環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害與太陽(yáng)黑子活動(dòng)、ENSO關(guān)系的統(tǒng)計(jì)研究*

王璐璐，延軍平，韓曉敏

(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710119)

環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害與太陽(yáng)黑子活動(dòng)、ENSO關(guān)系的統(tǒng)計(jì)研究*

王璐璐，延軍平，韓曉敏

(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710119)

深入研究環(huán)渤海地區(qū)旱澇變化特征，以期為制定防災(zāi)減災(zāi)政策，提高旱澇災(zāi)害應(yīng)變能力提供參考。依據(jù)1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)60個(gè)氣象臺(tái)站的逐月降水資料，采用Z指數(shù)確定旱澇等級(jí)及分布年份；運(yùn)用頻次分析法和Morlet連續(xù)復(fù)小波分別對(duì)旱澇災(zāi)害與太陽(yáng)黑子活動(dòng)、ENSO的統(tǒng)計(jì)關(guān)系進(jìn)行詳盡分析。結(jié)果表明：① 1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇頻發(fā)，且旱災(zāi)略多于澇災(zāi)。② 黑子相對(duì)數(shù)與旱澇指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性，與旱澇等級(jí)呈顯著正相關(guān)性；旱澇災(zāi)害頻率為黑子極大值年附近高于極小值年，且極大值年附近旱災(zāi)明顯多于澇災(zāi)；黑子活動(dòng)單周期內(nèi)易發(fā)生旱災(zāi)，雙周期內(nèi)旱澇交替發(fā)生。③ ENSO強(qiáng)度與旱澇指數(shù)呈明顯負(fù)相關(guān)性，與旱澇等級(jí)呈顯著正相關(guān)性；旱澇災(zāi)害頻率為EL Nino和LA Nina年基本一致，且EL Nino年旱災(zāi)明顯多于澇災(zāi)。④ 太陽(yáng)黑子活動(dòng)與旱澇指數(shù)小尺度周期對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，即黑子活動(dòng)平靜期對(duì)應(yīng)降水充沛期，黑子活動(dòng)活躍期對(duì)應(yīng)降水偏少期，故太陽(yáng)黑子活動(dòng)對(duì)旱澇交替有較大影響；ENSO事件與旱澇指數(shù)小尺度周期對(duì)應(yīng)關(guān)系不太一致，存在交錯(cuò)現(xiàn)象，但ENSO事件對(duì)旱澇指數(shù)各尺度周期的下滑有較大影響。

旱澇災(zāi)害；太陽(yáng)黑子；ENSO事件；環(huán)渤海地區(qū)

在全球變暖背景下, 中國(guó)華北和東北地區(qū)干旱趨勢(shì)嚴(yán)重,而長(zhǎng)江中下游流域和東南地區(qū)洪澇趨勢(shì)加重，且西北東部、華北大部和東北南部干旱面積呈增加趨勢(shì)[1]。旱澇災(zāi)害是我國(guó)最嚴(yán)重的氣候?yàn)?zāi)害之一，它給我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了極大的損失[2]。關(guān)于旱澇災(zāi)害的影響因子已有大量研究，唐佑民等[3]比較分析了我國(guó)各區(qū)域旱澇影響因子的相異性；姚輝等[4]研究了厄爾尼諾事件發(fā)生當(dāng)年和次年中國(guó)降水的特點(diǎn)及其差異；有人分析了太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)區(qū)域旱澇災(zāi)害的影響[5-9]；也有人研究了ENSO事件與區(qū)域旱澇災(zāi)害的相關(guān)關(guān)系[10-13]；還有人分析了太陽(yáng)活動(dòng)和ENSO對(duì)區(qū)域旱澇災(zāi)害的綜合影響[14-16]。

環(huán)渤海地區(qū)(圖1)，又稱環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈，與長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲地區(qū)一樣成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的“增長(zhǎng)極”，可見其在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。環(huán)渤海地區(qū)處于東北亞經(jīng)濟(jì)圈的中心地帶，具有獨(dú)特的地緣優(yōu)勢(shì)，擁有豐富的自然資源，是中國(guó)最大的工業(yè)密集區(qū)、重要的農(nóng)業(yè)基地、最密集的港口群、和我國(guó)北方最重要的城市群。近年來，蘇桂武等[17]將環(huán)渤海地區(qū)500年來的旱澇變化劃分為7個(gè)階段, 并討論了不同階段間旱澇型的變化及其旱澇區(qū)域分異意義；王慧等還有學(xué)者[18]對(duì)環(huán)渤海地區(qū)的氣候變化特征及其與ENSO的相關(guān)性進(jìn)行詳盡的研究；還有學(xué)者深入研究了環(huán)渤海地區(qū)降水的時(shí)空變化特征[19-23]。張文柳等[24]構(gòu)建了環(huán)渤海地區(qū)水旱災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)。

圖1 環(huán)渤海地區(qū)范圍與站點(diǎn)分布圖Fig.1 Study area over circum-Bohai-region and distribution of meteorological stations

以上研究分析了環(huán)渤海地區(qū)的氣候變化特征及機(jī)理，對(duì)旱澇災(zāi)害方面涉及較少。而旱澇災(zāi)害是嚴(yán)重制約和影響環(huán)渤海地區(qū)各方面發(fā)展的重要因素，因此揭示其旱澇變化特征、研究其相關(guān)機(jī)理意義重大。基于此，本文擬研究1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇變化特征，并深入分析旱澇災(zāi)害與太陽(yáng)活動(dòng)和ENSO事件的相關(guān)關(guān)系，以期為深入認(rèn)識(shí)該區(qū)域旱澇變化特征，制定防災(zāi)減災(zāi)政策，提高旱澇災(zāi)害應(yīng)變能力提供一定的參考價(jià)值。

2 資料來源和研究方法

2.1 資料來源

文中選取的環(huán)渤海地區(qū)60個(gè)氣象站點(diǎn)1961-2013年的逐月降水資料，均來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn)， 且保證數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性；太陽(yáng)黑子活動(dòng)數(shù)據(jù)來源于美國(guó)航天航空局官(http:∥solarscience.msfc.nasa.gov)； 文中表征ENSO事件的Nino3.4區(qū)熱帶太平洋海表溫度距平數(shù)據(jù)來源于美國(guó)海洋大氣局氣候監(jiān)測(cè)中心(http:∥www.cpc.ncep.noaa.gov)。

2.2 研究方法

文中運(yùn)用Z指數(shù)與區(qū)域旱澇等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[25-26](表1)分析得到1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)的旱澇等級(jí)和旱澇空間分布特征；選用頻次分析法和Morlet連續(xù)復(fù)小波分析1961-2013年間太陽(yáng)黑子活動(dòng)、ENSO事件及環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)的時(shí)間序列周期變化；采用線性回歸分析法分析趨勢(shì)變化過程；應(yīng)用t分布統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)的顯著性等。

區(qū)域旱澇指標(biāo)，既能表征旱澇的空間分布，又能反映旱澇的輕重程度。文中對(duì)區(qū)域這站點(diǎn)各級(jí)權(quán)重值進(jìn)行調(diào)整，即，

式中，I和L是指雨澇指標(biāo)和干旱指標(biāo)，分別為該區(qū)域內(nèi)Z指數(shù)為1～7級(jí)的站數(shù)；n為區(qū)域總站數(shù)。區(qū)域旱澇指數(shù)：HL=(I-L)×100。根據(jù)計(jì)算出的HL值，劃分出區(qū)域旱澇指標(biāo)(表1)。

表1 Z指數(shù)與區(qū)域旱澇等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果分析

3.1 旱澇等級(jí)劃分及年份確定

對(duì)環(huán)渤海地區(qū)60個(gè)站點(diǎn)1961-2013年間的年降水量進(jìn)行Z指數(shù)處理得出旱澇指數(shù)，進(jìn)而依據(jù)區(qū)域旱澇指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分，得到該區(qū)域旱澇等級(jí)評(píng)定結(jié)果(圖2)。1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)整體偏旱，且干旱略有加重的趨勢(shì)。分析5a滑動(dòng)平均值的變化可知，20世紀(jì)60-70年代中期，環(huán)渤海地區(qū)旱澇交替發(fā)生，澇災(zāi)略多于旱災(zāi)；70年代后期多為正常年份；80年代初期以旱災(zāi)為主；80年代中期至90年代末，旱澇災(zāi)害交替發(fā)生；21世紀(jì)初期旱災(zāi)明顯增多；近幾年來旱災(zāi)頻率逐漸減少，而澇災(zāi)頻率有所增加。

圖2 1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇等級(jí)評(píng)定結(jié)果Fig.2 The assessment results of the drought and flood level over over circum-Bohai-region from 1961 to 2013

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析旱澇災(zāi)害年份(表2)可知，1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害頻發(fā)，其中，旱災(zāi)年份有占33.96%，澇災(zāi)年份占26.42%，正常年份占39.62%。旱災(zāi)年份中，大旱頻次最多，占旱澇災(zāi)害總頻率的18.87%；重旱次之，占9.43%；偏旱頻次最少，僅占總頻率的5.66%。澇災(zāi)年份中，重澇頻次最多，占旱澇災(zāi)害總頻率的13.21%；偏澇次之，占7.55%；大澇頻次與偏旱一致，占5.66%。相對(duì)而言，環(huán)渤海地區(qū)旱災(zāi)頻率大于澇災(zāi)，且災(zāi)情較重。

表2 1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇年份分布

3.2 太陽(yáng)黑子活動(dòng)與旱澇災(zāi)害的相關(guān)性

太陽(yáng)黑子活動(dòng)單周期約為11 a，期間黑子數(shù)先是由少增多，到達(dá)峰值年，之后黑子數(shù)越來越少，達(dá)到谷值年，完成一個(gè)活動(dòng)周期。國(guó)際上規(guī)定1755年為第一個(gè)太陽(yáng)黑子周期的開始[17]。這樣依此排列，1961-2013年間經(jīng)歷了太陽(yáng)黑子活動(dòng)第19周的后期、第20-23周的全部、以及第24周的前期。其中出現(xiàn)了4個(gè)太陽(yáng)黑子數(shù)的極大值年，分別為1968、1979、1989和2000年；出現(xiàn)了5個(gè)太陽(yáng)黑子數(shù)極小值年，分別為1964、1976、1986、1996和2009年。

對(duì)太陽(yáng)黑子活動(dòng)與1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析(圖3)，從整體上來看，黑子相對(duì)數(shù)與相應(yīng)年份的旱澇指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且通過了95%的置信水平檢驗(yàn)，即黑子相對(duì)數(shù)越大，旱澇指數(shù)越小，干旱發(fā)生的可能性就越大，反之，黑子相對(duì)數(shù)越小，旱澇指數(shù)越大，雨澇發(fā)生的可能性就越大。從年代變化來看，黑子相對(duì)數(shù)與旱澇指數(shù)也均呈負(fù)相關(guān)，其中20世紀(jì)80年代的負(fù)相關(guān)性最為顯著，通過了99%的置信水平檢驗(yàn)，而21世紀(jì)初14 a、20世紀(jì)60年代、90年代、70年代的顯著性依次減小，且均未通過置信水平檢驗(yàn)。11 a滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)也均呈負(fù)相關(guān)，其中通過顯著性檢驗(yàn)的年份有1977-1985年、1997-2000年、2003-2005年。黑子相對(duì)數(shù)到達(dá)谷值時(shí)，旱澇指數(shù)波動(dòng)曲線往往達(dá)到峰值(1964、1985、1995、2010年)，可能存在1 a左右的偏差；而黑子相對(duì)數(shù)到達(dá)峰值時(shí)，旱澇指數(shù)波動(dòng)曲線則達(dá)到谷值(1968、1981、1989、1999年)，或存在2 a以內(nèi)的偏差。

圖3 太陽(yáng)黑子活動(dòng)與環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)的關(guān)系Fig.3 The relationship between Sunspots and the drought and flood index over circum-Bohai-region

統(tǒng)計(jì)分析太陽(yáng)黑子極值年及其前后一年的旱澇災(zāi)害分布特征(表3)，以便發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子活動(dòng)與環(huán)渤海地區(qū)旱澇特征的具體關(guān)系(根據(jù)瓦爾德邁爾對(duì)太陽(yáng)黑子周期的描述，用M和m分別表示各個(gè)周期中太陽(yáng)黑子數(shù)極大值年和極小值年的年份)。1961-2013年間環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害總頻次達(dá)32次，發(fā)生在太陽(yáng)黑子極值年附近共16次(占50%)。太陽(yáng)黑子極大值年前后的12 a中，旱澇災(zāi)害頻次占75%，包括7次旱災(zāi)(3次重旱、3次大旱、1次偏旱)，2次澇災(zāi)(1次重澇、1次大澇)。太陽(yáng)黑子極小值年前后的15 a中，旱澇災(zāi)害頻次占46.67%，包括4次澇災(zāi)(4次重澇)，3次旱災(zāi)(1次重旱、1次大旱、1次偏旱)。綜上所述，環(huán)渤海地區(qū)在太陽(yáng)黑子極大值年附近發(fā)生旱澇災(zāi)害的頻率高于極小值年，且極大值年附近旱災(zāi)的發(fā)生頻率明顯高于澇災(zāi)；而極小值年附近澇災(zāi)的發(fā)生頻率略大于旱災(zāi)。因此，在太陽(yáng)黑子極大值年前后，環(huán)渤海地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)旱災(zāi)的防治工作。

表3 太陽(yáng)黑子極值年附近的環(huán)渤海地區(qū)旱澇特征

進(jìn)一步分析太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期與環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害等級(jí)分布特征的相關(guān)性(圖4)，二者呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且通過了99%的置信水平檢驗(yàn)，即黑子相對(duì)數(shù)越大，旱澇等級(jí)越大，干旱的程度就越大，反之，黑子相對(duì)數(shù)越小，旱澇等級(jí)越小，雨澇的程度就越大。環(huán)渤海地區(qū)18次旱災(zāi)中10次發(fā)生在黑子活動(dòng)下降段，4次發(fā)生在上升段，3次發(fā)生在峰值年，1次發(fā)生在谷值年；14次澇災(zāi)中有9次發(fā)生在黑子活動(dòng)下降段，4次發(fā)生在上升段，還有1次發(fā)生在谷值年。太陽(yáng)黑子活動(dòng)的單數(shù)周期(21、23周)內(nèi)發(fā)生旱災(zāi)11次、澇災(zāi)僅3次，即易發(fā)生旱災(zāi)；而太陽(yáng)黑子活動(dòng)的雙數(shù)周期(20、22周)內(nèi)則發(fā)生旱災(zāi)7次、澇災(zāi)7次，即旱澇災(zāi)害交替發(fā)生。而目前正處于太陽(yáng)黑子活動(dòng)的第24周，故環(huán)渤海地區(qū)很可能是旱澇災(zāi)害交替發(fā)生。

圖4 太陽(yáng)黑子活動(dòng)與環(huán)渤海地區(qū)旱澇等級(jí)的關(guān)系Fig.4 The relationship between Sunspots and the drought and flood level over circum-Bohai-region

3.3 ENSO事件與旱澇災(zāi)害的相關(guān)性

ENSO事件是EL Nino(暖事件)和LA Nina(冷事件)的統(tǒng)稱[27-28]。為了更好地反應(yīng)出海表溫度的變化情況，文中選取Nino3.4區(qū)的海表溫度距平(SSTA)作為表征ENSO的指標(biāo)，以此判別冷暖事件。將Nino3.4區(qū)海表溫度距平值持續(xù)6個(gè)月以上高于正常值的年份定義為EL Nino年；將Nino3.4區(qū)海表溫度距平值持續(xù)6個(gè)月以上低于正常值的年份定義為L(zhǎng)A Nina年[18]。據(jù)此統(tǒng)計(jì)可得，1961-2013年間ENSO暖事件年份有19個(gè)；ENSO暖事件年份有18個(gè)；正常年份有16個(gè)。為了進(jìn)一步研究ENSO事件發(fā)生和變化的特征，文中根據(jù)Nino3.4區(qū)海表溫度距平值的高低將ENSO暖事件按強(qiáng)(3)、中等(2)、弱(1)的標(biāo)準(zhǔn)，將ENSO冷事件按強(qiáng)(-3)、中等(-2)、弱(-1)的標(biāo)準(zhǔn)劃分為不同等級(jí)[18]。

對(duì)ENSO事件與1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析(圖5)，從整體上來看，ENSO事件與相應(yīng)年份的旱澇指數(shù)呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，且通過了90%的置信水平檢驗(yàn)，即EL Nino事件強(qiáng)度越大，旱澇指數(shù)越小，旱災(zāi)發(fā)生的可能性就越大，反之，LA Nina事件強(qiáng)度越大，旱澇指數(shù)越大，澇災(zāi)發(fā)生的可能性就越大。從年代變化來看，ENSO事件與旱澇指數(shù)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(僅20世紀(jì)80年代呈微弱正相關(guān))，其中20世紀(jì)70年代的負(fù)相關(guān)顯著性通過了95%的置信水平檢驗(yàn)，60年代、21世紀(jì)初14 a的負(fù)相關(guān)顯著性均通過了90%的置信水平檢驗(yàn)。EL Nino事件強(qiáng)度到達(dá)峰值時(shí)(1972，1982-1983，1997，2009年)，旱澇指數(shù)波動(dòng)曲線多位于谷值，或存在約1 a的偏差；LA Nina事件強(qiáng)度到達(dá)峰值時(shí)，旱澇指數(shù)波動(dòng)曲線或位于峰值(1973、2007、2010年)，或位于谷值(1988、1999年)，可能存在約1 a的偏差。

統(tǒng)計(jì)分析ENSO事件對(duì)應(yīng)年份的旱澇災(zāi)害分布特征(表4)，以便發(fā)現(xiàn)ENSO事件與環(huán)渤海地區(qū)旱澇特征的具體關(guān)系。1961-2013年間環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害總頻次達(dá)32次，發(fā)生在ENSO事件年份的共24次(占75%)，其中EL Nino年和LA Nina年各發(fā)生12次。19個(gè)EL Nino年中，旱澇災(zāi)害頻次占63.16%，包括10次旱災(zāi)(3次重旱、5次大旱、2次偏旱)，2次澇災(zāi)(1次重澇、1次大澇)；18個(gè)LA Nina年中，旱澇災(zāi)害頻次占66.67%，包括8次澇災(zāi)(5次重澇、1次大澇、2次偏澇)，3次旱災(zāi)(1次重旱、1次大旱、1次偏旱)。綜上所述，環(huán)渤海地區(qū)在EL Nino年和LA Nina年發(fā)生旱澇災(zāi)害的頻率基本一致，且在EL Nino年發(fā)生旱災(zāi)的概率明顯高于澇災(zāi)；而在LA Nina年則是發(fā)生澇災(zāi)的概率大于旱災(zāi)。因此，環(huán)渤海地區(qū)在EL Nino年前后需加強(qiáng)旱災(zāi)的防治，反之在LA Nina年應(yīng)偏重于澇災(zāi)的防治。

進(jìn)一步分析ENSO事件強(qiáng)度與環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害等級(jí)分布特征的相關(guān)性(圖6)可知，二者呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且通過了95%的置信水平檢驗(yàn)，即EL Nino事件強(qiáng)度越大，旱澇等級(jí)越小，干旱的程度就越大，反之，LA Nina事件強(qiáng)度越大，旱澇等級(jí)越大，雨澇的程度就越大。環(huán)渤海地區(qū)18次旱災(zāi)中10次發(fā)生在EL Nino年，4次發(fā)生在LA Nina年，4次發(fā)生在正常年份。其中，5次重旱發(fā)生在EL Nino年和LA Nina年的概率分別為60%和40%；10次大旱中，50%發(fā)生在EL Nino年，40%發(fā)生在正常年份，還有10%發(fā)生在LA Nina年；3次偏旱中，發(fā)生在EL Nino年和LA Nina年的概率分別為66.7%和 33.3%。此外，環(huán)渤海地區(qū)14次澇災(zāi)中有8次發(fā)生在LA Nina年，4次發(fā)生在正常年份，還有2次發(fā)生在EL Nino年。其中，7次重澇中發(fā)生在LA Nina年的概率為71.4%，正常年份和EL Nino年的發(fā)生概率均為14.3%；3次大澇在LA Nina年、EL Nino年和正常年份各發(fā)生1次；4次偏澇的發(fā)生概率為L(zhǎng)A Nina年和正常年份各占50%。

圖5 ENSO事件與環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)的關(guān)系Fig.5 The relationship between ENSO events and the drought and flood index over circum-Bohai-region

表4 EL Nino年和LA Nina年的環(huán)渤海地區(qū)旱澇特征

圖6 ENSO事件與環(huán)渤海地區(qū)旱澇等級(jí)的關(guān)系Fig.6 The relationship between ENSO events and the drought and flood level over circum-Bohai-region

3.4 時(shí)間序列周期的相關(guān)性分析

運(yùn)用Morlet連續(xù)復(fù)小波對(duì)比分析環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)、太陽(yáng)黑子活動(dòng)及ENSO事件的時(shí)間序列周期變化(圖7)，其中橫軸對(duì)應(yīng)時(shí)間位移，而縱軸則對(duì)應(yīng)時(shí)間尺度。分析太陽(yáng)黑子活動(dòng)的時(shí)間序列變化(圖7a)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子活動(dòng)存在8～11 a左右的準(zhǔn)周期變化，且1961-2013年間表現(xiàn)為黑子活動(dòng)平靜期和黑子活動(dòng)活躍期的5次交替發(fā)生過程。其中，黑子活動(dòng)活躍期包括1968-1972年， 1978-1982年，1989-1993年，1999-2003年，2010年至今；黑子活動(dòng)平靜期包括1963-1967年，1973-1977年，1984-1988年，1994-1998年，2005-2009年。

分析ENSO事件的時(shí)間序列演變過程(圖7b)，可知ENSO事件存在6～12 a左右的周期變化，且在1961-2013年間表現(xiàn)為暖事件時(shí)期和冷事件時(shí)期的5次交替發(fā)生過程。其中，1962-1967年、1978-1984年、1990-1995年、2001-2004年、2008-2010年為暖事件時(shí)期；而1970-1976年、1986-1989年、1996-2001年、2005-2007年、2011年至今為冷事件時(shí)期。此外，ENSO事件的時(shí)間序列變化過程存在明顯的周期縮短現(xiàn)象。

分析環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)的時(shí)間序列變化(圖7c)，得出其旱澇指數(shù)存在7～10 a(小尺度)、15～17 a(中尺度)、40 a(大尺度)左右的準(zhǔn)周期變化，且對(duì)應(yīng)于旱澇指數(shù)的各時(shí)間尺度周期，均表現(xiàn)為降水充沛期與降水偏少期的交替發(fā)生過程。尤其是對(duì)應(yīng)于7～10 a(小尺度)的旱澇指數(shù)演變，存在5次旱澇交替過程，分別是1961-1965年，1972-1976年，1983-1987年，1993-1997年，2001-2005年的降水充沛期和1966-1971年，1978-1983年，1988-1992年，1998-2000年，2006-2010年的降水偏少期。此外，各時(shí)間尺度周期整體呈下滑趨勢(shì)，尤其是小尺度時(shí)間周期變化表現(xiàn)出一定的年代特征，其中20世紀(jì)60-70年代的較強(qiáng)振幅周期為10 a；20世紀(jì)80-90年代的較強(qiáng)振幅周期為8～9 a；21世紀(jì)以來的較強(qiáng)振幅周期為6～7 a。

對(duì)比分析可得，首先環(huán)渤海地區(qū)的旱澇指數(shù)小尺度時(shí)間周期與太陽(yáng)黑子活動(dòng)表現(xiàn)為良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即黑子活動(dòng)平靜期對(duì)應(yīng)降水充沛期，黑子活動(dòng)活躍期對(duì)應(yīng)降水偏少期，表明太陽(yáng)黑子活動(dòng)對(duì)環(huán)渤海地區(qū)的旱澇交替有較大影響。未來幾年太陽(yáng)黑子活動(dòng)將從活躍期向平靜期過度，受其影響環(huán)渤海地區(qū)很可能由降水偏少期轉(zhuǎn)為降水充沛期。其次，環(huán)渤海地區(qū)的旱澇指數(shù)小尺度時(shí)間周期與ENSO事件對(duì)應(yīng)關(guān)系不太一致，存在交錯(cuò)的現(xiàn)象，但旱澇指數(shù)各時(shí)間尺度周期的下滑很可能是受到ENSO事件的帶動(dòng)和影響，表明ENSO事件對(duì)環(huán)渤海地區(qū)旱澇周期有較大影響。

圖7 太陽(yáng)黑子活動(dòng)(a)、ENSO事件(b)和環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)(c)小波分析圖Fig.7 The wavelet analysis of Sunspots (a), the ENSO events (b) and the drought and flood index over circum-Bohai-region (c)

4 結(jié) 論

本文研究了1961-2013年環(huán)渤海地區(qū)旱澇變化特征，并深入分析引發(fā)旱澇災(zāi)害的相關(guān)機(jī)理，得出以下結(jié)論：

1) 近53 a環(huán)渤海地區(qū)旱澇災(zāi)害頻發(fā)，但旱災(zāi)略多于澇災(zāi)，故整體偏旱，且干旱略有加重趨勢(shì)。

2) 黑子相對(duì)數(shù)與環(huán)渤海地區(qū)旱澇指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性，與旱澇等級(jí)呈顯著正相關(guān)性；旱澇災(zāi)害在黑子極大值年附近的發(fā)生頻率高于極小值年，且極大值年附近的旱災(zāi)明顯多于澇災(zāi)；黑子活動(dòng)的單數(shù)周期內(nèi)易發(fā)生旱災(zāi)，雙數(shù)周期內(nèi)則旱澇災(zāi)害交替發(fā)生。

3) ENSO事件與旱澇指數(shù)呈明顯負(fù)相關(guān)性，與旱澇等級(jí)呈顯著正相關(guān)性；旱澇災(zāi)害在EL Nino年和LA Nina年的發(fā)生頻率基本一致，且EL Nino年旱災(zāi)發(fā)生概率明顯高于澇災(zāi)。

4) 太陽(yáng)黑子活動(dòng)與旱澇指數(shù)小尺度周期對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，即黑子活動(dòng)平靜期對(duì)應(yīng)降水充沛期，黑子活動(dòng)活躍期對(duì)應(yīng)降水偏少期，故太陽(yáng)黑子活動(dòng)對(duì)旱澇交替有較大影響；ENSO事件與旱澇指數(shù)小尺度周期對(duì)應(yīng)關(guān)系不太一致，存在交錯(cuò)現(xiàn)象，但ENSO事件對(duì)旱澇指數(shù)各尺度周期的下滑有較大影響。

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Statistical study of the relationship between the drought and flood over circum-Bohai-region and the Sunspot activity and ENSO

WANGLulu,YANJunping,HANXiaomin

(College of Tourism and Environment Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China)

Based on monthly measured precipitation data of 60 meteorological stations over circum-Bohai-region from 1961 to 2013, the level and distribution years of the drought and flood were determined by usingZindex. In order to explore the relative mechanism of the drought and flood over circum-Bohai-region, correlation analysis between the Sunspot activities and the drought and flood, and between ENSO events and the drought and flood was conducted, respectively, by using frequency analysis and Morlet wavelet method. The results showed that: ① The drought and flood occurred frequently, and the drought was slightly higher than the flood over circum-Bohai-region from 1961 to 2013. ② There was a significant negative correlation between relative Sunspot number and drought and flood index, and a significant positive correlation between relative Sunspot number and drought and flood level. The frequency of occurrence of the drought and flood in the Sunspot maximum years was higher than in the minimum years,and the drought was significantly more than the flood in the Sunspot maximum years. It was prone to the drought in singular cycle of Sunspot activity, while the drought and flood occurred alternately within dual period of Sunspot activity. ③ There was a significant negative correlation between ENSO events and drought and flood index,and a significant positive correlation between ENSO events and drought and flood level. The frequency of the drought and flood was the same in the EL Nino years and LA Nina years, and probability of the drought was significantly higher than the flood in the EL Nino years. ④ There was a good corresponding relationship between the Sunspot activities and small scale period of drought and flood index , namely, the quiet period of Sunspot corresponded to the abundant precipitation period and the active period of Sunspot corresponded to the less rainfall period, indicating that the Sunspot activities had a great influence on the alternating of drought and flood. The corresponding relationship was not consistent between ENSO events and small scale period of drought and flood index with the existence of staggered phenomenon, while ENSO events had great effect on the slipping of each scale period of drought and flood index.

the drought and flood; Sunspot; the ENSO events; circum-Bohai-region

10.13471/j.cnki.acta.snus.2016.01.021

2015-01-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41171090)；國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(14AZD094)

王璐璐(1989年生)，女；研究方向：區(qū)域開發(fā)與城鄉(xiāng)發(fā)展；通訊作者：延軍平;E-mail:yanjp@snnu.edu.cn

P429

A

0529-6579(2016)01-0123-08