降水進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算：

(1)

在降水指數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算的基礎(chǔ)上，對錦州市旱澇急轉(zhuǎn)變化特征的長短周期指數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

LDFAL=(R89-R67)·(|R67|+|R89|)·

1.9-|R67+R78|

(2)

式中R67為標(biāo)準(zhǔn)化降水量6—7月的計(jì)算值，mm；R89為標(biāo)準(zhǔn)化降水量8—9月的計(jì)算值，mm；|R67+R89|為旱澇急轉(zhuǎn)的變化強(qiáng)度計(jì)算值；1.9-|R67+R78|為權(quán)重系數(shù)計(jì)算值；權(quán)重系數(shù)為旱澇急轉(zhuǎn)長周期比例的增加值；區(qū)域偏旱時(shí)降雨距平指數(shù)為-0.5，區(qū)域偏澇時(shí)降雨距平指數(shù)為0.5，嚴(yán)重偏澇時(shí)降雨距平指數(shù)大于1.0，旱澇急轉(zhuǎn)短周期指數(shù)的計(jì)算方程為：

SDFAL=(Rj-Ri)·(|Rj-Ri|)·3.1|Rj+Ri|

(3)

式中Rj為標(biāo)準(zhǔn)化降水量第1個(gè)月的值，mm；Ri為準(zhǔn)化降水量第1個(gè)月的值，mm；3.1|Ri+Rj|為系數(shù)權(quán)重值。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)域概況

錦州位于遼寧的西南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°37′～121°22′，北緯39°48′～40°10′，區(qū)域位置見圖1所示。地勢特征是西北高，東南低，東北部義縣和北鎮(zhèn)市交界處有醫(yī)巫閭山脈，西北部有松嶺山脈，形成由西北向東南傾斜地勢，依次為低山區(qū)、丘陵區(qū)、平原區(qū)。氣候受海洋暖濕氣流的影響，屬暖溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫為7.8℃～ 9.0℃，自南向北降低，年平均降水量為567 mm。降水四季分布不均,60%～70%的降水集中在夏季，區(qū)域水資源量小變化大，年徑流量只有30多億m3，多年平均蒸發(fā)量大，高達(dá)1 750 mm。春季和秋季較易出現(xiàn)干旱，特殊年份夏季容易出現(xiàn)干旱變化特征。

圖1 研究區(qū)域位置示意

3.2 基于長周期指數(shù)的旱澇急轉(zhuǎn)變化分析

結(jié)合錦州地區(qū)1956—2018年標(biāo)準(zhǔn)化降水量，各月降水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1，采用長周期指數(shù)對錦州地區(qū)6—7月、8—9月兩個(gè)階段的旱澇變化特征進(jìn)行分析，各階段標(biāo)準(zhǔn)化降水量結(jié)果見表2，旱澇急轉(zhuǎn)變特征分析結(jié)果見表3。

表1 1956—2018年各月平均降水量統(tǒng)計(jì) mm

表2 6—7月、8—9月長周期高指數(shù)變化分析結(jié)果

表3 6—7月、8—9月長周期低指數(shù)變化分析結(jié)果

從長周期高、低指數(shù)分析結(jié)果可看出，錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)期發(fā)生在8—9月時(shí)降水量標(biāo)準(zhǔn)化值較高，而旱澇急轉(zhuǎn)出現(xiàn)在7—8月時(shí)降水量標(biāo)準(zhǔn)化值較低。旱澇急轉(zhuǎn)長周期高指數(shù)在6—7月較小，而進(jìn)入8—9月后逐步增加，因此,錦州地區(qū)在長周期高指數(shù)下“旱轉(zhuǎn)澇”發(fā)生概率較高。從錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)長周期低指數(shù)變化結(jié)果可看出，錦州地區(qū)8—9月降水量標(biāo)準(zhǔn)化值低于6—7月的降水量標(biāo)準(zhǔn)化值。由此可見:錦州地區(qū)典型年份“澇轉(zhuǎn)旱”特征較為明顯，主要出現(xiàn)在8月和9月。

3.3 基于短周期指數(shù)的旱澇急轉(zhuǎn)變化分析

結(jié)合錦州市1960—2018年標(biāo)準(zhǔn)化降水量數(shù)據(jù)，應(yīng)用短周期指數(shù)對錦州地區(qū)不同類型旱澇急轉(zhuǎn)變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果見表4～7。

表4 澇轉(zhuǎn)旱典型年短周期指數(shù)及其降水量標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

表5 旱轉(zhuǎn)澇典型年短周期指數(shù)及其其降水量標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

表6 8、9月旱轉(zhuǎn)澇典型年短周期指數(shù)及其降水量標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

表7 8、9月澇轉(zhuǎn)旱典型年短周期指數(shù)及其降水量標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)短周期指數(shù)出現(xiàn)明顯的澇轉(zhuǎn)旱”負(fù)值變化，8—9月降水量標(biāo)準(zhǔn)化值低于6—7月的降水量標(biāo)準(zhǔn)化值，“澇轉(zhuǎn)旱”出現(xiàn)概率較高。從錦州地區(qū)旱轉(zhuǎn)澇典型年短周期指數(shù)及其其降水量標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)分析結(jié)果可看出，錦州地區(qū)各典型年份“旱轉(zhuǎn)澇”特征較為明顯。

8—9月的降水量標(biāo)準(zhǔn)化值明顯高于6—7月的降水量標(biāo)準(zhǔn)化值。從錦州地區(qū)8—9月旱轉(zhuǎn)澇以及澇轉(zhuǎn)旱典型年份短周期指數(shù)變化結(jié)果可看出，錦州地區(qū)8月和9月旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)低于6月和7月的旱澇急轉(zhuǎn)的指數(shù)，錦州地區(qū)在6—7月出現(xiàn)澇轉(zhuǎn)旱”和“旱轉(zhuǎn)澇”概率較高。在1960—2018年期間，錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率為52%，旱澇急轉(zhuǎn)在7—8月頻率達(dá)到43%，變化周期均值為9a/次，旱澇急轉(zhuǎn)在8—9月的變化周期均值為14a/次。

3.4 錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度分析結(jié)果

結(jié)合錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)長周期和短周期變化分析結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析了錦州地區(qū)1960—2018年以來旱澇急轉(zhuǎn)的變化強(qiáng)度，結(jié)果見表8。

表8 旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度分析結(jié)果

從錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度分析結(jié)果可看出，錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)的長周期變化強(qiáng)度總體呈現(xiàn)持續(xù)上升的變化，且未來也將呈現(xiàn)持續(xù)上升的變化，這主要是受到氣候變化影響，使得區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度變化明顯。錦州地區(qū)6—7月旱澇急轉(zhuǎn)短周期變化強(qiáng)度呈現(xiàn)持續(xù)下降變化，但這種遞減變化呈現(xiàn)逆持續(xù)變化，通過對錦州地區(qū)典型年份6—7月的旱澇變化特征分析，錦州地區(qū)在6—7月出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)的變化概率較小。而進(jìn)入7—8月主汛期后錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯遞增變化，且具有持續(xù)上升的變化趨勢，屬于錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)頻發(fā)階段。通過對錦州地區(qū)典型年份分析，進(jìn)入2000年以來，錦州地區(qū)在8—9月受氣候變化影響旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度有所增加，且呈現(xiàn)持續(xù)上升變化趨勢。

4 結(jié)語

1) 錦州地區(qū)在長周期高指數(shù)下“旱轉(zhuǎn)澇”發(fā)生概率較高，較為明顯“澇轉(zhuǎn)旱”特征主要出現(xiàn)在9月。在1960—2018年期間，錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)短周期發(fā)生頻率為52%，旱澇急轉(zhuǎn)在7—8月頻率達(dá)到43%，變化短周期均值為9 a/次，旱澇急轉(zhuǎn)在8—9月的變化短周期均值為14 a/次。

2) 錦州地區(qū)在6—7月出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)的變化概率較小。而進(jìn)入7—8月主汛期后錦州地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯遞增變化，且具有持續(xù)上升的變化趨勢，進(jìn)入2000年以來，受氣候變化影響8—9月旱澇急轉(zhuǎn)變化強(qiáng)度有所增加，且強(qiáng)度變化趨勢逐步增加。