江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值分析

吳 蕓，周亮廣，王 麗

(1.滁州學(xué)院 地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239000；2.華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值分析

吳 蕓1，2，周亮廣1，王 麗1

(1.滁州學(xué)院 地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239000；2.華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

洪澇；干旱；致災(zāi)氣候閾值；SPI；農(nóng)作物受災(zāi)面積；江淮分水嶺地區(qū)

采用江淮分水嶺及周邊地區(qū)1960—2010年14個氣象站點(diǎn)的逐日降水量數(shù)據(jù)，運(yùn)用澇災(zāi)閾值法和SPI指數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù))法，確定了旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值，分析了不同等級旱澇災(zāi)害時空分布特征，同時結(jié)合1989—2010年區(qū)域農(nóng)作物受災(zāi)情況，進(jìn)一步探究了致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物受災(zāi)面積之間的關(guān)系。采用1960—2010年降水量數(shù)據(jù)計(jì)算得到了江淮分水嶺地區(qū)5級澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值，通過SPI指數(shù)確定了旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值。對比分析結(jié)果顯示，典型旱、澇災(zāi)年份旱、澇災(zāi)空間分布情況與實(shí)際情況較為吻合，說明兩種旱澇閾值方法都適用于江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害分析。進(jìn)一步通過構(gòu)建致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物受災(zāi)面積之間的關(guān)系模型,發(fā)現(xiàn)旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與實(shí)際旱災(zāi)受災(zāi)面積之間存在著較高的相關(guān)性，而澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與澇災(zāi)受災(zāi)面積之間相關(guān)性相對較小。

江淮分水嶺地區(qū)位于安徽省中部，主要包括滁州、合肥、淮南、六安4市22縣(市、區(qū))的400多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積2萬km2，是安徽省重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。該區(qū)位于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)向暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)轉(zhuǎn)換的過渡帶，受季風(fēng)氣候影響，年均降水量900～1 000 mm，降水量相對充沛，但空間分布差異明顯、年際與季節(jié)變化大。區(qū)內(nèi)丘陵起伏、崗沖交錯、地形破碎，水資源難以大量蓄用。土壤以水稻土、黃棕壤土、黃褐土為主，通氣、透氣性差，下滲難，易龜裂。特殊的氣候、地形和土壤條件，造成該區(qū)農(nóng)作物易旱易澇，尤以旱災(zāi)影響最為突出[1]。

江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害問題受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注：有些學(xué)者采取百分位法[2]、分級法[3]和超門限峰值抽樣法等定義極端降水閾值，通過汛期降水與形成洪澇災(zāi)害關(guān)系的定量研究，得到了江淮分水嶺地區(qū)澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值的相關(guān)研究成果；還有些學(xué)者如楊書運(yùn)等[4-6]分別從不同角度、采用多種方法探討了江淮分水嶺地區(qū)旱澇情況，得到了許多重要的結(jié)論。旱澇災(zāi)害發(fā)生的最低指標(biāo)與災(zāi)害造成損失之間的關(guān)系，即旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值。本研究選用澇災(zāi)閾值法和SPI指數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù))法分析江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值，并進(jìn)一步分析致災(zāi)氣候閾值與受災(zāi)面積之間的關(guān)系，以積極應(yīng)對當(dāng)?shù)貧夂蜃兓?，減輕旱澇災(zāi)害損失，為提高防災(zāi)減災(zāi)能力提供科學(xué)依據(jù)，這對合理指導(dǎo)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)來源與技術(shù)方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

江淮分水嶺地區(qū)降水量數(shù)據(jù)來自安徽省氣象中心地面氣象記錄月報(bào)表中的統(tǒng)計(jì)資料，包括合肥、淮安、壽縣、固始、盱眙、桐城和霍山等14個氣象站點(diǎn)1960—2010年逐日降水量數(shù)據(jù)。農(nóng)作物旱災(zāi)、澇災(zāi)受災(zāi)面積數(shù)據(jù)來自《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》(1989—2010年)。

1.2 研究方法

(1)澇災(zāi)閾值法。澇災(zāi)閾值法是一種簡單而有效的計(jì)算方法，可以反映某一區(qū)域澇災(zāi)受災(zāi)程度。澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值計(jì)算公式為

TV=RC/RA

(1)

式中：TV為澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值；RC為1960—2010年江淮分水嶺地區(qū)各站點(diǎn)年均汛期(6—8月)降水量，mm；RA為1960—2010年江淮分水嶺地區(qū)各站點(diǎn)年均降水量，mm。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)。SPI是表征某時段降水量出現(xiàn)概率的指標(biāo)，能夠反映不同時間尺度和不同地區(qū)的旱澇情況，以及干旱程度的年際變化[7]。SPI的計(jì)算公式[8]為

(2)

當(dāng)G(x)gt;0.5時，S=1；當(dāng)G(x) ≤0.5時，S=-1。G(x)由Γ分布函數(shù)概率密度積分公式求得，即

(3)

式中：β、γ分別為Γ分布函數(shù)的形狀和尺度參數(shù)，βgt;0，γgt;0。

根據(jù)各個氣象站點(diǎn)50多年逐日降水量數(shù)據(jù)依次計(jì)算月度、季度和年度降水量，再運(yùn)用公式(2)、(3)，計(jì)算不同時間尺度上的SPI值。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，不同干旱等級對應(yīng)的SPI值域?yàn)椋簾o旱，SPIgt;-0.5；輕旱，-1.0lt;SPI≤-0.5；中旱，-1.5lt;SPI≤-1.0；重旱，-2.0lt;SPI≤-1.5；特旱，SPI≤-2.0。

2 江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值分析

2.1 降水量變化分析

1960—2010年江淮分水嶺地區(qū)年降水量分布見圖1?？梢钥闯?，1960—2010年降水量年際變化較大，最大年降水量出現(xiàn)在1991年，為1 693.04 mm，最小年降水量出現(xiàn)在1978年，僅為540.57 mm。

圖1 1960—2010年降水量時間變化

利用1960—2010年江淮分水嶺地區(qū)14個氣象站點(diǎn)多年平均降水量做反距離插值分析，得出多年平均降水量的空間分布見圖2。由圖2知，除合肥市市轄區(qū)比周邊地區(qū)年均降水量少外，基本呈現(xiàn)從西南向北部、東北向西北逐漸減少的趨勢，其中：西南部六安境內(nèi)降水量最多，超過1 359 mm；北部地區(qū)降水量相對較少，低于828 mm?？傮w來說，該區(qū)多年平均降水量大于800 mm，降水較為充足。

圖2 1960—2010年平均降水量空間變化

2.2 澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值分析

根據(jù)1960—2010年汛期降水量及公式(1)計(jì)算得到各年的澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值，結(jié)合袁媛等[9]關(guān)于江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害的研究成果，挑選出區(qū)域內(nèi)發(fā)生洪澇災(zāi)害較為嚴(yán)重的6個年份，即1962、1969、1980、1987、1991、1998年。根據(jù)文獻(xiàn)[10]將澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值等級劃分為正常(1.0≤Tvlt;1.2)、輕澇(1.2≤Tvlt;1.8)、中澇(1.8≤Tvlt;2.5)、重澇(2.5≤Tvlt;3.0)、特澇(Tv≥3.0)。按此標(biāo)準(zhǔn)，選出澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值較高的3個年份，即1969、1987、1998年，運(yùn)用江淮分水嶺地區(qū)14個氣象站點(diǎn)降水量數(shù)據(jù)在ArcGIS中做反距離插值分析，得到3年的澇災(zāi)等級圖見圖3。

圖3 江淮分水嶺地區(qū)典型澇災(zāi)年澇災(zāi)等級分布

2.3 旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值分析

采用SPI指數(shù)法確定旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值。利用公式(2)、(3)計(jì)算江淮分水嶺地區(qū)1960—2010年的SPI指數(shù)，結(jié)果見圖4?？梢?，1966、1978、1994年的SPI值均小于-1，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)的干旱等級標(biāo)準(zhǔn)，1978年為特旱年，1966年為重旱年，1994年為中旱年，與文獻(xiàn)[9]研究成果一致。

圖4 1960—2010年江淮分水嶺地區(qū)SPI指數(shù)隨時間變化趨勢

用旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值分析江淮分水嶺地區(qū)旱災(zāi)年旱災(zāi)等級空間分布情況，結(jié)果見圖5。可見，1966年合肥市市轄區(qū)及附近地區(qū)表現(xiàn)為中旱，其他地區(qū)為重旱；1978年合肥市市轄區(qū)及肥西縣為特旱，滁州市市轄區(qū)為中旱，其他區(qū)域?yàn)橹睾担?994年西南部為輕旱，東部為重旱，中部為中旱。本研究旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值所反映的旱災(zāi)空間分布情況，與《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》記載實(shí)際年份發(fā)生的旱災(zāi)情況較為吻合。

圖5 江淮分水嶺地區(qū)典型旱災(zāi)年旱災(zāi)等級分布

3 農(nóng)作物旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積與旱澇致災(zāi)氣候閾值關(guān)系分析

選取江淮分水嶺地區(qū)發(fā)生澇災(zāi)和旱災(zāi)的年份，分別研究這些年份旱、澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值與該地區(qū)農(nóng)作物旱、澇受災(zāi)面積之間的關(guān)系，并用散點(diǎn)圖做回歸分析(圖6、7)。從圖6可知，計(jì)算出的旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值和區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物實(shí)際旱災(zāi)受災(zāi)面積有著很高的相關(guān)性，高達(dá)0.90，擬合公式為

y=-51.483x-21.817

(4)

式中：x為旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值；y為農(nóng)作物旱災(zāi)受災(zāi)面積，萬hm2。

由圖7可知，江淮分水嶺地區(qū)澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物澇災(zāi)受災(zāi)面積之間的相關(guān)系數(shù)為0.645 8，擬合公式為

y=4.548 7x-4.922 6

(5)

其中：x是澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值；y為農(nóng)作物澇災(zāi)受災(zāi)面積，萬hm2。

可見，江淮分水嶺地區(qū)旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物受災(zāi)面積之間存在著較高的相關(guān)性，而澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物受災(zāi)面積之間相關(guān)性較小。該研究成果對評估農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積意義重大，能為江淮分水嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)災(zāi)情預(yù)測與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

圖6 旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物受災(zāi)面積的關(guān)系

圖7 澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物受災(zāi)面積的關(guān)系

4 結(jié) 語

(1)江淮分水嶺地區(qū)降水量變化幅度較大，多年平均降水量空間分布呈現(xiàn)從西南向北部、東北向西北逐漸減少的趨勢，旱澇災(zāi)害頻發(fā)。

(2)根據(jù)1960—2010年降水量數(shù)據(jù)分析確定了江淮分水嶺地區(qū)5級澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值，典型的澇災(zāi)年份與實(shí)際情況較為吻合；通過SPI指數(shù)確定了旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值，典型的旱災(zāi)年所反映的旱災(zāi)空間分布情況與實(shí)際也較為吻合。這說明兩種旱澇閾值方法適于江淮分水嶺地區(qū)災(zāi)害分析。

(3)對江淮分水嶺地區(qū)旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值與農(nóng)作物旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，旱災(zāi)致災(zāi)氣候閾值和旱災(zāi)受災(zāi)面積關(guān)系密切，而澇災(zāi)致災(zāi)氣候閾值與澇災(zāi)受災(zāi)面積的相關(guān)性較小。

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吳蕓(1993—)，女，安徽銅陵市人，學(xué)士，研究方向?yàn)榈乩砜茖W(xué)；通信作者周亮廣(1981—)，男，山東桓臺縣人，講師，碩士，研究方向?yàn)樗乃Y源與GIS。

2016-12-19

(責(zé)任編輯 李楊楊)

P467

A

1000-0941(2017)11-0061-04

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