我国旱涝灾害研究的近期进展_喻光明

我国旱涝灾害研究的近期进展①喻光明(地理系) 摘　要　在旱涝灾害研究中,我国许多学者近几年来作了大量有益的尝试和探讨。

本文试图从历史时期旱涝灾害时序变化规律研究、旱涝灾害形成机理和触发机制研究、灾害损失估算研究和灾害预报与防治对策研究等四方面介绍我国旱涝灾害研究的近期进展,并试图探讨今后的研究方向和这一研究领域的生长点。

关键词　旱涝灾害;基础研究;近期进展;中国0　引　言旱涝灾害是我国季风区常见的一种自然灾害。

随着国际减灾十年活动的深入,我国旱涝灾害研究越来越受到了人们的关注。

旱涝灾害研究涉及气象、水文、地理、农业等学科的众多学术领域,在这些学科中,许多研究者从自己专业角度出发,取得了一系列重大成果。

由于涉及面广,学科资料分散,因而一般很难窥其全貌。

本文结合作者近几年来在这一领域中的研究及积累的资料,试图综合评价这一领域研究的近期进展。

旱涝灾害的研究主要是为了解决四个基本问题:一是历史时期旱涝灾害的时序变化规律;二是旱涝灾害的形成机理和触发机制;三是旱涝灾害的损失估算;四是旱涝灾害的预报防治对策。

国内在这几个方面的研究均取得了一系列重大进展。

本文以此为线索,探讨了旱涝灾害研究的内容和方法,提出了旱涝灾害研究的若干生长点。

1　历史时期旱涝灾害的研究1.1　历史资料的量化处理及旱涝分型研究我国东部季风区降水年际变率大,江河众多,河流冲积平原和河流三角洲地势低平,因而历史上洪涝灾害频发。

《中国近五百年旱涝分布图集》[1]的编绘对抢救历史文献和研究我国的旱涝灾害起到了重要作用。

习惯上把历史资料记录中记载的旱涝灾害划分为五个等级:涝、偏涝、正常、偏旱、旱。

各等级的降水量标准各地不一样,北京气象台规定[2]:年降水量R≥800mm为涝;625mm≤R≤800mm为偏涝;465mm≤R ≤625mm为正常;300mm≤R≤465mm为偏旱;R< 300mm为旱。

对于江汉平原,习惯上规定:大涝,日降水量≥200mm;或三日降雨量≥300mm;中涝,日降雨量≥150mm,或三日降雨量≥250mm;小涝,日降雨量≥100mm,或三日降雨量≥150mm,还有一种详细的等级划分方法[3],把旱涝史料和实测降水量资料划分为7级40种灾情组合,并对文献记录作如下量化处理: d旱=1/2d大旱=1/4d特旱;f水=1/2f大水=1/4f特水。

即把旱灾年、大旱年、特大旱年、正常年、水灾年、大水年、和特大水年的相当年降水量距平值分别规定为-0.25、-0.5、-0.75、0、0.25、0.5、1。

对有降水资料的序列,根据季节降水量(Pi季)占多年平均降水量(P季)的比值大小及受灾面积多少,采用水文界习惯的划分方法:春季、冬季,湿润系数e=Pi季/P季=1.0～1.3时为水灾,e>1.3为大水;夏季和秋季,e=1.1～1.4为水灾,e>1.4为大水;特大水年规定为e=2.0～2.3。

对于旱涝指标的确定,还有其他一些提案[4、5]。

其中,结合特定区域的特定生产方式的讨论更多[6、7]。

对于历史时期旱涝演变规律的认识,主要来自于旱涝分型的研究;旱涝分型具有时效性,用最优分割法可以确定旱涝分型的时效尺度[8];利用旱涝县次可以建立历史时期旱涝指数序列[9];旱涝分型研究在认识区域气候历史时期演变规律上有积极的意义[10],尤其是在周期率与突变特征的研究方面具有重大的理论与实践价值[11、12]。

干旱指标的研究也有一些进展,通过干旱指标的研究也可以认识气候的跃变规律[13、14]。

1.2　近五百年来旱涝灾害的研究近五百年来旱涝灾害的研究是最近一个时期旱涝灾害研究热点之一,1975年10月下旬在长沙召开的“全国气候变迁和超长期预报会议”就这一论题作了较充分的交流[15]:北京市近五百年曾有六次干湿波动,平均波长为80年,但多雨期一次比一次缩短,少雨期则一次比一次增长,在百年左右周期的尺度上,旱化趋势很明显;就我国东部季风区而言,近五百年(1401～1900)来华北冀鲁二省干湿变化基本一致,长江中游鄂、湘、赣三省干湿变化亦相同,渐与闽台相仿,广东与广西的差异超过了广东与福建的差异,苏、皖是旱涝变化较为繁感的地区;保定地区近五百年降水量百位数序列的主要周期为20年、5年和准二年;根据各站逐年的旱涝级别,目前已绘制了华北及东北地区近505年逐年的旱涝等级分布图,并用分枝分析法定出了6个型。

人们试图采用许多不同的方法研究近五百年来气候的旱涝变化:黄帝陵古柏年轮样本研究表明,陕西近500年的气候变化经历了旱、涝期各三次,而且气候变化具有明显的108～118、59～63、29～39、24～26、9～11、2～3年的周期变化[16];用旱涝面积指数可将广东地区510年(1470～1979)的气候变化划分为3个一级干湿期和10个二级干湿期,将广西划分为4个一级干湿期和9个二级干湿期[17];相关分析表明,长江下游近500年的旱涝变化存在2～3年、5～6年、7～14年, 17～20年和27～32年的显著周期,它们分别与低纬大气环流的准2年振荡、6年左右的厄尔尼诺现象(El N ino)、太阳活动的准11年周期以及36年左右的南方涛动相对应[18];根据旱涝演变中盛行7～8年周期可将山东1470～1985年的旱涝演变划分为60个气候时段,用模糊判别法可将其归纳为5个气候阶段[19]。

我国(100°E以东地区)近500年来旱涝有2～5年、11～13年、20年和30年左右的周期,形成了多层次的旱涝振荡;本世纪以来,我国各地旱涝变化是近500年来旱涝变化中的一次波动,在这次波动中,干的趋势有所增长;各区近500年来都有7次左右干、湿交替,进入本世纪各区一律转入干期[20]。

全国各地关于近五百年来旱涝灾害的研究还有许多报道[21～24]。

总的来看,我国近500年来旱涝灾害发生的频率是南方大于北方,东部大于西部;湿期延续的时间是南方长于北方,东部长于西部;从演变的趋势上看,湿期在变短,干期在增长,近代气候有旱化趋势。

1.3　其他时间尺度的旱涝灾害研究对于更长时间尺度的旱涝变化研究,由于历史记第17卷第3期 咸宁师专学报(自然科学版) 1997年8月①　收稿日期:1996—09—19录的详尽程度不一而存在许多困难,要恢复气候变化序列,研究旱涝演变规律必须在方法论上有所突破。

根据冰川、地质、沙漠、湖泊、树木年轮及历史文献记录等历史气候研究成果,可恢复我国西部全新世以来的气候变化序列[25];把历史文献资料分析同旱涝级别的划分与同期实测降水量建立关系,可恢复中原地区近2200年来相当年降水量变率的时序,结合近代分析方法,还可研究中原地区近5000年来降水量的变迁[3];荆江地区近2000年来可分为8个洪涝灾害期,洪涝灾害期的延续时间趋于拉长,灾害期之间的间隔趋于缩短,今后洪涝威胁不但不会有明显好转,而且有可能变得更为严峻[26];采用平均湿润指数1.24为界可把我国东南地区近2000年划分为长短不等的10个旱期和10个湿期[27];利用树木年轮学的方法,可给出西安近600年的旱涝指数曲线[28];应用马尔科夫链和门限自回归模型研究表明,历史时期旱涝游程具有较大的相关性[29][30]。

近百年来以及更短时间尺度的旱涝变化研究多偏重于机理分析(如后所述),在时空变化方面也有一些报道:采用移动平滑法、差积曲线法、自相关分析法、谱分析法和方差分析法综合研究表明,近百年来长江水旱变化的双振现象似乎与Baur的“太阳指数”双振动有关,且长江干旱年常常伴在El Nino现象出现之后[31];黄河流域[32]及河南省[33]近百年来旱涝灾害的时空变化及突变规律以及我国近百年来的雨量变化[34]均见诸报道。

对湖北省近40年旱涝的轻重程度[35]及陕西省近30年夏季旱涝[36]也有一些研究。

2　旱涝机理分析通过对渍害机理[37]及渍害田生态特征[38]等的一系列研究,我们认识到:自然灾害是自然环境中的活跃因素在演变过程中发生灾害性耦合的表现,是自然环境结构特征的本质反映[39～40]。

旱涝灾害的形成是承灾区人类生态系统中人类活动和气候、植被、土壤、地形、水文等自然因素在一定条件下促使地表水动态和地下水动态发生灾害性耦合的结果[41]。

影响我国旱涝变化的因子很多[42],它们相互影响,共同作用,造就了我国气候旱涝变化的独特规律。

2.1　季风环流影响季风环流的变化是造成我国旱涝灾害的主要原因,近年来的系列成果进一步揭示了这种关系[43～44]: 1973～1979年850、500及200百帕三层热带网格点上的U、V、T资料分析表明,初夏东半球低纬地区过赤道偏南气流的强弱与长江中下游梅雨期旱涝显著相关,并可看作是先兆,即过赤道气流为多通道型,南风分量强,水汽输送丰盛,梅雨期易出现涝,反之则旱;6～8月,若用对流层中季风气流代表季风,则江南将由西南季风影响逐渐转为东南季风影响,两者相互消长,西南季风强,长江中下游主涝,东南季风强则主旱,因此,西南季风的强度指数可以作为长江中下游雨量和旱涝预报的指标;长江流域洪涝年西风急流轴位置比干旱年偏南5个纬距,东、西风急流的强风中心比干旱年偏强、位置偏东,洪涝年在105°E通道上的越赤道气流比干旱年明显,并有一周的振荡周期;在东亚季风区,洪涝年辐散中心比正常年偏西,且有明显的正常经圈季风环流,干旱年比正常年偏东,且季风经圈环流不典型;东亚北半球的季风系统洪涝年比干旱年偏南7～8个纬距,但在南半球澳大利亚冷高压的位置只有在东西方向上略有偏离;初夏时期长江中下游地区梅雨量的多少与4～5月30°N附近、110°～130°E区域内夏季风活跃程度有显著关联,若这一区域内南风分量明显较常年偏强,则对应该年的梅雨属于涝年,相反,较常年偏弱则属于旱年。

此外,驻波的路径与我国东部地区的旱涝特征有着明显的遥相关[45]。

从大气运动的角度上看,东亚大气环流异常是引起我国夏季旱涝的重要触发机制[46],在江淮地区、长江中下游[49]、海河流域[50]及福建沿岸[51]季风异常对旱涝的影响都是显而易见的。

2.2　海温场效应海温场异常是促使大气环流异常从而引起我国旱涝灾害的重要因素,大范围地区持久性旱涝灾害的形成,往往是大气环流异常变化与持续所引起的[52]。

东亚大气环流的异常变化,除与长波和超长波异常有关外,在大气-海洋耦合系统中,海洋对大气的影响,尤其是海洋大范围持续的海温场异常变化对大气环流的影响是不容忽视的。

过去对季风和季风环流的结构及其与我国东部地区降水与旱涝的关系研究,大多是从季风环流与整个北半球大气环流变化及异常的角度进行的,对海温场变异与旱涝灾害相关关系研究不多。