王曉東，董煒華，褚麗娟，劉惠清，吳正方，范衛(wèi)紅

（1.長春師范大學城市與環(huán)境科學學院，吉林長春130032；2.東北師范大學地理科學學院，吉林長春130024；3.斯克頓大學自然科學院，美國新澤西08205）

吉林西部旱澇災害與降水對應關系的分析*

王曉東1，董煒華1，褚麗娟1，劉惠清2，吳正方2，范衛(wèi)紅3

（1.長春師范大學城市與環(huán)境科學學院，吉林長春130032；2.東北師范大學地理科學學院，吉林長春130024；3.斯克頓大學自然科學院，美國新澤西08205）

以吉林白城市和松原市為研究區(qū)，以區(qū)內9個市縣氣象臺站的降水資料和對應市縣旱澇災害的致災率為數(shù)據(jù)源，利用數(shù)學統(tǒng)計等方法分別認識9個市縣致災率的演變特征，采用聚類分析中的兩維圖論聚類方法分析旱澇災害的區(qū)域差異性，利用相關分析降水與致災率的關系。結果表明本區(qū)旱澇災影響范圍廣，年際變化大，以旱災為主，澇災為輔。研究區(qū)內東部地區(qū)旱災年際變化大；西南部旱災影響程度大，澇災波及面積廣。降水異常是災害產(chǎn)生的啟動因子，年降水量的異常是導致旱澇災害的首要因子，農作物的活躍生長期降水異常也是誘發(fā)旱澇災害的重要因素。大力興建水利工程以調節(jié)年降水量的年際變化是保證抗旱防澇的重要措施，增強水利設施蓄水供水能力，是防止活躍生長期水分突變的重要保障。

吉林西部；降水；致災率；水利設施

吉林省是我國重要商品糧基地之一［1］，農業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定環(huán)境是保證糧食產(chǎn)量持續(xù)增長的基本［2］，旱澇災害是威脅農業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)的主要因素［3］。不但造成糧食與農作物的減產(chǎn)，而且?guī)硪欢ǖ慕?jīng)濟社會損失，影響人們的正常生產(chǎn)活動［4］。旱澇災害的形成受制于氣候條件，尤其是與降水有著極為重要的關系［5］，所以，研究旱澇災害與降水之間的關系越來越重要［6］。

吉林西部是農牧過渡帶［7］，氣候變化、土地利用方式改變等都可能誘發(fā)本區(qū)旱澇災害［8］，因此降水因素對農業(yè)旱澇災害影響的研究也取得一些成果，蔡菁菁等利用東北地區(qū)35個農業(yè)氣象站資料、玉米生產(chǎn)資料，選用災害危險性評價模型對東北地區(qū)玉米不同生長階段分析時揭示吉林西部干旱危險性迅速增大的現(xiàn)象［9］。梁雨華利用近50年的數(shù)據(jù)資料研究吉林省西部旱澇災害的動態(tài)變化規(guī)律時得出旱澇災害呈上升趨勢與降雨量逐漸減少關系密切的結論［10］。紀瑞鵬等在氣候變化模擬分析基礎上發(fā)現(xiàn)水分虧缺程度加劇擴大到吉林西部地區(qū)，將使玉米的平均產(chǎn)量減產(chǎn)幅度加大［11］。張淑杰等對東北地區(qū)氣候變化的區(qū)域響應研究給出降水變化對夏季水分盈虧量影響最大，吉林西部水分虧缺使干旱發(fā)生頻率增加，區(qū)域擴大，導致糧食生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加的結論［12］。這些研究都說明吉林西部農業(yè)旱澇災害與降水研究對于穩(wěn)定農業(yè)生產(chǎn)日趨緊迫。特別是對糧食大省的吉林而言，穩(wěn)定西部糧食產(chǎn)量更是具有重要意義，減少災害損失刻不容緩。但這些研究都相對宏觀，不夠具體，沒有明確指出旱澇災害與降水因子的關系［13］，特別是吉林西部旱澇災害的內部分異與降水空間差異的對應關系。本文以吉林西部9個市縣的氣象資料與農業(yè)旱澇災害致災率為數(shù)據(jù)源，以數(shù)學統(tǒng)計分析、圖論聚類和相關分析研究旱澇災害與降水的空間關系，為吉林西部農業(yè)發(fā)展和防災減災提供一定的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文的研究區(qū)在吉林省西部地區(qū)（圖1），包括隸屬于白城地區(qū)的白城市、大安市、洮南市、通榆縣、鎮(zhèn)賚縣和隸屬于松原地區(qū)的松原市、扶余縣、長嶺縣、前郭縣、乾安縣等一共10個市縣（現(xiàn)松原市在1995年以前是原扶余縣的一部分，為達到數(shù)據(jù)連貫性的目的，將現(xiàn)松原市與扶余縣合并一起進行研究（松扶地區(qū)））。研究區(qū)位于科爾沁草原東部和松嫩草地南部［14］，是生態(tài)環(huán)境相對脆弱的半濕潤向半干旱的過渡區(qū)［15］，本區(qū)為中溫帶（年均溫約為5.1℃）［16］，年降水量大致在370～470 mm之間［17］。因為農業(yè)開發(fā)，耕地面積迅速擴展［18］，研究區(qū)內降水波動對農業(yè)災害的影響也日益加深。

圖1 研究區(qū)范圍

1.2 旱澇災害與降水因子的選擇與處理

對吉林西部松扶與白城等9個市縣氣象臺站28年（1980-2007年）降水數(shù)據(jù)進行處理，分別得到各市縣歷年年降水量、5月降水量、7月降水量、無雨天數(shù)、日最大暴雨量5個降水因子作為研究吉林西部旱澇災害與降水關系中降水因素的數(shù)據(jù)。利用中國農業(yè)統(tǒng)計資料、吉林統(tǒng)計年鑒等資料進行整理，得到吉林西部9個市縣逐年（1980-2007年）的耕地面積和旱澇災害致災面積作為反映旱澇災害的因子。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

首先利用當年成災面積除以當年耕地面積的值求出致災率，采用常規(guī)統(tǒng)計方法對9個市縣旱澇災害致災率的28年數(shù)據(jù)進行計算得到各個市縣旱澇災害致災率的均值、最大值、最小值、標準差、變異系數(shù)、偏度和峰度，利用這些統(tǒng)計結果分析旱澇災害的特征。采用聚類分析中的兩維圖論聚類方法分析旱澇災害致災率的常規(guī)統(tǒng)計值整體上的空間差異，分析旱澇災害的區(qū)域差異性。

旱澇災害與降水的關系利用典型相關分析與單因子相關分析進行研究，具體方法是分別以所在市縣的28年（1980-2007年）旱澇災害致災率為一組因變量，以該市縣對應年份的5個降水指標（年降水量、5月降水量、7月降水量、無雨天數(shù)和日最大降水量）為一組自變量進行典型相關分析，分別揭示9個市縣降水對旱澇災害的影響程度。為進一步分析降水對旱澇的影響方式，分別以各個市縣5個降水指標對旱澇災害的2個統(tǒng)計量（旱災和澇災致災率）進行單因子相關分析揭示各個市縣降水各因子對旱澇災害的影響程度。

2 結果與分析

2.1 旱澇災害特征

2.1.1 旱災特征

吉林西部9市縣旱災致災率常規(guī)統(tǒng)計分析結果顯示致災率均值在4.37%～11.42%之間（表1），顯示旱災在吉林西部的分布很普遍，影響范圍也很大。致災率年際變化大（標準差（5.15% ～17.51%）大；變異系數(shù)（1.37～2.98）大；單個樣本K-S檢驗：Z（2.67～4.19），P＜0.01）（表1），偏度（1.22～3.65＞0）與峰度（1.13～13.55＞0）（表1）為正且數(shù)值大說明旱災發(fā)生相對集中于個別年份，無災或災害發(fā)生小的年份相對多，但是從最大值（19.11%～64.32%）（表1）看很高，表明個別年份旱情影響很大，6個市縣（占全部市縣的2／3）受災面積超過全部耕地面積的一半以上（表1）。從致災率的分析表明吉林西部旱災比較嚴重，對農業(yè)生產(chǎn)的威脅很大，特別是一旦發(fā)生波及的范圍廣，程度大。

2.1.2 澇災特征

吉林西部9市縣澇災致災率常規(guī)統(tǒng)計分析結果顯示致災率均值在0.44%～4.11%之間（表2），顯示澇災在吉林西部整體看相對較小，影響范圍相對集中。致災率年際變化也非常大（標準差（1.04%～15.01%）大；變異系數(shù)（2.04～5.29）大；單個樣本K-S檢驗：Z（3.80～5.10），P＜0.01）（表2），偏度（2.35～5.29＞0）與峰度（7.13～28.00＞0）（表2）為正且數(shù)值大說明澇災僅在個別年份發(fā)生，從最大值（4.33% ～59.89%）（表2）看也很高，表明一旦發(fā)生澇災，影響范圍也不容忽視，個別市縣（長嶺）受災面積達到全部耕地面積的一半以上（表2），以上分析說明吉林西部澇災對農業(yè)生產(chǎn)依然存在威脅，如果發(fā)生影響程度是非常大的。

表1 旱災致災率常規(guī)統(tǒng)計結果

表2 澇災致災率常規(guī)統(tǒng)計結果

表3 旱澇災致災率配對樣本T檢驗與獨立樣本T檢驗分析結果表

2.1.3 旱澇災害整體情況分析

從旱澇災害整體上看吉林西部受災還是比較嚴重，致災率較高（旱澇災均值和：6.11% ～14.21%）（表2），影響面積還是相當可觀的，應該給以足夠的重視。從旱澇災害對比看以旱災為主（獨立樣本T檢驗：均值差為0.030%～9.882%）（表3），在一些市縣（乾安，鎮(zhèn)賚，通榆，白城，洮南）這種差異達到顯著程度（獨立樣本T檢驗：P＜0.05）（表3），但是也應該注意到有2個市縣（大安，長嶺）同時受到旱澇災害的雙重威脅（獨立樣本T檢驗：P值將近1）（表3），有2個市縣（扶松，前郭）的旱災影響大于澇災，但是沒有達到顯著（獨立樣本T檢驗：P＞0.05）（表3），同時澇災的影響也是比較大的。從旱澇災害發(fā)生程度的時間匹配上總體遵循旱澇災害錯開（相關系數(shù)多為負值，而且正值也是很小的，遠沒有達到顯著程度（P1＞0.05））（表3），即旱災發(fā)生時沒有澇災產(chǎn)生，但是在個別地方（長嶺）兩者同時發(fā)生（相關系數(shù)：0.628，P＜0.05）（表3），即要抗旱又要防澇。

2.1.4 旱澇災害空間分布規(guī)律

（1）旱災空間分布規(guī)律。旱災致災率常規(guī)統(tǒng)計兩維圖論聚類圖分析結果顯示根據(jù)常規(guī)統(tǒng)計量的差異大致分為三類地區(qū)：松扶-前郭-長嶺的東部區(qū)；乾安-洮南-通榆的西北區(qū)；大安-鎮(zhèn)賚-白城西南區(qū)（圖2）。從幾個分區(qū)所在市縣致災率的均值平均數(shù)看西南區(qū)為最高（均值平均數(shù)：西南區(qū)（10.72%）＞東部區(qū)（6.05%）和西北區(qū)（5.92%））（表4），但是從致災率變化的幾個統(tǒng)計量的差異看東部區(qū)旱災波動幅度最大（變異系數(shù) ～偏度～峰度平均數(shù)：東部區(qū)（2.36～3.00～9.16）＞西北部（1.50～1.50～1.46）和西南部（1.47～1.91～3.42））（表4）。東部地區(qū)旱災年際變化大，西南部旱災影響最大。

圖2 吉林西部各市縣旱災致災率常規(guī)統(tǒng)計兩維圖論聚類圖

表4 旱災致災率三0個分區(qū)常規(guī)統(tǒng)計量平均數(shù)計算結果表

表5 澇災致災率三個分區(qū)常規(guī)統(tǒng)計量平均數(shù)計算結果表

（2）澇災空間分布規(guī)律。澇災致災率常規(guī)統(tǒng)計兩維圖論聚類圖分析結果顯示，根據(jù)常規(guī)統(tǒng)計量的差異，可大致分為三類地區(qū)：松扶-乾安-鎮(zhèn)賚的北部區(qū)；前郭-大安-長嶺的南部區(qū)；通榆-白城-洮南西部區(qū)（圖3）。致災率的均值平均數(shù)表現(xiàn)為南部區(qū)為最高（均值平均數(shù)：南部區(qū)（3.25%）＞西部區(qū)（1.87%）和北部區(qū)（1.52%））（表5），從致災率變化的幾個統(tǒng)計量差異看北部區(qū)澇災波動幅度最?。ㄗ儺愊禂?shù) ～偏度 ～峰度平均數(shù)：北部區(qū)（2.31～2.96～9.67）＜西部區(qū)（3.80～3.90～15.74）和南部區(qū)（3.19～3.67～13.83））（表5）。北部區(qū)抵抗?jié)碁牡哪芰ψ顝?，南部區(qū)澇災影響最大。

圖3 吉林西部各市縣澇災致災率常規(guī)統(tǒng)計兩維圖論聚類圖

2.2 旱澇災害與降水關系分析

2.2.1 典型相關分析

各個市縣逐年（1980-2007年）降水因子（年降水量、5月降水量、7月降水量、無雨天數(shù)和日最大暴雨量）與相應年份旱澇災害致災率的典型相關分析結果表明在9個市縣2個順序所構建的18個相關系數(shù)中有6個達到顯著水平（表6），表明在影響旱澇災害的形成因素中降水不是唯一影響因素，還有其他因素在起作用，但是也應該注意到6個顯著相關系數(shù)都在第1主順序上（表6）說明降水是災害產(chǎn)生的啟動因子，對災害發(fā)生具有一定的控制作用。

表6 典型相關分析

2.2.2 單因子相關分析

（1）旱害與降水的相關分析。為了進一步分析降水因素中各個因子對旱災的影響程度，采用單因子相關分析，分析結果顯示年降水量大小與致災率相關性最高（9個相關系數(shù)中有6個達到顯著水平（P＜0.05））表明當年降水量減少是當?shù)睾禐男纬傻闹鲗б蜃樱ū?）；7月降水量大小與致災率相關性較高（9個相關系數(shù)中有5個達到顯著負相關（P＜0.05））說明在農作物生長旺季（7月）水分的匱乏是導致旱災的關鍵因子（表7）；而日最大暴雨量的相關系數(shù)中只有3個達到顯著負相關說明暴雨是當?shù)厮值闹饕獊碓?，特別是活躍生長期農業(yè)生產(chǎn)所需水分的主要補給形式。這些分析結果說明降水變化是導致旱災發(fā)生的主要因素，應給以足夠重視，尤其是人們相對忽略的7月降水量變化問題應引起人們的關注，另外也說明在吉林省西部地區(qū)水利工程對于農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。因為水利工程的合理使用可以調節(jié)降水量的時間分配不均，保證耕地用水的需求。

表7 旱害致災率與降水因子的相關分析

表8 降水因子與澇害致災率的相關分析

（2）澇災與降水的相關分析。澇災致災率與降水因子單因子相關分析結果顯示年降水量大小與致災率相關性最高（9個相關系數(shù)中有5個達到顯著水平（P＜0.05））表明當年降水量過多是澇災形成的主導因子（表8）；7月降水量大小與致災率相關性較高（9個相關系數(shù)中有4個達到顯著正相關（P＜0.05））說明在農作物生長旺季（7月）雨量超過承受能力是導致澇災的關鍵因子（表8）；而日最大暴雨量的相關系數(shù)中只有3個達到顯著負相關說明暴雨對當?shù)厮盅a給過多導致澇災直接顯現(xiàn)（表8）。這些分析結果說明降水變化也是導致澇災發(fā)生的主要因素，應給以足夠重視，在吉林省西部地區(qū)水利工程截蓄多余降水特別是多雨的季節(jié)與暴雨是防止?jié)碁漠a(chǎn)生的主要手段。

3 結論與討論

吉林西部旱澇災害頻發(fā)，影響程度較大。應該給以足夠重視。

（1）吉林西部旱災影響范圍廣，年際變化大，對農業(yè)穩(wěn)產(chǎn)的危害明顯；澇災影響程度相對較小，可是一旦發(fā)生波及范圍也是很大的，不容忽視。從旱澇災害對比反映吉林西部防災減災的主要任務是抗旱，但是對澇災也應注意。

（2）旱災空間分布差異表現(xiàn)在東部區(qū)旱災年際變化大，西南部旱災影響最大。北部區(qū)抵抗?jié)碁牡哪芰ψ顝?，南部區(qū)澇災分布最大。

（3）典型相關分析結果表明降水異常是災害產(chǎn)生的啟動因子，對災害發(fā)生具有一定的控制作用。單因子相關分析顯現(xiàn)年降水量的大小與旱澇致災率相關性最高，年降水量異常會導致相應的旱澇災害，農作物活躍生長期降水異常也是誘發(fā)旱澇災害的重要因素。大力興建水利工程以調節(jié)年降水量的年際變化是保證抗旱防澇的重要措施，同時增強供水蓄水能力，特別是防止活躍生長期水分突變有著顯著作用。

對致災率與降水的典型相關分析發(fā)現(xiàn)還有其他因素在成災中起著重要作用，如土地利用結構、現(xiàn)有水利工程的效能和人為防災措施等在具體分析旱澇災害時不可忽略。松扶地區(qū)的年降水量與旱害致災率成顯著正相關可能因為暴雨、陣雨的形式降落，形成洪水流走，隨著暴雨過后水分缺乏而發(fā)生旱災［19］，最后形成在個別地區(qū)雖然年降水量增加還是無法改善缺水導致旱災的形成，這種現(xiàn)象更加突顯現(xiàn)有水利設施的不足。同時在分析時發(fā)現(xiàn)本區(qū)現(xiàn)有水利設施不能保證農業(yè)發(fā)展不受旱澇災害影響，應該強化。注意到各個市縣旱澇災害的表現(xiàn)是有差異的，應該依據(jù)實際情況因地制宜的進行建設，能不顧實情地一味照抄照搬其他市縣的建設模式。另外本文在分析中只對降水的幾個因子與旱澇災害的致災率進行分析，沒有把蒸散［20］、徑流［21］考慮進來，更沒有把土地利用［22］和經(jīng)濟社會狀況［23］納入研究體系中，所以結論可能有一些偏頗，在今后研究中要不斷充實加大影響因子的納入實現(xiàn)分析的全面性，具體性和實用性，為吉林西部農業(yè)的長期持續(xù)健康發(fā)展提供參考依據(jù)。

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Relationship Analysis of Drought-Flood Disasters and Precipitation in W estern Jilin Province

Wang Xiaodong1，Dong Weihua1，Chu Lijuan1，Liu Huiqing2，Wu Zhengfang2and Fan Weihong3
（1．College of Urban and Environment Sciences，Changchun Normal University，Changchun 130032，China；2．School of Geographical Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；3．School of Natural Science，The Stockton University of New Jersey，NJ 08205，The USA）

TheWestern Jilin Provincewas selected as the study area in the paper，Based on data at9meteorological stations as referencing site（1980-2007）and disaster rate of 9 cities and counties.Conventional statistics and math clustering are used to reveal the characteristics of disaster rate of drought-flood disasters on 9 cities and counties，respectively.The relationship of precipitation and disaster rate is discovered using correlation analyses. The results show that the range of drought-flood disasters influences is very wide.Interannual variability of the disasters is large.The drought ismain type and the flood is second major type.Interannual variability of droughtwas large in eastern region.The influence degree of droughtwas large and influence area of flood is wide in west and south.The precipitation anomaly is initiation factor for drought-flood disasters forms.The annual precipitation anomaly is first factor for disasters.The precipitation anomaly is closed to drought-flood disasters during the period of rapid growth of crop.Some water projects need be constructed to adjust annual precipitation to resist droughts and floods disasters.Water storage and supply capacity of water projects are enhanced in order to ensure water normal utilization，due to precipitation anomaly during the period of rapid growth of crop.

Western Jilin Province；precipitation；disaster rate；water projects

X43

A

1000-811X（2015）04-0053-06

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.011

王曉東，董煒華，褚麗娟，等.吉林西部旱澇災害與降水對應關系的分析［J］.災害學，2015，30（4）：53-58.［Wang Xiaodong，DongWeihua，Chu Lijuan，etal.Relationship Analysis of Drought-Flood Disasters and Precipitation in Western Jilin Province［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：53-58.］

2015-03-20

2015-04-29

國家自然科學基金項目（41171072，31200419，31200407）；教育部博士點基金項目（20120043110014）；吉林省科技發(fā)展計劃項目（20130101109JC）；長春師范大學科研創(chuàng)新團隊項目（T2013-3）；吉林省大學生創(chuàng)新項目（吉教高字［2015］）

王曉東（1971-），男，吉林長春人，博士，副教授，主要研究方向為綜合自然地理學.E-mail：wangxd219＠nenu.edu.cn

吳正方，（1960-），男，吉林長春人，博士，教授，博士生導師，主要從事生態(tài)氣候學研究.

E-mail：Wuzf＠nenu.edu.cn