中國南北過渡帶短周期旱澇急轉(zhuǎn)及潛在驅(qū)動(dòng)因素分析

雷曉平，宋小燕，2，果華雯，馬 瑞，宋松柏，2

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100；3.北京良鄉(xiāng)藍(lán)鑫水利工程設(shè)計(jì)有限公司，北京房山 102401）

引言

21世紀(jì)以來，氣候系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸減弱，干旱、洪澇等極端氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，環(huán)境變化風(fēng)險(xiǎn)不斷增加［1-4］。這些嚴(yán)峻的環(huán)境形勢給人類社會(huì)、自然的有序發(fā)展帶來了巨大壓力。近60年來，全球因極端事件遭受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，亞洲因旱澇災(zāi)害導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)9 180億美元；大洋洲經(jīng)濟(jì)損失最少，但也累計(jì)達(dá)到640億美元。其中中國、美國和加拿大是損失最為慘重的3個(gè)國家［5］。愈加頻繁的災(zāi)害可能會(huì)相互作用發(fā)展成為復(fù)合型災(zāi)害［6］，從而釀成更大的損失，在一定時(shí)期內(nèi)，干旱、洪澇交替出現(xiàn)的旱澇急轉(zhuǎn)事件便屬于這一類型的災(zāi)害，與單一的旱澇災(zāi)害相比，旱澇急轉(zhuǎn)帶來的影響更大、造成的損失可能更嚴(yán)重。旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象在中國地區(qū)時(shí)有發(fā)生，典型的如2011年中國長江中下游地區(qū)1～5月連續(xù)偏旱，6月接連出現(xiàn)5次強(qiáng)降水，發(fā)生嚴(yán)重旱澇急轉(zhuǎn)［7］；2015年廣西地區(qū)3～4月降水量嚴(yán)重偏少，5月發(fā)生6次強(qiáng)降水，旱澇急轉(zhuǎn)特征十分凸顯［8］。

近年來，許多學(xué)者定量研究了我國南方地區(qū)（流域）的旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)空演變特征，并進(jìn)一步對(duì)典型旱澇急轉(zhuǎn)形成機(jī)理展開了分析，得出旱澇異常與大尺度大氣環(huán)流形勢存在聯(lián)系。例如，Wu等［9］研究指出長江中下游地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)的旱期和澇期內(nèi)西太平洋副熱帶高壓、南亞高壓等大氣環(huán)流特征差異明顯；閃麗潔等［10］進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)長江中下游流域旱澇急轉(zhuǎn)事件ENSO事件密切相關(guān)。由于我國干旱的區(qū)域性和階段性突出；洪澇災(zāi)害的分布具有明顯的地域性，且分布極不均勻［11］，北方地區(qū)在春季和汛期也同樣容易發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)。例如，時(shí)興合等發(fā)現(xiàn)青海省北部春季旱澇急轉(zhuǎn)除了受大氣環(huán)流影響外，還與春夏過渡時(shí)間提前有關(guān)［12］；Wu等［6］指出平均水汽壓和北極濤動(dòng)（AO）是影響渭河流域旱澇急轉(zhuǎn)的主要因子。這些成果為地區(qū)（流域）水資源綜合利用、糧食安全、環(huán)境保護(hù)等方面提供了科學(xué)依據(jù)；對(duì)于進(jìn)一步詮釋極端事件發(fā)生并提出有效對(duì)策具有重要的參考價(jià)值。

中國南北過渡帶，作為連接?xùn)|西，承接南北的過渡區(qū)域，特殊的地理位置和氣候條件使得區(qū)域內(nèi)自然災(zāi)害呈現(xiàn)種類多、強(qiáng)度大、成災(zāi)重的特點(diǎn)［13］。已有研究表明，過渡帶內(nèi)水土流失嚴(yán)重，山區(qū)洪水發(fā)育頻繁［14］；干旱強(qiáng)度、歷時(shí)以及不同等級(jí)的干旱發(fā)生頻率均呈上升趨勢［15］；年平均水面蒸發(fā)量上升趨勢較為顯著，且未來一段時(shí)間內(nèi)，水面蒸發(fā)量還將會(huì)持續(xù)上升［16］。然而過渡區(qū)域內(nèi)的旱澇急轉(zhuǎn)情況如何，時(shí)空演變特征如何，形成機(jī)理又如何？目前尚未得到關(guān)注。鑒于此，本文根據(jù)中國南北過渡帶32個(gè)站點(diǎn)1960-2018年的逐月降水資料，利用短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（SDFAI），研究區(qū)域內(nèi)5～9月內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)的演變特征，淺析其可能的成因，以期能夠?yàn)殛U述研究區(qū)內(nèi)的旱澇急轉(zhuǎn)過程以及相應(yīng)的防控規(guī)劃和減災(zāi)措施提供一些理論支持。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

中國南北過渡帶的概念源自2017年國家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)“中國南北過渡帶綜合科學(xué)考察”，我國的南北分界線被拓展成為南北過渡帶，包括了河南、湖北、重慶、四川、甘肅、陜西6省市的80個(gè)縣［17］，其地理位置如圖1所示。南北過渡帶主體為秦巴山地，秦巴山地是由秦嶺-大巴山共同組成的一個(gè)完整的地理地貌單元，地跨長江、黃河、淮河三大流域，具有多維地帶性、高度環(huán)境復(fù)雜性、生物多樣性以及氣候敏感性［18］。區(qū)域內(nèi)地勢起伏，海拔差明顯［19］，河谷極為發(fā)育；而且地質(zhì)條件復(fù)雜，山體穩(wěn)定性差［20］。特殊的地形也使得區(qū)域內(nèi)氣候類型多樣，垂直變化顯著，整體呈現(xiàn)出冬季寒冷少雨，夏季炎熱多雨，并伴有伏旱，春季干燥，秋季濕潤的特征［21］。此外，秦嶺是年降水800 mm分界線，夏季降水400 mm分界線；大巴山是年降水1 000 mm分界線，夏季降水500 mm分界線［22］。

圖1 研究區(qū)地理位置分布圖Fig.1 Geographical location distribution of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的研究資料包括地面觀測站降水量數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)和大氣環(huán)流指數(shù)。其中降水量數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn）提供的研究區(qū)氣象站1960-2018年的32個(gè)站點(diǎn)5～9月逐月降水?dāng)?shù)據(jù)。再分析數(shù)據(jù)包括500 hPa、200 hPa位勢高度、850 hPa溫度、相對(duì)濕度、經(jīng)向風(fēng)速和緯向風(fēng)速月平均值，空間分辨率為0.25o×0.25o，下載地址：https：//psl.noaa.gov/data/gridded/data.ncep.reanalysis.derived.pressure.html。大氣環(huán)流指數(shù)包括北極濤動(dòng)指數(shù)（AO）、NINO 3.4區(qū)域海溫指數(shù)（NINO 3.4）、太陽黑子指數(shù)（TSNI）、太平洋年代際濤動(dòng)指數(shù)（PDO），均下載自中國氣象局國家氣候中心（http：//cmdp.ncc-cma.net/cn/download.htm）。

1.3 研究方法

1.3.1 短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（SDFAI）

本文采用張水鋒等［23］提出的短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)進(jìn)行南北過渡帶旱澇急轉(zhuǎn)特征分析，研究中該指數(shù)將旱、澇時(shí)間尺度選取為一個(gè)月，如5月旱、6月澇（即旱轉(zhuǎn)澇），或者5月澇、6月旱（即澇轉(zhuǎn)旱）。為去除不同地區(qū)的降水量差異，故需先將降水量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后計(jì)算SDFAI，具體公式如下：

式中：Pi為第i時(shí)段降水量為平均降水量mm；N為樣本數(shù)。

式中：Ri為某月的標(biāo)準(zhǔn)化降水量；Ri+1為后一個(gè)月的標(biāo)準(zhǔn)化降水量值；Ri+1-Ri代表旱澇急轉(zhuǎn)強(qiáng)度；|Ri+1|+|Ri|代表旱澇強(qiáng)度；3.2-|Ri+1|+|Ri|為權(quán)重系數(shù)，作用是增加短周期旱澇急轉(zhuǎn)事件的權(quán)重，|SDFAI|＞1表明發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)。

1.3.2 分析方法

基于5～9月各時(shí)段內(nèi)32個(gè)站點(diǎn)的SDFAI和旱澇急轉(zhuǎn)事件篩選結(jié)果，采用M-K趨勢分析法進(jìn)行歷史變化趨勢分析，統(tǒng)計(jì)量|Z|越大表明趨勢越顯著，如果Z值絕對(duì)值大于1.96，則通過了0.05的顯著性水平；采用R/S分析法計(jì)算Hurst指數(shù)進(jìn)行長期變化趨勢，Hurst=0.5表明序列呈現(xiàn)出隨機(jī)游走，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的布朗運(yùn)動(dòng)；0.5＜Hurst＜1表明時(shí)間序列就有持續(xù)性；0＜Hurst＜0.5表明時(shí)間序列具有反持續(xù)性；采用M-K突變檢驗(yàn)和滑動(dòng)T檢驗(yàn)共同進(jìn)行可能突變年份識(shí)別，增強(qiáng)結(jié)果可信度。采用交叉小波變換分析各時(shí)段SDFAI與大氣環(huán)流指數(shù)的時(shí)頻域關(guān)系，分析出潛在驅(qū)動(dòng)因素。上述方法具體計(jì)算過程可參考文獻(xiàn)［24-26］。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)間特征分析

圖2展示了基于SDFAI識(shí)別的旱澇急轉(zhuǎn)事件頻次年代變化情況。整體上，5～6月和6～7月內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)事件較為多發(fā)，旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱事件平均每年發(fā)生3次以上；其次，各時(shí)段內(nèi)的澇轉(zhuǎn)旱頻次均高于旱轉(zhuǎn)澇，尤其6～7月內(nèi)澇轉(zhuǎn)旱明顯偏多，表明過渡帶區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)以澇轉(zhuǎn)旱為主；而且各時(shí)段的一些年份只發(fā)生過旱轉(zhuǎn)澇事件或者澇轉(zhuǎn)旱事件；可以看到，1994年5～6月內(nèi)旱轉(zhuǎn)澇頻次和1998年8～9月內(nèi)澇轉(zhuǎn)旱頻次為研究時(shí)段內(nèi)最高，均達(dá)到27站次，屬于典型的旱澇急轉(zhuǎn)多發(fā)時(shí)期。另外，分析各時(shí)段旱澇急轉(zhuǎn)事件年代際變化情況表明1990 s為旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱事件年代際變化中較為清晰的轉(zhuǎn)折年代。可以看到，在4個(gè)時(shí)段的年代際旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱事件中，有3次峰值和3次谷值均出現(xiàn)在該年代，其序列前后趨勢整體呈現(xiàn)為“V型”和“倒V型”的變化特點(diǎn)。

圖2 旱澇急轉(zhuǎn)頻次變化圖Fig.2 Change of frequency of short-cycle drought and flood sudden alteration（SDFSA）

結(jié)合表1，在各時(shí)段內(nèi)，無論是旱轉(zhuǎn)澇事件，還是澇轉(zhuǎn)旱事件，其線性變化趨勢緩慢，且均未通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)。分別對(duì)4個(gè)時(shí)段內(nèi)旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱事件時(shí)間序列進(jìn)行M-K突變檢驗(yàn)，結(jié)合滑動(dòng)T檢驗(yàn)（分別取步長為4、6、8）尋找最可能的突變年份。由圖3可以看到，UF和UB統(tǒng)計(jì)量在2003-2009年之間出現(xiàn)多個(gè)交叉點(diǎn)，滑動(dòng)T檢驗(yàn)表明8～9月澇轉(zhuǎn)旱事件序列在2009年附近發(fā)生突變，突變以前，序列整體呈上升趨勢；突變以后，序列呈現(xiàn)下降趨勢。

表1 旱澇急轉(zhuǎn)頻次變化趨勢Table 1 Trend of frequency of short-cycle drought and flood sudden alteration（SDFSA）

圖3 8～9月澇轉(zhuǎn)旱事件突變?cè)\斷結(jié)果Fig.3 Diagnostic results of flood-to-drought from August to September

2.2 旱澇急轉(zhuǎn)空間分布特征分析

2.2.1 旱澇急轉(zhuǎn)頻次空間分析

5～6月、6～7月、7～8月、8～9月內(nèi)各站點(diǎn)旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱事件總頻次空間分布如圖4所示，圖中紅色越深，事件頻次越高；藍(lán)色越深，事件頻次越低?？梢院苤庇^地看到，旱轉(zhuǎn)澇和澇轉(zhuǎn)旱事件在5～6月和6～7月的空間分布頻次較高，且各時(shí)段內(nèi)澇轉(zhuǎn)旱事件空間分布頻次較高，如6～7月內(nèi)石泉站澇轉(zhuǎn)旱頻次高達(dá)12次。更具體的，5～6月內(nèi)過渡帶西部岷江一帶（如松潘站、岷縣站）旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱頻次空間分布較高，東部陜南、重慶一帶澇轉(zhuǎn)旱頻次相對(duì)較高；6～7月內(nèi)澇轉(zhuǎn)旱事件在陜西、重慶、湖北、四川在內(nèi)的大范圍地區(qū)（如石泉站、萬源站、佛坪站、安康站、鎮(zhèn)安站）發(fā)生頻次偏高。并且5～6月和6～7月內(nèi)旱轉(zhuǎn)澇在漢江下游分布頻次較高，這與趙英等［27］在漢江流域旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)空分析得出的結(jié)論基本一致。7～8月和8～9月內(nèi)的旱澇急轉(zhuǎn)事件則地區(qū)局部性較為突出。

圖4 旱澇急轉(zhuǎn)頻次空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of short-cycle drought and flood sudden alteration（SDFSA）

2.2.2 旱澇急轉(zhuǎn)趨勢空間分析

5～6月、6～7月、7～8月、8-9月內(nèi)SDFAI趨勢空間分布如圖5所示，圖中紅色表示趨勢為正；藍(lán)色表示趨勢為負(fù)。從圖中可以看到，各時(shí)段內(nèi)區(qū)域的SDFAI增大（減?。┶厔莼静伙@著。另外，5～6月內(nèi)出四川境內(nèi)岷江流域和湖北局部地區(qū)外，大部分地區(qū)Z＞0，表明旱澇急轉(zhuǎn)變化趨勢傾向于旱轉(zhuǎn)澇；而6～7月區(qū)域Z值整體以負(fù)值為主，澇轉(zhuǎn)旱有增加的趨勢；7～8月內(nèi)陜西、湖北、河南境內(nèi)Z＞0，旱轉(zhuǎn)澇有增加的趨勢，四川、重慶、甘肅境內(nèi)Z＜0，澇轉(zhuǎn)旱有增加的趨勢；8～9月旱澇急轉(zhuǎn)變化趨勢恰好與7～8月相反。為分析短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)長期的變化趨勢，采用R/S法分別計(jì)算各時(shí)段內(nèi)32個(gè)站點(diǎn)SDFAI序列的Hurst指數(shù)。結(jié)果顯示過渡帶內(nèi)各時(shí)段hurst指數(shù)均值分別為0.62、0.62、0.61、0.68（圖略），這表明過渡帶內(nèi)SDFAI序列具有較強(qiáng)持續(xù)性，因此過去的變化趨勢在未來一段時(shí)間內(nèi)可能仍然持續(xù)下去。

圖5 旱澇急轉(zhuǎn)趨勢空間分布圖Fig.5 Spatial trend distribution of short-cycle drought and flood sudden alteration index

3 典型旱澇急轉(zhuǎn)大氣環(huán)流特征分析

通過對(duì)南北過渡帶地區(qū)短周期旱澇急轉(zhuǎn)事件時(shí)空變化特征分析表明，該地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)形勢較為嚴(yán)峻，在1994年5～6月、1998年8～9月內(nèi)旱轉(zhuǎn)澇、澇轉(zhuǎn)旱發(fā)生站點(diǎn)數(shù)均高達(dá)27站次。選取這2個(gè)時(shí)期作為典型旱轉(zhuǎn)澇和澇轉(zhuǎn)旱時(shí)期，揭示期間大氣環(huán)流異常特征。

3.1 500 hPa合成高度場

中層大氣環(huán)流異常特征如圖6所示。1994年5月旱期，西太平洋副熱帶高壓（副高）面積、強(qiáng)度偏弱，其脊線位置位于19N°，西伸脊點(diǎn)在141.6 E°附近，表明副高主體偏南、偏東；孟加拉灣南支槽較常年偏弱，過渡帶區(qū)域主要受干冷高壓脊控制，干旱少雨。到了6月澇期，西太副高面積、強(qiáng)度增強(qiáng)，副高北跳，脊線北移約3.2個(gè)緯度，同時(shí)副高主體西伸至臺(tái)灣東部；過渡帶區(qū)域位于副高主體西北方向，水汽輸送充沛，有利于降水的增加。在1998年8～9月澇轉(zhuǎn)旱時(shí)期，情況恰好相反。在8月澇期，西太副高面積、強(qiáng)度幾乎達(dá)到全年最大；脊線位于26.5N°，較常年偏南；副高主體西伸至華南地區(qū)，過渡帶位于副高主體西北邊緣，水汽來源充沛，有利于降水的增加。而在9月澇期，西太副高面積、強(qiáng)度減弱，脊線位置略偏南，西伸脊點(diǎn)向東退至134.1E°，過渡帶區(qū)域主要受高壓脊控制，不利于降水。

圖6 500 hPa位勢高度場（黑色等值線，單位：dagpm）及位勢距平場（陰影，單位：dagpm）以及585 dagpm和588 dagpm（紅色等值線）氣候態(tài)分布Fig.6 Composite distribution of 500 hPa geopotential height field（black line，units：dagpm），500 hPa geopotential height anomaly field（the shaded，units：dagpm）and 585 dagpm and 588-dagpm climate geopotential

3.2 100 hPa合成高度場

圖7所示為高層大氣環(huán)流異常分布特征。在1994年5月旱期，南亞高壓主體位于中南半島，位置偏南，強(qiáng)度偏弱，過渡帶地區(qū)為高空西風(fēng)急流控制；進(jìn)入6月澇期后，南亞高壓中心移至印度西北部上空，強(qiáng)度增強(qiáng)，主體向東西伸展，此時(shí)，副高主體也相應(yīng)向西伸展。過渡帶地區(qū)位于南亞高壓主體東北邊緣，受反氣旋控制，上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，有利于降水增加。1998年8月澇期，南亞高壓主體中心位于伊朗高原上空，且異常偏強(qiáng)。副高與南亞高壓“西伸東進(jìn)、相向而行”十分突出，過渡帶地區(qū)受反氣旋影響強(qiáng)烈，有利于降水；轉(zhuǎn)入旱期后，南亞高壓主體東移至青藏高原上空，位置偏南，強(qiáng)度減弱，副高與南亞高壓“東退西進(jìn)，相背而離”。

圖7 100 hPa位勢高度場（單位：dagpm）及風(fēng)場（單位：m/s）Fig.7 Composite of 100 hPa geopotential height field（Units：dagpm）and wind anomaly field（Units：m/s）

3.3 850 hPa水汽通量場

圖8分別展示了典型旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)期的850 hPa水汽輸送通量及其距平的空間分布。可以看到，在2個(gè)典型時(shí)期南北過渡帶地區(qū)水汽源地主要為印度西南季風(fēng)區(qū)的水汽輸送。1994年5月旱期，區(qū)域整體水汽輸送通量距平為負(fù)，較常年偏低。當(dāng)大量水汽輸送至華南地區(qū)后被分為2股，一股剛好在過渡帶南側(cè)轉(zhuǎn)向并形成反氣旋式水汽輸送；另一股在臺(tái)灣附近同轉(zhuǎn)向的偏南氣流經(jīng)日本南部返回至太平洋，不利于降水的產(chǎn)生。6月澇期，水汽輸送通量較常年略高，較為充足的西南水汽被輸送至該地區(qū)，有利于降水的增加。1998年8月澇期水汽輸送通量較常年偏低，但仍有大量的水汽被輸送至過渡帶，為區(qū)域內(nèi)降水增加創(chuàng)造了必要的水汽條件；而在9月旱期，較充足的西南水汽在東海一帶轉(zhuǎn)向?yàn)闁|北氣流經(jīng)過研究區(qū)東南角并被輸送至華南地區(qū)，不利于過渡帶地區(qū)降水。

圖8 850 hPa水汽輸送場（單位：kg·hPa-1·m-1·s-1）及距平場（陰影，單位：kg·hPa-1·m-1·s-1）Fig.8 Composite of 850 hPa water vapor flux field（units：kg·hPa-1·m-1·s-1）and 850 hPa water vapor flux anomaly field（the shaded，units：kg·hPa-1·m-1·s-1）

4 SDFAI變化潛在驅(qū)動(dòng)因素分析

交叉小波變換可以很好地展示出兩個(gè)序列間地時(shí)頻域關(guān)系。本節(jié)對(duì)4個(gè)時(shí)段內(nèi)區(qū)域SDFAI與同時(shí)段（前一月與后一月）AO、NINO 3.4、TSNI、PDO 4項(xiàng)指數(shù)時(shí)間序列進(jìn)行交叉小波變換，以分析其主要潛在驅(qū)動(dòng)因素以及驅(qū)動(dòng)方向，結(jié)果如圖9所示，圖中細(xì)黑線表示小波影響錐線邊界，其包絡(luò)區(qū)域?yàn)橛行ёV值區(qū)；粗黑線包絡(luò)區(qū)域表明通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)?！ā┍硎維DFAI與大氣環(huán)流指數(shù)變化相位相同（相反）；↓（↑）表示SDFAI變化超前（滯后）于大氣環(huán)流指數(shù)。不難看出，SDFAI與同時(shí)段內(nèi)前后兩月AO的時(shí)頻域關(guān)系明顯不一致且整體偏弱；而且SDFAI與時(shí)段內(nèi)前一月的AO共振關(guān)系表現(xiàn)得略強(qiáng)，表明SDFAI變化受時(shí)段內(nèi)前一月AO的影響較大，但是其各時(shí)段內(nèi)驅(qū)動(dòng)方向差異較大，逐時(shí)段主要相關(guān)關(guān)系依次為負(fù)相關(guān)、SDFAI超前1/4周期、SDFAI滯后1/4周期、正相關(guān)。相較之下，SDFAI與同時(shí)段內(nèi)前后兩月NINO 3.4、TSNI、PDO的時(shí)頻域關(guān)系則呈現(xiàn)出高度的一致性。其中9～14年尺度上各時(shí)段內(nèi)SDFAI與TSNI在1975-2005年存在顯著性共振，5～6月內(nèi)SDFAI與TSNI先為正相關(guān)，然后表現(xiàn)為SDFAI滯后1/4周期；6～7月內(nèi)SDFAI與TSNI則先表現(xiàn)為SDFAI超前1/4周期，然后轉(zhuǎn)為負(fù)相關(guān)；7～8月和8～9月內(nèi)則均以SDFAI滯后1/4周期為主。另外，5～6月內(nèi)SDFAI與NINO 3.4、PDO分別在13年尺度、9～12年尺度上存在顯著性共振，表現(xiàn)為強(qiáng)烈且穩(wěn)定的正相關(guān)關(guān)系，6～7月和8～9月內(nèi)同樣尺度上則表現(xiàn)得相對(duì)較弱，時(shí)域范圍短，并且7～8月內(nèi)SDFAI與NINO 3.4、PDO則在6年左右尺度上存在小范圍正相關(guān)共振關(guān)系。

圖9 交叉小波變換結(jié)果Fig.9 Results of cross wavelet transform

整體而言，在AO、NINO 3.4、TSNI、PDO 4項(xiàng)指數(shù)中，TSNI對(duì)過渡帶SDFAI變化的影響最強(qiáng)，其相關(guān)關(guān)系主要為SDFAI滯后1/4周期，NINO 3.4和PDO次之，與SDFAI以正相關(guān)為主；AO對(duì)SDFAI變化的影響最小，時(shí)頻關(guān)系存在較大差異。

5 討論

通過對(duì)典型旱轉(zhuǎn)澇和澇轉(zhuǎn)旱時(shí)期的大尺度大氣環(huán)流的分析，旱澇急轉(zhuǎn)的旱期和澇期內(nèi)西太平洋副熱帶高壓、南亞高壓、水汽輸送特征差異明顯，結(jié)果與前人得出的結(jié)論具有很好的一致性；過渡帶SDFAI變化主要驅(qū)動(dòng)因素分析結(jié)果表明，在選用的AO、NINO 3.4、TSNI、PDO 4項(xiàng)指數(shù)中，TSNI對(duì)SDFAI變化影響最強(qiáng)，NINO 3.4和PDO次之，AO對(duì)SDFAI變化的影響最小。許多研究表明太陽活動(dòng)會(huì)對(duì)大氣環(huán)流變化產(chǎn)生一定影響［28-31］，然后共同影響降水等氣象要素，從而影響旱、澇的變化。其次，從圖9中可以看到，個(gè)別時(shí)段內(nèi)SDFAI與AO、NINO 3.4、PDO的響應(yīng)較弱，這表明很可能受其它環(huán)流因子的影響較大。此外，南北過渡帶特殊的地形因子對(duì)降水的空間分布具有重要貢獻(xiàn)［32-33］。秦嶺呈東西走向，西與迭山接壤，東至伏牛山一帶；大巴山則呈西北-東南走向，西起摩天嶺，向東延綿與巫山相接，秦嶺-大巴山對(duì)于低層冷空氣南下和暖濕氣流北上具有一定的阻擋作用。在兩者之間，則是漢江河谷形成的巨大喇叭口地形。畢寶貴研究指出［32］，秦嶺山脈對(duì)降水的影響主要是通過地形產(chǎn)生的垂直次級(jí)環(huán)流實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)一步分析出秦巴山區(qū)由于秦嶺-漢江河谷-大巴山三大地形間的相互作用導(dǎo)致的降水空間分布情況。由于地形對(duì)降水影響數(shù)值模擬以及秦巴山區(qū)地形本身的復(fù)雜性，本文未能就地形因素展開深入探索。因此，考慮綜合環(huán)流因子，以及地形是如何影響中國南北過渡帶內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)的時(shí)空分布值得進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論

為深入掌握中國南北過渡帶旱澇急轉(zhuǎn)特性及其變化規(guī)律，定量分析區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)空分布特征及其風(fēng)險(xiǎn)，本研究利用短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)SDFAI作為特征變量，進(jìn)行旱澇急轉(zhuǎn)研究，得到的結(jié)果如下：

（1）在5～6月、6～7月、7～8月、8～9月內(nèi)，過渡帶區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)以澇轉(zhuǎn)旱為主，其中5～6月和6～7月是旱澇急轉(zhuǎn)事件多發(fā)期。此外，1990 s為旱轉(zhuǎn)澇與澇轉(zhuǎn)旱事件年代際變化中較為清晰的轉(zhuǎn)折年代，其峰值和谷值均多次出現(xiàn)在該年代，相應(yīng)序列前后趨勢整體呈現(xiàn)為“V型”和“倒V型”的變化特點(diǎn)。

（2）過渡帶內(nèi)旱澇急轉(zhuǎn)頻次變化地區(qū)差異較大，整體上旱澇急轉(zhuǎn)事件在岷江一帶、陜南周邊地區(qū)較為多發(fā)；各時(shí)段內(nèi)SDFAI空間變化趨勢差異較大，且Hurst指數(shù)空間均值分別為0.62、0.62、0.61、0.68，均大于0.5，這表明過渡帶SDFAI的變化趨勢將持續(xù)至未來一段時(shí)間。

（3）過渡帶區(qū)域典型旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)期的旱期與澇期內(nèi)的西太平洋副熱帶高壓、南亞高壓的位置和強(qiáng)度以及水汽輸送特征差異明顯。

（4）通過分析各時(shí)段內(nèi)SDFAI與AO、NINO 3.4、TSNI、PDO的時(shí)頻域關(guān)系發(fā)現(xiàn)，9～14年尺度上SDFAI與TSNI在1975-2005年存在顯著性共振，對(duì)SDFAI變化影響最強(qiáng)，主要表現(xiàn)為SDFAI滯后1/4周期，NINO 3.4和PDO次之，與SDFAI以正相關(guān)關(guān)系為主；AO對(duì)SDFAI變化的影響最小，其時(shí)頻關(guān)系差異較大。