何慧^1,, 廖雪萍², 陆虹¹, 陈思蓉¹
1. 广西壮族自治区气候中心,南宁 530022
2. 广西壮族自治区气象减灾研究所,南宁 530022

Features of long-cycle drought-flood abrupt alternation in South China during summer in 1961-2014

HEHui^1,, LIAOXueping², LUHong¹, CHENSirong¹
1. Climate Center of Guangxi, Nanning 530022, China
2. Guangxi Institute of Meteorological Disaster Reduction, Nanning 530022, China
收稿日期:2015-08-6
修回日期:2015-11-2
网络出版日期:2016-01-31
版权声明:2016《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
基金资助:广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻1598017-14);华南区域气象中心科技攻关项目(GRMC2014Z04)
作者简介:
-->作者简介:何慧(1967-), 女, 广西桂平人, 高级工程师, 主要从事气候分析与预测研究.E-mail: hi.hehui@163.com



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摘要
根据华南地区110个气象站1961-2014年5-8月逐月降水资料,计算夏季长周期旱涝急转指数(LDFAI),经与降水量和灾情比对,LDFAI能反映出华南夏季的旱涝急转特征.采用旋转经验正交函数,趋势系数计算,线性倾向计算,T检验,M-K检测等方法,对华南地区夏季LDFAI的时空变化特征进行了研究.结果表明:① 从整体上看,华南区域平均的LDFAI趋势变化不明显,但其强度呈显著的阶段性变化特征,存在2个偏强时期和1个偏弱时期.② 从区域变化特征上可以分为5个主要空间区域,通过对各空间区域代表站的资料进行分析,1区(粤北和桂东北)和2区(粤西和桂东南)夏季LDFAI呈下降趋势,且1区下降趋势显著并在1988年发生了显著下降的突变;3区(粤东)和5区(海南岛)LDFAI呈显著上升趋势,且3区在1980年发生了显著上升的突变;4区(桂西)LDFAI呈现阶段性变化特征.③ 从年代际特征看,1区和2区LDFAI随年代下降,相应5-6月降水随年代增多.3区和4区LDFAI在1990s和2000s为较大值,该时段7-8月降水明显偏多.5区LDFAI随年代上升,相应7-8月降水随年代增多.

关键词：华南;旱涝急转;时空变化特征;突变
Abstract
In this study, summer long-cycle drought-flood abrupt alternation index (LDFAI) is calculated based on the monthly precipitation data from May to August obtained from 110 weather stations in South China from 1961 to 2014. LDFAI, which compares the precipitation amounts under different disaster conditions, can reflect the features of drought-flood abrupt alternation in South China in summer. The spatial-temporal change of summer LDFAI in South China have been studied by rotated empirical orthogonal function analysis, trend coefficient estimation, linear trend analysis, t-test, and Mann-Kendall test. Results show the following: (1) the overall change trend of the average LDFAI in South China was not remarkable, whereas the LDFAI intensity exhibited significant periodic changes, including two strong periods and a weak period. (2) The summer LDFAI can be divided into five main spatial regions. The analysis of the data from the representative stations in different spatial regions showed that the summer LDFAI values in Region 1 (North Guangdong and Northeast Guangxi) and Region 2 (West Guangdong and Southeast Guangxi) demonstrated downward trends. The decline in Region 1 was significant, and an abrupt decline occurred in 1988. The summer LDFAI values in Region 3 (East Guangdong) and Region 5 (Hainan Island) showed significant upward trends. An abrupt rise occurred in Region 3 in 1980. The LDFAI in Region 4 (West Guangxi) exhibited periodic change features. (3) As regards the interdecadal change features of the LDFAI for the study period, the LDFAI values in Region 1 and Region 2 declined, whereas the amount of precipitation in May and June increased over the years. In the 1990s and 2000s, The LDFAI values in Region 3 and Region 4 were high, and the precipitation amount in July and August were higher than that in other months. In Region 5, the LDFAI increased, and the precipitation in July and August increased over the years as well.

Keywords：South China;drought-flood abrupt alternation;spatial-temporal change features;abrupt change

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何慧, 廖雪萍, 陆虹, 陈思蓉. 华南地区1961-2014年夏季长周期旱涝急转特征[J]. , 2016, 71(1): 129-141 https://doi.org/10.11821/dlxb201601010
HE Hui, LIAO Xueping, LU Hong, CHEN Sirong. Features of long-cycle drought-flood abrupt alternation in South China during summer in 1961-2014[J]. 地理学报, 2016, 71(1): 129-141 https://doi.org/10.11821/dlxb201601010

1 引言

旱涝急转是指在某一时期内,一段时间出现干旱,而另一段时间又出现洪涝,旱涝交替出现的情形.旱涝急转在中国华南,长江中下游及淮河流域等地区时有发生,对其演变规律和成因已有大量研究,王胜等^[1]和张效斌等^[2]的分析认为淮河流域主汛期旱涝急转现象频繁发生,尤其是自2000年以来频次显著增多.唐明等^[3]对淮北地区旱涝急转现象统计表明,暴雨频数,降水强度和短时干旱概率所呈现的增加趋势是发生旱涝急转的原因.程智等^[4]的分析表明,淮河流域旱涝急转事件比长江中下游地区更频繁,平均强度更大,并具有先减少后增加的年代际演变特征.张水锋等^[5]分析淮河吴家渡水文监测资料发现,长周期径流旱涝急转在1986年以前发生次数较多,而1986年以后发生次数相对较少,但全旱和全涝频次则有增加的趋势.沈柏竹等^[6],封国林等^[7]对2011年长江中下游地区6月初旱涝急转现象进行分析,认为冬春季副热带高压异常偏东,水汽输送不足,致使长江中下游地区发生持续严重干旱.6月初副热带高压西伸且持续,使冷暖空气在长江中下游地区持续交绥,导致持续性洪涝,最终造成"旱涝急转"事件的发生.杨双艳等^[8]则认为,2011年长江中下游地区6月初旱涝急转与东亚上空中高纬度地区经向环流的季节内振荡密切相关.罗蔚等^[9]的分析认为,鄱阳湖在长时期内存在旱转涝和涝转旱的交替循环过程,21世纪后旱转涝和涝转旱的间隔年份不断缩短.郭华等^[10]分析了鄱阳湖流域旱涝规律,认为在7-8月长江对鄱阳湖流域旱涝的发生,发展影响大.吴志伟等^[11-12]为定量地研究夏季长周期旱涝急转的科学内涵和基本特征,定义了可以表征旱涝转换的长周期旱涝急转指数,分析发现长江中下游地区夏季长周期旱涝急转指数与前期2月南半球环状模,北半球环状模都存在显著的相关关系.吴志伟等^[13]认为华南"旱涝并存,旱涝急转"的夏季,总雨量往往趋于正常,强"旱涝并存,旱涝急转"夏季易"旱"且易"涝",而弱"旱涝并存,旱涝急转"夏季则较为"风调雨顺".何慧等^[14]分析了广西2013年夏季旱涝急转的成因,认为副热带高压的位置和强度通过对水汽输送的影响,从而影响旱涝转换.
华南地区北倚欧亚大陆,南濒热带海洋,海陆气交换强烈,受低纬度热带天气系统和中高纬度西风带天气系统的交替影响,是中国降水量最丰富的地区之一,年内降水呈双峰型变化^[15-16],旱涝急转发生频率高.但在以往的旱涝急转研究中,研究对象通常是长江中下游,淮河流域,针对华南地区的这方面研究还不多见,因此如果能够较准确地把握华南不同区域干旱或洪涝出现以及转换的规律,指导众多水库的调度,减缓其面临的发电,灌溉和防汛矛盾,其社会和经济效益自不待言.本文初步分析了华南地区旱涝急转的时空变化特征,以期为夏季强降水趋势预测,旱涝灾害影响预估等提供参考.

2 资料和方法

本文定义的华南地区包括广东省,广西壮族自治区和海南省的海南岛,目前共有200多个气象观测站,各站建站年代参差不齐.为提高数据的准确性和分析结果的可信性,对降水量观测数据选取按以下两个原则:一是建站时间在1961年以前,搬站次数不超过2次.二是保证资料的稳定性和代表性.经过挑选,选出了110个气象站,以这些站1961-2014年共54年5-8月的逐月降水量作为基本研究资料.还使用了中国气象局整编的《中国气象灾害大典》(综合卷)^[17]和《中国气象灾害年鉴》记载的历史气象灾情.
华南地区降水量充沛,干湿季分明,10月到翌年3月是干季,4-9月是雨季,其中4-6月是前汛期,降水一般受锋面低槽影响,7-9月是后汛期,降水主要受台风影响.而5-8月是一年中降水量最集中的时段,5-6月和7-8月区域平均降水量分别占前,后汛期的80%以上.鉴于目前旱涝急转在中国还没有统一的定义,因此,本文按照国内比较流行的算法,先将降水量进行标准化处理^[18]:
R=Ri-R_1n∑i=1n(Ri-R_)2(1)
式中: R为标准化降水量; Ri为降水量原值, i=1,2,...,n; R_是降水量平均值.
然后根据每一个测站的5-6月和7-8月降水量分布变化来计算长周期旱涝急转指数LDFAI(Long-cycle Drought-Flood Abrupt Alternation Index)^{[5, 11-12]}:
LDFAI=(R78-R56)×(R56+R78)×1.8-R56+R78(2)
式中:R₇₈是7-8月标准化降水量;R₅₆是5-6月标准化降水量. (R78-R56)为旱涝急转强度项; (R56+R78)为旱涝强度项; 1.8-R56+R78是权重系数,作用是增加长周期旱涝急转事件所占权重,降低全旱或全涝事件权重^[11-12].
根据公式(2),统计出华南地区110个测站1961-2014年逐年夏季LDFAI,并建立了时间序列.利用文献[17]和《中国气象灾害年鉴》的洪涝和干旱灾情记录,对比旱涝急转指数绝对值较大的年份的旱涝特征.LDFAI的绝对值在一定程度上反映了旱涝急转的强度,而忽略了该指数是由旱转涝还是由涝转旱的过程.因此,为了分析华南夏季旱涝急转的强度,对LDFAI序列取绝对值.
用算术平均求取区域平均序列,然后运用正交函数分解(EOF),旋转经验正交函数分解(REOF),趋势分析,线性倾向计算,阶段性分析,T检验,M-K检测等方法进行统计研究,揭示华南地区夏季LDFAI的时空演变特征.

3 结果与分析

3.1 华南夏季旱涝与旱涝急转指数

统计1961-2014年逐年5-8月华南夏季降水变化的情况,选择5-8月降水距平百分率绝对值在20%以上的年份,以及5-6月降水距平百分率和7-8月百分率之差的绝对值在40%以上的年份,结合从文献[17]和《中国气象灾害年鉴》中查到的明显干旱,洪涝灾害较重的年份,以及既出现旱灾,又出现涝灾的年份,选出干旱,洪涝,旱转涝,涝转旱的典型年份各3年,这些典型年份的降水量和旱涝急转指数(表1)有如下特征:① 干旱灾害重的年份,5-8月区域平均总降水偏少20%以上,其中5-6月降水偏少程度更大,区域平均降水量偏少25%以上,最大为1963年偏少47.9%,当年华南47%的溪河断流,69%的山塘水库干涸.典型干旱年份的7-8月降水也持续偏少.② 洪涝灾害重的年份,5-8月区域平均总降水量显著偏多25%以上,5-6月和7-8月降水持续偏多,其中一段时期降水量特别集中,区域平均降水量偏多30%以上.洪涝灾害最重为1994年5-8月区域平均降水量偏多41.8%,当年华南6月和7月接连遭受特大暴雨洪涝灾害.③ 典型旱转涝年份LDFAI为较大的正值,一般在1.5以上,而5-8月区域平均总降水量接近正常,距平百分率在10%以内,但5-6月偏少15%以上,7-8月偏多15%以上.1995年5-6月大部地区降水量比常年同期明显偏少,而7月下旬和8月上中旬接连受台风影响,大暴雨和特大暴雨出现集中,华南区域平均降水量偏多25.7%,出现了旱涝急转事件,广东和广西北部尤其明显.④ 典型涝转旱年份LDFAI为较大的负值,一般小于-1.5,而5-8月区域平均总降水量也接近正常,但5-6月偏多10%以上,7-8月偏少15%以上.在2005年和1998年的5-6月华南区域平均降水量分别偏多35.3%和25.6%,各地暴雨持续,出现严重洪涝及泥石流,滑坡等地质灾害,西江梧州出现百年一遇的特大洪涝,而7-8月大部地区降水量偏少,出现夏秋旱.
Tab. 1
表1
表1华南夏季降水典型年份的旱涝特征
Tab. 1Features of droughts and floods in South China during summer in typical years

年份	旱涝性质	区域平均LDFAI	5-8月降水距平百分率(%)	5-6月降水距平百分率(%)	7-8月降水距平百分率(%)
1963年	旱	0.47	-29.8	-46.1	-11.4
1989年	旱	-0.15	-20.7	-35.8	-7.4
1990年	旱	-0.30	-20.5	-27.1	-14.7
1994年	涝	0.57	41.7	24.8	62.2
2001年	涝	0.49	29.6	38.2	22.1
2008年	涝	-0.46	25.8	43.3	6.0
1995年	旱转涝	2.41	2.8	-17.4	25.7
1967年	旱转涝	2.20	-6.8	-30.2	19.6
2004年	旱转涝	2.07	-5.6	-25.7	16.0
2005年	涝转旱	-2.19	9.9	35.3	-17.6
1998年	涝转旱	-1.95	5.3	25.6	-17.9
2010年	涝转旱	-1.67	-8.9	13.2	-29.5

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综上,旱涝典型年份5-8月总降水量明显偏多或偏少,且5-6月和7-8月持续偏多或偏少,LDFAI则随当年降水量分布的变化而不同,但一般绝对值小于0.6.典型旱涝急转年份5-8月总降水量接近正常,但5-6月明显偏多(偏少),7-8月则明显偏少(偏多),一般LDFAI的绝对值大于1.5.可见,LDFAI能较好地反映5-6月和7-8月降水分布的变化特征,也就是长周期的旱涝急转特征.

3.2 旱涝急转指数的分布特征

华南地区各地夏季LDFAI指数1961-2014年平均值相差不大(图1),且数值都较小,在-0.27~0.39之间,其中广东东部和海南岛LDFAI普遍为正值,海南岛南部正值最大,中心为0.39;其次是广东东部,汕头,潮州一带,中心为0.33.而广西大部和广东西部地区LDFAI普遍为负值,负值中心一个在兴安,灌阳附近,为-0.27;另一个在云浮,罗定一带,为-0.26.可见,广东东部和海南省夏季较多的表现为旱转涝,而广西大部和广东西部地区夏季则较多的表现涝转旱.
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图11961-2014年华南地区夏季LDFAI平均值分布图
-->Fig. 1Distribution of mean summer LDFAI in South China, 1961-2014
-->

造成华南地区这一旱涝分布特征的原因,可能与天气系统活动有关,在广东东部和海南岛夏季降水主要影响系统是台风和热带辐合带,而台风和热带辐合带多在后汛期活动,因此夏季降水分布多为5-6月偏少,7-8月偏多的形态,表现为旱转涝的特征.广西大部和广东西部地区夏季主要影响系统是锋面,高空槽,西南季风等,这些天气系统最活跃的时期是前汛期,因此降水分布夏季降水分布多为5-6月偏多,7-8月偏少,表现为涝转旱的特征.

3.3 旱涝急转指数的变化趋势

以华南地区110个站点的LDFAI的算术平均作为区域平均序列.1961-2014年华南地区夏季LDFAI正值最大的是1995年的2.41,其次是1967年的2.20;负值最小的是2005年的-2.19,其次是1998年的-1.95;序列趋势变化不明显,趋势系数为-0.01;但序列的变率呈现显著的阶段性,存在2个变率偏大的时期,分别是1961-1967年和1992-2014年,和1个变率偏小期1968-1991年(图2a).
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图21961-2014年华南区域平均LDFAI及其强度的变化及M-K突变检测(a. 区域平均LDFAI; b. LDFAI的M-K检测; c. 区域平均LDFAI的强度; d. LDFAI强度的M-K检测)
-->Fig. 2Changes in regional average value and intensity of LDFAI in South China and M-K abrupt change test results, 1961-2014 (a. Regional average LDFAI; b. M-K test results on LDFAI; c. Regional average LDFAI intensity; d. M-K test results on LDFAI intensity)
-->

1961-2014年华南地区夏季LDFAI强度序列略呈上升趋势(图2c),趋势系数为0.16,未通过0.10的信度检验,但该序列1971-2014年趋势系数为0.40,通过0.01的信度检验.夏季LDFAI强度序列呈现显著的阶段性,偏强时期有2个,分别是1961-1967年和1992-2014年,偏弱期为1968-1991年.T检验结果表明,在ɑ = 0.05的显著性水平上,1961-1967年和1968-1991年的均值有显著差异,以及在ɑ = 0.01的显著性水平上,1968-1991年和1992-2014年的均值有显著差异,表明该序列阶段性特征明显.
对1961-2014年华南地区夏季LDFAI及其强度分别进行Mann-Kendall(以下简称M-K)突变分析.李红梅等^[19]指出,由于目前突变检验方法的局限性,对于存在多年尺度波动序列的检测尚存在困难,检验结果中对应两序列的交叉点不一定能说明存在突变.因此,从严格的条件出发,认为检验结果中只出现一个交叉点,且该交叉点又位于M-K检验显著水平范围内,才认为该交叉点对应的时间是该序列发生突变的时间.华南区域平均LDFAI序列在M-K统计曲线中多次出现交叉点(图2b),且UF(正序)线与UB(反序)线都未达到±1.96临界线(ɑ = 0.05的显著性水平),所以区域平均LDFAI没有发生年代际突变.华南区域平均LDFAI强度序列的M-K突变检测曲线的UF线在1961年开始下降(图2d),1983年达到-1.96临界线,20世纪60年代初期到90年代初期维持负值,表明华南夏季旱涝急转强度从60年代到80年代初显著减弱,1985年UF线开始转上升趋势,90年代中期之后维持正值,2013年达到1.96临界线,UF线与UB线1995年相交,交点在±1.96之间,可以断定华南夏季旱涝急转强度在1995年发生了显著增强的突变,表明旱涝转换呈强度增强,频率增多的趋势.

3.4 旱涝急转指数的空间分布型态

由于华南地区各地降水变化特征差异明显,因此对华南110站点1961-2014年逐年夏季LDFAI序列作EOF和REOF分析,可以将华南地区夏季LDFAI的空间异常特征加以区分.表2是旋转前后前5个模态对总方差的贡献率和累积贡献率.由表2中可见,旋转前,后前5个模态累积解释方差贡献占总方差的58.7%.
Tab. 2
表2
表2EOF和REOF前5个模态对总方差的贡献率和累积贡献率(%)
Tab. 2Contribution rates of the first five models of EOF and REOF to the total variance and the cumulative contribution rate

序号	1	2	3	4	5
EOF贡献率	32.1	12.4	6.5	4.7	3.0
累积贡献率	32.1	44.5	51.0	55.7	58.7
REOF贡献率	25.1	11.7	9.1	8.9	3.9
累积贡献率	25.1	36.8	45.9	54.8	58.7

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REOF分解能突出华南夏季旱涝急转频次发生的地域特征,根据前5个旋转空间模态的高载荷分布,将华南夏季旱涝急转异常特征划分为5个气候区(图3),1区位于粤北和桂东北,中心位于蒙山一带,该区域处在南岭山脉西南侧,夏季主要降水影响系统是弱冷空气和印缅槽活动,强降水多发生在前汛期,5-6月降水量气候值(1981-2010年的平均值)为635.4 mm,7-8月为417.3 mm;2区位于粤西和桂东南,中心在北流一带,该区域受印缅槽和台风影响频繁,且位于西太平洋副高西部边缘,夏季降水量多,5-6月降水量气候值为508.1 mm,7-8月为445.2 mm;3区位于粤东,以潮州为中心,该区域处在南岭山脉东南侧,前汛期易受静止锋,季风云团等影响,入汛早,后汛期易受台风,热带辐合带(ITCZ)等影响,因而夏季降水变率大,5-6月降水量气候值为519.3 mm,7-8月为534.6 mm.4区位于桂西,中心在德保附近,该区域地处云贵高原余脉,地形复杂,冷空气不易到达,入汛迟,夏季易受西南季风和副高西部边缘暖湿气流影响,降水量差异大,年际变化大,5-6月降水量气候值为433.3 mm,7-8月为526.6 mm.5区位于粤西南的雷州半岛和海南岛,该区域位置偏南,入汛迟,夏季处于西太平洋副高南部,受ITCZ和台风影响,在ITCZ和台风活跃的年份降水量多,而在ITCZ位置偏离的年份降水量较少,因而夏季降水变率大,年际变化大,5-6月降水量气候值为404.7 mm,7-8月为563.2 mm.
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图3华南地区夏季LDFAI的气候分区
-->Fig. 3Classification of climatic regions in South China according to summer LDFAI
-->

综合上述分析,本文根据REOF的结果确定了华南地区夏季旱涝急转指数的5个主要空间分区,基本概括了该地区夏季降水变化异常的主要分布特征,按各自方差贡献从大到小的顺序,分别是1区粤北到桂东北,2区桂东南到粤西,3区粤东,4区桂西,5区海南.其中1区和2区5-6月降水量比7-8月多,3区5-6月降水量和7-8月相近,4区和5区5-6月降水量比7-8月少.

3.5 各空间分布型态代表站旱涝急转的年际变化和突变特征

由于REOF各模态高值中心站点能较好地代表各区域气候特征,利用各区代表站点的夏季LDFAI序列来研究该地区的时间变化特征(图4).图4分别给出了各区代表站点LDFAI序列时间演变曲线,线性趋势及M-K检测结果.分析发现,1区蒙山的LDFAI序列趋势系数为-0.33(n = 54),呈下降趋势,通过了0.05的显著性水平检验,1961-1997年指数以正值为主,1998-2014年以负值为主,波动最大的时段在1998-2010年,指数负值大,涝转旱明显.M-K突变检测表明,序列在1988年发生了显著下降的突变.
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图41961-2014年各区代表站夏季LDFAI时间序列和M-K检测结果
-->Fig. 4Time sequence of summer LDFAI values from various representative stations and M-K test results, 1961-2014
-->

2区北流的LDFAI序列趋势系数为-0.20(n = 54),略呈下降趋势,未通过0.10的显著性水平检验,1985年以来LDFAI负值大,涝转旱明显.M-K突变检测表明,序列没有发生年代际突变,其下降趋势表现出明显的渐变特征.
3区潮州的LDFAI序列趋势系数为0.22(n = 54),呈上升趋势,通过0.10的显著性水平检验,波动小的时段在1980-1992年,逐年LDFAI接近于0,对应时段夏季降水偏少,干旱明显.序列波动大的时段在1965-1979年和1993-2005年,其中1965-1979年以涝转旱的年份居多,1993-2005年则是旱转涝明显.M-K突变检测表明,序列在1980年发生了显著上升的突变.
4区德保的LDFAI序列趋势系数为0.03,序列波动变化,趋势不明显,但阶段性较明显,1961-1978年和1998-2014年为负指数占优势,1979-1997年为正指数占优势,T检验结果表明,在ɑ = 0.05的显著性水平上,1961-1978年和1979-1997年的均值,以及1979-1997年和1998-2014年的均值都有显著差异.M-K突变检测表明,序列没有发生年代际突变,而是发生了一次上升趋势和一次下降趋势的渐变.
5区三亚的LDFAI序列趋势系数为0.27(n = 54),呈上升趋势,通过0.05的显著性水平检验,序列负值大的时段在1979-2000年,涝转旱事件发生较多;2001-2014年则是正值大,旱转涝明显.M-K突变检测表明,序列没有发生年代际突变.2005年三亚的LDFAI为7.02,是正值最大的年份,当年三亚5-6月降水量只有154.7 mm,比常年同期偏少61.8%,而7-8月降水量达781.1 mm,比常年同期偏多38.7%,出现了明显的旱转涝事件,而当年广东和广西发生了明显的涝转旱事件,体现出华南地区降水有较强局地性的特征.
综上,各气候区LDFAI序列变化有较大差异,其中1区和2区呈下降趋势,表明夏季降水呈5-6月增多,7-8月减少的变化,3区和5区呈上升趋势,表明夏季降水呈5-6月减少,7-8月增多的变化,4区变化趋势不明显.在涝转旱典型年份2005年,1,2,3,4区LDFAI都呈现较强的负值,1998年和2010年1,2,4区呈现较强的负值.在旱转涝典型年份1995年,1,3,4区LDFAI指数都呈现较强的正值,2004年1,2,3区都呈现较强的正值,1967年1,2区呈现较强的正值.

3.6 各空间分布型态代表站旱涝急转的年代际变化特征

表3给出了1961-1970年,1971-1980年,1981-1990年,1991-2000年,2001-2010年,2011-2014年(分别以1960s,1970s,1980s,1990s,2000s,2010s表示)5个不同年代际各气候区5-6月和7-8月降水距平百分率,及LDFAI的统计特征.从华南区域平均看,夏季LDFAI平均值在各年代都较小,但LDFAI强度在1960s,1990s,2000s和2010s都较大,表明出现旱涝急转发生概率较大,而出现旱转涝和涝转旱的概率相当.
Tab. 3
表3
表3各气候区降水和夏季LDFAI的年代际统计特征
Tab. 3Interdecadal statistical features of precipitation and summer LDFAI across different climatic regions

气候区	统计量	1960s	1970s	1980s	1990s	2000s	2010s
华南全区	5-6月降水距平百分率(%)	-4.7	2.5	-8.5	-1.00	5.57	15.24
	7-8月降水距平百分率(%)	-4.0	0.3	-6.74	10.95	3.20	-9.26
	LDFAI指数	0.04	-0.16	0.09	0.06	0.11	-0.10
	LDFAI强度	0.83	0.56	0.33	0.94	1.13	0.87
1区	5-6月降水距平百分率(%)	-13.8	-1.1	-20.3	12.1	9.9	33.0
	7-8月降水距平百分率(%)	6.5	-5.8	-11.0	21.9	-1.8	-24.7
	LDFAI指数	0.78	0.35	0.65	-0.18	-1.70	-0.60
	LDFAI强度	1.12	0.82	1.30	1.34	2.64	1.24
2区	5-6月降水距平百分率(%)	-7.8	3.2	-8.7	-0.8	8.8	13.3
	7-8月降水距平百分率(%)	-0.8	6.3	-2.9	0.8	1.3	-11.6
	LDFAI指数	0.24	-0.08	0.06	-0.36	-0.28	-0.77
	LDFAI强度	0.86	0.66	0.82	0.93	1.48	0.87
3区	5-6月降水距平百分率(%)	-3.0	11.8	-12.1	-10.7	6.2	19.2
	7-8月降水距平百分率(%)	-14.6	-1.8	-3.3	14.1	11.4	-14.3
	LDFAI指数	-0.48	-0.86	0.15	1.87	1.73	-0.75
	LDFAI强度	1.16	1.40	0.30	2.49	2.74	0.75
4区	5-6月降水距平百分率(%)	3.1	4.4	-4.8	-11.1	8.9	-1.4
	7-8月降水距平百分率(%)	-1.0	0.7	-7.9	19.8	-4.4	-18.3
	LDFAI指数	-0.42	-0.28	-0.09	1.25	-0.83	-0.29
	LDFAI强度	1.10	1.42	0.52	1.82	0.98	0.63
5区	5-6月降水距平百分率(%)	-13.5	-5.0	21.4	13.1	-20.7	11.8
	7-8月降水距平百分率(%)	-14.0	-1.0	-7.5	0.9	12.7	21.9
	LDFAI指数	-0.16	0.30	-0.53	-0.28	1.63	1.45
	LDFAI强度	0.68	1.29	1.18	0.88	1.79	1.89

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从各气候分区看,1区平均LDFAI在1980s之前为正值,5-6月降水量偏少,夏季易发生旱转涝事件;LDFAI在1990s之后为负值,5-6月降水量偏多,夏季易发生涝转旱事件.LDFAI强度总体较强,尤其是2000s LDFAI及其强度平均值分别达-1.70和2.64,说明有强的涝转旱事件发生.2区LDFAI平均值在1980s之前较小,夏季出现旱转涝和涝转旱的概率相当,在1990s之后为负值,夏季以涝转旱为主,且在2000sLDFAI强度增强,5-6月降水也增多,涝转旱事件出现频繁.3区LDFAI平均值在1970s 之前为负值,1980s,1990s和2000s为正值,到2010s再转为负值,旱涝转换为阶段性特征,在1990s和2000s LDFAI分别达到1.87和1.73,同时强度也维持较大值为2.49和2.74,7-8月降水在1990s和2000s明显增多,到2010s转为减少.4区各年代LDFAI平均值为波动变化,1990s为正值且强度较强,夏季旱转涝事件较多,相应降水分布是5-6月偏少,7-8月偏多,其他各年代LDFAI平均为负值,夏季涝转旱事件较多,7-8月降水量普遍偏少.5区LDFAI平均值在1990s之前以负值为主,2000s之后为正值,随着年代由涝转旱向旱转涝变化,在2000s和2010s LDFAI指数正值分别达到1.63和1.45,同时强度分别为1.79和1.89,该区7-8月降水在2000s之后明显增多.
总体上,1区,2区的LDFAI是前期高,后期低,呈下降趋势,5-6月降水为前期偏少,后期偏多,呈上升趋势,旱涝转换由旱转涝向涝转旱变化.而5区则相反,LDFAI是前期低,后期高,呈上升趋势,7-8月降水为前期偏少,后期偏多,呈上升趋势,旱涝转换由涝转旱向旱转涝变化.3区在1990s和2000s,4区在2000sLDFAI平均值为较大正值,相应年代7-8月降水显著偏多,旱涝转换呈现阶段性特征.1980s作为1-4区LDFAI由高向低或由低向高转换的时期,LDFAI平均值和强度都较小,5-6月和7-8月降水也都偏少,夏季气候以干旱状态为主.LDFAI阶段性分析的结论和3.5节序列特征分析一致.

4 结论和讨论

4.1 结论

(1)根据华南地区夏季降水分布和旱涝灾情对比分析,LDFAI能较好地反映5-6月和7-8月降水分布的变化特征,也就是长周期的旱涝急转特征.LDFAI正(负)值表示5-6月和7-8月降水为旱转涝(涝转旱)的特征.
(2)华南地区各地LDFAI指数1961-2014年平均值数值普遍较小,广东东部和海南岛大部为正值,表明夏季旱转涝的概率较大,而广东西部和广西大部为负值,表明涝转旱的概率较大.华南区域平均LDFAI序列趋势变化不明显,但其变率呈现显著的阶段性.LDFAI强度在1971-2014年呈显著上升趋势,表明华南地区旱涝转换呈强度增强,频率增多的趋势.M-K突变检测表明,华南区域平均LDFAI序列未检出突变,但LDFAI强度在1991年发生了显著增强的突变.
(3)以REOF方法对华南LDFAI进行分区,可分为5个主要气候区:1区位于粤北和桂东北,2区位于粤西和桂东南,3区位于粤东,4区位于桂西,5区主要在海南岛.其中1区和2区LDFAI呈下降趋势,表明夏季降水由旱转涝向涝转旱变化;3区和5区呈上升趋势,表明夏季降水由涝转旱向旱转涝变化;4区LDFAI指数呈阶段性变化特征.M-K突变检测表明,1区发生了下降的突变,3区发生了上升的突变,其余分区未发生突变.
(4)LDFAI的年代际分析结果基本与序列分析结果一致,1,2区随年代下降,5区随年代上升,3,4区具有阶段性波动特征.LDFAI指数的变化伴随着降水的变化,1,2区的5-6月降水随年代增多,5区的7-8月降水随年代增多,3,4区在LDFAI指数较大的年代7-8月降水显著偏多.

4.2 讨论

由于在华南各省的实际气候业务服务中,政府和相关部门关注的常常是前汛期降水集中段5-6月,和后汛期降水集中段7-8月,并要求分别做这两个时段的降水趋势预测.而对华南汛期降水的诸多研究,大部分也是分为前汛期和后汛期两个时段^{[15, 20-21]}.所以本文是在明确了旱涝急转发生在5,6月份向7,8月份转变的基础上进行研究.但有些情况并非只发生在5-6月份向7-8月份转变,有的可能从6月份就开始转变了,因此根据实测资料分析转变的月份,再分析转变前后标准化降水的变化,可能更切合旱涝急转的真实情况.另外,在全球气候变化背景下,中国未来旱涝格局趋势将发生演变^[22],华南旱涝急转特征必将随之发生变化.而ENSO活动和季风变化等通过对气候的影响,也可能影响到华南旱涝急转特征.这些都是值得进一步研究的课题.
The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献文献选项 原文顺序
文献年度倒序
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