高云建，陳寧生，胡桂勝，鄧明楓

（1.中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，成都 610041；2.中國科學院大學，北京 100049）

1 研究背景

全球氣候變暖及氣候演變加劇的大背景下，厄爾尼諾-拉尼娜事件時常發(fā)生［1-2］。厄爾尼諾（El nino）現(xiàn)象是指發(fā)生在中、東太平洋海溫異常增暖的一種氣候現(xiàn)象，也稱之為“暖事件”。拉尼娜（La nina）現(xiàn)象是指赤道中、東太平洋水溫反常下降的一種現(xiàn)象，表現(xiàn)為中、東太平洋明顯變冷，也稱之為“反厄爾尼諾”或“冷事件”。當赤道中、東太平洋海表溫度持續(xù)6個月以上偏高0.5℃時，稱之為一次厄爾尼諾事件；當赤道中、東太平洋海表溫度持續(xù)6個月以上偏低0.5℃時，稱之為一次拉尼娜事件［1］。據(jù)統(tǒng)計，1951—2016年65 a間，共有19個厄爾尼諾年（暖事件）、14個拉尼娜年（冷事件），正常年份32個。全球在厄爾尼諾-拉尼娜等極端氣候事件的影響下，自然災害暴發(fā)頻繁［3-6］。如1997，1998年是強厄爾尼諾事件年之一，1998年夏季我國長江中下游及華南部分地區(qū)連續(xù)暴雨和特大暴雨，長江發(fā)生全流域特大洪水，嫩江、松花江流域發(fā)生百年不遇特大洪水，全國受災面積達20萬km2，絕收5.27萬km2，洪水造成的直接經(jīng)濟損失達 2 500億元人民幣［1］。再如 1982，1983年厄爾尼諾事件，印度西北部雨季干旱，作物枯萎，而東部恒河平原大面積洪澇，600人死亡，農(nóng)作物和建筑物損失估計達7億美元，200萬人無家可歸。孟加拉國無數(shù)人葬身洪水，2.5萬人無家可歸［1］。厄爾尼諾-拉尼娜事件引發(fā)了嚴重的災害事件，而這其中，泥石流災害的暴發(fā)頻率和強度在厄爾尼諾-拉尼娜事件年有所加劇。

西南地區(qū)山地面積廣、構(gòu)造活動強烈、地形條件復雜、極端天氣異常，因此是我國泥石流災害／災變暴發(fā)的高發(fā)區(qū)域。張京紅等［7］研究了ENSO（厄爾尼諾-南方濤動）循環(huán)與云南蔣家溝泥石流災害發(fā)生的關(guān)系，結(jié)果表明：厄爾尼諾年，泥石流發(fā)生頻次、徑流量和輸沙量偏少的概率較大；拉尼娜年，泥石流發(fā)生頻次、徑流量和輸沙量偏多或持平的概率較大。張鵬飛等［8］研究了50 a以來厄爾尼諾-拉尼娜事件對山西省氣候影響，結(jié)果顯示：自1956年以來，山西省年降雨量呈明顯的波動減少的趨勢，其中厄爾尼諾年降雨量低于正常年份48 mm，發(fā)生干旱的可能性大；拉尼娜年降雨量低于正常年份16 mm，發(fā)生災害的可能性小。馬振寧等［9］研究了ENSO影響下陜甘寧蒙接壤區(qū)暴雨災害風險評價，結(jié)果顯示：研究區(qū)暴雨災害和拉尼娜關(guān)系密切，且不同地區(qū)影響具有差異性。

目前，國內(nèi)外學者關(guān)于厄爾尼諾-拉尼娜與泥石流時空關(guān)系研究較少，系統(tǒng)性、大范圍、系統(tǒng)分區(qū)的研究較為欠缺?；谀壳皣鴥?nèi)外學者的研究現(xiàn)狀，結(jié)合全球氣候變暖的大背景下，本文討論泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件的關(guān)系特征。本文統(tǒng)計泥石流災害事件共234次，其中造成人員死亡的泥石流災害事件115次，未造成人員死亡但有經(jīng)濟損失的泥石流災害事件119次。另外，本文統(tǒng)計自1951年以來的厄爾尼諾-拉尼娜事件，包括發(fā)生時間、持續(xù)時長、暴發(fā)強度等數(shù)據(jù)。通過分析泥石流災害事件與厄爾尼諾-拉尼娜事件的時空關(guān)系特征，深化對泥石流災害暴發(fā)條件的認識，為泥石流災害的深入研究提供基礎(chǔ)指導。

2 研究區(qū)概況

我國西南山區(qū)位于第一階梯與第二階梯的過渡區(qū)域，泥石流災害頻發(fā)、危害大、分布范圍廣。西南地區(qū)主要包括四川省、云南省、貴州省、重慶市、西藏自治區(qū)五?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）。區(qū)域地形結(jié)構(gòu)復雜，主要以高原、山地為主，分布有青藏高原、橫斷山脈、云貴高原、四川盆地等；氣候主要為熱帶季風氣候、亞熱帶季風氣候和高原山地氣候，東部主要受東亞季風氣候影響，西南部主要受西南季風影響。西南山區(qū)泥石流災害主要分布于高山峽谷地區(qū)，且分布范圍廣：四川省主要分布于橫斷山區(qū)、川西高原、川北丘陵、安寧河、金沙江、大渡河、雅礱江流域等；云南省主要分布于滇西北、滇東北、滇西南及紅河流域河谷地區(qū)等；貴州省主要分布于云貴高原入山陡坡地帶、東北部大婁山和武陵山地帶、黔南與黔西南交界的苗嶺入緩丘地帶等；重慶市主要分布于渝北山地、渝東山區(qū)等；西藏自治區(qū)主要分布于藏東南緣的雅魯藏布江河谷、國道318沿線，以及喜馬拉雅山區(qū)等。

西南山區(qū)泥石流災害暴發(fā)的影響因素較多，如構(gòu)造活動、斷層、地震、地形、地層巖性、干旱、降雨、人類活動等。西南地區(qū)位于印度洋板塊和喜馬拉雅板塊的擠壓帶，構(gòu)造活動強烈，斷層分布廣泛。從地形上看，據(jù)統(tǒng)計，我國西南山區(qū)泥石流溝的平均溝床比降可分為：＜50‰的小溝床比降，該類溝床不易發(fā)生泥石流；50‰～100‰的中小溝床比降，此類溝床發(fā)生泥石流可能性較??；100‰～300‰的較大溝床比降，此類溝床發(fā)生泥石流可能性較大；300‰～500‰的大溝床比降，此類溝床發(fā)生泥石流可能性大；＞500‰的極大溝床比降，此類溝床不易發(fā)生泥石流［10］。西南地區(qū)是地震高度活躍的地帶，分布有多條地震帶，如龍門山地震帶、安寧河谷地震帶、小江地震帶、喜馬拉雅地震帶、康定—甘孜地震帶等。據(jù)盧陽［11］關(guān)于地震和干旱與泥石流關(guān)系的研究，地震往往會在極短的時間內(nèi)既改變溝谷流域的地形地貌，又為泥石流形成提供豐富的松散固體物質(zhì)，還可以為泥石流提供間接水源；干旱主要使土體開裂，增加土體孔隙，破壞土體原有的力學性質(zhì)，降低土體的抗剪強度，在后期降雨作用下，土體很容易失穩(wěn)啟動。西南山區(qū)泥石流形成的物源、水源、地形條件均滿足，因此成為我國泥石流暴發(fā)的高發(fā)區(qū)域。

3 數(shù)據(jù)收集與分析方法

3.1 數(shù)據(jù)收集

研究西南山區(qū)泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件的關(guān)系特征，需要泥石流災害和厄爾尼諾-拉尼娜事件2方面的數(shù)據(jù)。首先，泥石流災害數(shù)據(jù)主要收集泥石流災害點的位置、降雨、氣溫、災害損失情況等。其中降雨、氣溫主要統(tǒng)計各泥石流災害點厄爾尼諾-拉尼娜年當年的年降雨量、年平均氣溫，以及該點多年平均降雨量、多年平均氣溫數(shù)據(jù)。泥石流災害事件統(tǒng)計共234次，統(tǒng)計分為有人員死亡（115次）和有財產(chǎn)損失（119次）2類，如圖1所示。泥石流災害點的選取盡可能均衡化，即各省、各地區(qū)均勻統(tǒng)計，同時盡量滿足泥石流災害事件的數(shù)量。其次，厄爾尼諾-拉尼娜事件數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，主要收集1951年以來的厄爾尼諾-拉尼娜事件，其中厄爾尼諾事件61次、拉尼娜事件71次、冷／暖或暖／冷事件轉(zhuǎn)換事件15次，如表1所示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計主要包括厄爾尼諾-拉尼娜年的數(shù)量、強度、發(fā)生時間、持續(xù)時間等。

圖1 西南地區(qū)泥石流災害事件分布Fig．1 Distribution of debris flow events in Southwest China

表1 西南山區(qū)泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件發(fā)生時間、頻次關(guān)系Table 1 Relation between debris flow disaster and occurrence time and frequency of El Nino and La Nina events in Southwest China

3.2 分析方法

本文主要通過統(tǒng)計方法進行西南山區(qū)泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件的關(guān)系研究，具體采用Origin，SPSS等軟件進行統(tǒng)計分析。此外，借助GIS技術(shù)，對數(shù)據(jù)資料進行空間分析，研究兩者的空間關(guān)系特征。

4 泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件的關(guān)系分析

本文收集西南山區(qū)234次泥石流災害事件數(shù)據(jù)，同時收集自1951年以來的厄爾尼諾-拉尼娜事件。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件的時空耦合關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計，1951—2016年65 a間，共有19次厄爾尼諾年（暖事件）、14次拉尼娜年（冷事件），正常年份32個。統(tǒng)計泥石流災害次數(shù)234次，其中61次泥石流災害事件發(fā)生于厄爾尼諾年（暖事件），占總數(shù)的26%；71次泥石流災害事件發(fā)生于拉尼娜年（冷事件），占總數(shù)的30%；15次泥石流災害事件發(fā)生于冷／暖或暖／冷事件轉(zhuǎn)換年，占總數(shù)的6%。

4.1 泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件時間關(guān)系分析

全球氣候變化漸趨活躍，另外伴隨人類活動的加劇，極端災害事件不斷增加，在時間上表現(xiàn)得尤為突出。統(tǒng)計自1951年以來的234次泥石流災害事件，以5 a為時間間隔，分析厄爾尼諾-拉尼娜年泥石流災害發(fā)生的時間關(guān)系。結(jié)果顯示：從20世紀50年代開始至今，西南山區(qū)泥石流災害暴發(fā)頻率在厄爾尼諾-拉尼娜年有明顯的增加趨勢；自20世紀80年代開始，西南山區(qū)泥石流災害在厄爾尼諾-拉尼娜年的發(fā)生頻次不斷上升；總體上看，泥石流災害在拉尼娜年發(fā)生頻次要高于厄爾尼諾年，如表2和圖2所示。

表2 西南山區(qū)泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件時間關(guān)系Table 2 Temporal frequency of debris flow disaster in El Nino and La Nina events in Southwest China

圖2 西南山區(qū)泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件時間關(guān)系Fig．2 Temporal frequency of debris flow disaster in El Nino and La Nina events in Southwest China

4.2 泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件空間關(guān)系分析

泥石流的暴發(fā)，除了受極端天氣、極端氣候等所控制的水源因素影響以外，還受其他因素如地形、物源等的影響。反之亦然，當泥石流暴發(fā)的地形、物源條件都得到滿足，水源條件的盈虧則成為泥石流最終暴發(fā)的關(guān)鍵因素?；贕IS技術(shù)進行空間分析，分析在厄爾尼諾-拉尼娜年及冷、暖事件轉(zhuǎn)換年，泥石流災害在空間范圍上的分布特征，如圖3、表3所示。結(jié)果表明：①在厄爾尼諾-拉尼娜事件年，泥石流災害暴發(fā)比較頻繁的區(qū)域有藏東南山區(qū)、橫斷山區(qū)、滇東北、貴州西部及西南部、滇西北、大渡河及雅礱江流域等；②在大渡河及雅礱江流域、滇東北、貴州西部及西南部等區(qū)域，厄爾尼諾年爆發(fā)泥石流災害要多于拉尼娜年；③在橫斷山區(qū)、涼山州安寧河流域、滇西北、重慶山區(qū)、藏東南山區(qū)、喜馬拉雅山區(qū)等區(qū)域，拉尼娜年泥石流災害爆發(fā)多于厄爾尼諾年。

圖3 厄爾尼諾-拉尼娜年西南地區(qū)泥石流災害分布密度Fig．3 Density distribution of debris flow in Southwest China in El Nino and La Nina years

表3 西南山區(qū)泥石流災害與厄爾尼諾-拉尼娜事件空間關(guān)系Table 3 Spatial distribution of debris flow in El Nino and La Nina events in Southwest China

4.3 厄爾尼諾-拉尼娜年西南地區(qū)泥石流災害點降雨的時空分布特征

泥石流的暴發(fā)需滿足水源條件，其中降雨是重要的水源補給方式。統(tǒng)計自1951年以來，泥石流災害發(fā)生的厄爾尼諾年、拉尼娜年、冷／暖或暖／冷事件轉(zhuǎn)換年的年降雨、氣溫數(shù)據(jù)。另外，統(tǒng)計各泥石流災害點多年平均降雨量和多年平均氣溫數(shù)據(jù)。以1981—2010年近30 a間的多年平均降雨為基準，根據(jù)泥石流發(fā)生的不同區(qū)域，統(tǒng)計其多年平均降雨量。根據(jù)統(tǒng)計分析，對比厄爾尼諾-拉尼娜年及冷／暖或暖／冷事件轉(zhuǎn)換年與正常年份的降雨和氣溫數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示：①在厄爾尼諾年，西南山區(qū)泥石流災害點降雨量略大于多年平均降水量，且降雨波動較大；②在拉尼娜年，西南山區(qū)泥石流災害點降雨量明顯大于多年平均降水量，甚至某些地區(qū)降雨量出現(xiàn)大幅度增加；③在冷／暖或暖／冷事件轉(zhuǎn)換年，西南山區(qū)泥石流災害點降雨量總體大于多年平均降水量；④在厄爾尼諾-拉尼娜事件的影響下，西南地區(qū)降雨量普遍增加，且異常降雨趨勢明顯。在厄爾尼諾-拉尼娜年，降雨的增加意味著西南山區(qū)泥石流災害／災變發(fā)生的可能性增大，如圖4所示。其中，圖4（a）中50號泥石流溝厄爾尼諾當年降雨數(shù)據(jù)缺失；圖4（b）中27號、29號泥石流溝降雨數(shù)據(jù)與28號相同，因為同時間、同地點3處泥石流發(fā)生，因此僅統(tǒng)計了28號，45號泥石流溝降雨數(shù)據(jù)缺失。

圖4 不同事件年西南山區(qū)泥石流災害點降雨量Fig．4 Rainfall at debris flow locations in southwest China in El Nino La Nina years and cold／warm or warm／cold event transition years

5 結(jié) 論

隨著全球氣候變暖，極端天氣變化異常，特別是在厄爾尼諾-拉尼娜事件的影響下，西南山區(qū)暴發(fā)了大量的自然災害／災變事件。其中泥石流災害近年來的暴發(fā)頻率有所增加，并且受極端降雨、干旱等天氣的影響，暴發(fā)特征極為異常。本文統(tǒng)計西南山區(qū)234次泥石流災害事件，其中造成人員死亡的泥石流災害115次，造成財產(chǎn)損失的泥石流災害119次。收集自1951年以來65 a間的厄爾尼諾-拉尼娜事件，其中厄爾尼諾事件19次、拉尼娜事件14次、正常年份32個。通過統(tǒng)計分析，同時借助GIS空間分析技術(shù)，研究西南山區(qū)泥石流災害事件與厄爾尼諾-拉尼娜事件的時空耦合關(guān)系。結(jié)果顯示：

（1）在時間關(guān)系上，厄爾尼諾-拉尼娜年西南山區(qū)泥石流災害暴發(fā)頻率有明顯的增加趨勢，特別是20世紀80年代開始，泥石流活動異常頻繁。另外，泥石流災害在拉尼娜年發(fā)生頻次要高于厄爾尼諾年。

（2）在空間關(guān)系上，厄爾尼諾-拉尼娜事件年，泥石流災害暴發(fā)比較頻繁的區(qū)域主要分布于藏東南山區(qū)、橫斷山區(qū)、滇東北、貴州西部及西南部、滇西北、大渡河及雅礱江流域等地區(qū)，且各地區(qū)厄爾尼諾年和拉尼娜年泥石流暴發(fā)頻率不同。

（3）在厄爾尼諾-拉尼娜年，西南山區(qū)泥石流災害點的降雨量總體上大于多年平均降雨量，并且降雨暴發(fā)相對異常。西南山區(qū)泥石流災害點在時間和空間關(guān)系上和厄爾尼諾-拉尼娜事件耦合關(guān)系明顯，同時降雨量也明顯對于多年平均降雨量。因此，在厄爾尼諾-拉尼娜事件的影響下，西南山區(qū)泥石流災害事件有明顯的響應趨勢，兩者關(guān)系密切。