东北地区旱涝灾害时空动态变化及热点地区

于 佳，刘吉平

（吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平 136000）

东北地区旱涝灾害时空动态变化及热点地区

于 佳，刘吉平*

（吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平 136000）

利用1910-2009年东北地区49个测站点旱涝资料和109个气象观测台站降水资料，结合ArcGIS技术、克里金插值（Kriging）方法以及Crimestat技术，对近百年来东北地区旱涝灾害的时空动态变化、质心变化及热点区域进行研究，结果表明，1910-2009年，东北地区受旱灾影响强度呈现先下降后升高的趋势，涝灾总体呈现下降趋势，下降总幅度较大，旱涝灾害对东北地区影响显著；旱涝灾害质心变化过程中，旱灾的质心变化向原来的纬度位置回归的幅度较经度位置要大；涝灾的质心变化向原来经度位置回归的幅度较纬度位置要大；单位间质心变化幅度较大，最后都有回归最初质心位置的趋势；旱涝灾害的热点地区主要存在于省与省之间的交界地带，且相互间存在重合区域。

旱涝灾害；东北地区；动态变化；质心；热点地区

近年来，随着经济发展，人民生活水平有所提高，但自然灾害频繁发生，尤其是旱涝灾害，其分布范围的广度和发生频率的强度，对人们的正常生产生活造成严重影响。近百年来，在全球气温变暖的趋势下，我国气温也呈变暖趋势，其中东北地区是比较典型地区，东北地区气候变暖的直接反应是东北地区近百年来旱涝灾害的频繁发生，且灾害强度变化不均，我国一些学者已对我国不同地区（包括东北地区）旱涝灾害空间格局及其影响因素进行分析研究［1-8］，而在大的时间尺度上的研究仍较少，因此对东北地区旱涝灾害的时间和空间上的动态变化及热点地区的深入研究，具有一定的必要性。热点是指如果某一区域内事件发生频率显著地高于或低于正常频率，则这一特殊区域被定义为热点。热点分析已被广泛应用到犯罪分析［9］，疾病信息［10］和信息安全［11］等领域，并有着广阔的应用前景，但在自然灾害领域中的应用较少。

1　研究区域概况

我国东北地处38°40′-53°30′N，115°05′-135°02′E，位于东北亚区域的中心地带，处于亚欧大陆东缘，东、北、西三面与朝鲜、俄罗斯和蒙古国为邻，隔日本海和黄海与日本、韩国相望，南濒渤海与华北区联接。在行政区划上，包括黑龙江、吉林和辽宁三省及内蒙古自治区四盟市（赤峰市、通辽市、兴安盟和呼伦贝尔盟）。包括大、小兴安岭、长白山地和松嫩平原等自然单元。东北地区幅员辽阔，面积约占全国10%，是我国最大的商品粮基地、重要的工业和能源基地。东北地区东、西、北面被中、低山环绕，中间是向南敞开的大平原。大部分山地海拔在1000～1500m，冬季寒冷，夏季温度不高。

2　资料和方法

旱涝灾害数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//cdc.cma.gov.cn/）、县（市）地方志等文献资料。

在1910-1949年东北地区文献资料记载的基础上，对数据进行搜集、整理、归纳、总结，分析处理了旱涝灾害的发生时间、强度等，以49个测站点为代表对其进行数据处理；在1950-2009年中国基准站气象站地面信息化文件基础上，分析处理了旱涝灾害的发生时间、强度等，以109个测站点为代表进行数据处理（图1）。

图1　测站点的分布

近年来一些学者选用全国、地区或某一流域的旱涝等级资料（1级：涝；2级：偏涝；3级：正常；4级：偏旱；5级：旱），计算干旱、湿润指数和平均旱涝等级值来反映各地历年旱涝状况，并分析干旱和洪涝的时间和空间变化规律。

从1910-1949年，东北地区所选测站点，其中14个测站点（赤峰、嫩江、佳木斯、开原、朝阳、大连、海拉尔、牡丹江等3个省会城市）的旱涝灾害资料主要依据“五百年旱涝序列资料”，来源于中国气象科学数据共享服务网。1910-2009年，其他144个测站点（图2）的旱涝资料来源于《华北、东北近五百年旱涝史料》《黑龙江省240年旱涝史》，地方志等对旱涝灾害的记载，同时参考相关灾害记录（旱涝灾害持续时间、强度、受灾范围以及受灾程度等）［12］。

图2　1910-2009年东北地区旱灾的时空分布

采用测站点5-9月份降水量确定旱涝灾害的等级值，标准如下：1级，旱，Ri≤（R-1.17σ）；2级，正常，Ri＞（R+1.17σ）；3级，涝，（R-1.17σ）＜Ri≤（R+1.17σ）。其中R为5-9月多年平均降水量；σ为标准差，结合ArcGIS技术和Crimestat技术，根据所收集的数据，以及以上旱涝灾害的分级标准和指标体系，运用OrdinaryKriging方法进行分析。

3　结果与分析

3.1东北地区旱涝灾害时空动态变化规律

利用ArcGIS9.3技术，作出1910-2009年东北地区旱涝灾害的空间插值分布（图2），时间尺度以每20年为单位，分成5个时间段进行数据处理并分析，以发生的次数多少作为衡量这一地区旱涝灾害强度的标准，绘制旱涝灾害强度变化趋势图，进而分析1910-2009年东北地区旱涝灾害空间格局的动态变化规律。

旱灾时空分布图显示，东北全区1910-2009年旱灾发生频次明显增大，从原来的0～4次，增加至8次以上。旱灾发生频率明显增加说明相比1969年以前60年，旱灾的影响明显增强。1910-1969年，旱灾发生频次并不是完全呈现增加趋势，而是在个别旱灾发生频次较高（大于8次）的地区，发生频次减少（小于4次）。图2中，1910-2009年，黑龙江、内蒙古与吉林三地交界处旱灾发生的频次较高，到1930-1949年，发生频次明显降低，部分地区没有旱灾发生，地区之间旱灾发生频率差值较大，说明有旱灾发生的地区（如齐齐哈尔，哈尔滨），受旱灾影响非常严重，而发生频次较低的地区（如北部高纬度地区）几乎不受影响。1950-1969年是近百年东北全区旱灾发生频次最小的时间段，全区无大旱灾发生。1970年以后，东北全区旱灾发生平均频次呈现阶梯状增加趋势，1970-1989年平均频次为4次，1990-2009年平均频次为7次，说明近20年内东北区受旱灾影响较大，其中内蒙古西部地区受旱灾影响最大。

图3显示，近100年，涝灾的发生频次明显减少，且减幅较大。开始20年（1910-1929年），涝灾发生频次最大，说明东北全区受涝灾影响最大，其中黑龙江东部小部分地区、内蒙古东盟区小部分地区以及渤海湾地区涝灾发生频率大于8次，是受影响最严重的地区。近40年（1970-2009）涝灾发生频次小于4次，说明东北全区受涝灾影响较小，地区之间发生频率比较均匀，变化差值上下浮动较小。1930-1949年，全区发生频次都在3～4次，地区之间频次变化差值为0，1950-1969年东北北部高纬度地区涝灾发生频次减少，西南部地区（渤海湾）涝灾发生频次增加，其他地区几无变化。分析表明，旱灾对东北地区的影响在增加，涝灾对东北地区的影响在减弱，但也有一定影响；旱灾的变化趋势为高-低-高，涝灾的变化趋势为高-低；个别地区在个别年份内，受旱涝灾害影响巨大，对人民生命财产安全造成极大威胁；部分地区在同年内既受旱灾影响也受涝灾影响，如1910-2009年黑龙江省的西南地区。

图3　1910-2009年东北地区涝灾的时空分布

3.2东北地区旱涝灾害空间质心变化

首先利用ArcGIS技术，对1910-1929年和1930-1949年的49个站点进行克里格插值，预测与后60年相同测站点的旱涝灾害频次，然后对1910-2009年的109个站点进行统计分析，同样以每20年为单位进行质心分析，计算东北地区旱涝灾害质心坐标，制作出东北地区1910-2009年旱涝灾害质心空间变化图。

图4显示，1910-2009年东北地区旱灾质心变化自1910-1929年开始，先向东南然后东北最后向西转移，其中1930-1949年旱灾的质心向1950-1969年旱灾质心变化时，变幅较小，仅在原来位置上向南移动不到1纬度，而经度几无变化，说明此期间影响旱灾的主要驱动力几乎没有变化，且人为因素对于气候和地表性质等驱动力的影响也较小。虽然其他每个单位之间旱灾质心变幅都较大，但最终旱灾质心有向最初质心位置回归的趋势。

东北地区涝灾（图5）的质心变化自1910-2009年开始，先向东转移，然后向东南方向转移，最后涝灾质心整体向西北方向转移。同旱灾的质心变化比较，涝灾质心在变化过程中所跨的纬度范围要大于旱灾质心变化所跨的纬度范围，每个单位之间质心的变化都比较大，说明涝灾发生频率随纬度变化较大，且2个单位间影响涝灾的驱动因素变化较明显，无论是自然因素还是人为因素。

虽然旱涝灾害的质心变化的过程和幅度都较大，但从其分布图上可看出，二者质心都有向最初位置回归的趋势。旱灾的质心变化向原来的纬度位置回归的幅度较经度大；涝灾的质心变化向原来经度位置回归的幅度较纬度大。

图4　东北地区1910-2009年旱灾质心空间变化

图5　东北地区1910-2009年涝灾质心空间变化

3.3东北地区旱涝灾害热点地区

采用分级热点探测的方法，获取热点地区的分布。分级热点探测是全局聚集性检验方法之一，是根据某种规则（如邻近距离）来获取“金字塔”型多层次空间热点区域的。在分级热点探测中，首先通过定义一个“聚集单元”的“极限距离或阈值”，再将其与每个空间点对的距离进行比较，当某点与其他点（至少1个）的距离小于该极限时，该点被计入聚集单元［13-15］。也可指定聚集单元的点数目来强化聚集规则。依此类推，可得到不同层次热点区域。

具体过程。打开Crimestat软件，输入（含有X、Y及植物物种丰富度的属性表）shape文件，指定文件后在数据设置模块中要指定相关的属性字段，如X，Y坐标，然后选择HotSpotAnalysis分析工具，如图6，7分别是东北地区旱灾和涝灾热点地区分布情况（图中椭圆分布代表旱涝灾害的热点区域），分析旱涝灾害空间格局动态变化的热点地区。某一区域内事件发生频率显著高于或低于正常频率。

图6　东北地区旱灾热点地区分布图

图7 东北地区涝灾热点地区分布图

图6显示，旱灾热点区域有7个，热点区域范围覆盖较大的在黑龙江与内蒙古交界地区，黑龙江南部地区，内蒙古和吉林交界地带，这3个属于高-高聚集热点区域，旱灾的发生频率高于正常旱灾发生频率。其余4个热点地区分布在内蒙古的西部，黑龙江、内蒙古与吉林3区交界地带，吉林与辽宁交界地带，辽宁与内蒙古交界地带，辽宁的渤海湾地区，属于低-低聚集热点区域，旱灾发生频率低于正常水平。其中，内蒙古的热点区域范围最大，属于半干旱地区。近百年来东北地区旱灾主要分布在东北地区中部和西部，四大地区（内蒙古自治区、黑龙江省、吉林省、辽宁省）相邻区域交界处旱灾发生频次较大，来在临近渤海湾地区近百年旱灾发生频率低，但同样有旱灾发生。

图7表明，涝灾的热点区域同样也有7个，其中最大的热点区域位于黑龙江、内蒙古与吉林交界的地带，与旱灾的高-高热点区域相反，属于涝灾低-低聚集热点区域，发生涝灾频率低于涝灾正常发生频率。辽宁省内有3个热点区域，这些区域内涝灾频率显著地高于正常频率，属于高-高聚集热点区域，说明近百年来辽宁省受涝灾的影响比较大，主要是由于辽宁距海较近的原因。其他3个热点区域分别位于黑龙江南部，吉林东北部，内蒙古南部地区（这些区域内涝灾频率显著地低于正常频率）。可见近百年来，东北地区南部（主要是沿海地区）受涝灾影响较大，其次就是东北地区中部地区（主要是黑龙江、内蒙古与吉林交界地带）受涝灾影响较大。

旱涝灾害的热点地区中，有部分地区是相互重合的，说明在同一地区内的相同时间段内或者不同时间段内，该地区既受旱灾影响又受涝灾影响；东北地区没有被热点区域覆盖的地区，如东北地区东部和北部，说明这些地区近百年来受旱涝灾害的影响较小，即使有旱涝灾害的发生，发生频次并不高，对当地自然环境和人们的正常生活影响较小。

4　小结

近100年（1910-2009年）来，东北地区受旱涝灾害影响显著，旱灾对东北地区的影响呈现先降后升的趋势，涝灾对东北地区的影响呈下降趋势。虽然旱涝灾害发生频次和影响程度有所下降，但对于人民生命财产安全所造成的威胁不容忽视。旱灾的变化趋势为高-低-高，涝灾的变化趋势为高-低；个别地区在个别年份内，受旱涝灾害影响非常大，对人民生命财产安全造成极大威胁；部分地区在同年内，既受旱灾影响也受涝灾影响。

旱灾发生频率较高的地区集中在东北地区西部和北部，而这2个集中区经历了近60年的转变，旱灾质心变化过程中幅度较大；东北地区涝灾的发生频率降低幅度较大，个别地区由于多重因素的综合影响，使得涝灾频率发生突变，从而导致单位之间涝灾质心变化幅度发生突变。旱灾的质心变化，向原来的纬度位置回归的幅度较经度位置要大；涝灾的质心变化，向原来经度位置回归的幅度较纬度位置要大。

旱灾的高-高聚集热点区域大多位于省与省之间的交界地带，其中内蒙古受旱灾影响较大，低-低聚集旱灾热点区域大多靠近渤海黄海地区；相反，涝灾的热点区域，由于距海近的影响，高-高聚集热点地区位于辽宁省内，热点区域最多，说明辽宁省受涝灾影响较大；低-低聚集涝灾热点地区距海较远，位于东北地区西北部。

旱涝灾害的热点地区中，进行图形叠加分析，表明部分地区是相互重合的，说明该地区既受旱灾影响又受涝灾影响；而未被旱涝热点地区覆盖的地区，说明受旱涝灾害的影响相对较小。

研究表明，旱涝灾害对自然环境、经济社会和人们的正常生产生活影响重大，不仅限于东北地区，乃至全国甚至世界，旱涝灾害的影响都不容忽视。因此为了削弱甚至消除旱涝灾害的影响，必须采取相应的措施来预防旱涝灾害的发生。首先要明确旱涝灾害的成因，从根本上预防；其次，政府要制定相应管理政策，从客观上加强人们的环境保护意识；最后，根据分析研究的结果进一步精准预测，避免旱涝灾害带来的负面影响。

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（责任编辑：张瑞麟）

S42文献标志码：A文章编号：0528-9017（2014）07-1088-04

文献著录格式：于佳，刘吉平.东北地区旱涝灾害时空动态变化及热点地区［J］.浙江农业科学，2014（7）：1088-1091，1094.

2014-03-24

教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-12）；吉林省自然科学基金项目（20130101097JC）；吉林省教育厅项目（吉教科合字2013第201号）

于 佳（1989-），女，在读硕士研究生，研究方向为资源与环境信息系统研究。E-mail：yujia1208@163.com。

刘吉平（1972-），男，教授，博士，主要从事资源与环境信息系统研究。E-mail：liujpjl@163.com。