基于WAP指数的东北夏季旱涝时空分布分析

摘 要：基于1960—2012年东北三省及内蒙古自治区东北部均匀分布的94个站点的降水资料，进行WAP指数变换，再作REOF分区，并对各个分区内的站点WAP指数序列进行线性趋势分析、M-K检验分析。结果表明：我国东北6个分区西部偏旱，东南部偏涝，年际和年代际波动幅度都较小，都呈由湿变干的趋势。6个分区在2004、1964、2009、1980、1994年和1983年发生突变，突变后呈下降趋势。

关键词：降水；夏季；WAP指数；东北地区

我国东北地处中高纬欧亚大陆的东岸，境内被东、北、西三面低山、中山环绕，中部为东北大平原，因而形成独特的气候[1]。东北地区是我国最大的商品粮基地，也是工业和能源的中心。过去几十年的资料表明该地区暴雨洪涝和持续性干旱异常活跃，对当地的农业生产和生态环境造成诸多不利的影响。夏季是东北地区降水最为集中的阶段，且降水的突发性和局域性很强。

旱涝是一种复杂的现象，旱涝的出现、持续和下垫面的关系非常密切。干旱指数作为干旱程度的量化标准，在干旱监测、预测和水资源管理起着重要的作用[2]。而各种干旱指数标准繁多，干旱指数多种多样，其中Lu[3]提出用逐日加权平均降水量（WAP）来表征当前的旱涝状况，WAP实际上就是一种有效的指数，能够有效反映一个区域的干湿状况。下面引入WAP指数对东北地区的旱涝进行综合分析，期望对东北地区旱涝的发生及发展规律有更深入的了解和判断。

一、资料与方法

（一）资料

该文所用的资料为国家气候中心提供的东北地区94个测站1960—2013年6—8月逐日降水资料。

（二）方法

1.WAP指数

2.REOF

旋转主成分分析（REOF）是在EOF分析结果的基础上再做旋转。魏凤英[4]指出，EOF方法的局限性在于其往往不能揭示要素场中不同地理区域变化的特征，得到的前几个空间模型一般是相同的分布结构，只有通过转动主分量才能较好地显示不同区域变化的特征，同时举例了REOF在气候区划中的应用。该文采用气候诊断分析中常用的方差最大正交旋转法。

3.趋势分析

把气候要素的变化写成时间t的线性函数x=at+b，其中a、b为经验常数，用最小二乘法通过实际资料计算得出，其中a表示线性函数的斜率，也就是气候要素的线性趋势，称为气候倾向率[4]。

4.M-K检验

Mann-Kendall法是一种典型的非参数统计检验方法，能检验突变发生的时间，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也受少数异常值的干扰，更适用于顺序变量或者类型变量。因此，利用M-K法来分析干旱指数的突变特征。

二、结果与分析

（一）WAP指数的空间分布特征

对1960—2012年我国东北地区94个站夏季WAP指数进行REOF分析，根据旋转载荷向量≥0.5及基本上覆盖东北地区的原则，得到6个主要的区域。这6个区域分别是：A区主要在内蒙古自治区中部，B区主要是沿着长白山脉东侧，C区主要在黑龙江省东侧，D区主要在黑龙江省西北部，E区为辽宁省和内蒙古自治区的交界处，F区在内蒙古自治区和黑龙江省及吉林省的交界处。

（二）各分区的年际变化

从6个分区WAP指数的年际变化来看，长白山脉东侧的WAP指数偏大，年际变化最大，易发生洪涝；内蒙古自治区中部的WAP指数偏小，年际变化最小，易发生干旱。A区总体上偏旱，且干旱呈缓慢上升趋势。20世纪60年代至80年代的旱涝变化不显著，90年代干旱稍微缓解，1999年以后WAP指数偏小，主要为偏旱阶段。B区总体上偏涝，年际变化振幅较大，出现1985、1995年2次涝年，但其线性趋势没有显著的上升或下降。C区在20世纪60年代和70年代旱涝变化不显著，80年代至90年代偏涝，1999年以后WAP指数偏小，转为偏旱阶段。D区在1960—1988年旱涝变化不明显，但1988年至21世纪旱涝年际振幅变化较大。E区和F区WAP指数没有明显的上升或者下降的趋势，WAP指数呈现上下波动的状态，年代际变化的特征也不是很明显。

（三）突变特征

根据东北6个分区的WAP指数的M-K检验曲线图（见图1）可以看出：A区WAP指数在2004年发生突变，2004年以后呈下降趋势；B区WAP指数在1964年发生突变，并呈持续下降的趋势；C区在1966、1984、1992、2009年发生4次突变，且呈下降趋势，其中20世纪70年代下降趋势显著；D区WAP指数在1960年和1980年发生2次突变，1999年以后发生波动性的上升和下降；E区WAP指数在1967—1977年发生波动性上升和下降，1994年发生气候突变，突变以后WAP指数持续下降；F区在20世纪60年代和70年代下降趋势显著，1983年发生突变，2003—2006年间有过一次较大的波动。6个分区旱涝异常具有相对一致性，由涝变旱。

三、结论

（1）经REOF分析，将WAP指数分为6个具有高度相关性的异常区，这6个区域分别是内蒙古自治区中部、长白山脉东侧一带、黑龙江省东侧、黑龙江省西北部、辽宁省和内蒙古自治区的交界处、内蒙古自治区和黑龙江省及吉林省的交界处。

（2）我国东北6个分区年际和年代际波动幅度都比较小，但都呈由湿变干的趋势，西部偏旱，东南部偏涝，具有明显的地区性。

（3）6个分区在2004、1964、2009、1980、1994年和1983年发生突变，突变后呈下降趋势，总体都是由湿变干。

参考文献：

[1]周林.东北气候[M].北京：气象出版社，1991.

[2]沈彦军，李红军，雷玉平.干旱指数应用研究综述[J].南水北调与水利科技，2013（4）：128-133.

[3]Lu E. Determining the start， duration， and strength of flood and drought with daily precipitation： Rationale[J]. Geophysical Research Letters，2009（12）：1179.

[4]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：63-140.