吉林西部旱涝灾害与降水对应关系的分析*

王晓东，董炜华，褚丽娟，刘惠清，吴正方，范卫红

（1.长春师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130032；2.东北师范大学地理科学学院，吉林长春130024；3.斯克顿大学自然科学院，美国新泽西08205）

吉林西部旱涝灾害与降水对应关系的分析*

王晓东1，董炜华1，褚丽娟1，刘惠清2，吴正方2，范卫红3

（1.长春师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130032；2.东北师范大学地理科学学院，吉林长春130024；3.斯克顿大学自然科学院，美国新泽西08205）

以吉林白城市和松原市为研究区，以区内9个市县气象台站的降水资料和对应市县旱涝灾害的致灾率为数据源，利用数学统计等方法分别认识9个市县致灾率的演变特征，采用聚类分析中的两维图论聚类方法分析旱涝灾害的区域差异性，利用相关分析降水与致灾率的关系。结果表明本区旱涝灾影响范围广，年际变化大，以旱灾为主，涝灾为辅。研究区内东部地区旱灾年际变化大；西南部旱灾影响程度大，涝灾波及面积广。降水异常是灾害产生的启动因子，年降水量的异常是导致旱涝灾害的首要因子，农作物的活跃生长期降水异常也是诱发旱涝灾害的重要因素。大力兴建水利工程以调节年降水量的年际变化是保证抗旱防涝的重要措施，增强水利设施蓄水供水能力，是防止活跃生长期水分突变的重要保障。

吉林西部；降水；致灾率；水利设施

吉林省是我国重要商品粮基地之一［1］，农业生产的稳定环境是保证粮食产量持续增长的基本［2］，旱涝灾害是威胁农业稳定生产的主要因素［3］。不但造成粮食与农作物的减产，而且带来一定的经济社会损失，影响人们的正常生产活动［4］。旱涝灾害的形成受制于气候条件，尤其是与降水有着极为重要的关系［5］，所以，研究旱涝灾害与降水之间的关系越来越重要［6］。

吉林西部是农牧过渡带［7］，气候变化、土地利用方式改变等都可能诱发本区旱涝灾害［8］，因此降水因素对农业旱涝灾害影响的研究也取得一些成果，蔡菁菁等利用东北地区35个农业气象站资料、玉米生产资料，选用灾害危险性评价模型对东北地区玉米不同生长阶段分析时揭示吉林西部干旱危险性迅速增大的现象［9］。梁雨华利用近50年的数据资料研究吉林省西部旱涝灾害的动态变化规律时得出旱涝灾害呈上升趋势与降雨量逐渐减少关系密切的结论［10］。纪瑞鹏等在气候变化模拟分析基础上发现水分亏缺程度加剧扩大到吉林西部地区，将使玉米的平均产量减产幅度加大［11］。张淑杰等对东北地区气候变化的区域响应研究给出降水变化对夏季水分盈亏量影响最大，吉林西部水分亏缺使干旱发生频率增加，区域扩大，导致粮食生产不稳定性增加的结论［12］。这些研究都说明吉林西部农业旱涝灾害与降水研究对于稳定农业生产日趋紧迫。特别是对粮食大省的吉林而言，稳定西部粮食产量更是具有重要意义，减少灾害损失刻不容缓。但这些研究都相对宏观，不够具体，没有明确指出旱涝灾害与降水因子的关系［13］，特别是吉林西部旱涝灾害的内部分异与降水空间差异的对应关系。本文以吉林西部9个市县的气象资料与农业旱涝灾害致灾率为数据源，以数学统计分析、图论聚类和相关分析研究旱涝灾害与降水的空间关系，为吉林西部农业发展和防灾减灾提供一定的理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

本文的研究区在吉林省西部地区（图1），包括隶属于白城地区的白城市、大安市、洮南市、通榆县、镇赉县和隶属于松原地区的松原市、扶余县、长岭县、前郭县、乾安县等一共10个市县（现松原市在1995年以前是原扶余县的一部分，为达到数据连贯性的目的，将现松原市与扶余县合并一起进行研究（松扶地区））。研究区位于科尔沁草原东部和松嫩草地南部［14］，是生态环境相对脆弱的半湿润向半干旱的过渡区［15］，本区为中温带（年均温约为5.1℃）［16］，年降水量大致在370～470 mm之间［17］。因为农业开发，耕地面积迅速扩展［18］，研究区内降水波动对农业灾害的影响也日益加深。

图1 研究区范围

1.2 旱涝灾害与降水因子的选择与处理

对吉林西部松扶与白城等9个市县气象台站28年（1980-2007年）降水数据进行处理，分别得到各市县历年年降水量、5月降水量、7月降水量、无雨天数、日最大暴雨量5个降水因子作为研究吉林西部旱涝灾害与降水关系中降水因素的数据。利用中国农业统计资料、吉林统计年鉴等资料进行整理，得到吉林西部9个市县逐年（1980-2007年）的耕地面积和旱涝灾害致灾面积作为反映旱涝灾害的因子。

1.3 数据分析方法

首先利用当年成灾面积除以当年耕地面积的值求出致灾率，采用常规统计方法对9个市县旱涝灾害致灾率的28年数据进行计算得到各个市县旱涝灾害致灾率的均值、最大值、最小值、标准差、变异系数、偏度和峰度，利用这些统计结果分析旱涝灾害的特征。采用聚类分析中的两维图论聚类方法分析旱涝灾害致灾率的常规统计值整体上的空间差异，分析旱涝灾害的区域差异性。

旱涝灾害与降水的关系利用典型相关分析与单因子相关分析进行研究，具体方法是分别以所在市县的28年（1980-2007年）旱涝灾害致灾率为一组因变量，以该市县对应年份的5个降水指标（年降水量、5月降水量、7月降水量、无雨天数和日最大降水量）为一组自变量进行典型相关分析，分别揭示9个市县降水对旱涝灾害的影响程度。为进一步分析降水对旱涝的影响方式，分别以各个市县5个降水指标对旱涝灾害的2个统计量（旱灾和涝灾致灾率）进行单因子相关分析揭示各个市县降水各因子对旱涝灾害的影响程度。

2 结果与分析

2.1 旱涝灾害特征

2.1.1 旱灾特征

吉林西部9市县旱灾致灾率常规统计分析结果显示致灾率均值在4.37%～11.42%之间（表1），显示旱灾在吉林西部的分布很普遍，影响范围也很大。致灾率年际变化大（标准差（5.15% ～17.51%）大；变异系数（1.37～2.98）大；单个样本K-S检验：Z（2.67～4.19），P＜0.01）（表1），偏度（1.22～3.65＞0）与峰度（1.13～13.55＞0）（表1）为正且数值大说明旱灾发生相对集中于个别年份，无灾或灾害发生小的年份相对多，但是从最大值（19.11%～64.32%）（表1）看很高，表明个别年份旱情影响很大，6个市县（占全部市县的2／3）受灾面积超过全部耕地面积的一半以上（表1）。从致灾率的分析表明吉林西部旱灾比较严重，对农业生产的威胁很大，特别是一旦发生波及的范围广，程度大。

2.1.2 涝灾特征

吉林西部9市县涝灾致灾率常规统计分析结果显示致灾率均值在0.44%～4.11%之间（表2），显示涝灾在吉林西部整体看相对较小，影响范围相对集中。致灾率年际变化也非常大（标准差（1.04%～15.01%）大；变异系数（2.04～5.29）大；单个样本K-S检验：Z（3.80～5.10），P＜0.01）（表2），偏度（2.35～5.29＞0）与峰度（7.13～28.00＞0）（表2）为正且数值大说明涝灾仅在个别年份发生，从最大值（4.33% ～59.89%）（表2）看也很高，表明一旦发生涝灾，影响范围也不容忽视，个别市县（长岭）受灾面积达到全部耕地面积的一半以上（表2），以上分析说明吉林西部涝灾对农业生产依然存在威胁，如果发生影响程度是非常大的。

表1 旱灾致灾率常规统计结果

表2 涝灾致灾率常规统计结果

表3 旱涝灾致灾率配对样本T检验与独立样本T检验分析结果表

2.1.3 旱涝灾害整体情况分析

从旱涝灾害整体上看吉林西部受灾还是比较严重，致灾率较高（旱涝灾均值和：6.11% ～14.21%）（表2），影响面积还是相当可观的，应该给以足够的重视。从旱涝灾害对比看以旱灾为主（独立样本T检验：均值差为0.030%～9.882%）（表3），在一些市县（乾安，镇赉，通榆，白城，洮南）这种差异达到显著程度（独立样本T检验：P＜0.05）（表3），但是也应该注意到有2个市县（大安，长岭）同时受到旱涝灾害的双重威胁（独立样本T检验：P值将近1）（表3），有2个市县（扶松，前郭）的旱灾影响大于涝灾，但是没有达到显著（独立样本T检验：P＞0.05）（表3），同时涝灾的影响也是比较大的。从旱涝灾害发生程度的时间匹配上总体遵循旱涝灾害错开（相关系数多为负值，而且正值也是很小的，远没有达到显著程度（P1＞0.05））（表3），即旱灾发生时没有涝灾产生，但是在个别地方（长岭）两者同时发生（相关系数：0.628，P＜0.05）（表3），即要抗旱又要防涝。

2.1.4 旱涝灾害空间分布规律

（1）旱灾空间分布规律。旱灾致灾率常规统计两维图论聚类图分析结果显示根据常规统计量的差异大致分为三类地区：松扶-前郭-长岭的东部区；乾安-洮南-通榆的西北区；大安-镇赉-白城西南区（图2）。从几个分区所在市县致灾率的均值平均数看西南区为最高（均值平均数：西南区（10.72%）＞东部区（6.05%）和西北区（5.92%））（表4），但是从致灾率变化的几个统计量的差异看东部区旱灾波动幅度最大（变异系数 ～偏度～峰度平均数：东部区（2.36～3.00～9.16）＞西北部（1.50～1.50～1.46）和西南部（1.47～1.91～3.42））（表4）。东部地区旱灾年际变化大，西南部旱灾影响最大。

图2 吉林西部各市县旱灾致灾率常规统计两维图论聚类图

表4 旱灾致灾率三0个分区常规统计量平均数计算结果表

表5 涝灾致灾率三个分区常规统计量平均数计算结果表

（2）涝灾空间分布规律。涝灾致灾率常规统计两维图论聚类图分析结果显示，根据常规统计量的差异，可大致分为三类地区：松扶-乾安-镇赉的北部区；前郭-大安-长岭的南部区；通榆-白城-洮南西部区（图3）。致灾率的均值平均数表现为南部区为最高（均值平均数：南部区（3.25%）＞西部区（1.87%）和北部区（1.52%））（表5），从致灾率变化的几个统计量差异看北部区涝灾波动幅度最小（变异系数 ～偏度 ～峰度平均数：北部区（2.31～2.96～9.67）＜西部区（3.80～3.90～15.74）和南部区（3.19～3.67～13.83））（表5）。北部区抵抗涝灾的能力最强，南部区涝灾影响最大。

图3 吉林西部各市县涝灾致灾率常规统计两维图论聚类图

2.2 旱涝灾害与降水关系分析

2.2.1 典型相关分析

各个市县逐年（1980-2007年）降水因子（年降水量、5月降水量、7月降水量、无雨天数和日最大暴雨量）与相应年份旱涝灾害致灾率的典型相关分析结果表明在9个市县2个顺序所构建的18个相关系数中有6个达到显著水平（表6），表明在影响旱涝灾害的形成因素中降水不是唯一影响因素，还有其他因素在起作用，但是也应该注意到6个显著相关系数都在第1主顺序上（表6）说明降水是灾害产生的启动因子，对灾害发生具有一定的控制作用。

表6 典型相关分析

2.2.2 单因子相关分析

（1）旱害与降水的相关分析。为了进一步分析降水因素中各个因子对旱灾的影响程度，采用单因子相关分析，分析结果显示年降水量大小与致灾率相关性最高（9个相关系数中有6个达到显著水平（P＜0.05））表明当年降水量减少是当地旱灾形成的主导因子（表7）；7月降水量大小与致灾率相关性较高（9个相关系数中有5个达到显著负相关（P＜0.05））说明在农作物生长旺季（7月）水分的匮乏是导致旱灾的关键因子（表7）；而日最大暴雨量的相关系数中只有3个达到显著负相关说明暴雨是当地水分的主要来源，特别是活跃生长期农业生产所需水分的主要补给形式。这些分析结果说明降水变化是导致旱灾发生的主要因素，应给以足够重视，尤其是人们相对忽略的7月降水量变化问题应引起人们的关注，另外也说明在吉林省西部地区水利工程对于农业的可持续发展有着重要意义。因为水利工程的合理使用可以调节降水量的时间分配不均，保证耕地用水的需求。

表7 旱害致灾率与降水因子的相关分析

表8 降水因子与涝害致灾率的相关分析

（2）涝灾与降水的相关分析。涝灾致灾率与降水因子单因子相关分析结果显示年降水量大小与致灾率相关性最高（9个相关系数中有5个达到显著水平（P＜0.05））表明当年降水量过多是涝灾形成的主导因子（表8）；7月降水量大小与致灾率相关性较高（9个相关系数中有4个达到显著正相关（P＜0.05））说明在农作物生长旺季（7月）雨量超过承受能力是导致涝灾的关键因子（表8）；而日最大暴雨量的相关系数中只有3个达到显著负相关说明暴雨对当地水分补给过多导致涝灾直接显现（表8）。这些分析结果说明降水变化也是导致涝灾发生的主要因素，应给以足够重视，在吉林省西部地区水利工程截蓄多余降水特别是多雨的季节与暴雨是防止涝灾产生的主要手段。

3 结论与讨论

吉林西部旱涝灾害频发，影响程度较大。应该给以足够重视。

（1）吉林西部旱灾影响范围广，年际变化大，对农业稳产的危害明显；涝灾影响程度相对较小，可是一旦发生波及范围也是很大的，不容忽视。从旱涝灾害对比反映吉林西部防灾减灾的主要任务是抗旱，但是对涝灾也应注意。

（2）旱灾空间分布差异表现在东部区旱灾年际变化大，西南部旱灾影响最大。北部区抵抗涝灾的能力最强，南部区涝灾分布最大。

（3）典型相关分析结果表明降水异常是灾害产生的启动因子，对灾害发生具有一定的控制作用。单因子相关分析显现年降水量的大小与旱涝致灾率相关性最高，年降水量异常会导致相应的旱涝灾害，农作物活跃生长期降水异常也是诱发旱涝灾害的重要因素。大力兴建水利工程以调节年降水量的年际变化是保证抗旱防涝的重要措施，同时增强供水蓄水能力，特别是防止活跃生长期水分突变有着显著作用。

对致灾率与降水的典型相关分析发现还有其他因素在成灾中起着重要作用，如土地利用结构、现有水利工程的效能和人为防灾措施等在具体分析旱涝灾害时不可忽略。松扶地区的年降水量与旱害致灾率成显著正相关可能因为暴雨、阵雨的形式降落，形成洪水流走，随着暴雨过后水分缺乏而发生旱灾［19］，最后形成在个别地区虽然年降水量增加还是无法改善缺水导致旱灾的形成，这种现象更加突显现有水利设施的不足。同时在分析时发现本区现有水利设施不能保证农业发展不受旱涝灾害影响，应该强化。注意到各个市县旱涝灾害的表现是有差异的，应该依据实际情况因地制宜的进行建设，能不顾实情地一味照抄照搬其他市县的建设模式。另外本文在分析中只对降水的几个因子与旱涝灾害的致灾率进行分析，没有把蒸散［20］、径流［21］考虑进来，更没有把土地利用［22］和经济社会状况［23］纳入研究体系中，所以结论可能有一些偏颇，在今后研究中要不断充实加大影响因子的纳入实现分析的全面性，具体性和实用性，为吉林西部农业的长期持续健康发展提供参考依据。

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Relationship Analysis of Drought-Flood Disasters and Precipitation in W estern Jilin Province

Wang Xiaodong1，Dong Weihua1，Chu Lijuan1，Liu Huiqing2，Wu Zhengfang2and Fan Weihong3
（1．College of Urban and Environment Sciences，Changchun Normal University，Changchun 130032，China；2．School of Geographical Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；3．School of Natural Science，The Stockton University of New Jersey，NJ 08205，The USA）

TheWestern Jilin Provincewas selected as the study area in the paper，Based on data at9meteorological stations as referencing site（1980-2007）and disaster rate of 9 cities and counties.Conventional statistics and math clustering are used to reveal the characteristics of disaster rate of drought-flood disasters on 9 cities and counties，respectively.The relationship of precipitation and disaster rate is discovered using correlation analyses. The results show that the range of drought-flood disasters influences is very wide.Interannual variability of the disasters is large.The drought ismain type and the flood is second major type.Interannual variability of droughtwas large in eastern region.The influence degree of droughtwas large and influence area of flood is wide in west and south.The precipitation anomaly is initiation factor for drought-flood disasters forms.The annual precipitation anomaly is first factor for disasters.The precipitation anomaly is closed to drought-flood disasters during the period of rapid growth of crop.Some water projects need be constructed to adjust annual precipitation to resist droughts and floods disasters.Water storage and supply capacity of water projects are enhanced in order to ensure water normal utilization，due to precipitation anomaly during the period of rapid growth of crop.

Western Jilin Province；precipitation；disaster rate；water projects

X43

A

1000-811X（2015）04-0053-06

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.011

王晓东，董炜华，褚丽娟，等.吉林西部旱涝灾害与降水对应关系的分析［J］.灾害学，2015，30（4）：53-58.［Wang Xiaodong，DongWeihua，Chu Lijuan，etal.Relationship Analysis of Drought-Flood Disasters and Precipitation in Western Jilin Province［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：53-58.］

2015-03-20

2015-04-29

国家自然科学基金项目（41171072，31200419，31200407）；教育部博士点基金项目（20120043110014）；吉林省科技发展计划项目（20130101109JC）；长春师范大学科研创新团队项目（T2013-3）；吉林省大学生创新项目（吉教高字［2015］）

王晓东（1971-），男，吉林长春人，博士，副教授，主要研究方向为综合自然地理学.E-mail：wangxd219＠nenu.edu.cn

吴正方，（1960-），男，吉林长春人，博士，教授，博士生导师，主要从事生态气候学研究.

E-mail：Wuzf＠nenu.edu.cn