近60年寧夏回族自治區(qū)旱澇時空特征分析

王 璐，王麗婧，史 泉，吳 榮

(中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)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(qū)頻繁出現(xiàn)的旱災引發(fā)了地區(qū)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，影響了地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局分布，對地區(qū)特色經(jīng)濟模式產(chǎn)生了影響，造成了糧食作物的大面積減產(chǎn)，導致了巨額的經(jīng)濟損失。旱澇對生態(tài)環(huán)境也有很大的影響，會破壞土地資源和自然環(huán)境，影響水資源循環(huán)，制約經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。將數(shù)據(jù)挖掘應用于氣候災害、氣候變化的研究，可有效發(fā)現(xiàn)大量隱藏的演變規(guī)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(qū)域平均降水量的變化趨勢顯著[2-3]。萬金紅等[4]發(fā)現(xiàn)，在我國西部高海拔地區(qū)要比低海拔地區(qū)容易發(fā)生干旱，且西北干旱地區(qū)旱澇指數(shù)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(qū)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(qū)210年旱澇災害的突變性。劉宇峰等[9]分析了黃土高原地區(qū)旱澇特征及極端和持續(xù)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(chǎn)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(wěn)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(guī)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(fā)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(qū)10個氣象站點1960-2016年的月降水資料。氣象站點選擇惠農(nóng)、陶樂、銀川、鹽池、中衛(wèi)、中寧、同心、海原、西吉、固原10個氣象站點。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

選用Z指數(shù)作為旱澇等級劃分標準，用ArcGIS中的反距離權(quán)重系數(shù)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(shù)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(tài)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(jù)不同時段內(nèi)各個等級旱澇災害發(fā)生頻率和比例，分析旱澇災害的時間演變規(guī)律。

通過計算分析寧夏1960-2016 年共 57年的降水Z指數(shù)發(fā)現(xiàn)，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(shù)指準可以較準確地反映出寧夏的旱澇災害情況。根據(jù)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(fā)生頻次的演變規(guī)律及趨勢，以57年為單位分三個時段分別統(tǒng)計了不同時期干旱和洪澇災害的發(fā)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(nèi)發(fā)生2次，以后的時間段里沒有出現(xiàn)重澇情況，預計未來重澇出現(xiàn)頻率相對較小。2級大澇在三個時間段內(nèi)隨著時間的變化，頻率在逐漸減小。3級偏澇走勢相對穩(wěn)定。4級正常在1981-2016年相對趨于穩(wěn)定，均在理論范圍值徘徊，但1960-1980年內(nèi)發(fā)生次數(shù)較少，表明該時間段內(nèi)旱澇災害發(fā)生次數(shù)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(fā)生次數(shù)較多。7級重旱發(fā)生總次數(shù)較少，每個時間段均發(fā)生了一次。從時間軸來看，1960-1980年內(nèi)旱澇災害多發(fā)，尤其是重澇出現(xiàn)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(xiàn)次數(shù)相對較多，重旱出現(xiàn)一次。1995-2016年正常年較多，偏勞偏旱交替發(fā)生，無重澇，有一次重旱。說明寧夏從1960年以來最容易發(fā)生的是偏旱年、正常年。

表1 寧夏1960-2016年Z指數(shù)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(qū)域的災害分布特征，根據(jù)寧夏10個站點不同旱澇等級出現(xiàn)頻次，分別統(tǒng)計各站點“偏澇”、“偏旱”以上旱澇災害出現(xiàn)次數(shù)，用ArcGIS中的反距離權(quán)重系數(shù)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(jù)頻次來看，說明寧夏地區(qū)更容易發(fā)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(nóng)發(fā)生旱災的次數(shù)最多，超過3.6次/20 a，其次為中寧，中衛(wèi)、鹽池、西吉發(fā)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(fā)生澇災頻次最高，超過3.4次/20 a，隨著地區(qū)北移，澇災頻次依次減弱。寧夏北部澇災發(fā)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(wèi)、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(qū)數(shù)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(qū)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(qū)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(qū)發(fā)生洪澇災害的次數(shù)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(jié)論與展望

根據(jù)寧夏1960-2016年的降水數(shù)據(jù)，采用 Z 指數(shù)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(shù)統(tǒng)計、插值，研究旱澇災害的空間分布特征，得出以下結(jié)論：

寧夏地區(qū)在20世紀60-70年代發(fā)生洪澇災害較多，在其他時期，正常偏旱為該地區(qū)長期演變的主要旱澇特征，有澇-旱-澇旱的循環(huán)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(xiàn)象明顯，處于旱澇平衡狀態(tài)。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(tài)。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(nèi)插，結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)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(fā)生在惠農(nóng)、陶樂、賀蘭等引黃灌區(qū)，而洪澇主要發(fā)生在西吉、固原、隆德、涇源這些南部山區(qū)，其中大旱以上的頻率中衛(wèi)最低，惠農(nóng)、中寧最高，大澇以上的頻率西吉最高。