楚 純 潔，周 金 風(fēng)

(平頂山學(xué)院 旅游與規(guī)劃學(xué)院，河南 平頂山 467000)

0 引 言

氣候變化是21世紀(jì)人類(lèi)所面臨的重大全球性環(huán)境問(wèn)題，受氣候異常變化影響，極端氣候事件頻發(fā)，且其頻率、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度均呈持續(xù)增強(qiáng)趨勢(shì)[1]。自然環(huán)境的多樣性使得中國(guó)成為世界上氣象災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一[2]，而且未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，中國(guó)群發(fā)性或區(qū)域性高溫、暴雨、干旱等極端氣候事件頻次和范圍將顯著增加, 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加大[3]。如鄭州“7·20”特大暴雨，單日降水、小時(shí)降水均突破了自1951年鄭州市建站以來(lái)60 a的歷史記錄，而且7月中下旬河南省普遍性發(fā)生的極端強(qiáng)降雨造成了嚴(yán)重?fù)p失；自2022年6月中旬持續(xù)至8月底的南方區(qū)域性高溫事件綜合強(qiáng)度已達(dá)到1961年有完整氣象觀(guān)測(cè)記錄以來(lái)最強(qiáng)，而且形成了“南旱北澇”的格局。此類(lèi)極端氣候事件的頻發(fā)，與氣候的異常變化有著必然聯(lián)系。在氣候變化大背景下，ENSO是全球海洋和大氣相互耦合的最強(qiáng)年際變化信號(hào)之一，也是氣候變化的重要指示性因子[4-5]。很多學(xué)者通過(guò)研究ENSO與極端氣候事件的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，ENSO與中國(guó)季節(jié)性降水有明顯的相關(guān)關(guān)系，往往會(huì)造成嚴(yán)重氣候異常及各地的氣象災(zāi)害[6-8]。而太陽(yáng)黑子活動(dòng)通過(guò)海氣耦合反饋機(jī)制也會(huì)影響降水的異常變化[9]，從而影響中國(guó)不同地域的旱澇格局[10-12]。因此，研究旱澇災(zāi)害演變規(guī)律及其與氣候背景的關(guān)系，對(duì)于不同區(qū)域尤其氣候變化敏感區(qū)制定應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略措施具有重要的意義。

河南省地處中國(guó)南北地理過(guò)渡帶以及西部山地丘陵與東部黃淮平原的過(guò)渡帶，也是對(duì)全球變化響應(yīng)的敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱帶。受特殊的氣候和地理要素以及全球氣候變化影響，季節(jié)間及季節(jié)內(nèi)降水分配極不均衡，以致旱澇災(zāi)害成為河南省發(fā)生頻率最高、危害和損失最大的自然災(zāi)害[13]。盡管前人針對(duì)河南省旱澇災(zāi)害已做了較多研究，但對(duì)于河南省旱澇演變與氣候背景的關(guān)系研究尚不多見(jiàn)[14]。基于此，本文主要從旱澇與El Nio / La Nia事件、太陽(yáng)黑子活動(dòng)關(guān)系的角度分析河南省旱澇演變及其氣候背景，以期為河南省旱澇災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警、防洪抗旱、減災(zāi)決策工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河南省地處中國(guó)中部，地理位置位于N31°23′～N36°22′、E110°21′～E116°39′，總面積16.7萬(wàn)km2，占全國(guó)總面積的1.73%。地勢(shì)呈望北向南、承東啟西之勢(shì)，東低西高，中、東部為平原，西部多山地丘陵，地跨海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江4大流域，氣候則大部分地處暖溫帶，南部跨亞熱帶，屬北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的大陸性季風(fēng)氣候，具顯著的地理過(guò)渡性。全省年均氣溫為12.1～15.7 ℃，年均降水量532.5～1 380.6 mm，年均日照1 848.0～2 488.7 h，適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)，為中國(guó)重要糧食生產(chǎn)基地。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用河南省17個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣象站點(diǎn)1960～2018年逐日降水和平均氣溫資料，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/)。ENSO事件表征采用Nio3.4區(qū)(170°W～120°W，5°S～5°N)海表溫度指數(shù)(Sea Surface Temperature，SST)，數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)NOAA衛(wèi)星(http：∥www.cpc.ncep.noaa.Gov)；El Nio/La Nia事件的定義和強(qiáng)度劃分依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《厄爾尼諾/拉尼娜事件判別方法》[15]。太陽(yáng)黑子活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)航天航空局( http：∥solarscience.msfc.nasa.gov)。另外，季節(jié)依據(jù)氣象學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，作物生長(zhǎng)期依據(jù)河南省冬小麥、春玉米主要生長(zhǎng)期確定，冬小麥主要生長(zhǎng)期為3～5月，春玉米為5～9月，因此，作物生長(zhǎng)期取3～9月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 研究方法

(1)旱澇指數(shù)計(jì)算。旱澇指數(shù)采用同時(shí)考慮降水和蒸發(fā)兩個(gè)重要物理分量且具有計(jì)算所需資料少、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便等突出優(yōu)點(diǎn)的降水與蒸發(fā)均一化指數(shù)進(jìn)行表征計(jì)算[16]，公式如下：

(1)

式中：ΔR，ΔE，σR，σE分別為降水量和蒸發(fā)量的距平和均方差；I<0表示偏旱，I>0表示偏澇。

基于不同潛在蒸散量估算的特點(diǎn)[17]，地表潛在蒸發(fā)(Pei)的計(jì)算采用Thornthwaite方法[18]，公式如下：

(2)

(3)

a=0.49239+1.792×10-2I-7.71×

10-5I2+6.75×10-7I3

(4)

式中:d為每月天數(shù)除以30；a1=-415.854 7，a2=32.244 2，a3=0.432 5；Ti為第i月平均溫度，℃；I為月總加熱指數(shù)。

依據(jù)楊金虎等對(duì)持續(xù)性旱澇與極端旱澇的界定[19]，以月旱澇指數(shù)小于-0.5和大于0.5作為劃分干旱和雨澇的標(biāo)準(zhǔn)，以月旱澇指數(shù)小于-1 和大于1 作為劃分極端干旱和極端雨澇的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)旱澇占次比分析不同時(shí)間尺度的旱澇變化，將站次比≥70%,50%～70%,10%～50%,<10%分別視為全域性、區(qū)域性、局域性旱澇及無(wú)明顯旱澇。

(2)時(shí)空演變分析方法。采用氣候傾向率法[20-21]、Hurst指數(shù)法(R/S分析)[22]及Morlet小波分析用以分析旱澇變化趨勢(shì)及對(duì)El Nio/La Nia事件、太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期性響應(yīng)特征，其中Hurst指數(shù)的指示意義詳見(jiàn)文獻(xiàn)[23]。

3 結(jié)果與討論

3.1 旱澇頻率時(shí)間變化特征

河南省1960～2018年全年、作物生長(zhǎng)季以及4個(gè)季節(jié)的旱澇站次比變化如圖1所示。由圖1可知：全年、作物生長(zhǎng)季、春季與冬季旱澇趨勢(shì)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在1990 s中期前后(5 a滑動(dòng)平均曲線(xiàn))，即由澇轉(zhuǎn)向干旱化趨勢(shì)，夏季則延至2000 s末期才出現(xiàn)旱澇趨勢(shì)的明顯轉(zhuǎn)換，秋季則提前至1980 s后期。在此統(tǒng)一以1995年為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，1995年以來(lái)全年全域性干旱和區(qū)域性干旱次數(shù)分別達(dá)到了12次和3次，而在1960～1995年期間分別僅5次和2次；1995年以來(lái)全年全域性雨澇和區(qū)域性雨澇分別僅有2次和1次，而1995年之前則分別有10次和10次。春、秋和冬3個(gè)季節(jié)也有類(lèi)似的規(guī)律，夏季全域性或區(qū)域性干旱與雨澇的頻率對(duì)比相差不大。作物生長(zhǎng)季跨越春、夏季及早秋季，由于夏季旱澇相當(dāng)，從而分散了作物生長(zhǎng)季旱澇演變的相對(duì)強(qiáng)度，可見(jiàn)作物生長(zhǎng)季干旱化對(duì)作物生長(zhǎng)的影響主要在于春季，做好春季人工灌溉增水是保障作物生長(zhǎng)需水的關(guān)鍵。

從趨勢(shì)變化來(lái)看，干旱與雨澇基本呈同步反相變化，即在不同時(shí)間尺度上均呈不同程度的干旱增多、雨澇減少特點(diǎn)。其中，全年、作物生長(zhǎng)季、春季、秋季均在0.01置信水平上呈顯著干旱化趨勢(shì)，而雨澇呈顯著減少趨勢(shì)。由Hurst指數(shù)進(jìn)一步表明(見(jiàn)表1)，全年、作物生長(zhǎng)季、春季、秋季干旱增多(雨澇減少)的趨勢(shì)在未來(lái)將進(jìn)一步持續(xù)；夏季、冬季旱澇沒(méi)有呈現(xiàn)全程性顯著演變趨勢(shì)，但從1999 s末以來(lái)，干旱化趨勢(shì)明顯增強(qiáng)。Hurst指數(shù)也進(jìn)一步表明，夏、冬季近年來(lái)逐漸增強(qiáng)的干旱化趨勢(shì)在未來(lái)也將進(jìn)一步持續(xù)，這與利用旱澇指數(shù)分析的結(jié)果一致[24]。

表1 1960～2018年河南省旱澇趨勢(shì)演變特征Tab.1 Evolution characteristics of drought and flood trend in Henan Province from 1960 to 2018

3.2 旱澇覆蓋范圍變化特征

旱澇覆蓋范圍的計(jì)算，先對(duì)研究區(qū)按2°× 2°進(jìn)行格網(wǎng)劃分，然后統(tǒng)計(jì)各網(wǎng)格旱澇指數(shù)≥0.5或≤-0.5的站數(shù)，根據(jù)雨澇(干旱)站點(diǎn)在網(wǎng)格中所占的權(quán)重，確定每個(gè)網(wǎng)格中的雨澇(干旱)面積，進(jìn)而計(jì)算研究區(qū)旱澇面積[25]，如圖2所示。可以看出，不同尺度旱澇面積變化與旱澇占次比具有一致的演變趨勢(shì)。

全年旱澇覆蓋面積有明顯的年代際變化。1960 s干旱、雨澇平均覆蓋面積比相差不大，分別為33.49%和37.42%，1970 s和1980 s干旱分布范圍最低，平均面積比僅17%左右，而同時(shí)期雨澇平均覆蓋面積比達(dá)到了54%，至1990 s中期旱澇開(kāi)始出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)性變化，干旱覆蓋面積逐年增大，相應(yīng)雨澇面積減小，2010 s干旱、雨澇平均覆蓋面積比分別增大或減小至67.18%，12.22%。干旱分布范圍最廣的年份主要集中于1990 s中期之后，1995年之前覆蓋面積比超過(guò)80%的僅有1966年和1978年，1995年之后超過(guò)90%的就有6個(gè)年份，分別為1997，2000，2001，2006，2012年和2013年；1995年之前雨澇覆蓋面積超過(guò)80%的有5個(gè)年份，而1995年之后超過(guò)80%的僅有2個(gè)年份。作物生長(zhǎng)季旱澇覆蓋面積的變化與全年相似。

在季節(jié)變化上，春季旱澇覆蓋面積的變化與全年一致，其他季節(jié)則存在明顯差異。夏季呈兩頭旱中間澇，即1960 s～2010 s干旱頻發(fā)且覆蓋面積較廣，其他年代雨澇頻發(fā)、分布范圍也大。秋季在1960～1980 s雨澇發(fā)生頻率高且在全省覆蓋面積大，1990 s以來(lái)雨澇明顯減少，干旱頻發(fā)且在全省覆蓋面積大。冬季僅在1970 s和1980 s雨澇較多，其他年代均以干旱為主，尤其1990 s和2010 s干旱分布范圍最廣。

3.3 旱澇頻率空間分布特征

采用ArcGIS反距離權(quán)重空間插值分析河南省旱澇空間變化，如圖3所示。據(jù)此進(jìn)行對(duì)比分析，不同時(shí)間尺度的旱澇空間分布如表2所列。

表2 不同時(shí)間尺度上河南省旱澇空間分布對(duì)比Tab.2 Comparison of spatial distribution of drought and flood in Henan Province on different time scales

可以看出，近59 a河南省干旱總體上呈現(xiàn)中西部連片多發(fā)的特點(diǎn)，雨澇頻發(fā)區(qū)主要集中于中北部及豫南東部?jī)蓚€(gè)區(qū)域，而豫北安陽(yáng)、豫東商丘市周邊地區(qū)無(wú)論干旱還是雨澇發(fā)生頻率均最低。作物生長(zhǎng)季旱澇頻發(fā)區(qū)在豫西地丘陵區(qū)有較多重疊，可見(jiàn)豫西山地丘陵區(qū)作物生長(zhǎng)季均存在較高的旱澇風(fēng)險(xiǎn)。不同季節(jié)間的旱澇分布也存在明顯差異，其中春季干旱范圍較廣，主要集中于中東部及南部地區(qū)，基本呈多點(diǎn)連片化干旱特征；夏季干旱頻發(fā)區(qū)主要集中于沿黃河晉豫交界一帶。相對(duì)于春、夏季干旱的多點(diǎn)頻發(fā)、范圍廣等特點(diǎn)，秋、冬季節(jié)干旱分布則趨于集中。秋季干旱頻發(fā)區(qū)主要集中于中西部地區(qū)，冬季干旱頻發(fā)區(qū)則轉(zhuǎn)移至豫西南、豫南一帶。春季雨澇主要集中于豫西南地區(qū)及豫南、豫東部分地區(qū)，夏季雨澇主要轉(zhuǎn)移至鄭州、開(kāi)封、新鄉(xiāng)市一帶，秋季則形成了以南陽(yáng)、許昌、商丘市為中心的帶狀雨澇頻發(fā)區(qū)，冬季則形成了雨澇南北頻發(fā)、中部較少的分布格局。

3.4 旱澇演變的氣候背景分析

區(qū)域性旱澇的發(fā)生存在多種氣候背景因素，如由于海溫異常引起的El Nio/La Nia事件及其他區(qū)域海溫異常的情況，太陽(yáng)黑子活動(dòng)、大氣環(huán)流、下墊面等。鑒于El Nio/La Nia事件與太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)季節(jié)性降水異常及區(qū)域性旱澇的重要影響，在此僅以El Nio/La Nia事件與太陽(yáng)黑子活動(dòng)為例進(jìn)行分析。

3.4.1旱澇演變與El Nio/La Nia的關(guān)系

為全面了解河南省旱澇發(fā)生前SST異常的情況，依據(jù)El Nio/LaNia事件的定義[15]，對(duì)旱澇發(fā)生前1 a內(nèi)的Nio3.4區(qū)SSTA進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所列?？梢钥闯觯汉幽鲜「珊蛋l(fā)生前Nio3.4區(qū)SST發(fā)生異常偏低(連續(xù)12個(gè)月SSTA <0，La Nia事件)的比例(66.7%)遠(yuǎn)高于異常偏高(連續(xù)12個(gè)月SSTA >0，El Nio事件)比例(33.3%)，尤其所形成的La Nia事件次數(shù)及占比均顯著高于El Nio事件。雨澇發(fā)生前Nio3.4區(qū)SST連續(xù)12個(gè)月SSTA<0的比例雖然仍高于異常偏高，但發(fā)生次數(shù)兩者均較少。從事件的形成對(duì)比來(lái)看，雨澇發(fā)生前形成El Nio事件的次數(shù)占比明顯高于La Nia事件。由此說(shuō)明，河南省干旱容易在Nio3.4區(qū)SST異常偏低尤其形成La Nia事件的情況下發(fā)生，而雨澇則容易在Nio3.4區(qū)SST異常偏高尤其形成El Nio事件的情況下發(fā)生。

表3 1960～2018年河南省旱澇發(fā)生前的1 a內(nèi)Nio3.4區(qū)SST異常統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of SST anomalies in Nio 3.4 area within a year before drought and flood in Henan Province from 1960 to 2018

表3 1960～2018年河南省旱澇發(fā)生前的1 a內(nèi)Nio3.4區(qū)SST異常統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of SST anomalies in Nio 3.4 area within a year before drought and flood in Henan Province from 1960 to 2018

SST異常類(lèi)型干旱雨澇發(fā)生次數(shù)/次所占比例/%發(fā)生次數(shù)/次所占比例/%SSTA<0(未生成La Ni?a事件)625.0419.0La Ni?a事件1041.7628.6SSTA>0(未生成El Ni?o)312.529.5El Ni?o事件520.8942.9

表4 1960～2018年El Nio/La Nia事件期間與結(jié)束1 a內(nèi)河南省旱澇統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics of drought and flood in Henan Province during and within 1 year of El Nio/La Nia events from 1960 to 2018 %

表4 1960～2018年El Nio/La Nia事件期間與結(jié)束1 a內(nèi)河南省旱澇統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics of drought and flood in Henan Province during and within 1 year of El Nio/La Nia events from 1960 to 2018 %

響應(yīng)時(shí)段El Ni?o事件旱澇頻率La N i?a事件旱澇頻率極端干旱干旱正常雨澇極端雨澇極端干旱干旱正常雨澇極端雨澇同期全年24.7638.4430.2431.3221.6526.3539.5126.2734.2223.85作物生長(zhǎng)季23.8537.0226.0236.9626.4729.0241.3324.3134.3523.14春季20.6732.9427.2339.8329.0830.4843.1421.0335.8321.75夏季26.3240.0923.2236.6926.7826.8639.0227.8433.1423.92秋季28.0642.2430.9526.8117.8417.2131.3731.3737.2528.10冬季22.7036.6436.0227.3517.7527.9941.4826.0632.4523.02結(jié)束1a全年25.3536.1927.3136.5124.6825.1739.5027.6532.8523.01作物生長(zhǎng)季25.7535.2425.2139.5526.8927.8042.7926.1931.0220.45春季24.5732.4124.5743.0227.8026.2042.7828.5228.7018.00夏季25.3735.2924.9139.7928.1429.8842.7223.6833.5923.22秋季18.5131.6630.8037.5428.8929.8646.3823.7629.8622.17冬季29.3341.9629.4128.6317.6518.4731.2932.1236.5926.59

表5 1960～2018年不同類(lèi)型El Nio/La Nia事件結(jié)束1 a內(nèi)河南省旱澇統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics of drought and flood in Henan Province within 1 year after different types of El Nio/La Nia events from 1960 to 2018 %

表5 1960～2018年不同類(lèi)型El Nio/La Nia事件結(jié)束1 a內(nèi)河南省旱澇統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics of drought and flood in Henan Province within 1 year after different types of El Nio/La Nia events from 1960 to 2018 %

事件類(lèi)型季節(jié)El Ni?o事件旱澇頻率La Ni?a事件旱澇頻率極端干旱干旱正常雨澇極端雨澇極端干旱干旱正常雨澇極端雨澇東部型春季9.1 1.6 29.9 12.3 47.1 31.4 11.1 39.9 5.2 12.4 夏季13.9 5.9 28.3 13.4 38.5 22.9 9.8 15.7 13.7 37.9 秋季36.4 16.0 16.6 7.5 23.5 39.2 9.8 16.3 2.6 32.0 冬季33.2 31.0 26.2 0.5 9.1 15.0 9.8 29.4 13.1 32.7 中部型春季33.3 10.8 21.6 10.8 23.5 47.1 5.9 27.9 10.3 8.8 夏季26.5 11.8 20.6 4.9 36.3 33.8 7.4 32.4 10.3 16.2 秋季16.7 27.5 22.5 11.8 21.6 39.7 8.8 26.5 10.3 14.7 冬季29.4 9.8 20.6 19.6 20.6 0 0 29.4 11.8 58.8

表6 1960～2018年不同強(qiáng)度El Nio/La Nia事件結(jié)束1 a內(nèi)河南省旱澇統(tǒng)計(jì)Tab.6 Statistics of drought and flood in Henan Province within 1 year of the El Nio/La Nia events with different intensities from 1960 to 2018 %

表6 1960～2018年不同強(qiáng)度El Nio/La Nia事件結(jié)束1 a內(nèi)河南省旱澇統(tǒng)計(jì)Tab.6 Statistics of drought and flood in Henan Province within 1 year of the El Nio/La Nia events with different intensities from 1960 to 2018 %

事件強(qiáng)度季節(jié)El Ni?o事件旱澇頻率La Ni?a事件旱澇頻率極端干旱干旱正常雨澇極端雨澇極端干旱干旱正常雨澇極端雨澇弱春季37.3 8.8 12.7 5.9 35.3 38.2 5.9 35.3 3.9 16.7 夏季17.6 8.8 18.6 12.7 42.2 46.1 10.8 17.6 7.8 17.6 秋季30.4 25.5 25.5 2.0 16.7 52.9 8.8 5.9 2.0 30.4 冬季21.6 17.6 31.4 12.7 16.7 6.9 12.7 29.4 20.6 30.4 中等春季9.2 3.4 39.5 15.1 32.8 40.2 13.7 30.4 7.8 7.8 夏季26.1 6.7 26.1 5.9 35.3 10.8 8.8 27.5 19.6 33.3 秋季26.1 21.8 10.9 12.6 28.6 26.5 8.8 29.4 7.8 27.5 冬季39.5 17.6 18.5 6.7 17.6 15.7 2.0 34.3 6.9 41.2 強(qiáng)(超強(qiáng))春季2.9 1.5 26.5 14.7 54.4 0 5.9 76.5 17.6 0 夏季5.9 8.8 35.3 14.7 35.3 0 0 0 0 100.0 秋季33.8 8.8 22.1 13.2 22.1 35.3 17.6 41.2 5.9 0 冬季33.8 42.6 23.5 0 0 0 0 0 0 100.0

3.4.2旱澇演變與太陽(yáng)黑子活動(dòng)的關(guān)系

太陽(yáng)黑子活動(dòng)存在不同尺度的周期，其中最顯著的是11 a周期，而且國(guó)際上規(guī)定將1755 年作為第一個(gè)太陽(yáng)黑子周期的開(kāi)始。依此統(tǒng)計(jì)，1960～2018年共經(jīng)歷了太陽(yáng)黑子第19個(gè)活動(dòng)周的后期與第20～24個(gè)活動(dòng)周的全部，其中出現(xiàn)了1968，1979，1989，2000，2014年等5個(gè)極大值年(M)，以及1964，1976，1986，1996，2008年等5個(gè)極小值年(m)。太陽(yáng)引力場(chǎng)的周期變化，可以引發(fā)多種自然災(zāi)害，特別是黑子活動(dòng)峰、谷值時(shí)期，是多種自然災(zāi)害的爆發(fā)時(shí)期[26]。對(duì)太陽(yáng)黑子極值年附近的河南省旱澇發(fā)生的占次比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表7所列。

表7 太陽(yáng)黑子極值年及附近年份的河南省旱澇站次比統(tǒng)計(jì)Tab.7 Station ratio statistics of drought and flood in Henan Province near sunspot extreme years %

從表7可以看出，太陽(yáng)黑子極值年及前后河南省旱澇具有顯著的規(guī)律性。太陽(yáng)黑子m及m-1年均發(fā)生了較大范圍的雨澇，雨澇與極端雨澇頻率均遠(yuǎn)高于干旱與極端干旱，而在極小值出現(xiàn)后的m+1年干旱與極端干旱頻率則遠(yuǎn)高于雨澇和極端雨澇。與此相反的是，太陽(yáng)黑子極大值出現(xiàn)年份M及M-1均出現(xiàn)了干旱與極端干旱頻率顯著高于雨澇與極端雨澇，而在極大值出現(xiàn)后的M+1年，雨澇和極端雨澇頻率則高于干旱與極端干旱。另外，太陽(yáng)黑子m年、m-1年及M+1年發(fā)生雨澇和極端雨澇的頻率范圍明顯高于M年與M-1年，而M年、M-1年及m+1年發(fā)生干旱與極端干旱的頻率范圍則明顯高于m年及m-1年。

3.4.3旱澇演變對(duì)SSTA與太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期性響應(yīng)

根據(jù)前期研究[24]，1960～2018年河南省全年、季節(jié)旱澇演變普遍存在3～5 a的年際周期變化，秋季還存在7～8 a的周期變化，全年與春、夏、冬季還存在13～14 a的周期性。對(duì)相同時(shí)段Nio3.4區(qū)SSTA與太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)進(jìn)行Morlet小波變換，發(fā)現(xiàn)Nio3.4區(qū)SSTA存在3.1 a(第一主周期)、9 a(第二主周期)的周期性變化，太陽(yáng)黑子數(shù)存在8.5 a的周期性變化，而從1700年以來(lái)的長(zhǎng)時(shí)間尺度變化來(lái)看，則存在貫穿于全時(shí)域的8～16 a的顯著周期以及64～128 a周期等[27]。

為進(jìn)一步揭示河南省旱澇演變對(duì)SSTA與太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期性響應(yīng)特征，提取主要周期進(jìn)行信號(hào)重建，如圖7所示?？梢钥闯?，河南省不同季節(jié)旱澇3～5 a的周期在不同階段具有一定差異性，雖然與SSTA的3.1 a周期相近，但并沒(méi)有呈現(xiàn)全域性同步、同相位遙相關(guān)，僅在某個(gè)階段的變化相近，這可能與Nio3.4區(qū)SST，并異常變化對(duì)河南省旱澇產(chǎn)生明顯的滯后效應(yīng)有關(guān)。在旱澇13～14 a年代際周期變化上與太陽(yáng)黑子活動(dòng)14 a相對(duì)應(yīng)，但基本滯后了半個(gè)相位。秋季旱澇7.5 a周期與SSTA的9 a周期接近，且在1990 s，2000 s兩者呈同相變化。秋季旱澇7.5 a周期與太陽(yáng)黑子活動(dòng)的8.5 a周期有很好的一致性，但兩者相位也并不同步。由此說(shuō)明，河南省旱澇演變對(duì)SSTA與太陽(yáng)黑子活動(dòng)具有階段性的周期性響應(yīng)，且具有明顯的滯后性。

4 結(jié) 論

本文利用河南省1960～2018年氣候資料，采用降水和潛在蒸發(fā)均一化旱澇指標(biāo)，對(duì)河南省近59 a以來(lái)旱澇時(shí)空演變特征及其氣候背景進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

(1)河南省旱澇趨勢(shì)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在1990 s中期前后，不同季節(jié)均呈不同程度的干旱增多、雨澇減少、干旱覆蓋面積增大、雨澇覆蓋面積減小的特點(diǎn)，而且除冬、夏季之外，其他季節(jié)均在0.01置信水平上呈顯著干旱化趨勢(shì)，但所有季節(jié)干旱化趨勢(shì)均會(huì)在未來(lái)持續(xù)增強(qiáng)。

(2)在空間分布上整體呈現(xiàn)中西部干旱連片多發(fā)、豫中與豫南東部雨澇多發(fā)的特點(diǎn)。作物生長(zhǎng)季旱澇頻發(fā)區(qū)均集中于豫西地區(qū)。春旱范圍較廣，呈多點(diǎn)連片化干旱特征，夏季干旱頻發(fā)區(qū)主要集中于沿黃河晉豫交界一帶，秋冬季節(jié)干旱頻發(fā)區(qū)則由豫西、豫中向豫南轉(zhuǎn)移。春季雨澇頻發(fā)區(qū)主要環(huán)豫西南、豫南及豫東一帶，夏季則轉(zhuǎn)移至鄭州、開(kāi)封、新鄉(xiāng)市一帶，秋季形成了以南陽(yáng)、許昌、商丘市為中心的帶狀雨澇頻發(fā)區(qū)，冬季則形成了雨澇南北頻發(fā)、中部較少的分布格局。

(4)太陽(yáng)黑子m年、m-1年及M+1年易發(fā)生雨澇與極端雨澇，而M年、M-1及m+1年易發(fā)生干旱與極端干旱。太陽(yáng)黑子m年、m-1年及M+1年發(fā)生雨澇和極端雨澇的頻率范圍明顯高于M年與M-1年，而M年、M-1年及m+1年干旱與極端干旱發(fā)生的頻率范圍則明顯高于m年及m-1年。

(5)河南省旱澇演變對(duì)SSTA與太陽(yáng)黑子活動(dòng)具有階段性的周期性響應(yīng)，且具有明顯滯后性。