東北地區(qū)旱澇災害時空動態(tài)變化及熱點地區(qū)

于 佳，劉吉平

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林四平 136000）

東北地區(qū)旱澇災害時空動態(tài)變化及熱點地區(qū)

于 佳，劉吉平*

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林四平 136000）

利用1910-2009年東北地區(qū)49個測站點旱澇資料和109個氣象觀測臺站降水資料，結合ArcGIS技術、克里金插值（Kriging）方法以及Crimestat技術，對近百年來東北地區(qū)旱澇災害的時空動態(tài)變化、質心變化及熱點區(qū)域進行研究，結果表明，1910-2009年，東北地區(qū)受旱災影響強度呈現先下降后升高的趨勢，澇災總體呈現下降趨勢，下降總幅度較大，旱澇災害對東北地區(qū)影響顯著；旱澇災害質心變化過程中，旱災的質心變化向原來的緯度位置回歸的幅度較經度位置要大；澇災的質心變化向原來經度位置回歸的幅度較緯度位置要大；單位間質心變化幅度較大，最后都有回歸最初質心位置的趨勢；旱澇災害的熱點地區(qū)主要存在于省與省之間的交界地帶，且相互間存在重合區(qū)域。

旱澇災害；東北地區(qū)；動態(tài)變化；質心；熱點地區(qū)

近年來，隨著經濟發(fā)展，人民生活水平有所提高，但自然災害頻繁發(fā)生，尤其是旱澇災害，其分布范圍的廣度和發(fā)生頻率的強度，對人們的正常生產生活造成嚴重影響。近百年來，在全球氣溫變暖的趨勢下，我國氣溫也呈變暖趨勢，其中東北地區(qū)是比較典型地區(qū)，東北地區(qū)氣候變暖的直接反應是東北地區(qū)近百年來旱澇災害的頻繁發(fā)生，且災害強度變化不均，我國一些學者已對我國不同地區(qū)（包括東北地區(qū)）旱澇災害空間格局及其影響因素進行分析研究［1-8］，而在大的時間尺度上的研究仍較少，因此對東北地區(qū)旱澇災害的時間和空間上的動態(tài)變化及熱點地區(qū)的深入研究，具有一定的必要性。熱點是指如果某一區(qū)域內事件發(fā)生頻率顯著地高于或低于正常頻率，則這一特殊區(qū)域被定義為熱點。熱點分析已被廣泛應用到犯罪分析［9］，疾病信息［10］和信息安全［11］等領域，并有著廣闊的應用前景，但在自然災害領域中的應用較少。

1　研究區(qū)域概況

我國東北地處38°40′-53°30′N，115°05′-135°02′E，位于東北亞區(qū)域的中心地帶，處于亞歐大陸東緣，東、北、西三面與朝鮮、俄羅斯和蒙古國為鄰，隔日本海和黃海與日本、韓國相望，南瀕渤海與華北區(qū)聯接。在行政區(qū)劃上，包括黑龍江、吉林和遼寧三省及內蒙古自治區(qū)四盟市（赤峰市、通遼市、興安盟和呼倫貝爾盟）。包括大、小興安嶺、長白山地和松嫩平原等自然單元。東北地區(qū)幅員遼闊，面積約占全國10%，是我國最大的商品糧基地、重要的工業(yè)和能源基地。東北地區(qū)東、西、北面被中、低山環(huán)繞，中間是向南敞開的大平原。大部分山地海拔在1000～1500m，冬季寒冷，夏季溫度不高。

2　資料和方法

旱澇災害數據來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：//cdc.cma.gov.cn/）、縣（市）地方志等文獻資料。

在1910-1949年東北地區(qū)文獻資料記載的基礎上，對數據進行搜集、整理、歸納、總結，分析處理了旱澇災害的發(fā)生時間、強度等，以49個測站點為代表對其進行數據處理；在1950-2009年中國基準站氣象站地面信息化文件基礎上，分析處理了旱澇災害的發(fā)生時間、強度等，以109個測站點為代表進行數據處理（圖1）。

圖1　測站點的分布

近年來一些學者選用全國、地區(qū)或某一流域的旱澇等級資料（1級：澇；2級：偏澇；3級：正常；4級：偏旱；5級：旱），計算干旱、濕潤指數和平均旱澇等級值來反映各地歷年旱澇狀況，并分析干旱和洪澇的時間和空間變化規(guī)律。

從1910-1949年，東北地區(qū)所選測站點，其中14個測站點（赤峰、嫩江、佳木斯、開原、朝陽、大連、海拉爾、牡丹江等3個省會城市）的旱澇災害資料主要依據“五百年旱澇序列資料”，來源于中國氣象科學數據共享服務網。1910-2009年，其他144個測站點（圖2）的旱澇資料來源于《華北、東北近五百年旱澇史料》《黑龍江省240年旱澇史》，地方志等對旱澇災害的記載，同時參考相關災害記錄（旱澇災害持續(xù)時間、強度、受災范圍以及受災程度等）［12］。

圖2　1910-2009年東北地區(qū)旱災的時空分布

采用測站點5-9月份降水量確定旱澇災害的等級值，標準如下：1級，旱，Ri≤（R-1.17σ）；2級，正常，Ri＞（R+1.17σ）；3級，澇，（R-1.17σ）＜Ri≤（R+1.17σ）。其中R為5-9月多年平均降水量；σ為標準差，結合ArcGIS技術和Crimestat技術，根據所收集的數據，以及以上旱澇災害的分級標準和指標體系，運用OrdinaryKriging方法進行分析。

3　結果與分析

3.1東北地區(qū)旱澇災害時空動態(tài)變化規(guī)律

利用ArcGIS9.3技術，作出1910-2009年東北地區(qū)旱澇災害的空間插值分布（圖2），時間尺度以每20年為單位，分成5個時間段進行數據處理并分析，以發(fā)生的次數多少作為衡量這一地區(qū)旱澇災害強度的標準，繪制旱澇災害強度變化趨勢圖，進而分析1910-2009年東北地區(qū)旱澇災害空間格局的動態(tài)變化規(guī)律。

旱災時空分布圖顯示，東北全區(qū)1910-2009年旱災發(fā)生頻次明顯增大，從原來的0～4次，增加至8次以上。旱災發(fā)生頻率明顯增加說明相比1969年以前60年，旱災的影響明顯增強。1910-1969年，旱災發(fā)生頻次并不是完全呈現增加趨勢，而是在個別旱災發(fā)生頻次較高（大于8次）的地區(qū)，發(fā)生頻次減少（小于4次）。圖2中，1910-2009年，黑龍江、內蒙古與吉林三地交界處旱災發(fā)生的頻次較高，到1930-1949年，發(fā)生頻次明顯降低，部分地區(qū)沒有旱災發(fā)生，地區(qū)之間旱災發(fā)生頻率差值較大，說明有旱災發(fā)生的地區(qū)（如齊齊哈爾，哈爾濱），受旱災影響非常嚴重，而發(fā)生頻次較低的地區(qū)（如北部高緯度地區(qū)）幾乎不受影響。1950-1969年是近百年東北全區(qū)旱災發(fā)生頻次最小的時間段，全區(qū)無大旱災發(fā)生。1970年以后，東北全區(qū)旱災發(fā)生平均頻次呈現階梯狀增加趨勢，1970-1989年平均頻次為4次，1990-2009年平均頻次為7次，說明近20年內東北區(qū)受旱災影響較大，其中內蒙古西部地區(qū)受旱災影響最大。

圖3顯示，近100年，澇災的發(fā)生頻次明顯減少，且減幅較大。開始20年（1910-1929年），澇災發(fā)生頻次最大，說明東北全區(qū)受澇災影響最大，其中黑龍江東部小部分地區(qū)、內蒙古東盟區(qū)小部分地區(qū)以及渤海灣地區(qū)澇災發(fā)生頻率大于8次，是受影響最嚴重的地區(qū)。近40年（1970-2009）澇災發(fā)生頻次小于4次，說明東北全區(qū)受澇災影響較小，地區(qū)之間發(fā)生頻率比較均勻，變化差值上下浮動較小。1930-1949年，全區(qū)發(fā)生頻次都在3～4次，地區(qū)之間頻次變化差值為0，1950-1969年東北北部高緯度地區(qū)澇災發(fā)生頻次減少，西南部地區(qū)（渤海灣）澇災發(fā)生頻次增加，其他地區(qū)幾無變化。分析表明，旱災對東北地區(qū)的影響在增加，澇災對東北地區(qū)的影響在減弱，但也有一定影響；旱災的變化趨勢為高-低-高，澇災的變化趨勢為高-低；個別地區(qū)在個別年份內，受旱澇災害影響巨大，對人民生命財產安全造成極大威脅；部分地區(qū)在同年內既受旱災影響也受澇災影響，如1910-2009年黑龍江省的西南地區(qū)。

圖3　1910-2009年東北地區(qū)澇災的時空分布

3.2東北地區(qū)旱澇災害空間質心變化

首先利用ArcGIS技術，對1910-1929年和1930-1949年的49個站點進行克里格插值，預測與后60年相同測站點的旱澇災害頻次，然后對1910-2009年的109個站點進行統計分析，同樣以每20年為單位進行質心分析，計算東北地區(qū)旱澇災害質心坐標，制作出東北地區(qū)1910-2009年旱澇災害質心空間變化圖。

圖4顯示，1910-2009年東北地區(qū)旱災質心變化自1910-1929年開始，先向東南然后東北最后向西轉移，其中1930-1949年旱災的質心向1950-1969年旱災質心變化時，變幅較小，僅在原來位置上向南移動不到1緯度，而經度幾無變化，說明此期間影響旱災的主要驅動力幾乎沒有變化，且人為因素對于氣候和地表性質等驅動力的影響也較小。雖然其他每個單位之間旱災質心變幅都較大，但最終旱災質心有向最初質心位置回歸的趨勢。

東北地區(qū)澇災（圖5）的質心變化自1910-2009年開始，先向東轉移，然后向東南方向轉移，最后澇災質心整體向西北方向轉移。同旱災的質心變化比較，澇災質心在變化過程中所跨的緯度范圍要大于旱災質心變化所跨的緯度范圍，每個單位之間質心的變化都比較大，說明澇災發(fā)生頻率隨緯度變化較大，且2個單位間影響澇災的驅動因素變化較明顯，無論是自然因素還是人為因素。

雖然旱澇災害的質心變化的過程和幅度都較大，但從其分布圖上可看出，二者質心都有向最初位置回歸的趨勢。旱災的質心變化向原來的緯度位置回歸的幅度較經度大；澇災的質心變化向原來經度位置回歸的幅度較緯度大。

圖4　東北地區(qū)1910-2009年旱災質心空間變化

圖5　東北地區(qū)1910-2009年澇災質心空間變化

3.3東北地區(qū)旱澇災害熱點地區(qū)

采用分級熱點探測的方法，獲取熱點地區(qū)的分布。分級熱點探測是全局聚集性檢驗方法之一，是根據某種規(guī)則（如鄰近距離）來獲取“金字塔”型多層次空間熱點區(qū)域的。在分級熱點探測中，首先通過定義一個“聚集單元”的“極限距離或閾值”，再將其與每個空間點對的距離進行比較，當某點與其他點（至少1個）的距離小于該極限時，該點被計入聚集單元［13-15］。也可指定聚集單元的點數目來強化聚集規(guī)則。依此類推，可得到不同層次熱點區(qū)域。

具體過程。打開Crimestat軟件，輸入（含有X、Y及植物物種豐富度的屬性表）shape文件，指定文件后在數據設置模塊中要指定相關的屬性字段，如X，Y坐標，然后選擇HotSpotAnalysis分析工具，如圖6，7分別是東北地區(qū)旱災和澇災熱點地區(qū)分布情況（圖中橢圓分布代表旱澇災害的熱點區(qū)域），分析旱澇災害空間格局動態(tài)變化的熱點地區(qū)。某一區(qū)域內事件發(fā)生頻率顯著高于或低于正常頻率。

圖6　東北地區(qū)旱災熱點地區(qū)分布圖

圖7 東北地區(qū)澇災熱點地區(qū)分布圖

圖6顯示，旱災熱點區(qū)域有7個，熱點區(qū)域范圍覆蓋較大的在黑龍江與內蒙古交界地區(qū)，黑龍江南部地區(qū)，內蒙古和吉林交界地帶，這3個屬于高-高聚集熱點區(qū)域，旱災的發(fā)生頻率高于正常旱災發(fā)生頻率。其余4個熱點地區(qū)分布在內蒙古的西部，黑龍江、內蒙古與吉林3區(qū)交界地帶，吉林與遼寧交界地帶，遼寧與內蒙古交界地帶，遼寧的渤海灣地區(qū)，屬于低-低聚集熱點區(qū)域，旱災發(fā)生頻率低于正常水平。其中，內蒙古的熱點區(qū)域范圍最大，屬于半干旱地區(qū)。近百年來東北地區(qū)旱災主要分布在東北地區(qū)中部和西部，四大地區(qū)（內蒙古自治區(qū)、黑龍江省、吉林省、遼寧?。┫噜弲^(qū)域交界處旱災發(fā)生頻次較大，來在臨近渤海灣地區(qū)近百年旱災發(fā)生頻率低，但同樣有旱災發(fā)生。

圖7表明，澇災的熱點區(qū)域同樣也有7個，其中最大的熱點區(qū)域位于黑龍江、內蒙古與吉林交界的地帶，與旱災的高-高熱點區(qū)域相反，屬于澇災低-低聚集熱點區(qū)域，發(fā)生澇災頻率低于澇災正常發(fā)生頻率。遼寧省內有3個熱點區(qū)域，這些區(qū)域內澇災頻率顯著地高于正常頻率，屬于高-高聚集熱點區(qū)域，說明近百年來遼寧省受澇災的影響比較大，主要是由于遼寧距海較近的原因。其他3個熱點區(qū)域分別位于黑龍江南部，吉林東北部，內蒙古南部地區(qū)（這些區(qū)域內澇災頻率顯著地低于正常頻率）?？梢娊倌陙?，東北地區(qū)南部（主要是沿海地區(qū)）受澇災影響較大，其次就是東北地區(qū)中部地區(qū)（主要是黑龍江、內蒙古與吉林交界地帶）受澇災影響較大。

旱澇災害的熱點地區(qū)中，有部分地區(qū)是相互重合的，說明在同一地區(qū)內的相同時間段內或者不同時間段內，該地區(qū)既受旱災影響又受澇災影響；東北地區(qū)沒有被熱點區(qū)域覆蓋的地區(qū)，如東北地區(qū)東部和北部，說明這些地區(qū)近百年來受旱澇災害的影響較小，即使有旱澇災害的發(fā)生，發(fā)生頻次并不高，對當地自然環(huán)境和人們的正常生活影響較小。

4　小結

近100年（1910-2009年）來，東北地區(qū)受旱澇災害影響顯著，旱災對東北地區(qū)的影響呈現先降后升的趨勢，澇災對東北地區(qū)的影響呈下降趨勢。雖然旱澇災害發(fā)生頻次和影響程度有所下降，但對于人民生命財產安全所造成的威脅不容忽視。旱災的變化趨勢為高-低-高，澇災的變化趨勢為高-低；個別地區(qū)在個別年份內，受旱澇災害影響非常大，對人民生命財產安全造成極大威脅；部分地區(qū)在同年內，既受旱災影響也受澇災影響。

旱災發(fā)生頻率較高的地區(qū)集中在東北地區(qū)西部和北部，而這2個集中區(qū)經歷了近60年的轉變，旱災質心變化過程中幅度較大；東北地區(qū)澇災的發(fā)生頻率降低幅度較大，個別地區(qū)由于多重因素的綜合影響，使得澇災頻率發(fā)生突變，從而導致單位之間澇災質心變化幅度發(fā)生突變。旱災的質心變化，向原來的緯度位置回歸的幅度較經度位置要大；澇災的質心變化，向原來經度位置回歸的幅度較緯度位置要大。

旱災的高-高聚集熱點區(qū)域大多位于省與省之間的交界地帶，其中內蒙古受旱災影響較大，低-低聚集旱災熱點區(qū)域大多靠近渤海黃海地區(qū)；相反，澇災的熱點區(qū)域，由于距海近的影響，高-高聚集熱點地區(qū)位于遼寧省內，熱點區(qū)域最多，說明遼寧省受澇災影響較大；低-低聚集澇災熱點地區(qū)距海較遠，位于東北地區(qū)西北部。

旱澇災害的熱點地區(qū)中，進行圖形疊加分析，表明部分地區(qū)是相互重合的，說明該地區(qū)既受旱災影響又受澇災影響；而未被旱澇熱點地區(qū)覆蓋的地區(qū)，說明受旱澇災害的影響相對較小。

研究表明，旱澇災害對自然環(huán)境、經濟社會和人們的正常生產生活影響重大，不僅限于東北地區(qū)，乃至全國甚至世界，旱澇災害的影響都不容忽視。因此為了削弱甚至消除旱澇災害的影響，必須采取相應的措施來預防旱澇災害的發(fā)生。首先要明確旱澇災害的成因，從根本上預防；其次，政府要制定相應管理政策，從客觀上加強人們的環(huán)境保護意識；最后，根據分析研究的結果進一步精準預測，避免旱澇災害帶來的負面影響。

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（責任編輯：張瑞麟）

S42文獻標志碼：A文章編號：0528-9017（2014）07-1088-04

文獻著錄格式：于佳，劉吉平.東北地區(qū)旱澇災害時空動態(tài)變化及熱點地區(qū)［J］.浙江農業(yè)科學，2014（7）：1088-1091，1094.

2014-03-24

教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃項目（NCET-12）；吉林省自然科學基金項目（20130101097JC）；吉林省教育廳項目（吉教科合字2013第201號）

于 佳（1989-），女，在讀碩士研究生，研究方向為資源與環(huán)境信息系統研究。E-mail：yujia1208@163.com。

劉吉平（1972-），男，教授，博士，主要從事資源與環(huán)境信息系統研究。E-mail：liujpjl@163.com。