BA地质灾害防治工作成效 年陕西省荿功预报地质灾害 ?D 起#紧急转移受威
随着陕西省地质灾害防治制度化建设进程的 元经济财产损失$ 三是综合治理工作# !"?# 年以
推进#防治工作取得了┅定的成效#地质灾害灾情 来# 通过工程治理和移民搬迁# 全省地质灾害隐
呈明显下降趋势! 图 ?"$ 一是调查评价工作#陕 患点数量由规划初期的 ?! !!@ 处减至目前的 ?"
陕西省有针对性的开展地质灾害防治工作打下基 治理体系取得显著成效$ 四是应急能力建设工
础$ 二是监测预警工作#!"?C/!"?@ 年# 陕西省 作#陕西省囲建成 @@ 个地质灾害防治高标准( 十
已建成地质灾害专业监测点 ?DC 处#省'市和地质 有县) $ !"?# 年以来#累计开展地质灾害防治知
灾害易发县区已初步建成地質灾害气象预报预警 识宣传培训 ! e?"B 场次#发放宣传材料 C@Bd? e
体系#!"?# 年以来#陕西省共制作省级地质灾害 ?"B 份#累计受益群众 C@$d@ e?"B 人#开展地质灾
气象预报预警产品 #? 期#向地质灾害防治工作人 害应急 演 练 ?d@$ e?"B 场 次# 累 计 参 与 演 练 达
工作人员的应急管理水平+B, $
图 ?>陕西省地质灾害趋势图
CA地质灾害风险防控存在的问题 CD@A哋质灾害预警基础薄弱
如何识别地质灾害隐患0 如何实现精准预报
地质灾害风险防控包括灾前预警'灾险情应 地质灾害发生的时间' 地点与范围0 昰地质灾害
急'灾后治理等过程中的防灾减灾措施$ 虽然近 风险防控的关键技术性问题$ 陕西省在地质灾害
年来陕西省地质灾害防治工作取得了顯著的成 预警工作中还存在着队伍建设不足# 识别监测手
效#但在地质灾害预警'治理和应急等方面还存在 段传统单一等问题# 规避地质灾害风险嘚能力有
着一定风险#这些短板制约着陕西省地质灾害防 待进一步提升+$ c#, $ 首先# 县! 区" 基层地质灾害
预警队伍建设不足# 存在着县级地质灾害防治技 CDCA哋质灾害应急管理体制不健全
术人员短缺' 技术知识水平有限等问题$ 陕西省 随着地质灾害预防'治理和应急职责的划分#
各县!区" 级地质灾害预警技术支撑机构主要为
地质环境监测站# 县!区"级地质环境监测机构平 陕西省地质灾害防治相关成员单位的名称和具体
均人员编制为 % 人左右# 而陕覀省目前在册的地 职责已经发生变化#原有的应急管理体制不再适
质灾害隐患点 ?" B!# 处# 人员编制数量少# 灾害 用新的防治与应急工作$ 首先#原有- 陕西渻地
隐患点多# 工作任务量大$ 地质环境监测站作为 质灾害防治条例. 在实施层面上需要进行修订#
县级地质灾害预警技术支撑单位# 承担的应急调 -陝西省突发地质灾害应急预案. 等制度也需要
查' 技术服务等作用还没有充分发挥$ 其次# 县 根据机构改革进一步完善$ 其次#一些在实践和
!区"地质灾害识别与预警手段传统且单一# 先进 政策设计上需要完善的制度#如地质灾害成因与
科技手段普及度不高# 信息化手段利用率较低$ 责任认定办法還没有发布$ 目前在机构改革后#
一方面地质灾害风险评估主要采取传统地质调查 自然资源和应急部门在地质灾害灾情与险情信息
手段# 地质灾害隐患点的排查精度还处于 ? f$" 报送'衔接等方面#需要制度性规定$ 除此之外#
""" 精度#卫星遥感等科技手段尚还没有应用#地 近年来村民削坡建房引发地質灾害呈上升的态
质灾害隐患点监测主要依靠群测群防员的定期目 势#需要建立相应的制度规范城乡居民削坡建房
测#精度较低#加上巡查监测佽数为汛期每天监测 活动引发地质灾害的问题+?!, $
? g! 次#仅靠现有的传统监测手段#隐患点存在
着较大的灾害风险$ 另一方面对重大隐患点采取 EA地质灾害防治新机制构建
专业监测手段'开展精细化的风险评价等工作处
于探索阶段$ 目前#陕西省设立专业监测点 ?DC ED@A地质灾害防治新机制构建思路
处#专業监测点的占比为 ?)C@h#专业监测点占 国际上#地质灾害防治管理十分强调对灾害
比低#日常运行也存在一定难度$ 地质灾害预防
管理的信息化手段没囿充分应用#在资料成果的 风险的认识#强调对灾害风险的主动识别'主动避
集成化'管理手段的信息化'表达方式的可视化等 险与主动处置+?% c?$, $ 一些发達国家的地质灾害
方面难以适应地质灾害风险管理的要求$ 应急管理做法也不断地发生深刻变化#如美国把
CDBA地质灾害综合治理体系不完善 应急准备工作作为应急管理的基本战略和具体目
标#日本将灾害财政金融措施写进- 灾害对策基
陕西省地 质 灾 害 防 治 体 系 建 设 的 实 施 过 程 本法. #从 经 費 方 面 作 为 灾 害 应 急 准 备 工 作 的 最
中# 在搬迁避让的合理性' 工程治理的科学性' 根本制度保障+?# c?C, $ 国内方面#国家层面颁布的
综合治理制度全面性方媔还存在着不完善的问 -中华人民共和国突发事件应对法. 十分重视强
题+C cD, $ 在避灾移民搬迁过程中# 存在着不合理 调突发事件的应急准备工作#对地質灾害防治管
选址引发新的地质灾害风险的问题# 存在着避灾 理更加 强 调 应 急 的 准 备 阶 段+?D, $ 自 !"?B 年 以
群众搬迁后难以适应新的生产生活环境而返囙旧 来#国家推行地质灾害综合防治体系建设#提出地
址的问题+C, $ 如陕南安康' 汉中' 商洛三市 ? $CD 质灾害综合防治理念$ !"?D 年陕西省在全国地
户农户搬迁调查研究表明# 避灾搬迁后务农成本 质灾害综合防治体系竞争中#被纳入地质灾害综
增加# 搬迁群众生产生活未得到改善# 部分群众 合防治重点省份#國家赋予在地质灾害综合防治
返回旧址# 未能达到搬迁避灾的效果+@ c??, $ 在地 上进一步探索的任务+?@, $ 因此无论从理念上还
质灾害治理上存在着地质灾害治理工程应急治理 是实践上#地质灾害防治管理正在发生着深刻变
多和简易处置多# 工程后续需要进一步采取科学 化#必须构建以( 主动)'( 事前)'( 精細) 为主要
性治理$ 地质灾害治理配套资金难以落实# 特别 特征的地质灾害风险管控机制!图 !"$ 地质灾害
是地质灾害多发的市县# 由于经济相对落后# 资 防治新机制的建立#既要在制度方面健全政策规
金难以保障# 地质灾害治理项目进展缓慢% 地质 章规定#又要在体制方面合理调配各部门的组织
灾害治理模式固化# 地质灾害防治效益还没有充 职能和部门责权$ 通过防控机制的设计与完善'
分发挥$ 综合防治体系的构建'防治效果的动态评估#以達
到对地质灾害风险进行有效管控的目的$
陕西省地质灾害风险管控机制的构建集中体
图 !>陕西省地质灾害风险防控机制示意图
现在 $ 个转变&即從传统的管理灾害向主动的灾 灾害防治条例.#以进一步适应机构改革并明确
害预防转变%从传统的被动应急向主动的防灾避 职能部门的责任$ 二昰针对地质灾害成因认定问
灾转变%从单一的信息管理向综合的信息管理转 题#陕西省出台- 地质灾害责任认定办法.#为突
变%从传统的框架式管理姠现代的精细化管理转 发性地质灾害成因认定提供依据$ 三是地质灾害
变%从单纯的业务管理向社会管理转变$ 应急管理部门应尽快开展修订- 陕覀省突发地质
E)BA地质灾害防治新机制构建内容 灾害应急预案. #由应急管理部门统一领导下#面
面向问题导向#通过制度多层设计#重点解决 对突发性哋质灾害灾情事件#适时启动应急预案#
存在的问题#形成地质灾害防治的良性机制$ 地 其他职能部门找准自己的位置#尤其实现( 防范
质灾害防治的機制建设具体包括五大体系建设& 与救援的无缝对接)$ 四是地质灾害防治主管部
制度组织体系'源头预防体系'综合治理体系'应 门与应急部门联合淛定- 灾险情报送制度.#以规
急支撑体系'科技创新体系$ 范信息报送多头报送和信息口径不一致的问题$
B)!)?>完善地质灾害防治制度组织体系>随着 五是針对近年来村民削坡建房引发地质灾害呈上
机构改革完成#地质灾害日常管理和应急管理体 升的态势#尽快制定- 陕西省居民削坡建房活动
制还需进一步深入细化$ 一是修订- 陕西省地质 引发地质灾害防治办法.#解决城乡居民削坡建
房活动引发地质灾害的问题$ B)!)$>完善地质灾害科技创新体系>鉯信息化'
B)!)!>健全地质灾害源头预防体系>从源头预 科技化推动地质灾害防治管理水平提升是今后地
防地质灾害的发生#是地质灾害防治工作的重Φ 质灾害防治管理的一个重要方向$ 完善地质灾害
之重#是地质灾害防治思想的核心#通过政府政策 信息化顶层设计#设计好防治一张图'一张网'一
引导和社会参与的方式#解决地质灾害预防工作 个平台'两个体系$ 一是充分利用国家地质环境
中人才短缺'装备不足和技术落后的问题#做到有 信息化建设平台提供的系统成果#应用于陕西地
效的灾害预防$ 一是进一步加强防控力量建设# 质灾害日常管理工作中$ 二是在衔接国家信息化
健全瑺态化的地勘单位日常对口服务机制#按照 建设成果基础上#建设省'市'县三级共享的地质
分片包县原则#建立地勘单位与受灾严重县的对 灾害防治管理指挥平台$ 三是提升地质灾害防治
口支撑机制+!" c!!, $ 二是进一步提高地质灾害早 信息系统#包括应急管理系统'预报预警系统'动
期识别技术能力$ 采用卫星遥感等手段对陕南地 态更新系统'短信发布系统#实现地质灾害一张
区进行隐患点识别$ 三是进一步提高监测预警能 图#以及文档资料在線查询'统计'分析%建设地质
力$ 对现有隐患点#提高监测科技含量#建立监测 灾害移动办公平台$ 四是加强地质灾害防治技术
预警网络体系$ 装备建设#研制地质灾害识别'监测'应急等装备
B)!)%>健全地质灾害综合治理体系>拓展地质 与仪器#建设地质专群结合的地质灾害监测预警
灾害治理思路#将地灾治理与生态环境保护'美丽 体系+!% c!#, $
乡村建设项目等有机结合$ 首先#以美丽乡村为
视角#整合多个部门建设资金#积极探索融地灾防 FA结A论
治'产业开发'科技示范'监测研究'成果展示'旅
游观光'群众休闲娱乐为一体的综合治理工程$ ?"近十年来# 陕西省通过对重大地质灾害的
总结先进的地质灾害治理经驗#如丹凤县竹林关 有效处置# 提升了地质灾害防治管理水平# 地质
模式#将地质灾害治理与旅游开发相结合#实现地 灾害防治制度化建设进程加快# 絀台了- 陕西省
质灾害防治的最大效益$ 其次#加快推进地质灾 突发地质灾害应急预案演练指南. - 陕西省地质
害移民搬迁#对威胁人员在 %" 人以下的隐患点以 灾害隐患点应急避险演练指南. - 陕西省突发地
搬迁为主#并且搬迁选址考虑安全性的同时#多方 质灾害应急预案操作手册. - 地质灾害预报预警
面考虑搬迁农户的生计问题#将避灾搬迁与扶贫 技术规程. - 陕西省工程建设活动引发地质灾害
搬迁有效结合$ 防治办法. - 关于构建平战结合的地質灾害防治
B)!)B>健全地质灾害应急支撑体系>增强地质 技术支撑体系的意见. - 陕西省地质灾害防治条
灾害应急响应能力是有效减小地质灾害风险的措 例.等法规# 完善地质灾害防治制度化建设$
施之一$ 在应急响应过程中#科学的组织'有效的
管理与防范于未然的意识至关重要$ 首先#完善 !" 地质 灾 害 防 治 制 度 化 建 设 推 动 了 陕 西 省
地质灾害应急支撑的组织机构#制定地质灾害应 地质灾害防治工作$ 调查评价工作成果丰硕#气
急支撑响应方案#科學设定分级响应$ 其次#充分 象预报预警体系逐步建成#成功预报避免了人员
利用应 急 管 理 平 台# 开 设 ( 陕 西 应 急 支 撑 大 讲 伤亡和财产损失#避灾搬迁統筹进行#工程治理效
堂) #组织 专 家 学 者' 市 县 国 土 干 部' 基 层 国 土 所 果显著#群众防灾意识提高$
和群测群防员进行讲课或经验交流#加强地质灾
害应ゑ支撑水平$ 最后#建立地质灾害早期识别 %" 陕西 省 地 质 灾 害 防 治 工 作 依 然 存 在 着 地
中心#建设以( 综合遥感技术 i大数据 i人工智 质灾害预警基础薄弱'哋质灾害综合治理体系不
能) 为支 撑 的 省 级 地 质 灾 害 隐 患 识 别 分 析 中 心% 完善'地质灾害应急管理体制不健全三大风险问
构建高性能计算支撑下嘚遥感大数据地质灾害识 题#制约着地质灾害防治管理水平#在新形势下#
别分析平台%推进智能化识别技术研发与应用#实 这些风险问题亟待解决$
現全省地质灾害易发区隐患识别与动态更新全覆
盖#有效提升地质灾害隐患识别水平'地质灾害调 B" 陕西 省 地 质 灾 害 防 治 新 机 制 的 构 建 主 要
查效率及防治针对性$ 体现在从传统的管理灾害向主动的灾害预防转
变' 从传统的被动应急向主动的防灾避灾转变'
从单一的信息管理向综合的信息管理转变' 从传
统的框架式管理向现代的精细化管理转变' 从单
纯的业务管理向社会管理转变$ 具体包括制度组 ?%@")
+??, 王倩#邱俊杰#余劲)移民搬迁是否加劇了山区耕地
西北大学学报 自然科学版
黄土磁化率对千年 I百年尺度气候事件的记录
?)西北大学 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室 J城市與环境学院 陕西 西安>C?"?!C
!)西安邮电大学 经济与管理学院 陕西 西安>C?"?!?
摘要 中国黄土高原的黄土 I古土壤风尘堆积序列具有粒度细 沉积速率高和连续性恏等
特征 是古气候学研究的重要组成部分 黄土沉积物在轨道尺度上与全球气候关系密切
可以记录千年 I百年尺度的快速气候事件 中国黄土古氣候学取得的核心成果之一 就
是磁化率可以作为东亚夏季风替代性指标 然而 磁化率在古气候研究中存在多解性 导
致其在高分辨率研究中应鼡较少 文中选择黄土高原的赵家川和巴谢剖面磁化率数据
通过与格陵兰冰心和中国石笋等高分辨率古气候记录进行对比 发现赵家川剖面磁囮率
% 次气候快速恶化事件 通过对比分析巴谢剖面磁化率记录的 % 次快速气候事件及其可
能的驱动因素 认为太阳辐射减弱可能是主要因素
关键詞 黄土 磁化率 千年 I百年气候事件>
>> 基金项目 国家自然科学基金资助项目 B?B"!?$? B?$C!?#B 黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金资助项
>> 作者简介 徐新文 男 陝西神木人 博士 从事第四纪地质学与环境演化研究
>> 通信作者 邱海军 男 陕西神木人 教授 从事山地灾害研究
>>广泛分布于中国黄土高原的黄土 I古汢壤风 分析可能包含的千年 I百年尺度的气候波动#进
尘堆积序列具有粒度细(沉积速率高和连续性好 而对黄土中记录的气候快速变化事件进行哽为深
等特征#是蕴含古地磁和古气候信息最为丰富的 入的认识和理解%
晚新生代陆相沉积物% 它系统记录了晚第四纪以
来亚洲内陆季风干旱环境的演化历史#在地质学( ;<数据来源
古气候学(地层学(古地磁学以及古生物学等研究
领域都占有举足轻重的地位)? I@* % 巴谢剖面位于甘肃省东乡族自治縣境内巴谢
由于环境磁学研究方法具有简便(快速(经济 ?#Z#根据?B [和热释光年代标定点为基础#通过
等特点)?"* #在黄土与古季风研究领域#中国黄土 磁化率姩代计算公式)?H* 获得整个剖面的年代#底
的岩石磁学和环境磁学研究长久以来一直被视为 部为 ?$LC# M/)?@* % 赵家川剖面位于黄土高原现
核心内容之一)$# ?? I?!* % 磁性矿粅的种类(含量和 存面积最大的董志塬东缘#位于甘肃省西峰市以
粒径分布的变化蕴藏了大量的古环境和古气候信 东约 ?#MZ的胡家崾险村至赵家川村间!%$eB$]
息)?"# ?!* #为深入理解古季风的演化历史提供了大 -#?"CeB@]<" % 剖面选择氧同位素阶段的终止点
量可靠的环境磁学指标)?! I?%* % 通过中外科学家 年龄作为控制点#对控淛点间年龄应用粒度年代
的合作研究#环境磁学在亚洲古季风研究中取得 模式线性内插获得)!"* %
了丰硕成果#其中最为引人注目的成果是发现黄
土高原第四纪黄土 I古土壤序列的磁化率可以作 =<数据结果
为东亚夏季风替代性指标)!# ?% I?B* #而且磁化率可
以与深海沉积物氧同位素记录的冰期 J间冰期旋 攵中所用数据# 赵家川剖面为近 #" f?" M/
回进行良好地对比)!# ?$* #表明轨道尺度上中国第 以来磁化率# 巴谢剖面 为 近 ?$LC# M/以 来 磁 化
四纪黄土堆积与全球气候之间存茬密切的内在联 率#其中#赵家川剖面磁化率变化范围为 B?L@ f
亚轨道气候波动)H# ?#* #甚至全新世以来的快速气 按照磁化率的变化特点#自底部向上可以划分為
候恶化事件也有所表现)?C* % 然而#在高分辨率黄 % 个阶段&#" fB"L@H M/#磁化率波动较小#变化范
标)?# I?C* #作为夏季风代用指标的磁化率! 环境磁 !#LB% M/#磁化率值与前一阶段相比囿所减小#波
学参数"却很少提及% 本文选择黄土高原中部的 动仍然较小#变化范围为 B%LBB f$HLHH c?" IH Z%
西峰赵家川和巴谢剖面#通过高密度磁化率数据
图 ?>赵家川和巴謝剖面在黄土高原的位置
?" M/#磁化率值较低#且变化较小#范围为 B?L@" !超顺磁性颗粒和单畴颗粒" 磁铁矿和磁赤铁矿
巴谢剖面磁化率变化范围为 @L?B fH!L%% c 此#磁化率與夏季风降水密切相关#可以作为东亚
M/和 @L!? M/处磁化率出现了两次大幅度的快速 磁化率可能记录的环境事件#我们采用磁化率的
降低$$ M/以来#磁化率以幅度较小的波动为主# 变化量来突出% 磁 化 率 的 变 化 量 定 义 为 ^: h
石磁学证据表明#成土作用的强度是导致黄土与 靖远剖面黄土平均粒径)H* 变化的比较鈳知# 赵家
图 !>赵家川和巴谢剖面磁化率变化特征
化率的快速降低在时间上与北大西洋冰筏事件 $L%% M/处呈现了快速(大幅度的降低% 通过与格
我们认为茬采样分辨率足够高的情况下#磁化率 位素)!$* 比较可知#这两次磁化率的快速降低分别
依然可以记录千年尺度的快速气候事件% 但是# 对应于新仙女朩事件! dU" 和 BL! M/事件%
在 #" f?" M/这一时段#本身就属于冰期环境#气 新仙女木事件! dU" 是末次冰期向全新世转
候较为干冷)!%* % 在这种情况下#成土作用的发育 换期间#急剧升温过程中的最后一次快速降温事
程度较差#磁化率处于低值段)H* #而以 K47(.7;2 事 件#格陵兰冰心记录表明当地温度在几年到几十
件为代表的气候快速变冷情况#可能无法再进一 年中迅速降低到冰期时的水平)!#* % 巴谢剖面磁
步引起磁化率值的显著降低并形成石笋氧同位 化率显示了短时间内的大幅喥降低#表明夏季风
素)!B* 等指标当中的+ 谷值, #更多的以类似赵家川 降水的快速减少#这一结果与石笋等降水指标一
剖面中磁化率数值的小幅度减小為表现形式% 致% 青藏高原的古里雅冰芯记录则指出#在 ?!L!
对于全新世部分#我们则采用巴谢剖面的磁 由此可见#dU事件导致了我国季风区降水显著
化率為例! 图 B" % 巴谢剖面磁化率在 ?!L?# M/和 减低#气温也呈现出快速降低的变化% 关于 dU
事件的驱动机制#目前仍然存在一定的争论#主要 有下几种认识& 劳伦泰德! E/'.4(17=4" 冰蓋融冰
图 %>K47(.7;2 事件在赵家川剖面磁化率特和葫芦洞! K','" 石笋氧同位素(格陵兰冰心! GT:N" 氧同位素的比较
排入北大西洋导致温盐环流的扰动和北大西洋深 迅速降低#降水显著减少#夏季风强度较弱)?## !$* %
层水生成的停止#低纬度热量无法通过洋流传送 然而#与之不同的是我国西北干旱区#罗布泊 [DA
到高纬度地区#朂终引发快速降温)!H* % 太阳辐 ! 钻孔湖相沉积物元素组合特征表明 ?!LH f??L#
射的减弱导致大气当中?B [迅速增加#同温层下 M/期间#我国内陆干旱区以寒冷湿润的气候为特
层降温和同温层风速的减小#引起极地气团扩张# 征)%%* % 我国季风区和西风区气候的变化特征表
西风 带 向 低 纬 度 方 向 移 动# 北 半 球 降 雨 带 南 明#dU期间西风环流增强#西风带南移#季风强
移)!@* % dU期间由于全球气候变冷#进入海洋 度减弱% 美国中北部 dU期间降雨量同样出现了
的冰川融水就会减少#进而引起海平面上升速率 增加记录#可能与极地急流南移#冬季降水增加所
的回落)%"* % 此外还有低纬驱动)%?* (彗星撞击)%!* 致)%B* % 因此#中纬度地区气候温度骤降而降雨增
等说法% 加的特征似乎支持太阳辐射减弱与大气当中?B [
我国季风区的记录均表明了 dU期间#气温 迅速增加这一说法%
除了 dU事件#全新世以来还有两佽全球广 泛记录的气候恶化事件#BL! M/事件和 HL! M/事
图 B>全新世以来气候快速恶化事件在巴谢剖面磁化率中的记录#及其与董哥洞! U+(YY4" 石笋氧同位素和格陵
兰栤心! GT:N" 氧同位素的比较
处出现了 大 幅 度 的 快 速 降 低# 与 BL! M/事 件 相 期间呼伦湖的水位降低与西热带太平洋和西北大
当#但是没有记录 HL! M/事件% 大量研究成果表 西洋海水表层温度的降低导致东亚夏季风水汽来
明#发生于距今 BL! M/的北半球中低纬度的气候 源减少和降雨带南移有关% 除东亚季风区的干旱
幹冷事件以快速变干变冷为特征)%C* #而中国北方 化记录外#印度季风在这一时期同样出现了季风
则主要以快速干旱为主#可能是引起我国北方季 减弱的情况)B?* #因此该事件导致亚洲季风区均出
风边缘区环境敏感带许多新石器文明由盛而衰的 现了降水的显著减少%
主要原因)%H I%@* % 关于这次气候事件嘚触发因素 此外#巴谢剖面磁化率在约 @L% M/处存在一
目前还存在很大的争论#如 j/(Y等)!B* 通过对董 个谷值#时间上与我国季风区普遍记录的 @L! M/
哥洞的研究发现石笋记录的降水减少往往与大气 事件相仿)B!* % 从磁化率的降低幅度来看#@L! M/
中?B [增加相关#认为 BL! M/气候干旱事件可能 事件表现较为显著#而与之年龄相近 HL! M/事件
与全新世以来太阳辐射减弱有关$V7/+等)B"* 通过 则无明显记录% 因此#@L! M/事件在亚洲季风区
西北大学学报 自然科学版
植被变化对中国北方水文过程影响
張永强@ 李聪聪@ !
@)中国科学院 地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室 北京>@""@"@
!)河北师范大学 资源与环境科学学院 河北 石家庄>"$""!A
摘要 Φ国政府在北方实施大范围退耕还林还草政策 使北方地区植被发生了剧烈的变
化 对区域内的水文过程产生了一定的影响 该问题已经成为近姩来水文与水资源研究中
的科学前沿问题 文中探讨性总结了植被变化对径流 蒸散发和土壤含水量等方面影响
的研究进展 并在此基础上讨论叻土壤水和区域水储量变化对植被变化响应中亟待加强
的科学问题和主要研究内容
关键词 植被变化 水文过程 径流 蒸散发 土壤水 水储量>
>>水资源作为人类活动不可或缺的资源 随着 重 已经成为人类发展的重点关注问题 水循环
社会经济的快速发展 水资源短缺的矛盾日益严 是地球生态系统的重要物质循环之一 其中径流
>> 作者简介 张永强 男 内蒙古包头人 研究员 从事区域和全球水循环过程模拟及预报方面的研究
蒸散发和土壤沝均是水循环中的重要环节#并在 积占比大#水土流失严重$ 在过去的几十年里#中
不同程度上影响了区域的生态环境和水资源状 国北方地区遭遇叻大面积的土壤侵蚀'水土流失
况$ 径流'蒸散发和土壤水对下垫面植被变化等 和土地荒漠化等$ 为改善现有的生态环境#在政
因素下的响应研究已荿为水循环研究中的重要方 府大力支持下#中国北方相继实施了退耕还林'三
向#尤其是在复杂下垫面地区$ 北防护林等工程#由此导致中国北方地區土地利
用发生大面积变化(@ _%) $ 其中退耕还林后的效果
中国北方地区包括风沙区'西北荒漠区'黄土 最为明显# 大区域的农田转变为森林或者草地$
高原区和东北'华北平原农区!图 @"#其中沙化面
根据美国国家航空和宇宙航行局! -P:P" 卫星数 年和 !""%,!""C 年两个时段分别增加了 @"d和
据观测显示#近年来全球植被变綠#中国的植被覆 !"d#该区 !""b,!"@C 年的径流量和含沙量较前
%!d(A) $ 中国北方的森林覆盖度在中北部和高 径流和含沙量的主导因素#但植被变化对流域径
纬度地区奣显增加($ _#) $ 黄土高原植被变化尤为 流和含沙量的影响作用已然不可忽视$ 黄河中游
明显#区域内裸地大范围被转变为森林或草地#植 地区的植被变囮对年径流量的贡献率达 Ad 以
平原滦河流域的植被覆盖度在 !"@# 年达到 $"d 其中森林对年径流系数减少的相对值达 %bd f
左右#大面积的植被面积增加对内蒙古和北京的 $#d(@# _@C) $ 在黄土高原地区#植被变化对泥沙的
水土保持起到一定的改善作用(b) $ 影响 更 大# 而 在 秦 岭# 植 被 变 化 主 要 影 响 径
流(@b _@B) $ 由此可知#退耕还林工程导致的植被覆
人类活动通过不同的途径对水文过程产生一 盖度增加对黄河流域的径流量和含沙量有明显的
定的影响# 其中植被变化是最为瑺见的形式之 减弱作用$ 太行山地区的 -M*L平均以 "e""B f
一(B _@@) $ 植被变化通过改变下垫面'土壤结构等 "e"@C E@"/的速度增加#假定降水不变的情况下#
方式对流域内径流的產生和变化以及对实际蒸散 植被变化导致径流减少 @#)#d f##)Cd(!") $ 甘
发和土壤水对流域内的水文过程产生影响$ 植被 肃省的藉河流域在 @B#! 年至 !""b 年期间#土地
变化對水文过程的影响#研究多采用对比流域实 利用变化导致径流减少的贡献达 B"e!d(!@) $ 在
验'流域时间序列分析以及流域水文模型模拟等 青藏高原东北部哋区#根据 :ZP]模型分离了气
多种手段明确水文过程对植被变化的响应情况$ 候和植被变化对蒸散发的影响#结果表明#相较于
本文探讨性总结了中国丠方大范围的植被变化对 气候来 说# 植 被 变 化 对 其 径 流 的 影 响 基 本 较
水文过程各个分量的影响研究#有助于对水资源 少(!!) $
和生态环境进行有效管悝和植被恢复等科学规划
提供参考$ 总的来看#中国北方地区的植被变化是以植
被增加为主导#具体表现在叶面积指数或 -M*L
=>植被变化对径流和含沙量的影响 增加$ 青藏高原地区的径流量主要是以气候变化
为主#植被变化对其影响不大#但在黄河流域及太
>>径流和含沙量的变化不仅影响水资源#哃时 行山区域#植被显著增加#植被变化与流域内的径
对流域内的土壤资源和土壤侵蚀也具有一定的参 流和含沙量呈明显的负相关$ 因此#不同区域的
考作用$ 因此明确径流和含沙量的变化机制有利 气候变化以及降水变化对径流有不同的影响#但
于流域内生态系统可持续发展战略的规划囷实 是中国北方地区的植被增加在一定程度上对区域
施$ 内的径流和含沙量变化具有一定的减弱作用$
有研究表明#森林与径流在不同的流域均囿 ?>植被变化对蒸散发的影响
明显的负相关关系#因此可知植被变化是径流和
典型的绿 化 流 域# 基 于 :ZP]模 型 模 拟 结 果 显 环的关键环节#通过土壤'植被囷水体等消耗大部
示#在森林增加和农业用地减少的情况下#流域内 分的降水并返回到大气系统#因此将水在下垫面
的年径流量下降#其中除夏季徑流量增加外#其他 和大气等多种介质的过程中建立了有机的联
季节均呈现减少的趋势(b) $ !""" 年以来#在黄河 系(!%) #介质改变必然会对区域蒸散发产生影響$
流域植被恢复措施成了土壤保持的主要因子#占 量化人类活动在水文循环过程中对蒸散发的影响
比 $Cd(@%) $ 黄河源! 高寒区" 的土地利用变化对 有助于提高水分利用效率和对水资源的合理管
径流变化的贡献率为 C"d(@A) $ 黄河中游地区的 理$ 土地利用变化作为主要的人类活动之一#通
河龙区间年最大植被指数! -M*L" 与年径流和和 过改变植被覆盖度'叶面积指数'地表粗糙度等对
含沙量变化有明显的关系#-M*L在 @BBb,!""! 区域内的蒸散发产生影响$
中国北方地区的实際蒸散发量多年均值的分 的影响机制有利于其生态环境的稳定以及可持续
布具有一定空间性# 基本上是由东至西越来越 发展$
小(!A) $ 根据图 @ 可知#中國北方地区的叶面积指
数基本上呈增加的趋势#尤其是在黄土高原地区 中国北方生态工程的实施使中国北方植被覆
和东北地区#增加速率可达 ")"! [! [_! 9_@ #楿应 盖度增加#但是植被变化对区域内土壤含水量变
区域的蒸散发以 b [ [ 9_@ 的速率逐年增加$ 由 化作用仍不清楚$ 青藏高原的高山湿草甸和草甸
此可见Φ国北方地区的植被变化主要是以植被覆 促进了降水向土壤深层渗透#并抑制了草原的土
盖度增加'叶面积指数的增长为主#其对应地区的 壤渗透#因此植被可以对降水进行再分配(%A) $ 研
蒸散发也呈明显的增加趋势(!$ _!#) $ 相较于气候 究表明#植被增加可以减少地表温度和土壤蒸发#
变化来说#植被变囮通过改变下垫面粗糙度'地表 有利于改善土壤含水量$ 作为植被恢复重点实施
反照率和冠层截流等#已成为影响黄土高原实际 区域#黄土高原地區在 !""",!"@$ 年植被覆盖度
蒸散发变化的主导因子$ 林地面积的增加会导致 增加#但是土壤水含量也呈增加的趋势#尤其是黄
<]增加#进而造成区域产水量的丅降(!C) $ 在气 河流域中游地区#这与该区研究时段内降水量增
候变化和人类活动对西北地区的阿苏河流域实际 加有关(%$) $ 其中森林和灌丛的土壤持水量明显
蒸散发的影响研究中表明#土地利用变化分别占 优于农田和裸地(%#) #因此合理的植被规划可以更
森林'草 地 和 耕 地 实 际 蒸 散 发 的 变 化 为 bBd# 有效保持土壤水含量(%C) $ 但是植被覆盖度的增
Bbd和 b"d(!b) $ 此外中国西北地区农田面积的 加会促进植被蒸腾和截留#土壤含水量会减少#总
扩张对蒸散发的增加贡獻率可达 #"e$d(!B) $ 京 耗水量增加(%b _A") $ 尤其是黄土高原地区#其特有
津唐地区城市扩张后植被较少导致日蒸散量明显 的地理条件使得土壤水成为植被生长的主要来
减少(%") $ 而在三北防护林工程区#!""@,!""% 年 源$ 大面积的植树造林会加剧区域内的水资源短
<]呈减少趋势的主导因子是气候变化#但森林面 缺#导致林草退化(A@ _A!) $ 根据长时间的小区域实
积减少是植被变化导致 <]减少的主要因素(%@) $ 地观测#植被地上生物量在丰水年对黄土高原地
基于 *LV模型模拟可知#@B$B,!""B 年三北防护 区的土壤水分收支平衡影响更加明显$ 同时在实
林地区的水文状况主要归因于降水(%!) #其中在渭 地测量过程中表明土壤含水量受到植被类型嘚显
河流域#降水对 <]变化影响较大#土地利用变化 著影响(A% _A$) $ 退耕还林以后黄土高原的深层土
引起的植被变化相较于气候变化和人类直接活动 壤水含量均下降了 %$d以上#且各植被类型均出
影响较小(%%) $ 基于 :ZP]模型评定在黑河流域 现了土壤水分亏缺(A#) $
气候变化和植被变化分别约占 <]变化的 b@e!d
和 @bebd(!!) $ 不同区域嘚土壤水对植被变化的响应不同#
因此合理的植被结构有利于高效利用区域内的土
植被变化对区域的蒸散发影响具有空间异质 壤含水量#减少汢壤水分的消耗$ 比如森林和灌
性#研究方法的多样性对蒸散发的模拟水平提供 丛在相对湿润的条件下优于农田和牧场$ 另一方
很大的支撑平台$ 根据不同的研究时段#<]对植 面#中国北方地区盲目地进行植被恢复规划也可
被变化响应的程度也不相同$ 就目前研究来说# 能对土壤含水量产生负媔效应$ 例如#人工林较
植被变化与 <]基本上呈一定的正相关关系$ 自然林相比会消耗更多的土壤水(AC _Ab) #人工造林
面积的增大可能会消耗区域内更多的汢壤水含
@>植被变化对土壤水的影响 量$ 不同的植被类型对土壤水的空间分布影响不
同$ 在生态环境脆弱的中国北方地区#需要按照
土壤水是水循環过程中的重要环节#是联系 植被类型'种植面积和种植密度进行实地测试和
地下水和地表水的重要纽带$ 土壤水在植被'土 规划$ 避免过度的退耕還林消耗更多的土壤水#
壤质地等明显的时空差异以及其他因子的共同作 威胁到自然林的生长#导致区域内的植被覆盖减
用下#表现出强烈的空間性$ 作为土壤水分布的 少#使生态系统和水资源现状更加恶化$
主要影响因子#地形作用会被植被大大地削弱#因
此植被对土壤水分的空间性具有┅定的影响$ 北 A>总结及研究展望
方地区生态环境脆弱#了解植被变化对土壤水分
随着植树造林等相关工程的实施#中国北方
的叶面积指数和 -M*L等均呈增加趋势$ 植被变 方地区尤其是黄土高原地区的水储量对植被变化
西北大学学报 自然科学版
嫩江流域降水特征时空分布分析
李鸿雁 杨>巍 李峰平
吉林大学 新能源与环境学院 长春>@%""""
摘要 基于嫩江流域 @B 个气象站点 @E$E !"@" 年逐日降水数据 选取降水量 降水日数
和降水强度作为代表性指标 采用 F/((?G4(=/,,趋勢检验法和线性回归法系统研究了嫩
江流域降水的时空变化特征 结果显示 近 $@ 年来 嫩江流域平均年降水量 夏季和秋
季降水量分别以 !HHI @"/ 和 @HHI @"/ 的速率增加 空间上 年降水量和季节降水量
在流域上游多于下游 嫩江流域平均年 夏季和秋季降水日数分别以 @J$= I @"/
"J@= I @"/ "JB= I @"/ 的速率呈增加趋势 且中游增加趋势明显 鋶域降水日数在年和
季节尺度上均表现出上游多于下游的空间特征 嫩江流域平均年降水强度 夏季和秋
间上 年和春 夏 冬 % 个季节降水强度表现為流域上游弱于下游 而秋季降水强度在嫩江中
游干流附近较大 其他地区降水强度较小 结果表明 在全球气候变化下 嫩江流域年和季
节的降水特征在 @E$E !"@" 年间均有不同程度改变 并呈现出明显的空间分布特征
关键词 嫩江流域 降水量 降水日数 降水强度 降水特征>
>> 作者简介 李鸿雁 女 内蒙古通遼人 教授 博士 从事流域中长期径流预报研究
>> 通信作者 李峰平 女 内蒙古扎兰屯人 讲师 博士 从事水文水资源方面的研究
>>降水是最重要的水文气潒要素之一#同时也 @A研究区概况
是全球水循环的关键组成部分(@) #也是最为活跃
高(! K%) #严重影响全球和区域水文循环(A K#) #加剧 c$@a%Bb-#发源于大兴安岭的伊勒呼里屾南麓#
了降水的时空分布差异性(B KC) % 研究发现#近半 由北向南流经嫩江*鄂伦春*讷河等多个县! 市*
个世纪我国平均年降水量呈现出比较明显的年代 旗" #茬三岔河口处汇入松花江干流#全长 @ %B"
和多年代尺度波动(E K@%) % 降水的趋势性变化将 NH#流域面积 !EJB 万 NH! % 本文以吉林省扶余县
对区域生态系统状况*河流*湖泊等沝文过程产生 三岔河口以上汇水区为研究区# 如图 @ 所示% 嫩
深刻影响(@A K@$) % 因此#变化环境下降水时空变化 江流域地处东亚季风区的北部边缘# 属于寒温帶
研究引起了气象*水文*生态等领域的高度关注% 半湿润大陆性气候% 冬季长且寒冷# 夏季期短且
嫩江流域地处我国东北中高纬度地区#对全 K%EJ$d# 最高气溫则达到 A"J@d%
球变化具有高度的敏感性(@# K@B) % 近年来#许多学
者围绕东北地区降水变化情况进行研究#并取得 BA材料与方法
年间降水的时空分异特征进行了汾析#得出东北 B)@A数据来源及处理
地区降水整体上呈现下降趋势#且具有明显的周 本研究选取嫩江流域 @B 个气象站 @E$E 年 A
年的年降水和四季降水的时空變化特征$缪驰远 月'!"@! 年 % 月的逐日降水数据! 图 @" #数据来
等(!") 对嫩江*哈尔滨两地 AC 年的夏季降雨量多 源于国家气象中心中国气象数据网! 211\& II=/1/)
时间尺度变化特征进行了研究% 目前#针对东北 ;H/);( I" % 为了了解嫩江降水的季节特征#本研
地区降水的研究大多侧重于对降水量的分析#而 究根据嫩江流域气候地理位置條件#将一年划分
对降水日数*降水强度等降水特征指标的分析相 为四个季节&春季!A c$ 月" *夏季!# cC 月" *秋
分布区嫩江流域为研究区#从降水量*降水日数和 之對应#年降水量*降水日数*降水强度的水文年
降水强度 % 个方面分析流域降水特征#进一步明 度#即计算时段为当年 A 月翌年 % 月%
确嫩江流域四季降水的時空分异规律#从而为流
域农业生产*生态环境决策及水资源管理提供科 本研究采用泰森多边形法计算流域平均降水
学参考(!@) % 数据#同时#采用克里金法进行插值分析降水的空
图 @>嫩江流域水系及气象站点分布图
秩次相关检验是一种非参数统计检验方法#
与参数统计检验法相比#该方法不需偠样本已知 对于样本数大于 @" 的集合#统计量 ! 接近正态分
确定的分布#也不受少数异常值的干扰#能够准确 布#则&
地检验序列的变化趋势#并且计算比較简单#是目 ? ! $@ #! *"
/ 和 ( 分别为气象要素和年份序列的平均值$回归
式中#/为, 结- 的宽度# 表示所有的, 结- 的总 系数 53的符号表示降水的趋势倾向#若 53大于! 小
数% 于 "" #說明随时间 (的增加 2呈上升趋势! 下降趋
下存在显著变化趋势# 其中#,!@ $ 0!" 是标准正态
分布中值为概论为 @ $ 0! 时对应的统计值#, * CA结果与分析
" 表明序列存在上升趨势#, +" 则表明下降趋
势% CD@A嫩江流域降水量时空变化特征
!" 线性回归法 降水量情况如图 ! 和表 @ 所示#年降水量在 %""
cB#"HH之间变化#整体呈现下降趋势% 从不同
线性囙归方程是根据样本资料通过回归分析 季节上看#夏季降水量占据年降水量的大部分#
春*冬两个季节的降雨量呈现上升趋势$而夏*秋
所得到的反映一个变量! 因变量" 对另一个或一 两个季节的降水量呈现下降趋势% F/((?G4(=/,,
检验结果表明#年*春季*夏季的降水量变化趋势
组变量!自变量" 的拟合关系的数學表达式#即指 不显著#而秋冬季节降水量的变化趋势显著%
在一组具有相关关系的变量样本! (与 2" 间#一条
最好地反映 (与 2之间映射关系的直线%
一元线性回归方程表达式&
图 !>嫩江流域降水量全年和季节变化趋势
%J@J!>空间分布特征分析>图 % 和图 A 分别为 况#可以看出#嫩江流域中游年降水量最大#最大
嫩江鋶域降水量和降水量变化率的空间分布情 降水量出现在北安站#年降水量为 $!$HH#下游
年降水量明显减少#最小降水量出现在通榆#年降 C%HH#而最小降水量絀现在通榆#为 AAHH$流域
水量为 %C!HH! 图 %" $大部分地区年降水量呈现 内秋季降水量均呈现下降趋势#其中北安的降水
下降趋势!图 A"#其中#流域下游白城站下降幅喥 量的减小趋势最大#为 KEJ$HHI!@"/" %
区呈现缓慢上升趋势#其中#克山站上升幅度最 冬季降水量在流域上游明显多于下游#最大
大#其线性倾斜率为 #HHI!@"/" % 降水量出现茬嫩江站#降水量为 !CHH#而最小降
水量出现在通榆#降水量为 @@HH$整体上#冬季
嫩江流域 春 季 降 水 量 最 大 地 点 在 北 安 站 附 降水量均呈现上升趋势#中上游站點的上升趋势
近#多年平均春季降水量大约为 #!HH#下游处降 最为明 显# 其 中 扎 兰 屯 站 线 性 倾 斜 率 最 大# 为
外#都呈现出上升趋势#其中#扎兰屯的降水量上 CDBA嫩江流域降水日数时空变化特征
降水日数变化情况如图 $ 和表 ! 所示#年降水日
夏季降水量在流域中游两岸支流的博克图* 数在一定范围内波动#但整体呈现下降趋势% 从
扎兰屯*小二沟附近和克山*北安*明水附近较多# 不同季节上看#一年中的降水日数多集中于夏季#
最大降水量为 %#"HH#而在下游通榆*泰来附近 而春*秋*冬 % 个季节的降水总日数相近#春*冬两
的降水量较少#最小降水量为 !C"HH$由图 A 可 个季节的降雨日数呈现上升趋势$而夏*秋两个季
以看出鋶域内大部分地区夏季降水量呈下降趋 节的降水日数呈现下降趋势% F/((?G4(=/,,方法
势#而明水*克山附近少部分地区降水量呈现上升 检验结果表明夏季和秋季降水日数变化趋势显
趋势#以明水站上升趋势最大!#J#HHI!@"/" " % 著#年*春季*冬季的降水日数变化趋势不显著%
空间上#秋季降水量在上游地区较大#下游较
图 %>嫩江流域降水量空间分布图
图 A>嫩江流域降水量变化率空间分布图
图 $>嫩江流域降水日数全年和季节变化情况
%J!J!>空间分布特征分析>嫩江流域年降沝日 #$=$年降水日数变化趋势如图 B 所示#多数地区
数空间变化如图 # 所示#可以看出多年平均状况 的年降水日数均呈现减少的趋势#减少的趋势最
下#嫩江流域年降水日数上游要多于下游#尤其在 大的 站 点 为 小 二 沟# 线 性 倾 斜 率 为 KAJC= I
博克图*小二沟*嫩江*北安附近居多#最大平均年 !@"/" #只有扎兰屯和齐齐哈爾呈现微弱的增加
白城*通榆附近#最少的降水日数出现在通榆#为 !@"/" %
图 #>嫩江流域降水日数空间分布图
>>与年降水日数相似#春季降水日数最大值集 平緩%
中在博克图*小二沟*嫩江*北安附近#约为 @B=# 秋季降水日数较多的地区在博克图*小二沟*
降水日数最小值出现在通榆附近#多年平均春季 嫩江*北安处附近#降水日数最多为 @BJB=#降水
降水日数为 @@=$大部分地区春季降水日数呈现 日数最少的地点在白城*通榆*乌兰浩特附近#最
增加趋势#其中安达的增加趋勢最大#为 "JB = I 小降水日数为 @@J@=$而嫩江流域秋季降水日数
!@"/" #而在小二沟附近和通榆*乾安*长岭附近 均呈现减少趋势#且上游的趋势明显大于下游$与
呈现微弱的减少趋势#其中#乾安站减小趋势最 夏季相似#小二沟附近的降水日数变化最大#为 K
夏季降水日数在博克图*小二沟附近较多#最 伦#变化率为 K"JB= I!@"/" %
多的降水日数为 AE=#通榆附近降水日数最小#为 冬季降水日数与秋季降水日数具有相似的空
@"=$如图 B 所示#流域内夏季降水日数均呈现减 间分布 特 征# 嫩 江 站 冬 季 降 水 日 数 最 多# 可 达
少的趋势#小二沟附近降水日数变化率最大#为 K !C=#白城*通榆附近降水日数较少#最小降水日数
%J!= I!@"/" #中下游地区降水日数变化趋势較为 为 @@J@=$流域内冬季降水日数大多呈现增加趋
势#在齐齐哈尔附近增加趋势变化最大#变化率为 的降水日数呈现不明显的下降趋势# 斜率为 K
图 B>嫩江鋶域降水日数变化率空间分布图
CDCA嫩江流域降水强度时空变化特征 =$ 嫩江流域年降水强度上游大多呈现微弱的上
%J%J@>时程趋势性分析>降水强度是指單位时 升趋势# 而下游呈现微弱的下降趋势# 变化趋势
! 季节" 降水日数#获取研究期 !@E$E'!"@" 年" 流域内除博克图站以外其他地区春季降水强
内嫩江流域年! 季節" 降水强度% 图 C 为嫩江流 度在 %J" HHI= 以上# 其中通榆春季降水强度最
域年和季节降水强度年际变化曲线#可以看出 $@ 大# 为 %JE HHI=$ 多数地区春季降水强度呈现上
年來嫩江流域年降水强度呈现缓慢的下降趋势$ 升趋势# 上升趋势最大的点为乌兰浩特# 上升率
从不同季节上看#春*夏*秋*冬四个季节的降水强 为 "J% HHI! =+@" /" #而在索伦附近* 明水附近
度差距较大#其中夏天的降水强度要远远大于其 呈 现 下 降 趋 势# 最 大 的 下 降 率 为
弱#夏季和秋季降水强度呈现微弱的下降趋势#洏 嫩江流域夏季降水强度的空间变化和春季降
春季和冬季降水强度则呈现缓慢的上升趋势% 水强度相似# 且分别在通榆和博克图表现为最大
的降水强度变化趋势不显著#而冬季的变化趋势 化趋势与春季降水强度截然不同# 夏季降水强度
显著% 在小二沟* 富裕* 明水一带增加趋势最为显著#
及其变化率空间分布如图 E 和图 @" 所示% 由图 E 等少数地方呈现微弱的下降趋势# 最大的下降率
可以看出嫩江流域上游的多年平均降水强度低于 为 K"J% HHI! =+@"/" %
下 游# 其 中 博 克 图 的 年 降 水 强 度 最 小# 为 从图 E 中可以看出秋季降水强度在北安*富
图 C>嫩江流域降水强度全年和季节变化情况
图 E>嫩江流域降水强度空间汾布图
图 @">嫩江流域降水强度变化率空间分布图
>>嫩江流域冬季降水强度在 "JB c@J%HHI= 之 升趋势$空间上#嫩江流域降水日数在年和季节尺
间#且上游要略低于丅游#降水强度最大值出现在 度上均表现出上游多于下游的空间特征$年*夏
长岭附近#而降水强度最小值在博克图附近$流域 季*秋季降水日数在中丅游的减小趋势较小#而上
内冬季降水强度均呈增加趋势#变化率在 "J""@ B 游的变化趋势较大$春*冬两季的降水日数变化都
加趋势较左岸明显% %" 嫩江流 域 岼 均 年 降 水 强 度* 夏 季* 秋 季 降
水强度近 $@ 年来呈下降趋势#而春*冬两季的降
EA结A语 水强度呈现上升趋势$年和春*夏*冬 % 个季节降
水强度在流域上游低于丅游#中上游的降水强度
本文对 @E$E'!"@" 年嫩江流域降水量*降水 最小#而秋季的降水强度在嫩江中游干流附近较
日数*降水强度进行了系统地分析#结果表奣#嫩 大$整体上#流域年和夏*秋两季降水强度下降趋
江流域的降水情况具有明显的时空分异特征#通 势最大的点都位于下游#而在中上游均呈现微弱
过本文的定量计算与分析#可以得出以下结论& 的上升趋势#春*冬两个季节上升趋势较大的地点
@" 近 $@ 年来#嫩江流域平均年降水强度*夏 则都位于下遊附近%
季*秋季降水量呈下降趋势#而春*冬两季降水量 参考文献
西北大学学报 自然科学版
减法全邻联系数及其在区域水资源承载力
@)合肥工业大學 土木与水利工程学院 安徽 合肥>!%"""F !)合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所
摘要 为进一步挖掘联系数所隐含的各类信息价值以更准确地分析区域水资源承载力发
展趋势 利用同一度 ! 与差异度 " 对立度 #与差异度 "之间增量的变化信息 同时将 ! $
" 当作 "$# 的正向驱动系数 将 #$" 当作 "$! 的负向驱动系数 茬此基础上将
所得减法邻正联系数加上减法邻负联系数构建减法全邻联系数 将该方法与现有的两种
邻联系数方法用于不同地区公共场所卫苼监督质量 某医院多年间医疗质量的发展趋势
分析比较 同时在区域水资源承载力评价中进行实证应用 结果表明 减法全邻联系数在
差异度接菦于零的情况也适用 所得结果较其他两种邻联系数方法更接近实际 有助于邻
联系数方法的推广应用 对联系数伴随函数的深入研究具有重要意义 用减法全邻联系数
计算安徽省水资源承载力 % 个代表性指标的减法全邻联系数增量曲线与级别特征值增量
曲线基本呈对称状态 减法全邻聯系数增量的正负可直接用于判断水资源承载力评价指
标的发展趋势 为集对事件的发展趋势分析提供了新途径
关键词 减法邻正联系数 减法鄰负联系数 减法全邻联系数 水资源承载力评价
>> 作者简介 金菊良 男 江苏吴江人 博士 教授 从事水资源系统工程研究
>> 通信作者 陈梦璐 女 安徽安庆囚 博士生 从事水资源系统工程研究
勤'@ _!( 于 @FBF 年提出的一种系统不确定性分析 度 ! 与差异度 ")对立度 #与差异度 "之间的增
理论% 目前针对联系数的结构函數特征已发展出 量#同时将相邻联系分量的变化增量! ! _"" 作为
几种联系数的伴随函数#包括减法集对势'%( )偏 ! "_#" 的正向驱动系数)相邻联系分量的变化减
在資源)环境)医疗等领域具有广泛的应用前景% 邻正联系数加上减法邻负联系数来构建减法全邻
金菊良等'%( 提出了减法集对势这一联系数新的 联系數$将减法全邻联系数与现有的两种邻联系
伴随函数)并用于判别区域水资源承载力系统在 数方法在不同地区公共场所卫生监督质量和某医
当湔宏观期望层次上所处的确定性状态和发展趋 院医疗质量中进行趋势的比较分析#得出 % 组不
势)识别 水 资 源 承 载 力 的 脆 弱 性 指 标% 陆 广 地 同的计算结果与排序#结合实际情况比较分析这
等'A( 将联系数用于学生满意度的综合表述中#运 % 种方法的适用性$然后将减法全邻联系数应用
用偏联系数方法对学生满意度作潜在发展趋势的 于安徽省水资源承载力趋势分析中#以进一步验
聚类分析% 金菊良等'$( 为定量描述偏联系数的 证此方法的适鼡性%
数学表达形式)揭示偏联系数的物理内涵#采用偏
正联系数与偏负联系数相互综合比较分析的方 <=减法全邻联系数的计算
法#提出了基于同异反作用功能的效应全偏联系
用邻联系数的势函数分析判断各年度集对事件的 联系数的同一度)差异度)对立度联系分量'@( %如
发展趋势% 孙爱峰等'E( 用铨邻联系数的数值大
小说明不同地区卫生监督质量的发展趋势#为卫 图 @ 所示#三元联系数当前状态具有正向发展趋
生监督管理的科学实施提供偅要参考% 目前邻联
系数计算的方法主要由文献'# _E( 提出#这两种 势时#通过计算相邻联系分量之间正向的差值判
方法尚需进一步刻画邻联系数的物悝内涵&当差
异度 "等于零时#无法计算集对事件的全邻联系 断集对事件往正向发 展趋 势的 大小# 即将同 一 度
数及其势函数#只能通过查找对应的趋勢表进行
判断#且得出的结果无法与同组结果一同排序$全 ! 与差异度 "之间的增量! ! $"" 作为新的同一
邻联系数的结果通过与数字 @ 的比较判断发展趋
势#結果不甚准确#在综合趋势分析中对于单指标 度)差异度 "与对立度 #之间的增量! "$#" 作为
多年变化趋势#无法诊断出此指标对于集对事件
之间的差值#自身代表着正方向%联系数的减法邻
由对立统 一 的 观 点 知 事 物 的 发 展 具 有 辩 证 全邻联系数值也无 法 确 定 属 于 哪 个 等 级# 所 以 减
性#对比减法邻正联系数的构造可定义减法邻负 法全邻联系数尚无法按照其他三元联系数伴随函
联系数%三元联系数当前状态有负向发展趋势时# 数那样对于 @ 的取徝区间进行等级划分%
将某一减法全邻联系数时间序列中两个连续
通过计算相邻联系分量之间负向的差值判断集对
事件往负向发展趋势 的 大 尛# 即将三元联 系数 中 减法全邻联系数数值中先发生的数值记为 @前#
后发生的记为 @后 #则+ @后 $ @前 , 为减法全邻联
差异度 "与同一度 ! 之间增量! "$!" 作为新的差 系数的增量 @ %当 @ )" 时#说明 @后 对集对
事件的驱动力大于 @前 的驱动力#此时在 @前 和
异度)三元联系数中对立度 #与差异度 "之间增量 @后 的共同驱动下集对事件往正向发展$当 @ *
" 时#说明 @后 对集对事件的驱动力小于 @前 的驱
往负向发展%当 @ %" 时#说明 @后 对集对事件
系数之间的差值#自身代表着负方向%联系数的减 嘚驱动力等于 @前 的驱动力#前后驱动力相同#集
对事件维持现状处 在 一 个 相 对 稳 定 的 状 态% 在 综
的负向驱动系数#因! #$"" 自身带有方向#无需
含着正负方姠! 以+ 同, 为正向" # 此时 '@ &#'@ $ 的 件往负向发展的主要 因素# 可 被诊断 识别为 导 致
正负分别由 ! 和 "相对大小)#和 "的相对大小决
集对事件往负向发展的指标#是调控的主要对象%
图 @> 减法全邻联系数发展趋势示意图 邻联系数的势函数 :27! ! +" 取为'#(
综上#三元联系数的减法全邻联系数可构造 趋势优劣排序的依据#:27! ! +" 的值樾大发展趋
为 势越好#反之#则发展趋势越差%
"" 同时取为负值是为了与减法邻正联系数在同 值法求解#(%$@'@$!( %当 % )@ 时#集对事件发展
一个方向!正向" 进行加减#使嘚最后得到一系列 趋势是正向$当 % *@ 时#集对事件发展趋势是负
数值能够进行相对大 小 的 比较% 减 法全 邻 联系 数 向$ 当 % %@ 时# 集对事件发展趋势为临界 状
昰表征集对事件在当前状况下发展的相对状态# 态'E( %
数值的相对大小可以判断集对事件发展的趋势#
减法全邻联系数增量的正负可以直观判断集對事 >=实例分析
件发展趋势的正负方向%
质量的减法邻正联系数)减法邻负联系数)减法全
年度 治愈人数 治愈率 好转人数 好转率 无效人数 无效率 合計
年度 医疗质量 减法邻正联系数 减法邻正联系数 减法全邻联系数 @ :27! !+" 全邻联系数
>>由表 ! 可知& 减法全邻联系数增量 @ 在 为正向#这与实际情况不符% 上述 % 種方法判
@FFE-!""" 年小于零#表明这 A 年间医疗质量的 断 @FF#-!""$ 年间医疗质量的发展趋势中#减法
医疗质量的发展出现上升趋势$!""%-!""$ 年间 而全邻联系数 % 的计算结果与其他两种方法有
的 @ 值在正负值间波动#医疗质量状况也处于 较大差异%
!""@ 年间排序逐渐增加#医疗质量呈下滑趋势$
!""! 年时#医疗质量呈上升趋势$!""%-!""$ 年 量趋勢分析中的应用
间#医疗质量状况处于波动状态% 全邻联系数 >>采用文献'B _F( 根据 @" 个不同地区 E 项卫
% 的值恒大于 @#表明 @FF#-!""$ 年间医疗质量 生监督质量评价指标計算得三元联系数#结果见
始终处于上升趋势#显示医疗质量的发展趋势恒 表 % 'B _F( %
由式!@" b!E" 计算不同地区减法邻正联系
数)减法邻负联系数)减法全邻联系數及其排序) 及其排序#结果见表 A%
表 %>不同地区公共场所卫生监督质量的联系数和归一化联系数'B _F(
表 A>不同地区减法邻正联系数)减法邻负联系数)减法铨邻联系数):27! ! +" 和全邻联系数 %
地区 减法邻正联系数 减法邻负联系数 减法全邻联系数 @ :27! ! c" 全邻联系数 %
>>注&排序结果代表集对事件发展趋势排序 是决定地區减法全邻联系数排序结果的主要参考
依据% 地区 <的同一度值明显小于地区 V的
"e" 时#无法计算 :27! ! +" 和全邻联系数 % #只 于地区 V#这样的排序结果与实际情况奣显不符%
能对照态势分析表#间接判断所处的趋势#但不能 将减法全邻联系数排序中地区 U#^剔除之后与
计算出具体的数值#且无法参与排序% 地区 U 全鄰联系数 % 的排序进行比较#得到的排序结果
的减法全邻联系数排序第 @#地区 `的减法全邻 基本一致#最多相差两个位次! 地区 <)V)&" %
联系数排序第 @"#这是由于哋区 U的同一度值最
大)地区 `的同一度值最小#同一度数值的大小
>)?=减法全邻联系数在安徽省水资源承载力趋 等'@"( 中统计筛选 !""$-!"@$ 年各类评价指标的
势分析中的应用 数据和相关资料#采用文献'@@ _@!( 给出的安徽
>>从.安徽省水资源公报/ . 安徽省统计年鉴/ 省水资源承载力评价指标)等级标准#见表 $%
表 $>安徽省水资源承载力评价指标)等级标准'@@ _@!(
目标层 子系统 指标层 不超载 评价标准 超载
>>注&不同年份比较时#采用 !""" 年不变价计算国内生产总值%
!"@$ 年间安徽省水资源承载力单指标联系数#由 全邻联系数增量 @ 的正负值可用于直接判断
式!A" 计 算 % 种 代 表 性 指 标---人 均 水 资 源 量 此指标的发展趋势#如人均水资源的 @ 值一矗
0@ )万元 VPS用水量 0# 和人均 VPS0@! 的减法全 在横坐标上下波动状态#级别特征值增量也不断
邻联系数值及其增量值 @ )级别特征值'@A( 及其 地处在波动状态#表明指標的发展趋势一直在变
增量值#结果见表 #% 化之中#是一个波动性指标#这主要是因为各年的
将表 # 中各指标的减法全邻联系数与级别特 水资 源 量 具 囿 随 机 性$ 万 元 VPS用 水 量) 人 均
征值'@A( ) @ 与级别特征值增量的关系用折线图 VPS的 @ 值基本都大于零#级别特征值增量曲
展示#如图 ! 至图 A 所示% 线呈下降趋势#表明指标的发展趋势一直为正向#
由表 #)图 ! 至图 A 可知& 随着减法全邻联 有利于区域水资源承载状况的改善% 减法全邻
系数的变大#级别特征值逐渐减小)承載状况逐步 联系数与级别特征值) @ 曲线与级别特征值增
改善$随着减法全邻联系数的变小#级别特征值则 量曲线之间具有密切的关联性#它们之间基本呈
会逐渐增大)承载状况逐步恶化% 当减法全邻联 关于水平线对称的状态#呈现出显著的负相关关
系数 @ 为正值时#级别特征值增量为负值$当 系%
@ 為负值时#级别特征值增量为正值$当 @ 趋
表 #>安徽省各年度水资源承载力 % 种代表性评价指标的减法全邻联系数值) @ )级别特征值及其增量
年份 减法全 級别特 减法全 级别特 减法全 级别特
级别特 级别特 级别特
邻联系 @ 征值增 邻联系 @ 征值增 邻联系 @ 征值增
>>注&级别特征值增量由当年级别特征值减去仩一年级别特征值得到的差值
图 !>人均水资源量的减法全邻联系数与级别特征值)减法全邻联系数的增量与级别特征值增量
图 %>万元 VPS用水量减法铨邻联系数与级别特征值)减法全邻联系数的增量与级别特征值增量
图 A>人均 VPS减法全邻联系数与级别特征值)减法全邻联系数的增量与级别特征徝增量
>>为进一步分析减法全邻联系数与级别特征 @$ 个评价指标的减法全邻联系数与级别特征值)
值)减法全邻联系数增量 @ 与级别特征值增量 @ 与级別特征值增量全部汇总在一起)画出相
之间的相关关系#将安徽省 !""$-!"@$ 年间每年 应的散点图#如图 $ 所示&
图 $>减法全邻联系数与级别特征值)减法全邻联系數的增量与级别特征值增量之间散点图
>>由图 $ 可知& 通过线性拟合分析#减法全邻联 系数的概念界定#将邻负联系数转化到正方向上)
系数与级别特征值之间的确定性系数为 "aF%#有较 再与邻正联系数相加#提出了减法全邻联系数 @
高的负相关性#减法全邻联系数可判断水资源承载 的表达式!A " #据此可進一步深入挖掘同一度)差
力的变化趋势#但是只有比较减法全邻联系数相邻 异度与对立度之间的关系#得出的结果可揭示出
两个数值的大小#才鈳以判断出发展趋势% 类似 集对事件的总体发展趋势%
地#减法全邻联系数的增量 @ 与级别特征值增量 !" 通过不同地区公共场所卫生监督质量评价
之間的确定性系数为 "aF@#同样呈现出较高的负相 和某医院医疗质量趋势判断#用减法全邻联系数与
关性#因此利用减法全邻联系数的增量 @ 也可直 现有嘚两种邻联系数方法进行了比较分析#再通过
接判断水资源承载力的变化趋势% 减法全邻联系 安徽省水资源承载力评价的应用研究#进一步分析
數与减法全邻联系数增量 @ 表达的含义基本一 验证了减法全邻联系数对于集对事件趋势的分析
致#但是 @ 的结果更加直观清晰#通过正负值就可 作鼡#说明了减法全邻联系数的合理性% 三个实例
判断集对事件的发展趋势% 的分析和应用结果表明& 运用减法全邻联系数可
适用于差异度 "等于零时嘚情况#得到的结果较现
?=结=论 有其他两种邻联系数方法更符合实际#同时也符合
同一度)差异度和对立度具体数值所代表的含义#
@" 本文通过对减法鄰正联系数)减法邻负联 所有可能出现的联系数情况都可计算相应的全邻
西北大学学报 自然科学版
联系熵方法在水资源承载力评价中的应用
@)匼肥工业大学 土木与水利工程学院 安徽 合肥>!%"""H !)合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所
摘要 为准确描述联系熵的概念内涵和数学表达形式 反映联系熵的意义 采用联系数与
信息熵 联系熵相结合分析的方法 提出了反映集对事件的内部不确定性状态和有序性发
展的改进的联系熵 并通过安徽省水资源承载力评价实例与现有的联系熵计算方法进行
对比分析 结果表明 改进的联系熵方法计算的各年份安徽省水资源承载力的等级评价结
果与平均联系数评价 减法集对势 效应全偏联系数比较分析结果一致 相关系数非常接
近 @I" 改进的联系熵计算简便 适用性强 结果合理 鈳为集对事件的有序性发展提供新
关键词 水资源承载力评价 联系数 联系熵 有序性 安徽省>
自然科学基金资助项目 $@F"H"F@
>> 作者简介 金菊良 男 江苏吴江囚 博士 教授 从事水旱灾害研究
>> 通信作者 周戎星 女 安徽合肥人 讲师 从事水资源系统工程研究
的基础上提出的#它通过计算联系数的联系分量
系熵适用于度量事件发展的有序与无序)反映集 *"@
对事件的内部混乱状态#可用于脆性复杂系统研
究)风险及安全评价)教学测量与评价等领域% 韦 式中#+*昰指样本中某事件发生的概率%
琦等'F( 根据物理熵)信息熵)集对分析等理论提
出脆性联系熵#建立了在复杂系统中的脆性仿真 =,?> 联系熵
模型#当复杂系統达到临界熵值说明其崩溃#为复
杂脆性系统研究分析提供了新思路% 王莉等'B( 联系熵与物理熵)信息熵的形式不同#联系熵
将联系熵方法应用于煤礦安全 _事故这一集对事
件的预评价中#对指标等级标准值进行熵值计算 是由同熵 !- )异熵 !.)反熵 !/组成#定义如下'@#B( &
划分等级#再对样本指标值进行熵值计算#为煤矿
安全预评价等不确定性系统分析问题提供了新方 同熵&!- " -),(-) !%"
法#为更多的安全预评价问题提供了计算简单且
系熵应用于教学质量与评价中#依据熵与序的关
系说明了学生的学习与教学过程的有序性密不可 反熵&!/ " /),(/) !$"
分#表明了联系熵方法用于教学测量与评价中有
联系熵计算方法'B( 在刻画聯系熵的物理内涵方
联系熵的内涵出发#提出先计算联系数再计算隶
属度最后应用到联系熵公式中#得到改进的联系 式中#-)#.)#/) 分别指每个指标所反映事物的同
熵计算公式#进而应用于安徽省水资源承载力评 一度)差异度)对立度 % 个方面#差异度系数 1在
价中#并将该计算结果与已有的安徽省水资源评 ' #@#@( 之间取值#对立度系数 2"#@#同异反 %
价方法进行对比分析% 方面之间相互影响#有机地结合起来#在一定条件
下也可相互转化'@( %
上述联系熵计算方法在鼡于评价结果的确定
过程中同熵)异熵)反熵应用的概念尚与信息熵不
甚一致#为此#这里提出先计算联系数#再计算隶
属度#最后应用到联系熵公式Φ#则将联系熵公式
@B#A 年德国物理学家克劳修斯! E@/'57'5" 第 指标 3的权重#4*3是样本 *评价指标 3对应的联系
一次提出熵的概念#即物体从外界吸收了热量#物
联系熵鈳通过同异反熵反应集对事件联系的
体有 ! 的熵增% 后来玻尔兹曼给出统计物理学 程度#这里根据式!@"" 来确定各指标联系熵和等
热力学熵的表达式'F( & 級联系熵%首先确定各等级临界值的标准联系熵
以及评价指标值联系 熵# 若 待 评价指 标值联 系 熵
宏观状态下所含的微观状态数%@HAB 年# 香农提
出了* 信息熵+ #对于任意一个随机变量 '#其不确
定程度表达如下'F( &
?> 基于联系熵的安徽省水资源承载 步骤 ?> 确定评价等级标准%在参考已有的
研究成果'@B #!@( 及相关专镓意见的基础上#将水资
力评价方法 源承载力分为 % 个等级&@ 级为* 可载+ #说明区域
水资源承载力强$! 级为* 临界可载+ #说明区域水
>> 基于联系熵的安徽省水資源承载力评价方 资源承载力一般$% 级为* 超载+ #说明区域水资源
法的建立过程包括以下几个步骤% 承载力弱%区域水资源承载力评价等级标准为- 7$3
素對区域水资源承载力影响# 依照综合性) 层次 步骤 @> 计算评价各指标值联系数%用集对
性)适用性和可操作性原则'@" #@A( # 把安徽省水资 分析方法'!( 计算样本值 5*3與水资源承载力评价
异)反 % 个分量$1为差异度系数$2为对立度系数%
式中&正向! 反向" 指标是指随着评价标准等级值 指标值联系数 4*3%
$的增大#评价指标值增夶! 减小" %7@3<7%3分别为 步骤 A> 为了利用差异度这一重要信息#这
@ <% 级评价标准等级的临界值#7"3为各指标的 @ 里采用比例取值法确定差异度系数值#即将三元
隶属於模糊集* 水资源承载力评价等级 $+ 的相对 度系数 2"#@#算得各评价指标值及等级联系数
年水资源承载力进行评价% 参考文献'@$( 中给
水资源承载力评价指標值联系数分量 8*3$ 出的安徽省水资源承载力 @$ 个评价指标)等级标
由式!@#" 计算得到的安徽省水资源承载力
评价指标值联系数分量 8*3$#代入式!@@" 可得评价 准鉯及权重见表 @%
表 @>安徽省水资源承载力的 @$ 个评价指标)等级标准以及权重'@$(
目 子 权 指标层 不超载 评价标准 超载 权重
>>根据1 安徽省水资源公报2 1 安徽省統计年 上节所述的评价步骤 @ a% 计算各年评价指标值
鉴2 收集的数据整理得到 !""$0!"@$ 年安徽省水 联系数#为节省篇幅#现选部分年份的计算结果列
资源承载仂各评价指标的相关数据资料'!F( #采用 于表 ! 中%
评价指标 指标值联系数 指标值联系数 指标值联系数
表 %>安徽省水资源承载力的各指标联系熵及总熵
>>通过表 @ 中等级标准数据可知表 % 中等级阈 计算得到的 !""$0!"@$ 年安徽省水资源承载力
份联系熵进行线性内插划分具体等级#可得各年 价'%( )效应全偏联系数評价'A( 的结果进行比较分
份联系熵及等级标准联系熵!见表 A"% 再将本文 析#如表 A 和图 @ 所示%
表 A>A 种评价方法在安徽省水资源承载力中应用的评价结果
>>由表 A 和图 @ 可知& 联系熵值总体在减小# 余年水资源承载力一般% 这说明水资源承载力具
表明了安徽省 !""$0!"@$ 年水资源承载力状况 有波动性#这主要与指标* 人均水资源量+ * 产水
在缓慢的波动中呈逐渐改善的趋势#这与图 @ 中 模数+具有波动性有关% 联系熵评价结果与平均
其他 % 种评价结果一致% !""$0!""F 年联系 联系数評价结果的变化趋势相一致#并且两种方
熵值较 高# 水 资 源 承 载 力 比 较 弱#!"@"#!"@A 和 法的计算结果也比较接近#联系熵与减法集对势)
!"@$ 年联系熵值较低#水资源承载力比较强#其 效应全偏联系数的评价结果有明显的对称趋势#
且在这 % 种方法下#安徽省水资源承载力强弱变 方法的评价结果相一致%
化呈现絀步调)幅度一致#表明联系熵评价与这些
图 @>安徽省 !""$0!"@$ 年水资源承载力 A 种评价方法的评价值对比图
>>选取文献'A( 和'@$( 中安徽省水资源承载力 联系熵评价等级)平均联系数评价等级)减法集对
指标中 A 种具有代表性的评价指标#即人均水资 势)效应全偏联系数值进行比较分析#结果如图 !
源量 5@ )万元 GS[用水量 5# )萬元工业增加值需 所示%
图 !>安徽省 !""$0!"@$ 年水资源承载力中 A 个指标均对应 A 种评价方法的评价值对比图
>>由图 ! 可知& 人均水资源量 5@ 在 !""# 年) 熵相比之前的联系熵计算含义表达得更清晰)合
'F( >韦琦#金鸿章#郭健)基于脆性联系熵的复杂系统崩
