基于MK检验和小波谱分析的赣江上游旱涝变化特征研究

摘要：近年来在全球碳排放转型的大背景下，气候变化成为相关学者研究的热点问题。其中全球变暖带来的区域降水变率的不稳定性对社会可持续发展产生了重要影响。因此，为研究长时间尺度下的赣江上游地区环境变化规律，在相关气候要素中，选择旱涝变化作为衡量指标，利用MK检验和小波谱分析方法对近五百年旱涝变化趋势以及周期性特征进行研究。结果表明，赣江上游地区明清以来的近五百年旱涝变化趋势较为明显，总体上涝灾处于增加态势；通过小波谱分析得出，赣江上游地区旱涝演变具有一定的周期性，尤其是不同尺度下的演变周期具有异质性。本研究可以为区域可持续发展研究提供长时间尺度的气候演变规律历史相似型，并为旱涝灾害研究提供基础数据。

关键词：赣江上游地区；MK检验；小波谱分析；旱涝灾害

CharacteristicsofDroughtandFloodChangesintheUpperReachesof

GanjiangRiverBasedonMKTestandWaveletSpectrumAnalysis

XuShan1WanZhiwei1*ZhangZhi2ZhangAnhao1WuLiangqing1LiXiujuan1

1.SchoolofGeographyandEnvironmentalEngineering，GannanNormalUniversityJiangxiGanzhou341000；

2.SchoolofEcologyandEnvironment，YuzhangNormalUniversityJiangxiNanchang330103

Abstract：Inrecentyears，inthecontextofglobalcarbonemissionstransformation，climatechangehasbecomeahottopicofresearchforrelevantscholars.Theinstabilityofregionalprecipitationvariabilitycausedbyglobalwarminghashadasignificantimpactonsustainablesocialdevelopment.Therefore，inordertostudytheenvironmentalchangesintheupperreachesoftheGanjiangRiveroveralongtimescale，droughtandfloodchangeswereselectedasmeasurementindicatorsamongrelevantclimatefactors，andthetrendandperiodiccharacteristicsofdroughtandfloodchangesinthepast500yearswerestudiedusingMKtestandwaveletspectrumanalysismethods.TheresultsshowthatthetrendofdroughtandfloodchangesintheupperreachesoftheGanjiangRiverinthepast500yearssincetheMingandQingdynastiesisrelativelyobvious，andoverall，waterloggingdisastersareincreasing；Throughwaveletanalysis，itcanbeconcludedthattheevolutionofdroughtandfloodintheupperreachesoftheGanjiangRiverhasacertainperiodicity，especiallytheheterogeneityoftheevolutioncyclesatdifferentscales.Thisstudycanprovidelongtermhistoricalsimilaritypatternsofclimateevolutionpatternsforregionalsustainabledevelopmentresearch，andprovidebasicdatafordroughtandflooddisasterresearch.

Keywords：UpperreachesofGanjiangRiver；MKTest；Waveletspectrumanalysis；Droughtandflooddisasters

1概述

水是人类发展必要的资源，是人类生存的基础。水资源是人类生活的重要来源，对于人类文明发展起着十分重要的作用［1］。20世纪以来，全球气候变暖带来了区域降水变化，从而导致的旱涝灾害对经济发展和社会发展造成了严重的影响和损失。近年来，区域降水变化趋势和规律研究成为众多学者和机构关注的焦点。通过研究不同尺度的区域降水变化趋势和规律，一定程度上可以预测水情，为有关部门应对旱涝灾害提供数据，根据水情预测制订合理的方案，提高地方应对气候变化和旱涝灾害的能力［2］。

赣江上游地处江西省南部，位于长江南岸，是长江的主要支流。近年来，在全球气候变暖的大背景下，区域气候发生了重大改变，气候的改变使降水量相较之前有了非常大的变化。因此本文通过MannKendall趋势检验和小波谱分析法，来研究赣江上游地区明清时期近五百年的旱涝变化［3］。对历史时期旱涝变化进行趋势分析，有利于研究人员了解赣江上游地区旱涝灾害的信息，进而从旱涝频率、旱涝周期等方面具体分析该地区的气候变化，有助于相关部门预测未来的水情变化，合理应对旱涝灾害，并及时根据地方情况制定灾后恢复和重建策略，减少灾害对当地人民生活和经济发展的影响。

2研究区概况

本文研究赣江上游这一研究区域，赣江位于江西省南方，地理范围是24°29′～27°09′N，113°54′～116°38′E，是鄱阳湖水系的主要支流。赣江上游流域位于长江南岸，是长江的主要支流，赣江上游流域主要是山地、丘陵地貌，流域有75%以上都是山地、丘陵。赣江上游流域属于亚热带季风气候，夏季降水多，春季也常常出现阴雨天气，秋季较为温和，冬季寒冷，降水量较少［4］。赣江上游流域位于福建省西部、湖南省东部、广东省北部，横跨福建、江西、湖南、广东四省。是我国东南沿海区域连接内陆的中间地带，对于东南沿海与内陆的交往起着十分重要的作用，对于区域的经济发展也有着重要的交通意义。

3研究方法

（1）MannKendall（MK）检验法。MK检验方法是一种非参数统计检验方法，该方法可以检验不同时间尺度下的气候要素变化趋势。在降水变化的检测中，通过使用MK检验方法，可以高效地检测与分析降水的变化与趋势，且这一方法不受样本值、分布类型等因素的影响。MK检验法还可以检测较长时间的气候要素的变化趋势，因此，科学界常常使用这一方法来检验气候要素。本文也通过使用MK检验法来检验赣江上游地区明清时期近五百年的旱涝变化，可以定量反映旱涝变化的特征。

（2）小波谱分析法。小波谱分析出现于20世纪80年代，小波谱分析法的优势在于能够有效获取要素的周期性特征，同时利用时频局部化功能和不同层次的分析方法来分解不同时间序列的内部结构，从而获取不同时间尺度下信号序列的周期特征。所以本文采用小波分析对赣南地区旱涝序列做不同时间尺度分析，这一分析方法可以有效地获取赣南地区旱涝周期性变化规律。

4结果与分析

（1）旱涝趋势分析。MK检验的结果显示，Z值为2759，p值为0.005＜0.01，说明在99%置信区间上赣江上游地区五百年尺度的旱涝变化具有上升趋势。通过结合赣州地区明清时期旱涝数据信息，统计了赣州地区1368—1911年的旱涝频次数据，分析赣州地区近五百年的旱涝特征。为了更为清楚地显示历史时期气候变化的特征，本研究根据时间顺序将整个研究时间划分为明代和清代。《中国近五百年旱涝分布图集》科学地将旱涝分为5个等级［56］，能够较为全面地分析旱涝变化的主要特征。5个灾害等级划分为1级旱、2级偏旱、3级正常、4级偏涝和5级涝，由此做出赣州地区明清时期旱涝频次分布图。

如图1所示，明朝时期1级旱灾发生17次，2级偏旱灾害发生53次，4级偏涝灾害发生55次，5级涝灾发生25次。旱涝频次发生较多的为4级偏涝和2级偏旱，在1498—1507时段内发生4级偏涝灾害6次，发生5级涝灾一次，在1638—1647时段内发生4级偏涝5次，说明在这一时期内降水较为丰沛。在1528—1537时段内发生5级涝灾4次，在1578—1587和1608—1617这两个时段内发生5级涝灾3次，由此可见，明朝时期15世纪90年代以后降水在总体上有升高的趋势。

如图2所示，清朝时期1级旱灾发生5次，2级偏旱灾害发生37次，4级偏涝灾害发生69次，5级涝灾发生25次。4级偏涝灾害频次较明朝时期有明显的增加，1级旱灾和2级偏旱灾害发生频次有明显减少。在1718—1727时段内发生4级偏涝灾害5次，在1728—1737时段内发生4级偏涝灾害6次，在1818—1827时段内发生4级偏涝灾害5次。总体而言，清朝时期赣南地区18世纪20年代、30年代和19世纪30年代前后降水量较大。从赣南地区各类旱涝灾害次数来看，旱涝灾害发生频率从高到低依次为：4级偏涝＞2级偏旱＞5级涝灾＞1级旱。从长期来看，赣南地区明清时期降雨量呈显著上升的变化趋势。

（2）旱涝变化周期。本文使用小波谱分析方法，分析明清时期赣南地区旱涝周期特征。如图3所示，在不同尺度下明清以来的赣江上游地区旱涝变化显示出了明显的周期异质性。其中22年尺度下的旱涝变化具有明显的双11年太阳黑子变化周期（图4），这说明该地区的旱涝演变可能与太阳活动具有一定的相关关系。

5结论

本研究利用MK检验和小波谱分析方法，得到了明清时期赣江上游地区旱涝灾害变化特征。结果表明赣江上游地区明清时期近五百年间涝灾有明显增加的趋势，且在周期性分析中呈现出继续增加的趋势。总体而言，赣江上游地区历史时期降水处在正常的波动范围，但仍有一定的涝灾风险。旱涝灾害发生时会对灾民生活和社会经济发展产生极其严重的影响，主要表现为以下几个方面内容。

（1）影响农业生产。我国古代是农业社会，人口基数大，粮食短缺。民以食为天，广大人民群众通过生产粮食作物等生活必需品来维持基本生活。农业生产成为解决人民温饱问题的重要途径。旱灾发生时会导致大量农田干旱龟裂，土壤有机成分大大减少，涝灾发生时会淹没农田，降低土壤肥力。旱涝灾害的发生会导致农业减产甚至绝收，严重影响人民生活和经济发展。

（2）影响社会安全稳定。涝灾严重时会淹没居民房屋、损害人民财产和人员安全。旱涝灾害发生后，大量百姓被迫成为流民，人民群众生命安全受到严重影响。为了避免社会不安，减少旱涝灾害带来的损失，在更大的旱涝灾害发生前应该及时制定防灾减灾策略，修建防洪排涝工程，加强水情预报，重视灾后恢复与重建，调整土地开发利用模式，根据赣江上游地区特点制定灾后重建计划，促进当地的经济活力。

参考文献：

［1］左其亭，张云.人水和谐量化研究方法及应用［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［2］史宏晓.江淮地区夏季降水年代际异常时空特征及成因分析［J］.科技风，2019（03）：245+247.

［3］万智巍，贾玉连，章鸣，等.1470—2014年鄱阳湖流域干湿变化与特征分析［J］.干旱区资源与环境，2018，32（06）：114119.

［4］王秋霜，高震东，林思平.近60a东亚冬季风指数对农业灾害的指示［J］.农村经济与科技，2020，31（17）：2829.

［5］张德二，刘传志.《中国近五百年旱涝分布图集》续补（1980—1992年）［J］.气象，1993（11）：4145.

［6］张德二，梁有叶.1730年夏季黄淮地区暴雨极端事件研究［J］.气候变化研究进展，2016，12（05）：407412.

基金项目：江西省高校人文社会科学研究一般项目（JC21113）资助

作者简介：许珊（1998—），女，汉族，江西宜春人，硕士研究生，研究方向：历史旱涝演变研究。

*通讯作者：万智巍（1984—），男，汉族，江西南昌人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：气候变化与环境演变。