近60年宁夏回族自治区旱涝时空特征分析

王 璐，王丽婧，史 泉，吴 荣

(中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，银川 750002；宁夏气象防灾减灾重点实验室，银川 750002；中宁县气象局，宁夏 中宁 755100)

中国西北地区频繁出现的旱灾引发了地区种植结构的调整，影响了地区产业布局分布，对地区特色经济模式产生了影响，造成了粮食作物的大面积减产，导致了巨额的经济损失。旱涝对生态环境也有很大的影响，会破坏土地资源和自然环境，影响水资源循环，制约经济的可持续发展。将数据挖掘应用于气候灾害、气候变化的研究，可有效发现大量隐藏的演变规律，对于提高气候预测的准确性和做好防灾减灾的预备工作有着极其深远的意义[1]。

对于我国降水分布特征，已有很多学者作了大量考察和研究。近50年来，全国平均降水量无明显的变化趋势，但区域平均降水量的变化趋势显著[2-3]。万金红等[4]发现，在我国西部高海拔地区要比低海拔地区容易发生干旱，且西北干旱地区旱涝指数呈减小趋势，预计未来干旱强度会有所减轻。郭锐等[5]指出，洪涝频率较高的地区主要分布在长江流域。黄嘉佑[6]、朱乾根等[7]指出，我国东部降水周期变化为两年。李兆元等[8]重点研究了西北地区210年旱涝灾害的突变性。刘宇峰等[9]分析了黄土高原地区旱涝特征及极端和持续性。于金文[10]对长江流域旱涝灾害的特征进行了研究。此外，吕俊梅等[11]探究了中国东部夏季降水年际变化特征及其原因。人们的生产活动对气候变化也有一定的影响，宁夏降水也受到了影响，且极不稳定。旱涝灾害的不可控性越来越显著，因此有效挖掘旱涝灾害的时空分布规律、科学分析宁夏旱涝灾害的未来变化趋势，有利于旱涝灾害的及时发布和预防。

1 资料来源与方法

1.1 资料来源

选取宁夏回族自治区10个气象站点1960-2016年的月降水资料。气象站点选择惠农、陶乐、银川、盐池、中卫、中宁、同心、海原、西吉、固原10个气象站点。

1.2 数据处理与分析

选用Z指数作为旱涝等级划分标准，用ArcGIS中的反距离权重系数法绘制宁夏旱涝频次分布图。

2 1960年以来旱涝灾害的时空特征分析

2.1 宁夏旱涝灾害的时间特征

有研究认为Z指数可以很好消除降水量平均值不同的影响，通过对降水量进行处理得到服从正态分布的序列，对旱涝程度具有一定的反映能力，是单站划分旱涝的较好指标。将1960-2016年分为三个时期，每20年为一个阶段，根据不同时段内各个等级旱涝灾害发生频率和比例，分析旱涝灾害的时间演变规律。

通过计算分析宁夏1960-2016 年共 57年的降水Z指数发现，旱灾的实际频率略高于理论值，洪涝的实际频率略低于理论值，但都与理论值十分靠近，这说明该Z指数指准可以较准确地反映出宁夏的旱涝灾害情况。根据不同时间段来划分，灾害频次变化的差异能够基本反映出灾害发生频次的演变规律及趋势，以57年为单位分三个时段分别统计了不同时期干旱和洪涝灾害的发生频率，以此反映在57年尺度上旱涝灾害的年际特征。

由表1可以看出宁夏代际旱涝变化特征。从7个不同等级来分析，1级重涝在1960-1980年时段内发生2次，以后的时间段里没有出现重涝情况，预计未来重涝出现频率相对较小。2级大涝在三个时间段内随着时间的变化，频率在逐渐减小。3级偏涝走势相对稳定。4级正常在1981-2016年相对趋于稳定，均在理论范围值徘徊，但1960-1980年内发生次数较少，表明该时间段内旱涝灾害发生次数较多。5级偏旱在1980-2000年频率较高，其他时间段均靠近理论值。6级大旱在前两个时间段发生次数较多。7级重旱发生总次数较少，每个时间段均发生了一次。从时间轴来看，1960-1980年内旱涝灾害多发，尤其是重涝出现了两次。其次是大旱较为严重，高于理论值6.7%。1981-2000年中降水较少，大旱年出现次数相对较多，重旱出现一次。1995-2016年正常年较多，偏劳偏旱交替发生，无重涝，有一次重旱。说明宁夏从1960年以来最容易发生的是偏旱年、正常年。

表1 宁夏1960-2016年Z指数旱涝等级与频次Tab.1 Drought and flood grades and frequency of Z index in Ningxia from 1960 to 2016

2.2 宁夏旱涝灾害的空间特征

为进一步探究宁夏整个区域的灾害分布特征，根据宁夏10个站点不同旱涝等级出现频次，分别统计各站点“偏涝”、“偏旱”以上旱涝灾害出现次数，用ArcGIS中的反距离权重系数法绘制宁夏旱涝频次分布图，如图1、2。

图1 宁夏干旱频次分布图Tab.1 Drought frequency distribution in Ningxia

纵观宁夏旱涝频次分布图，干旱情况由南向北逐渐加重，而洪涝情况则由南向北逐渐减弱。年大旱以上频次范围在2.4～3.9次/20 a，年大涝以上频次在2～3.6次/20 a，根据频次来看，说明宁夏地区更容易发生旱灾。由图1可以看出，旱涝灾害主要分布在宁夏北部，其中，惠农发生旱灾的次数最多，超过3.6次/20 a，其次为中宁，中卫、盐池、西吉发生旱灾的频次最小。由图2可以看出，洪涝灾害主要分布在宁夏南部，西吉发生涝灾频次最高，超过3.4次/20 a，随着地区北移，涝灾频次依次减弱。宁夏北部涝灾发生相对较小，银川年大涝以上频次最低，为2～2.4次/20 a。对比两幅图来看，有5 个地方洪涝频率高于干旱频率，有4个地方的干旱频率高于洪涝频率，只有1个地方的干旱频率等于洪涝频率。其中，陶乐、中卫、中宁在整个宁夏旱涝灾害频率相对较低。比较干旱频率、洪涝频率的地区数量，两者相差略微。计算两者的差值，洪涝频率高于干旱频率的5个地区的累计差值为2.53次/20 a，而干旱频率高于洪涝频率的10个地区的累计差值为2.81次/20 a。这同样可以印证干旱是宁夏主要的旱涝灾害，大部分地区发生洪涝灾害的次数要小于干旱灾害。

图2 宁夏洪涝频次分布图Fig.2 Drought frequency distribution in Ningxia

3 结论与展望

根据宁夏1960-2016年的降水数据，采用 Z 指数作为旱涝等级划分标准，运用空间插值方法，分析了宁夏旱涝灾害的频次变化、年际变化。通过对各地不同等级旱涝次数统计、插值，研究旱涝灾害的空间分布特征，得出以下结论：

宁夏地区在20世纪60-70年代发生洪涝灾害较多，在其他时期，正常偏旱为该地区长期演变的主要旱涝特征，有涝-旱-涝旱的循环交替，年代际变化明显。20世纪70-90年代主要以旱灾为主，整体上旱涝交替现象明显，处于旱涝平衡状态。20世纪90-21世纪前期，涝灾强度减弱，旱灾有所加强，总体上处于偏旱状态。21世纪开始几年后，早灾强度减弱，涝灾加强，预测未来走势偏涝。近60年宁夏旱涝的周期震荡较显著，旱涝等级周期变化特征比较明显的时间尺度为2年、6～18年、28～34年。

采用ArcGIS空间插值方法，对宁夏10个站点的旱涝等级进行内插，结果表明，研究区内整体降水趋势从南向北逐渐减少。从旱涝灾害频次的空间分布来看，宁夏的旱涝灾害以干旱为主，大旱主要发生在惠农、陶乐、贺兰等引黄灌区，而洪涝主要发生在西吉、固原、隆德、泾源这些南部山区，其中大旱以上的频率中卫最低，惠农、中宁最高，大涝以上的频率西吉最高。