云南近620年旱涝灾害的时间变化特征*

王黎明, 刘甜甜, 马顺容, 牛洁, 张文翔

(云南师范大学 旅游与地理科学学院,高原地理过程与环境变化云南省重点实验室,云南 昆明 650500)

西南地区是我国旱涝灾害最为频发的地区之一，范围大且持续长的十年际旱涝灾害严重影响着农业生产和区域社会经济发展[1].我国自明代以来，保存了大量较为完整的旱灾与水灾史料记录，为准确认识与研究百年尺度上旱涝灾害的变化提供了可能性.据此，前人通过对我国各气象站点降水数据以及旱灾与水灾的史料分析，结合旱涝等级评定法，定量化研究了我国近500年的旱涝灾害特征[2].

就云南地区而言，已有研究根据气象观测数据与旱涝评定等级分析了云南近100年的旱涝等级序列[3]，并结合重标极差(R/S)分析法对云南地区未来旱涝灾害发生的风险进行预估[4]，还利用标准化降水蒸散指数(SPEI)与径流干旱指数(SDI)等指数分析了云南部分区域在短时间尺度上的干旱变化规律[5].然而，由于我国气象站点记录的数据时间较短，同时一年中云南可能存在旱灾与水灾[6]，而传统评定方法也可能对研究结果产生一定的影响[7].据此，通过对云南地区近620年旱涝灾害史料数据统计，分析了云南地区旱灾与水灾的时间变化特征，并结合湖泊沉积研究成果探讨了旱涝灾害的主要影响因素和影响机制，以期进一步探究在百年尺度上气候变化与旱涝灾害间的耦合机制，为区域旱涝等气象灾害预防提供一定的科学依据.

1 研究区域概况

云南地处我国西南地区，以高原和山地为主.由于常年受西南季风和东南季风控制，雨季(每年5-10月)的降雨量约占全年的80%以上，并表现出由南向北递减的趋势[8-10].同时，由于在云南地区的西部存在独特的南北走向纵向山系与河谷，并对印度洋水汽具有明显的经向阻隔与纬向通道作用[11]，而哀牢山对东南季风也具有明显的经向阻隔作用[12].因此，以云岭-哀牢山为界的东西地区在降雨等气象条件上有显著差异性[13-14].

2 数据与方法

2.1 数据来源

通过对现代自然灾害类著作[2,15-16]以及云南地方志[17-18]和正史[19-20]等历史文献中旱灾与水灾的记录，并结合前人相关的研究数据，获得了云南地区近620年(1381-2000年)旱灾与水灾的记录数据，其中有旱灾记录的年份为342年，有水灾记录的年份为431年.云岭-哀牢山以东地区有县(市)85个，受旱灾记录的年份为330年，水灾413年；云岭-哀牢山以西地区有县(市)44个，受旱灾记录的年份为121年，水灾211年.

2.2 分析方法

由于研究区常在一年中同时受旱灾和水灾的影响，而利用旱涝分级模式较难准确的表述其旱涝同年的状况[21].因此，为避免大范围的旱涝同年导致在旱涝分级时所带来的误差和不确定性，文章通过对旱涝灾害发生区域的逐一统计，并结合受旱灾与水灾影响的区域比例，以确定该年的主要气象灾害类型[22].如受旱灾区域∶水灾区域>1，则以旱灾为主；反之，以水灾为主(比值<1).

利用距平值累计的方法确定旱灾与水灾的变化阶段.该方法在计算时即假设存在N个元素的时间序列{xi，i=1，2，3，…，N}，第i个点的距平值累计的计算公式为：

(1)

滑动t检验用于确定距平值累计变化的突变点，其算法即在有N个元素的时间序列{xi，i=1，2，3，…，N}中选择某一点为基准点，基准点前后2个子序列为x1和x2，元素个数分别为N1和N2(一般N1=N2)，计算公式为：

(2)

其中：

(3)

公式中x1和x2为两样本平均值；N1和N2为两样本容量；s12和s22则是两样本的方差.其中，t服从N1+N2-2的分布，如果均值差异t超过显著性水平α，则认为发生突变.

3 结果与讨论

3.1 云南地区旱涝灾害的变化

云南全域近620年，受不同程度旱灾影响的年份共342年，发生频率为1.81年/次；而受不同程度的水灾影响有431年，频率为1.44年/次.从受旱灾与水灾影响的区域来看，受不同程度的旱灾与水灾影响的县(市)均呈波动增加的趋势，尤其是在1820年以来. 其中，1988年受旱灾影响的范围最大，为73县(市)(图1b)； 而1822年受水灾影响的范围最大，为77县(市)(图1a).

图1 云南近620年旱涝灾害的逐年县(市)统计

a.距平值累计；b.滑动t检验

通过对云南近620年旱灾与水灾数据的距平值累计的计算发现，明显存在5个下降阶段和4个上升阶段(图2a)，而滑动t检验(P<0.01)也记录了1546年、1644年、1746年、1765年、1849年、1867年、1961年及1984年等8个突变点.据此，云南近620年旱涝灾害的变化阶段即可分为9个阶段，其中1381—1546年、1645—1746年、1766—1849年、1868—1961年和1985—2000年等5个阶段以水灾为主；而1547—1644年、1747—1765年、1850—1867年和1962—1984年等 4个以旱灾为主的阶段.

3.2 云岭-哀牢山以东、以西地区的旱涝灾害变化特征

降水作为影响旱灾与水灾的主要因素，其变化特征受水汽来源影响较大，而云岭—哀牢山以东、以西的地形差异深刻地影响着区域内的环流模式与水汽输送[23].因此，试图以云岭—哀牢山一线作为界线，分析以东、以西两个区域近620年旱涝灾害的变化趋势与阶段性特征，以探讨区域对气候变化的耦合机制.

图3 云岭-哀牢山东西区域近620年旱涝灾害县(市)统计

a.云岭-哀牢山以东距平值累计；b.云岭-哀牢山以西距平值累计；c.云岭哀牢山以东滑动t检验；d.云岭-哀牢山以西滑动t检验

图3显示：在云岭-哀牢山以东和以西地区，受不同程度水灾和旱灾的影响区域均呈增加的趋势.其中，云岭-哀牢山以东地区在1943年受不同程度旱灾影响的区域最广，共53县(市)； 1822年受不同程度水灾影响区域最广，共60县(市)；而在以西地区，受不同程度旱灾的影响范围最广的年份是1982年，计23县(市)；受不同程度水灾影响的范围最广的年份是1979年，计29县(市).

距平值累计与滑动t检验(见图4)(P<0.01)显示了云岭-哀牢山以东、以西地区旱涝灾害的变化阶段.在云岭-哀牢山以东地区，旱灾集中于1548—1622年、1751—1760年、1843—1886年和1962—1979年，水灾集中于1381—1547年、1623—1750年、1761—1842年、1887—1961年和1980—2000年(图4a，图4c)；而在以西地区，旱灾集中于1541—1747年、1855—1864年和1952—1970年，水灾集中于1381—1540年、1748—1854年、1865—1951年和1971—2000年(图4b，图4d).

3.3 云岭-哀牢山东西区域旱涝灾害的对比分析

对比云岭-哀牢山以东、以西地区受旱涝灾害影响的县(市)数发现，620年以来云岭-哀牢山以东地区受旱灾和水灾影响分别为2 050和3 176县(市)，明显高于以西地区的531和1 000县(市)，同时以东地区旱涝灾害快速增加的时间点比以西地区早(图3)，且受旱涝灾害影响的县(市)占总县(市)的比例也高于以西地区.此外，明清以来以东地区比以西地区更深刻地受到人类活动的影响[24-25].因此，更深刻的人类活动与大的旱涝灾害比例是影响云岭-哀牢山以东地区旱涝灾害的变化特征和云南全域更相近的可能性因素.

a.水灾比例的变化；b.旱灾比例的变化

同时，为了清楚的认识云南及云岭-哀牢山以东、以西地区的旱涝灾害与人类活动、环境变化的关系，利用已有的云南人口变化[26]和云岭-哀牢山以东、以西地区的湖泊记录等相关研究成果[27-32]，并结合区域旱涝灾害的变化特征从以下方面展开分析和讨论.

对于云南全域来讲，受旱涝灾害影响的县(市)(图6a)变化趋势和云南人口数量(图6b)的变化趋势具有相似性，两者均在1820年后开始出现快速增长.快速的人口增长带来人类活动的加剧，并伴随着森林的砍伐与土地的退化，并导致旱涝灾害的形成[33-34].因此，云南地区在1820年后受旱涝灾害影响的范围逐渐扩大可能与快速的人口增长有关.

a.云南旱灾与水灾；b.云南人口数；c.以东地区距平值累计；d.洱海Rb/Sr；e.抚仙湖C/N；f.泸沽湖磁化率；g.星云湖δ18O；h.以西地区距平值累计；i.天才湖Fe/Mn；j.腾冲青海湖粒度；k.天才湖磁化率；l.腾冲青海湖δ13C

在云岭-哀牢山以东，星云湖δ18O(图6g)显示了在1820年以前与距平值累计(图6c)变化趋势的相似性，主要体现在以水灾为主的阶段主要集中于δ18O偏负的阶段，这说明降水变化对旱涝灾害的影响.然而1820年以后旱涝灾害的变化并不与星云湖δ18O的变化相同，而抚仙湖所记录的C/N(图6e)与距平值累计显示了该区域水灾主要集中在C/N上升的阶段，旱灾相反.这主要和水灾所带来更多的外源输入有关.因此，该区域旱涝灾害的变化主要受环境变化与人类活动的影响，时间节点在1820年.此外，旱涝灾害在泸沽湖磁化率(图6f)的记录中表征并不明显，这可能和该时期弱风化作用(图6d)及滇西北相对滇中地区较小的人类活动影响有关.

而对于云岭-哀牢山以西，对比发现旱涝灾害的变化(图6h)在腾冲青海和天才湖的记录(图6i)当中均能很好地表现出来.结合云岭-哀牢山以西旱涝灾害的变化与天才湖的湖泊环境记录，发现水灾集中于湖泊处于高水位(图6i)、质量磁化率(图6k)位于高值的阶段，反之亦然.但在1850年以后磁化率并不随湖泊水位升降而变化，这表明人类活动已经明显地影响到该区域旱涝灾害的变化.此外620年以来腾冲青海粒度(图6j)，δ13C(图6l)的变化趋势也与该地区旱涝灾害的变化在趋势上更具有一致性.因此，该区域在1850年以后旱涝灾害的变化不仅受控于环境的变化，人类活动也是一个重要的影响因素.

4 结 论

通过对云南近620年旱涝灾害的变化趋势与阶段性特征的研究，对比分析了云岭-哀牢山以东、以西地区旱涝灾害的变化与湖泊记录，结果表明：

(1)云南近620年受旱涝灾害影响的县(市)呈现出逐渐增多的趋势，特别是在1820年以来，且受水灾影响的县(市)多于旱灾，同时也具有明显的阶段性特征.

(2)近620年云岭-哀牢山以东地区旱涝灾害的变化特征更接近于云南全域旱涝灾害的变化特征，这与该地区更深刻地受到人类活动影响以及大的旱涝灾害比例有关.

(3)云岭-哀牢山以东、以西地区的湖泊沉积记录表明：区域内近620年旱涝灾害的变化受气候变化与人类活动的共同影响，特别是在19世纪以来由于人类活动影响的加剧，区域内的旱涝灾害也随之愈发频繁.

致谢：感谢史正涛教授在文章撰写过程中提出的宝贵意见和建议.