劉衛(wèi)林,劉麗娜

(南昌工程學(xué)院 江西省水文水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌330099)

近年來，由于受到人類活動(dòng)和全球氣候變化的影響，干旱和洪澇等極端水文事件頻發(fā)并加劇，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生存和發(fā)展[1]。以極端水災(zāi)害與氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律與機(jī)理為重大科學(xué)問題的全球變化研究已成為當(dāng)今重大科學(xué)前沿之一。鑒于鄱陽湖對于長江防洪以及長江流域濕地生態(tài)保護(hù)等的特殊地位，許多學(xué)者對鄱陽湖流域的氣象、水文等方面做了大量研究，并取得了豐碩的研究成果[2-3]?，F(xiàn)有成果表明[4-5]，鄱陽湖流域1990年進(jìn)入顯著性增溫時(shí)期，年降水量數(shù)據(jù)序列在1990年發(fā)生均值突變后，1990年后呈現(xiàn)明顯上升趨勢，特別是暴雨頻率的增加尤為顯著。修河支流上的潦河位于贛西北暴雨區(qū)，加之河床坡降大，流域洪水匯流快，易于形成洪水。在不斷變化的氣候環(huán)境背景下，修河流域洪水徑流演變規(guī)律變得越來越復(fù)雜。因此，對修河流域洪水徑流的演變規(guī)律及影響因素進(jìn)行研究，對于防洪減災(zāi)有重要的指導(dǎo)意義。目前對鄱陽湖流域水文極值已有相關(guān)研究[5-8]，現(xiàn)有研究主要集中在鄱陽湖整個(gè)流域極值流量研究，而針對修河流域洪水流量演變特征及成因進(jìn)行全面細(xì)致的研究較少，尤其是涉及極值流量與氣候變化兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系綜合研究尚不多見。鑒于此，本文基于實(shí)測日流量數(shù)據(jù)，利用Mann-Kendall 法和小波變換等方法對修河流域洪水流量的變化特征及趨勢進(jìn)行了分析，力圖揭示該流域洪水極值流量演變特征，為修河流域中長期水文預(yù)報(bào)及防汛抗旱提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

修河是鄱陽湖水系五大河流之一，位于江西省西北部。修河發(fā)源于銅鼓縣高橋鄉(xiāng)葉家山，九嶺山脈大圍山西北麓，自南向北流經(jīng)港口、程坊、東津、下行至周家、馬坳間與渣津水匯合后，自西向東流經(jīng)修水、清江、武寧、柘林、虬津，于永修縣城附近與潦河匯合[9]。全長419 km，流域面積14 797 km2，河道平均坡降0.46‰。流域涉及江西省九江市修水、武寧、永修、瑞昌，宜春市銅鼓、奉新、靖安、宜豐、高安和南昌市安義、新建等3市11縣(市)。修河在修水縣城以上為上游，柘林以下進(jìn)入下游區(qū)，永修縣城以下為濱湖圩區(qū)，水流緩慢，汛期受鄱陽湖洪水頂托，洪澇為患。

修河流域?qū)僦衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫濕，四季分明。流域多年平均年降水量1 663 mm，4—9月降水量占全年總降水量的69.1%，主汛期4—7月占55.8%，中上游多于下游，山區(qū)明顯多于尾閭區(qū)。多年平均年水面蒸發(fā)量786 mm。流域多年平均年徑流量135.05億m3。徑流年內(nèi)變化也很大，4—9月徑流占全年徑流的74.2%。流域具有典型的南方山區(qū)性河流特征，多暴雨且強(qiáng)度大，易發(fā)生連續(xù)降水，洪水起漲較快，洪峰持續(xù)時(shí)間短，但也經(jīng)常出現(xiàn)復(fù)峰現(xiàn)象。主要暴雨洪水多發(fā)生在4—6月，特殊年份受臺風(fēng)影響，7—9月局部地區(qū)也會發(fā)生暴雨洪水。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1 水文數(shù)據(jù) 本文研究數(shù)據(jù)來源于修河控制站萬家埠、晉坪和虬津歷年最大洪峰流量序列，資料的精度滿足分析要求。其中，萬家埠、晉坪水文站處于修水的最大支流潦河之上，兩站之上沒有大中型水庫分布；晉坪站為修河南潦水上游主要控制站，集水面積304 km2，占潦河流域面積的7%；萬家埠站是潦河的控制站，集水面積3 548 km2，占潦河流域面積的82%，占修河流域面積的24%。虬津水文站在修河干流上，是修河干流的重要控制站，集水面積9 914 km2，占修河流域面積的67%，在虬津水文站上游建有柘林、東津、大塅等3座大型水庫。據(jù)江西省水文局閔騫多年研究[10]，鄱陽湖按水文變化起始時(shí)間一般將每年4月至次年3月作為一個(gè)水文年，選取各主要水文站歷年最大洪峰流量為研究對象。

2.1.2 相關(guān)氣候指標(biāo)數(shù)據(jù) 考慮全球氣候變化影響，本文主要采用了15個(gè)氣候指標(biāo)研究洪水極值變化的環(huán)流背景原因，其中，厄爾尼諾—南方濤動(dòng)(ENSO)指標(biāo)，包括多變量ENSO指數(shù)(MEI)、Nio3.4區(qū)(5°S—5°N，170°W—120°W)海溫指數(shù)(SSTA)以及南方濤動(dòng)指數(shù)(SOI)，以上數(shù)據(jù)均來源于美國大氣海洋局(NOAA)地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室(NOAA ESRL)；北極濤動(dòng)(AO)指數(shù)、太平洋年代際振蕩(PDO)、北大西洋濤動(dòng)(NAO)、太平洋—北美型(PNA)、西太平洋型(WP)、東太平洋/北太平洋濤動(dòng)(EP/NP)、印度洋偶極子(IOD)及北極濤動(dòng)(AO)，以上數(shù)據(jù)均來源于美國大氣海洋局(NOAA)氣候預(yù)測中心(CPC)網(wǎng)站(http:∥www.cpc.ncep.noaa.gov/)；太陽黑子(SS)數(shù)據(jù)來源于比利時(shí)皇家天文臺；東亞夏季季風(fēng)指數(shù)(EASMI)、南亞夏季季風(fēng)指數(shù)(SASMI)、南中國海夏季季風(fēng)指數(shù)(SCSMI)以及南極濤動(dòng)(AAO)數(shù)據(jù)均來源于北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院李建平教授的個(gè)人主頁(http:∥ljp.gcess.cn/)。數(shù)據(jù)時(shí)間序列均為1952年1月至2016年12月。

2.2 研究方法

2.2.1 趨勢與突變檢驗(yàn)法 本文采用FAO推薦的Mann-Kendall檢驗(yàn)法進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)。Mann-Kendall檢驗(yàn)法是世界氣象組織推薦使用的一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法，該方法不需要樣本遵循一定分布且不受其他異常值的干擾，在徑流變化趨勢分析中有著廣泛的應(yīng)用[11-13]。Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z>0，表明序列呈增加趨勢，若Z<0，則表示序列呈減少趨勢；顯著性水平為0.05時(shí)，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量臨界值|Z|=1.96；若|Z|大于或等于1.96時(shí)，表示通過了置信度95%顯著性檢驗(yàn)；利用Mann-Kendall 傾斜度指標(biāo)來衡量序列單調(diào)趨勢。同時(shí)，通過分析統(tǒng)計(jì)序列UF和UB可以進(jìn)一步分析序列的突變情況。如果UF和UB這兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界直線之間，那么交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻就是序列均值突變開始的時(shí)刻[6]。結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)[11]驗(yàn)證極端徑流突變分析。Mann-Kendall檢驗(yàn)法和滑動(dòng)t檢驗(yàn)法具體過程見相關(guān)文獻(xiàn)[12-13]。

2.2.2 小波分析方法 小波分析是進(jìn)行信號處理的一種時(shí)間—頻率分析方法，可以得到時(shí)間序列周期變化的局部特征及各周期隨時(shí)間的變化情況，目前已成功應(yīng)用于水文氣象序列的時(shí)頻分析中[14]。本文選用Morlet小波函數(shù)對修河1953—2016年的歷年最大洪峰流量序列進(jìn)行周期性分析，其表達(dá)式如下：

φ(t)=eict·e-t2/2

(1)

式中：φ(t)為小波變換函數(shù)；c為無量綱頻率?？傮w小波功率譜Ea，表示不同尺度a對應(yīng)的能量密度。根據(jù)小波功率譜圖提取出最大洪峰流量序列的主周期后，還需用紅噪聲或白噪聲標(biāo)準(zhǔn)譜對其顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)[14-15]。小波功率譜服從分布特征，給定一定顯著性水平，計(jì)算理論功率譜，其計(jì)算公式為：

(2)

(3)

式中：Δt為最大洪峰流量序列時(shí)間間隔;α為序列滯后數(shù)為1的自相關(guān)系數(shù)。若Ea>P，說明總體小波功率譜對應(yīng)的周期是顯著的。

2.2.3 氣候指標(biāo)與洪水極值的相關(guān)關(guān)系 運(yùn)用皮爾遜相關(guān)分析法分析氣候指標(biāo)與洪水極值序列的相關(guān)關(guān)系，通過ENSO，PDO，WP等氣候指標(biāo)與洪水極值序列之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)來反映氣候指標(biāo)對洪水的影響。給定顯著性水平α后，運(yùn)用t 檢驗(yàn)法對皮爾遜相關(guān)系數(shù)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)的絕對值大于等于0.252(61)，0.285(48)和0.355(31)時(shí)，則說明達(dá)到95%置信水平。

3 結(jié)果與分析

3.1 趨勢性分析

修河流域萬家埠、晉坪和虬津3個(gè)水文站年最大洪峰流量變化特征見表1。由表1可知，萬家埠站年最大洪峰流量在720～5 600 m3/s變化，其中最大值出現(xiàn)在1972年，最小值出現(xiàn)在1965年；晉坪站年最大洪峰流量在113～1 230 m3/s變化，其中最大值出現(xiàn)在1973年，最小值出現(xiàn)在2008年；虬津站年最大洪峰流量在559～4 070 m3/s變化，其中最大值出現(xiàn)在1993年，最小值出現(xiàn)在1985年；3站的年最大流量變差系數(shù)分別為0.52，0.54，0.64，表明該流域年最大洪峰流量年際變化較大。修河流域年最大洪峰流量序列的Mann-Kendal趨勢檢驗(yàn)結(jié)果見表1。萬家埠站年最大流量Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值為負(fù)值，且Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)值Z絕對值小于1.96，說明萬家埠站年最大流量未通過顯著水平α=0.05的信度檢驗(yàn)，表明萬家埠站年最大流量總體表現(xiàn)為不顯著減少趨勢。晉坪和虬津站年最大流量Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值均為正值，但未通過顯著水平α=0.05的信度檢驗(yàn)，表明年最大流量總體表現(xiàn)為不顯著增加趨勢。

表1 修河流域年最大流量統(tǒng)計(jì)特征值

3.2 突變分析

采用Mann-Kendall法對修河流域年最大洪峰流量系列進(jìn)行突變分析。圖1表示的是修河萬家埠、晉坪和虬津3個(gè)水文站年最大洪峰流量系列Mann-Kendall檢驗(yàn)正向統(tǒng)計(jì)量(UF)與反向統(tǒng)計(jì)量(UB)曲線圖，圖中水平直虛線為顯著性水平α=0.05的臨界值。由圖1A也能看出，UF和UB曲線存在多個(gè)交點(diǎn)，通過與距平累積曲線結(jié)果對比，將1972年確定為突變點(diǎn)，其余應(yīng)為雜點(diǎn)，在1972年后最大洪峰流量發(fā)生由減少到增加的突變。以1972年作為序列的分割點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)1953—1971年、1972—2013年兩個(gè)時(shí)段的均值，分別為1 950，2 252 m3/s，變差系數(shù)分別為0.46，0.54?？梢?972—2013年均值比1953—1971年均值增加了15%，說明1972年后均值有一定程度增加，序列離散程度變大。

圖1B為晉坪年最大洪峰流量UF與UB曲線圖。由圖1B可以看出，除1989—1992年外，UF曲線均處于零線以上或附近，表明晉坪年最大洪峰流量基本呈現(xiàn)增加趨勢，但整體的UF曲線并沒有超過95%信度線，說明晉坪最大洪峰流量增加的變化趨勢并不顯著。由圖2B可以看出，UF和UB曲線存在多個(gè)交點(diǎn)，因此利用距平累積曲線綜合判斷這些交點(diǎn)中的突變點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)突變點(diǎn)為1977年，在1977年后最大洪峰流量發(fā)生由增加到減少的突變。以1977年作為序列的分割點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)1966—1976，1977—2013年兩個(gè)時(shí)段的均值，分別為423，375 m3/s，變偏差系數(shù)分別為0.69，0.47?？梢?977—2013年均值比1966—1976年均值減少了11%，而變差系數(shù)減少了32%，說明1977年后均值有一定程度減少，序列離散程度變小。

圖1C為虬津年最大洪峰流量UF與UB曲線圖。由圖1C可以看出，UF和UB曲線存在多個(gè)交點(diǎn)，利用距平累積曲線綜合判斷，突變點(diǎn)為1990年，在1990年后最大洪峰流量發(fā)生由減少到增加的突變。以1990年作為序列的分割點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)1983—1989，1990—2013年兩個(gè)時(shí)段的均值，分別為1 194，1 754 m3/s，變差系數(shù)分別為0.98，0.57?？梢?990—2013年均值比1983—1989年均值增加了47%，說明1990年后均值增加明顯，而序列離散程度變小。

圖1 Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量變化

3.3 周期性分析

采用小波分析法對修河流域萬家埠、晉坪和虬津3個(gè)水文站年最大洪峰流量系列進(jìn)行周期性分析，各站年最大洪峰流量系列小波功率譜及總體功率譜如圖2。小波功率譜圖中顏色深淺表示能量密度的相對變化，黑色的粗實(shí)線圈閉的區(qū)域表示通過了95%置信水平的紅噪聲檢驗(yàn)，而黑色弧線以上的區(qū)域?yàn)榭紤]了小波邊角效應(yīng)的小波影響錐(Cone of influence，COI)區(qū)域。總體功率譜圖反映了波動(dòng)的能量隨尺度的分布，峰值處對應(yīng)為該序列的主要周期?？傮w功率譜圖中實(shí)線為總體小波功率譜，虛線為95%置信水平的紅噪聲標(biāo)準(zhǔn)譜，若實(shí)線的峰值超過虛線表示該峰值對應(yīng)的周期顯著。這樣，通過總體功率譜圖可直觀地反映各振蕩周期在0.05顯著性水平下的顯著性。

由總體功率譜圖可知，萬家埠站最大洪峰流量在1953—2013年期間存在3個(gè)振蕩周期，分別為2.3，6.9，22 a的周期，其中，22 a振蕩周期通過了置信水平為95%的紅噪聲檢驗(yàn)，說明這個(gè)周期在全時(shí)域內(nèi)顯著，為主周期，2.3，6.9 a的振蕩周期沒有通過置信水平為95%的紅噪聲檢驗(yàn)；晉坪站振蕩周期為3.9，6.2，9.8，20.8 a的周期，各周期均未通過置信水平為95%的紅噪聲檢驗(yàn)；虬津站振蕩周期為3.7，5.2，10.3 a的周期，各周期均未通過置信水平為95%的紅噪聲檢驗(yàn)。萬家埠站小波功率譜圖黃色區(qū)域表明渡峰坑站最大洪峰流量在2000—2006年振蕩比較強(qiáng)烈，存在2～4 a的變化周期，并通過了置信水平為95%的紅噪聲譜顯著性檢驗(yàn)，涵蓋時(shí)域短；18～22 a的振蕩周期在1977—1986年通過了95%的紅噪聲檢驗(yàn)，具有顯著頻域周期特征。同樣可得出晉坪和虬津站年最大洪峰流量時(shí)頻域變化特征，由圖2可以看出，晉坪站最大洪峰流量在1968—1978年小波功率譜振蕩比較強(qiáng)烈，存在2～6 a的變化周期，并通過了置信水平為95%的紅噪聲譜顯著性檢驗(yàn)。虬津站最大洪峰流量在1995—2002年小波功率譜振蕩比較強(qiáng)烈，存在3～6 a的變化周期，并通過了置信水平為95%的紅噪聲譜顯著性檢驗(yàn)，具有顯著頻域周期特征。

綜上所述，修河流域萬家埠、晉坪和虬津站年最大洪峰流量系列在時(shí)頻域中都存在著不同尺度的周期，既有2～8 a的短振蕩周期，也有超過20 a的長振蕩周期。

3.4 洪水極值對氣候變化的響應(yīng)

流域洪水徑流演變是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)過程，受自然和人類活動(dòng)兩方面因素相互作用，自然因素包括氣候和地貌因素，且以氣候因素作用顯著。本文主要探討了修河洪水徑流對氣候因素的響應(yīng)。將修河流域萬家埠、晉坪和虬津站洪水極值流量與潛在因素MEI，Nio3.4，SOI，AO，PDO，NAO，PNA，WP，EP/NP，IOD，AO，SS，EASMI，SASMI，SCSMI，AAO進(jìn)行線性相關(guān)分析，計(jì)算結(jié)果見表2—3。由表可知，(1) 不論是與當(dāng)前系列，還是延遲系列，AO，PDO，EP，AAO及SS氣候指標(biāo)對修河流域洪水均未通過相關(guān)顯著性檢驗(yàn)，表明這些氣候指標(biāo)對修河流域洪水無明顯影響。(2) 就當(dāng)前序列而言，對洪水序列影響較為顯著的氣候指標(biāo)為EASMI，其與虬津和萬家埠最大洪峰流量系列均表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均通過了0.1顯著性水平檢驗(yàn)，尤其是虬津站還通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)；其次為PNA，MEI，NOA，MEI，NOA分別與虬津、晉坪最大洪峰流量序列相關(guān)系數(shù)通過了0.1顯著性水平檢驗(yàn)，而PNA僅與虬津最大洪峰流量序列相關(guān)系數(shù)通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，表現(xiàn)為正相關(guān)。(3) 對延遲一年序列而言，ENSO指標(biāo)對三站最大洪峰流量序列影響顯著，其中，與Nio3.4相關(guān)系數(shù)均通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，且均為正相關(guān)，尤其是與虬津最大洪峰流量序列相關(guān)系數(shù)均通過了0.01顯著性水平檢驗(yàn)；其次為EASMI與WP，兩個(gè)指標(biāo)分別與虬津、晉坪最大洪峰流量序列表現(xiàn)為正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)；最后為DMI，SASMI，SCSMI，相關(guān)系數(shù)均通過了0.1顯著性水平檢驗(yàn)，其中，DMI與虬津、晉坪最大洪峰流量序列均表現(xiàn)為正相關(guān)，而SASMI，SCSMI與晉坪最大洪峰流量序列相關(guān)顯著，前者與晉坪最大洪峰流量序列呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，后者為正相關(guān)。(4) 從單一測站來看，萬家埠站最大洪峰流量主要與ENSO，EASMI顯著相關(guān)，其中上一年MEI，Nio3.4與之呈正相關(guān)，上一年SOI、同年EASMI與之為負(fù)相關(guān)；晉坪站最大洪峰流量主要與Nio3.4，DMI，SASMI，EASMI，SCSMI和NOA顯著相關(guān)，其中，上一年Nio3.4，DMI，EASMI，SCSMI與之呈正相關(guān)，上一年SASMI、同年NOA表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)；虬津站最大洪峰流量主要與ENSO，DMI，WP和PNA，EASMI顯著相關(guān)，其中，上一年MEI，Nio3.4，DMI，WP和同年P(guān)NA與之呈正相關(guān)，上一年SOI與同年EASMI表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

圖2 修河流域年最大洪峰流量小波功率譜及總體功率譜與置信水平95%的紅噪音理論譜

測站MEINi?o3.4SOINOAAOPDODMIWPPNAEPSASMIEASMISCSMIAAOSS萬家埠-0.035-0.1090.010-0.068-0.0030.083-0.098-0.0520.182-0.1680.164-0.232?-0.2110.073-0.149晉坪0.0610.010-0.019-0.265?-0.1130.054-0.0580.0720.240-0.1970.145-0.082-0.1530.094-0.158虬津0.312?0.188-0.2760.042-0.0210.152-0.031-0.0310.367??0.1820.061-0.358??-0.2260.1570.092

注：*表示通過90%置信水平檢驗(yàn)，**表示通過95%置信水平檢驗(yàn)，***表示通過99%置信水平檢驗(yàn)。

表3 年最大流量序列與氣候指標(biāo)(延遲一年)相關(guān)系數(shù)

注：*表示通過90%置信水平檢驗(yàn)，**表示通過95%置信水平檢驗(yàn)，**表示通過99%置信水平檢驗(yàn)。

由表2，3可知，ENSO，EASMI，PNA和WP等4個(gè)氣候指標(biāo)與最大洪峰流量系列呈現(xiàn)顯著相關(guān)，均通過了95%置信水平檢驗(yàn)。其中，ENSO是赤道太平洋地區(qū)乃至全球范圍內(nèi)最強(qiáng)的氣候年際變化的自然信號之一，不僅直接影響熱帶太平洋地區(qū)的天氣氣候，還通過大氣環(huán)流以"遙相關(guān)"形式間接影響東亞地區(qū)的天氣氣候。MEI，Nio3.4 SSTA以及SOI均是描述ENSO的具體指數(shù)，由于Nio3.4 SSTA指數(shù)與修河流域萬家埠、晉坪和虬津站最大洪峰流量相關(guān)性均較好，因以采用該指數(shù)來描述ENSO對修河流域最大洪峰流量的影響。EASMI反映的是東亞夏季季風(fēng)強(qiáng)弱，該指數(shù)越大，夏季風(fēng)越強(qiáng)。WP是北太平洋主要的低頻動(dòng)態(tài)模式，同北太平洋濤動(dòng)相對的500 hPa位勢高度變化有一定關(guān)系。PNA是北半球熱帶地區(qū)以外的主要低頻模式之一，表明了中東太平洋與北美大陸500 hPa環(huán)流形勢變化的關(guān)系,正PNA型遙相關(guān)對應(yīng)著北美大陸西岸為強(qiáng)高壓脊控制。

為進(jìn)一步了解顯著性氣候指標(biāo)ENSO，EASMI，PNA和WP對最大洪峰流量的影響，建立修河流域萬家埠、晉坪和虬津站最大洪峰流量與ENSO，EASMI，PNA和WP氣候指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(GB/T 22482—2008)，將洪水劃分為特大洪水、大洪水、中等洪水和小洪水4個(gè)量級，重現(xiàn)期在5 年以下為小洪水，重現(xiàn)期5～20 年為中等洪水，重現(xiàn)期20～50 年為大洪水，重現(xiàn)期超過50 a為特大洪水。本研究中定義最大洪峰流量重現(xiàn)期>10 a的中洪水、大洪水及特大洪水為極端洪水。圖3反映的是修河流域萬家埠、晉坪和虬津站最大洪峰流量與各主要?dú)夂蛑笜?biāo)ENSO，EASMI，PNA和WP的對應(yīng)圖。從圖3可以看出，晉坪極端洪水年出現(xiàn)在1973年、1977年、1998年、2010年，這些極端洪水年份基本上為EASMI負(fù)相位年(1973年例外)，且均為谷底位置。同樣，虬津極端洪水年出現(xiàn)在1983年、1993年、1995年，這些極端洪水年份上EASMI，WP均處于負(fù)相位年，且均為谷底位置，而PNA處于正相位峰值處。修河流域洪水與上一年的Nino3.4指數(shù)均呈現(xiàn)正相關(guān)，反映厄爾尼諾了對修河流域洪水的影響。厄爾尼諾事件發(fā)生的周期一般為2～8 a[16]，而本文分析得出年最大洪峰流量序列也存在2～8 a波動(dòng)周期，因此，修河流域最大洪峰流量序列的周期性可能受到厄爾尼諾調(diào)節(jié)的影響。另一方面，眾多研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾對東亞季風(fēng)影響顯著，一般認(rèn)為，ENSO為正相位時(shí)，次年東亞夏季風(fēng)通常偏弱，使長江中下游地區(qū)極端降水增強(qiáng)[17]，從而使洪水量級和頻率發(fā)生變化。修河流域發(fā)生特大洪水的年份出現(xiàn)在1973年、1977年、2005年，而這些特大洪水年份的上一年均發(fā)生厄爾尼諾事件，這在一定程度上反映了厄爾尼洛對修河流域洪水的影響。東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度是造成我國夏季氣溫、降水異常的主要原因。長江中下游夏季的澇年與東亞夏季弱季風(fēng)有關(guān)，東亞夏季風(fēng)減弱使長江中下游地區(qū)極端降水增強(qiáng)[17]，從而可能形成較大洪水。這與本文關(guān)于東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱與特大洪水的關(guān)系是相同的。修河流域地處長江中下游地區(qū)，降水主要受東亞夏季季風(fēng)影響，當(dāng)EASMI處于負(fù)相位谷底位置，對應(yīng)東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱的年份，極易發(fā)生特大洪水。

圖3 修河流域年最大洪峰流量與ENSO，EASMI，PNA和WP關(guān)系

4 結(jié) 論

(1) 萬家埠站年最大流量總體表現(xiàn)減少趨勢，晉坪和虬津2站年最大流量則有增加趨勢，但趨勢都不顯著。

(2) 萬家埠站年最大洪峰流量突變點(diǎn)為1972年，在1972年后最大洪峰流量發(fā)生由減少到增加的突變；晉坪站年最大洪峰流量突變點(diǎn)為1977年，在1977年后最大洪峰流量發(fā)生由增加到減少的突變；虬津站年最大洪峰流量突變點(diǎn)為1990年，在1990年后最大洪峰流量發(fā)生由減少到增加的突變。

(3) 修河流域萬家埠、晉坪和虬津站年最大洪峰流量系列在時(shí)頻域中都存在著不同尺度的周期，既有2～8 a的短振蕩周期，也有超過20 a的長振蕩周期。除萬家埠站最大洪峰流量存在22 a顯著周期，其余周期均不顯著。

(4) 修河流域年最大洪峰流量與ENSO，EASMI，PNA和WP均呈顯著相關(guān)(p<0.05)，AO，PDO，EP，AAO及SS等氣候指標(biāo)對修河流域洪水無明顯影響。其中，萬家埠站最大洪峰流量與上一年Nio3.4顯著正相關(guān)；晉坪站最大洪峰流量與上一年Nio3.4，EASMI顯著正相關(guān)；虬津站最大洪峰流量與ENSO，WP和PNA，EASMI顯著相關(guān)，其中，上一年MEI，Nio3.4，WP和同年P(guān)NA與之呈正相關(guān)，上一年SOI與同年EASMI表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

ENSO，EASMI，PNA和WP等氣候指數(shù)對洪水影響作用過程十分復(fù)雜，本文僅通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行了簡單的定量分析，其響應(yīng)模式和影響機(jī)制有待進(jìn)今后一步深入研究。