近20年重慶江津區旱澇時空特征分析

摘要：極端天氣頻發背景下，旱澇災害是影響重慶市的主要自然災害之一，為了全面了解重慶市降水和旱澇時空特征，文章以重慶市江津區為例，基于Z指數，利用M-K趨勢檢驗、突變檢驗、小波分析和空間插值分析其降水時空特征。結果表明：（1）江津區近20年洪澇頻率為31.82%，干旱頻率為22.73%，夏、冬季易出現極端旱澇；（2）降水年際變化呈上升趨勢，春、秋兩季降水增加，夏、冬兩季降水減少，降水變化第一主周期為14 a；（3）降水空間分布為東南多西北少。除夏季外，春、秋、冬季的平均降水量均由東向西遞減。研究結果對江津區防澇抗旱、工程建設等工作具有重要意義。

關鍵詞：旱澇時空特征；降水特征；重慶市江津區

中圖分類號：P426.616 文獻標志碼：A

0 引言

旱澇災害是影響重慶市最為嚴重的氣象災害之一，隨著發生頻率和強度的增加，制約著區域經濟和環境發展^［1］ 。旱澇災害主要是降水不足或過多所致^［2-3］，葉篤正等^［4］指出，1961—1990年長江流域因旱澇災害造成的損失約占整個氣象災害損失的78%。重慶處于長江流域的上游，其中根據趙志軍等^［5］的重慶市自然災害綜合區劃研究得知，江津區為高溫伏旱洪水地質災害組合區。單點Z指數表征旱澇的程度與實際吻合度高能相對準確地反映區域旱澇的程度^［6-7］。劉志雄等^［8］用長江上游流域統計局數據計算各站逐年、四季Ｚ指數及區域旱澇指數，分析單站Ｚ指數旱澇等級劃分的合理性。近年來，針對全國^［9］、西南地區^［10-11］以及重慶市^［12］旱澇時空特征的研究較多，聚焦特殊小區域的探究較少。因此本文以重慶市江津區為研究對象，從時間、空間和頻率等綜合分析區域旱澇特征，定量化認識區域旱澇在全球氣候背景下的變化規律，以期為該區防澇抗旱工作提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

重慶市江津區地處四川盆地東南邊緣，處于平行嶺谷褶皺丘陵區，屬于亞熱帶季風氣候區，年均溫28.5 ℃，年均降水量1 030.7 mm。土地利用以耕地、林地和草地為主，20年間建設用地變化較大，主要集中在北部。據重慶水資源公報，該區近年來總用水量7.78億m3，占重慶市總用水量的10%，總用水量居重慶市第一，用水需求大。而作為當地供水主要來源之一的降水不具穩定性，影響供水及產業發展。

1.2 數據與方法

本文降水數據源于中國氣象科學數據共享服務網（http：//cdc.cma.gov.cn/home.do）。利用MATLAB等平臺中的最小二乘法、一般線性模型、Mann-Kendall法、小波分析等方法進行趨勢分析、顯著性檢驗、突變檢驗、周期變化等分析。在ArcGIS里基于DEM利用克里金（Kriging）空間插值法進行降水量空間插值。

2 江津區旱澇特征分析

2.1 旱澇風險等級構建

本文利用1995—2016年月尺度降水數據計算降水Z指數，在此基礎上確定年尺度上的區域旱澇等級。結果顯示，1998—1999年、2002年、2009年和2014—2016年是洪澇年，2000—2001年、2006年和2011年為干旱年，整體呈現出旱澇交替的特征。春季和夏季是正常降水發生最多的季節（見表1），正常頻率分別為72.73%和63.64%；夏季最易發生大澇，頻率為72.73%；冬季最易發生大旱，頻率為72.73%。洪澇年（偏澇至特澇）出現頻率4.55%～18.18%，干旱年4.55%～9.09%，洪澇發生頻率高于干旱發生頻率。

2.2 旱澇變化趨勢分析

旱澇指數變化及其線性擬合曲線顯示Z指數呈上升趨勢（見圖1），速率為每10年0.018。春、秋兩季增加趨勢較夏、冬兩季明顯，增加速率分別為每10年0.18和0.32，而夏、冬季兩季的增加速率僅為每10年0.13。春季除1995年大旱和2004年大澇外，其余年份總體正常。夏季近20年來總體偏澇，夏季降雨較多。秋季旱澇主要經歷了4個變化階段，1995—2002年后期偏旱，2003—2008年后期偏澇，2009—2010年偏旱，2010—2016年前期偏澇。冬季近20年來總體偏旱，冬季降雨較少。江津區年及四季旱澇存在階段性變化特征，年際變化特征顯著，旱澇變化復雜。夏冬兩季呈現兩個極端的差異，降水季節差異變化極大。

3 江津區降水時空特征

3.1 降水的時間變化

3.1.1 變化趨勢

計算1995—2020年降水量，可知江津區年均降水量為1 018.4 mm。江津區在1998年降水量最多（見圖2），達到1 643.8 mm；而2011年的降水量最少，僅為725.0 mm；二者極差為918.8 mm，極值比為1.27。江津區近20年的年降水量傾向率為-1.33 mm/a；對降水進行5 a滑動平均處理，無明顯變化趨勢。降水量在正距平和負距平的年份大致相近，正距平的變化相對明顯，尤其是在1998年和1999年變化最大，說明降水較多。

江津區1995—2016年降水主要集中在夏季（見圖2），均降水量為477.7 mm；冬季降水最少，僅為58.9 mm。1995—2016年春、秋兩季降水量呈上升的趨勢（見表2），秋季明顯增多，而夏、冬兩季降水量呈下降趨勢。春季主要呈負距平，降水較少，而其余季節變化中正距平和負距平年份基本相近，夏季距平變化幅度相對較大，極差值達到758 mm，冬季極差值最小，為80.5 mm。2011—2016年秋季降水量基本高于平均值，降水相對較多。

利用M-K趨勢檢驗法對江津區1995—2016年各站點年降水量進行分析，結果如表2所示。近20年全年平均降水量的Z值為正，呈上升趨勢；春、秋兩季的降水呈上升趨勢，且秋季降水通過0.1置信水平的檢驗；而夏、冬兩季的降水量趨勢略有下降。從各月份來看，3，4，6，9，11，12月M-K趨勢檢驗的Z值均為正，表明降水趨勢略有上升；8月份Z值為0，說明其降水基本穩定；其余月份呈下降趨勢。

3.1.2 突變檢驗

利用M-K突變檢驗對1995—2016年江津區年均降水量進行分析，結果顯示，江津區的年降水在1996—2001年先降后升又降，在2011年達最低。UB曲線與UF曲線分別在1996—1999年和2014年相交。結合圖1可知，其距平曲線在2015年達到最小值，整個曲線呈現先下降后上升的“V”字型變化過程；因此江津區近20年降水在2015年可能存在突變，變化趨勢由減少到增多。

3.1.3 周期分析

為探究近20年江津區降水周期特征，利用Morlet小波對其進行分析。時間尺度分別是14 a，11 a，6 a時，小波方差極值表現顯著；14 a是第一峰值，此周期過程線中波動最強，是江津降水變化的第一主周期（見表3）。

中心尺度為10 a左右，1996—2003年呈現出枯-豐-枯交替的3次震蕩，其中1997—1999年為正相位，為降水豐沛期。春季中心尺度為10 a時，呈現枯-豐交替的情況；夏季等值線密集，振蕩頻率高、周期短，當中心尺度為14 a時，降水量枯-豐交替；秋季中心尺度為11 a時，出現明顯枯-豐交替，但豐沛年降水量呈增加趨勢；冬季20年內震蕩不明顯。

3.2 降水空間變化

年均降水量在1 018.64～1 122.83 mm，降水量極差約100 mm，降水空間差異不大，整體上呈現由東南向西北遞減的特征，在東北部部分區域降水較多。江津南部是四面山，山地對氣團的阻擋作用使降水更充沛。西北部受川東平行嶺谷的阻擋，在北部地區有一個降水低值中心。海拔較低時降水量少，山區的降水量較多。除此之外，植被覆蓋率、人類的社會活動等因素也會對降水量的區域分配產生影響。

4 結論

江津區在1995—2016年Z指數呈增加趨勢，變化幅度較大。春、秋兩季增加趨勢較夏、冬兩季明顯，速率分別為每10年0.18和0.32，夏、冬季兩季的增加速率僅為每10年0.13。總體上春、秋兩季旱澇事件呈常態化發展，夏季易發生洪澇，大澇16次、特澇3次；冬季易發生干旱，大旱16次、特旱5次。

時間上，江津區在1998年降水最多，達到1 643.8 mm。而2011年的降水最少，僅為725.0 mm；二者極差為918.8 mm，極值比為1.27。年際降水量變化較大，呈上升趨勢。春、秋兩季降水呈上升趨勢，夏、冬季降水呈下降趨勢，降水變化第一主周期為14 a。空間上由東南向西北遞減，在東北部部分區域降水較多。除夏季外，春、秋、冬3個季節的平均降水量均由東向西遞減。

參考文獻

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（編輯 姚 鑫編輯）

Spatial and temporal characteristics of drought and flood in Jiangjin district of Chongqing in recent 20 years

Zeng Chunfen1， Mao Yuqing1， Dong Xinning^2*， Chen Yujie1， Peng Qiqi1， Chen Weiyue1

（1.School of Geography and Tourism， Chongqing Normal University， Chongqing 401331， China; 2.Chongqing Climate Center， Chongqing 401147， China）

Abstract： Under the background of frequent extreme weather， drought and flood disasters are one of the main natural disasters affecting Chongqing. In order to comprehensively understand the spatio-temporal characteristics of precipitation and drought and flood in Chongqing， this paper takes Jiangjin district of Chongqing as an example， and analyzes its temporal and spatial characteristics of precipitation based on Z-index by using M-K trend test， mutation test， wavelet analysis and spatial interpolation. The results show that： （1） The frequency of flood and drought in Jiangjin district in the past 20 years is 31.82% and 22.73%， and the extreme drought and flood are easy to occur in summer and winter. （2） The interannual variation of precipitation showed an upward trend， with the precipitation increasing in spring and autumn and decreasing in summer and winter. The first main cycle of precipitation variation was 14 a. （3） The spatial distribution of precipitation is more in southeast and less in northwest. Except for summer， the average precipitation in spring， autumn and winter decreased from east to west. The research results are of great significance to the waterlogging and drought prevention and engineering construction in Jiangjin district.

Key words： temporal and spatial characteristics of drought and flood; precipitation characteristics; Jiangjin district of Chongqing