基于SPI指数的近55 a淮河流域旱涝时空分布

姚海涛 颜雅琼 唐雪娇 孟韩春 王 炽 张志林

（1.江苏省宿迁市气象局，江苏宿迁 223800；2.江苏省沭阳县气象局，江苏沭阳 223600）

1 数据与方法

1.1 研究区域概况 淮河流域地处中国东部，流域总面积约27万km2。流域内包括安徽、河南、湖北、江苏及山东的部分区域（本文将山东省考虑在内），地处中国南北气候过渡带，东临黄海，属亚热带季风气候，其气候特点为冬季和春季干燥少雨，夏季和秋季闷热多雨。流域内的主要地形包括山地、丘陵和平原。

1.2 数据来源 分析整理1961-2015年淮河流域各省地面气象台站实测数据的逐日降雨资料，将位置变动较大的站点剔除，缺测资料进行插值补充，经过处理后的时间序列趋势结果具有较高的可信度。气象站点分布如图1所示。

图1 气象站点分布图

1.3 研究方法 标准化降水指数是表征某时段降雨量出现概率的指标之一，它可以进行不同时间尺度的旱涝情况分析，因此广泛用于气象、农业、水文和生态发展的各个方面。标准化降雨指数基于降雨量的偏态分布，利用概率密度函数进行正态标准化处理，具体计算过程参考相关文献[1]，通过SPI指数对区域旱涝情况进行分析。通过经验正交函数（EOF）对淮河流域63个气象站点SPI3和SPI12的空间分布进行分析，并结合ARCGIS反权重空间插值分析淮河流域近55 a旱涝的空间变化趋势。

基于SPI值的旱涝等级划分标准[2-3]，具体分级标准如表1所示。可见，SPI=-0.5为干旱界值，SPI=0.5为雨涝界值。

表1 旱涝分级指标

2 结果与分析

2.1 淮河流域SPI的年变化特征 淮河流域SPI12的整体分布情况如图2所示。

图2 淮河流域SPI12的整体分布情况

2.2 淮河流域SPI的季节变化特征 3个月时间尺度的旱涝情况研究对于区域农业发展具有重要的意义，图3a、图3b、图3c、图3d分别对应春季、夏季、秋季和冬季的SPI3的变化。淮河流域的SPI3值在春季和秋季呈减小趋势，表明该时段淮河流域向干旱化方向发展；夏季和冬季的SPI3值呈增加趋势，表明区域向湿润化方向发展。在春季，淮河流域各发生12次洪涝和干旱，其中重旱2次，中旱2次，中涝6次，其余为轻度旱涝。在夏季，除1962年的极旱外，其余时段发展较为平稳，共有8次轻涝、5次轻旱、1次中旱。相较夏季而言，秋季的旱涝发生次数明显增加，共13次干旱，其中重旱1次、中旱1次；洪涝12次，其中2次中涝，其余为轻涝。相较其他时段而言，冬季具有更加复杂的分布特征，旱涝发生次数最多，旱涝各15次，其中1次重涝、8次中涝、2次重旱、4次中旱，其余为轻度旱涝。

图3 季节SPI3

2.3 基于EOF的淮河流域年旱涝时空变化分析 淮河流域的地貌广阔，受降雨量和区域地形特征的影响，区域旱涝状况也存在复杂的时空变化。通过对淮河流域63个气象站点SPI12值的研究来定量分析区域旱涝的空间分布情况。结果表明，前两个特征向量的累积贡献率达82.7%，图4为SPI12的前两个特征向量的空间分布图，第一特征向量（图4a）占总方差贡献率的74.4%，是淮河流域旱涝时空分布的主要形态。第一特征向量的空间分布显示，淮河流域的西部和东部具有不同的旱涝空间分布，可以发现，就第一特征向量分布而言，淮河流域西部、山东东部和东南部为正值区，其余为负值区，负值中心出现在江苏的南京地区，表明这一地区的旱涝变化相对显著，是旱涝变化的敏感区，且淮河流域东西具有相反的旱涝变化特征。在此特征下，淮河流域东部的负值区存在干旱加剧的趋势，西部正值区干旱减弱的变化趋势，这种状况与近年来东部地区降水减少而西部增加有关。此外，受区域内夏季风和地形等因素的影响。第二特征向量的方差贡献为8.3%，除高邮外，其他区域具有一致的空间分布特征，为淮河流域降水分布的第二型。表明在该空间模态的控制下，淮河流域基本呈现干旱增加的趋势。

图4 SPI12的EOF特征向量

3 结语

旱涝状况的发生与发展对区域农业、交通等各方面的发展产生极大的限制，尤其是农业的发展。本文基于1961-2015年淮河流域63个气象站点逐日降水资料的实测数据，首先对淮河流域进行分区处理，并结合正交经验函数（EOF）和ARCGIS反权重空间插值等方法，获得淮河流域近55 a旱涝分布的时间和空间分布特征，以期为有关部门应对旱涝发生带来的各种灾害提供依据。

就淮河流域旱涝情况的时间分布来说，区域内主要以轻涝和中涝为主，仅在少数年份出现重涝和极涝的情况。就区域整体而言，SPI12在近55 a呈递增趋势，表明就年旱涝分布来说，淮河流域向湿涝方向发展，从季节SPI3的年际分布可以看出，淮河流域在春季和秋季有干旱加重的趋势，在夏季和冬季有洪涝加重趋势。其中，干旱以中轻度为主，洪涝以轻度为主。