江淮分水岭地区旱涝灾害致灾气候阈值分析

吴 芸，周亮广，王 丽

(1.滁州学院 地理信息与旅游学院，安徽 滁州 239000；2.华中师范大学 城市与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

江淮分水岭地区旱涝灾害致灾气候阈值分析

吴 芸1，2，周亮广1，王 丽1

(1.滁州学院 地理信息与旅游学院，安徽 滁州 239000；2.华中师范大学 城市与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

洪涝；干旱；致灾气候阈值；SPI；农作物受灾面积；江淮分水岭地区

采用江淮分水岭及周边地区1960—2010年14个气象站点的逐日降水量数据，运用涝灾阈值法和SPI指数(标准化降水指数)法，确定了旱涝灾害致灾气候阈值，分析了不同等级旱涝灾害时空分布特征，同时结合1989—2010年区域农作物受灾情况，进一步探究了致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的关系。采用1960—2010年降水量数据计算得到了江淮分水岭地区5级涝灾致灾气候阈值，通过SPI指数确定了旱灾致灾气候阈值。对比分析结果显示，典型旱、涝灾年份旱、涝灾空间分布情况与实际情况较为吻合，说明两种旱涝阈值方法都适用于江淮分水岭地区旱涝灾害分析。进一步通过构建致灾气候阈值与农作物受灾面积之间的关系模型,发现旱灾致灾气候阈值与实际旱灾受灾面积之间存在着较高的相关性，而涝灾致灾气候阈值与涝灾受灾面积之间相关性相对较小。

江淮分水岭地区位于安徽省中部，主要包括滁州、合肥、淮南、六安4市22县(市、区)的400多个乡镇，总面积2万km2，是安徽省重要的农业生产区。该区位于亚热带湿润季风气候区向暖温带半湿润季风气候区转换的过渡带，受季风气候影响，年均降水量900～1 000 mm，降水量相对充沛，但空间分布差异明显、年际与季节变化大。区内丘陵起伏、岗冲交错、地形破碎，水资源难以大量蓄用。土壤以水稻土、黄棕壤土、黄褐土为主，通气、透气性差，下渗难，易龟裂。特殊的气候、地形和土壤条件，造成该区农作物易旱易涝，尤以旱灾影响最为突出[1]。

江淮分水岭地区旱涝灾害问题受到了国内外学者的广泛关注：有些学者采取百分位法[2]、分级法[3]和超门限峰值抽样法等定义极端降水阈值，通过汛期降水与形成洪涝灾害关系的定量研究，得到了江淮分水岭地区涝灾致灾气候阈值的相关研究成果；还有些学者如杨书运等[4-6]分别从不同角度、采用多种方法探讨了江淮分水岭地区旱涝情况，得到了许多重要的结论。旱涝灾害发生的最低指标与灾害造成损失之间的关系，即旱涝灾害致灾气候阈值。本研究选用涝灾阈值法和SPI指数(标准化降水指数)法分析江淮分水岭地区旱涝灾害致灾气候阈值，并进一步分析致灾气候阈值与受灾面积之间的关系，以积极应对当地气候变化，减轻旱涝灾害损失，为提高防灾减灾能力提供科学依据，这对合理指导工农业经济发展具有重要意义。

1 数据来源与技术方法

1.1 数据来源

江淮分水岭地区降水量数据来自安徽省气象中心地面气象记录月报表中的统计资料，包括合肥、淮安、寿县、固始、盱眙、桐城和霍山等14个气象站点1960—2010年逐日降水量数据。农作物旱灾、涝灾受灾面积数据来自《安徽省统计年鉴》(1989—2010年)。

1.2 研究方法

(1)涝灾阈值法。涝灾阈值法是一种简单而有效的计算方法，可以反映某一区域涝灾受灾程度。涝灾致灾气候阈值计算公式为

TV=RC/RA

(1)

式中：TV为涝灾致灾气候阈值；RC为1960—2010年江淮分水岭地区各站点年均汛期(6—8月)降水量，mm；RA为1960—2010年江淮分水岭地区各站点年均降水量，mm。

(2)标准化降水指数(SPI)。SPI是表征某时段降水量出现概率的指标，能够反映不同时间尺度和不同地区的旱涝情况，以及干旱程度的年际变化[7]。SPI的计算公式[8]为

(2)

当G(x)gt;0.5时，S=1；当G(x) ≤0.5时，S=-1。G(x)由Γ分布函数概率密度积分公式求得，即

(3)

式中：β、γ分别为Γ分布函数的形状和尺度参数，βgt;0，γgt;0。

根据各个气象站点50多年逐日降水量数据依次计算月度、季度和年度降水量，再运用公式(2)、(3)，计算不同时间尺度上的SPI值。根据文献[8]，不同干旱等级对应的SPI值域为：无旱，SPIgt;-0.5；轻旱，-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 江淮分水岭地区旱涝灾害致灾气候阈值分析

2.1 降水量变化分析

1960—2010年江淮分水岭地区年降水量分布见图1。可以看出，1960—2010年降水量年际变化较大，最大年降水量出现在1991年，为1 693.04 mm，最小年降水量出现在1978年，仅为540.57 mm。

图1 1960—2010年降水量时间变化

利用1960—2010年江淮分水岭地区14个气象站点多年平均降水量做反距离插值分析，得出多年平均降水量的空间分布见图2。由图2知，除合肥市市辖区比周边地区年均降水量少外，基本呈现从西南向北部、东北向西北逐渐减少的趋势，其中：西南部六安境内降水量最多，超过1 359 mm；北部地区降水量相对较少，低于828 mm。总体来说，该区多年平均降水量大于800 mm，降水较为充足。

图2 1960—2010年平均降水量空间变化

2.2 涝灾致灾气候阈值分析

根据1960—2010年汛期降水量及公式(1)计算得到各年的涝灾致灾气候阈值，结合袁媛等[9]关于江淮分水岭地区旱涝灾害的研究成果，挑选出区域内发生洪涝灾害较为严重的6个年份，即1962、1969、1980、1987、1991、1998年。根据文献[10]将涝灾致灾气候阈值等级划分为正常(1.0≤Tvlt;1.2)、轻涝(1.2≤Tvlt;1.8)、中涝(1.8≤Tvlt;2.5)、重涝(2.5≤Tvlt;3.0)、特涝(Tv≥3.0)。按此标准，选出涝灾致灾气候阈值较高的3个年份，即1969、1987、1998年，运用江淮分水岭地区14个气象站点降水量数据在ArcGIS中做反距离插值分析，得到3年的涝灾等级图见图3。

图3 江淮分水岭地区典型涝灾年涝灾等级分布

2.3 旱灾致灾气候阈值分析

采用SPI指数法确定旱灾致灾气候阈值。利用公式(2)、(3)计算江淮分水岭地区1960—2010年的SPI指数，结果见图4。可见，1966、1978、1994年的SPI值均小于-1，依据国家标准化降水指数的干旱等级标准，1978年为特旱年，1966年为重旱年，1994年为中旱年，与文献[9]研究成果一致。

图4 1960—2010年江淮分水岭地区SPI指数随时间变化趋势

用旱灾致灾气候阈值分析江淮分水岭地区旱灾年旱灾等级空间分布情况，结果见图5。可见，1966年合肥市市辖区及附近地区表现为中旱，其他地区为重旱；1978年合肥市市辖区及肥西县为特旱，滁州市市辖区为中旱，其他区域为重旱；1994年西南部为轻旱，东部为重旱，中部为中旱。本研究旱灾致灾气候阈值所反映的旱灾空间分布情况，与《安徽省统计年鉴》记载实际年份发生的旱灾情况较为吻合。

图5 江淮分水岭地区典型旱灾年旱灾等级分布

3 农作物旱涝灾害受灾面积与旱涝致灾气候阈值关系分析

选取江淮分水岭地区发生涝灾和旱灾的年份，分别研究这些年份旱、涝灾害致灾气候阈值与该地区农作物旱、涝受灾面积之间的关系，并用散点图做回归分析(图6、7)。从图6可知，计算出的旱灾致灾气候阈值和区域内农作物实际旱灾受灾面积有着很高的相关性，高达0.90，拟合公式为

y=-51.483x-21.817

(4)

式中：x为旱灾致灾气候阈值；y为农作物旱灾受灾面积，万hm2。

由图7可知，江淮分水岭地区涝灾致灾气候阈值与农作物涝灾受灾面积之间的相关系数为0.645 8，拟合公式为

y=4.548 7x-4.922 6

(5)

其中：x是涝灾致灾气候阈值；y为农作物涝灾受灾面积，万hm2。

可见，江淮分水岭地区旱灾致灾气候阈值与农作物受灾面积之间存在着较高的相关性，而涝灾致灾气候阈值与农作物受灾面积之间相关性较小。该研究成果对评估农业受灾面积意义重大，能为江淮分水岭地区农业灾情预测与农业生产提供参考。

图6 旱灾致灾气候阈值与农作物受灾面积的关系

图7 涝灾致灾气候阈值与农作物受灾面积的关系

4 结 语

(1)江淮分水岭地区降水量变化幅度较大，多年平均降水量空间分布呈现从西南向北部、东北向西北逐渐减少的趋势，旱涝灾害频发。

(2)根据1960—2010年降水量数据分析确定了江淮分水岭地区5级涝灾致灾气候阈值，典型的涝灾年份与实际情况较为吻合；通过SPI指数确定了旱灾致灾气候阈值，典型的旱灾年所反映的旱灾空间分布情况与实际也较为吻合。这说明两种旱涝阈值方法适于江淮分水岭地区灾害分析。

(3)对江淮分水岭地区旱涝灾害致灾气候阈值与农作物旱涝灾害受灾面积的关系分析发现，旱灾致灾气候阈值和旱灾受灾面积关系密切，而涝灾致灾气候阈值与涝灾受灾面积的相关性较小。

[1] 王帅兵,李常斌,杨林山,等.基于标准化降水指数与Z指数的洮河流域干旱趋势分析[J].干旱区研究,2015,32(3),565-572.

[2] 迟潇潇,尹占娥,王轩,等.我国极端降水阈值确定方法的对比研究[J].灾害学,2015,30(3):186-190.

[3] GONG D Y,SHI P J,WANG J A.Daily precipitation changes in the semi-arid region over northern China[J].Journal of Arid Environments,2004,59(4):771-784.

[4] 杨书运,马成泽,袁东海.江淮分水岭地区干旱分析[J].中国农业气象,2003,24(4):30-33.

[5] 方茸,周后福,屈雅.基于江淮分水岭地区的Z指数修正[J].气象,2010,36(10):110-113.

[6] 蒋跃林,盛绍学,张爱民,等.江淮分水岭地区降水与干旱对农业生产的影响及其对策[J].安徽农业科学,1999,37(5):418-420,437.

[7] 黄晚华,杨晓光,李茂松,等.基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58 a演变特征[J].农业工程学报,2010,26(7):50-59.

[8] 国家气候中心.气象干旱等级: GB/T 20481—2006[S].北京:中国标准出版社,2006:1-24．

[9] 袁媛,王心源,雷能忠,等.基于GIS的江淮分水岭地区旱涝灾害时空分析[J].水文,2007,27(6): 36-40.

[10] 高超,陈实,翟建青,等.淮河流域旱涝灾害致灾气候阈值[J].水科学进展,2014,25(1):36-44.

吴芸(1993—)，女，安徽铜陵市人，学士，研究方向为地理科学；通信作者周亮广(1981—)，男，山东桓台县人，讲师，硕士，研究方向为水文水资源与GIS。

2016-12-19

(责任编辑 李杨杨)

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