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基于因子分析和聚类分析的干旱指标结构研究 黄琳煜1 包为民2 (1．上海市浦东新区水文水资源管理署；2．河海大学水文水资源学院) 摘要 以重庆市长江沿岸6个区域为研究对象，37年的多种气象要素和水文要素资料作为 样本，应用相关分析、因子分析和聚类分析的方法．构造适合重庆市的的干旱指标结构。该 结构是由每年最旱日之前30天的土壤含水量、温度和湿度的日平均值组合而成的公因子表达 武。参照聚类结果得到干旱等级的划分范围。其划分的干旱等级同历史情况完全一致。 关键词 干旱 指标 重庆市 因子分析 聚类分析 干旱作为国内重要自然灾害，出现频率高、持续时间长、影响范围广、危害性大．已引起了许多 国内外学者的关注。由于干旱的物理成因复杂、涉及因素多．再加上研究对象与研究目的的差异性。 导致干旱的定义与指标太多且过于学科化。这些干旱指标存在着各自的局限性．缺乏比较统一的、完 整的干旱指标，从而导致目前的诸多干旱指标结构体系无法准确地评价与预测干旱的强度、危害以及 对不同用户的潜在影响。而要研究干旱问题必须要建立一定的干旱指标结构。如何有效地选取一个适 用于多部门的、能综合反映干旱情况的指标结构是一个亟待解决的难题。 本文以重庆市长江干流区东溪、石角、五岔、石柱、余家、龙角6个流域为研究对象．以这几个 地区37年的可能影响干旱的多种气象要素和水文要素资料作为输入数据，采用统计分析的方法，挑选 出具有明确物理意义、资料容易获取、参数计算简便、能反映干旱的原因和程度、能描述干旱的范围 和起讫时间的、相关性小的综合干旱指标，并建立适合重庆市的区域干旱指标结构及干旱等级划分的 方法，探讨构造适用于多部门的区域干旱指标结构及划分干旱等级的方法。 1 流域概况与资料 重庆市位于青藏高原与长江中下游平原之间的过渡带．四川盆地的东南部。属亚热带季风性湿润 70％--80％。 本文的研究区域为重庆市位于长江上游干流区的6个流域：东溪、石角、五岔、石柱、余家、龙 角。 湿度(w)、最长连续无降雨日数(D)。其中的土壤含水量是通过垂向混合产流模型计算得到的，最长 连续无降雨日数是统计而来的，其余的均为实测资料。 查阅了有关资料，得到重庆市37年的干旱等级系列见表1。 此表将历史干旱分成三类：第1类是重旱；第Ⅱ类是轻旱；第Ⅲ类是不旱。． ·527· 衰1 历史干旱等级表 类散 年份 1959 1960 1961 1966 1967 1970 1971 1972 1973 I 1975 1976 1978 1979 1981 2∞l 2006 Ⅱ 1963 1964 1965 1969 1977 1980 1984 1985 1955 1956 1957 1958 1962 1968 1974 1982 1983 Ⅲ 1986 2∞3 2004 2005 2 干旱要素的选取 考虑到单一的降雨因素没有充分考虑下垫面对干旱的响应情况。而土壤含水量同时与降雨量、蒸 发量、径流量有关，能够较好地体现流域内水量收支的状况，笔者遂决定以流域内土壤含水量W与流 域平均蓄水容量wM之比的最小值发生的时间来确定每年可能发生最大干旱的时间，本文简称最旱 日。然而各个流域最小值出现的时间可能不完全一致，这里以多个区域同时出现的时间作为最旱日。 为了考察最旱日的土壤含水量与之前哪段时间的气象水文要素关系最大，笔者选取对干旱有直接影响 的降雨量这一要素，统计了每年最早日的流域平均土壤含水量和最旱日之前5天、10天、15天、20 天、30天、45天、60天、90天的流域平均日降雨量．并进行了相关分析，结果显示W与前30天的 日降雨量相关系数最大．达到0．451。 由于最旱日前30天的水文与气象要素导致了干旱，因此选取各流域的气象、水文要素在每年最早 日之前30天的日均值．要素包括P、w、E、Q、T、