河西内陆河流域多指数干旱特征分析

【摘要】：干旱以及由此引发的旱灾自古以来都是人类面临的主要自然灾害之一。近些年来,干旱化趋势已成为全球关注的重要问题。在气候变化背景下,随着人口的增加、经济的发展,干旱地区呈现扩大化趋势,干旱化程度也有所加重;干旱不仅会对农业生产、粮食安全构成巨大威胁,同时,对生态系统、人类生活也有巨大影响。河西内陆河流域位于我国西北干旱区,降水量时空分布不均,干旱形势复杂多变,对该流域进行干旱研究具有重要意义。本研究选取标准化降水指数(SPI)、中国Z指数(CZI)、修正Z指数(MCZI)、Z分数指数(Zscore)、十分位数指数(DI)、正常百分比指数(PN)、降雨异常指数(RAI)7种干旱指数,通过相关性分析、趋势特征分析、基于游程理论提取干旱特征变量的方法,并结合实际旱情资料,从上述7种指数中选择在研究区适用性较好的气象干旱指数;然后基于优选指数,结合流域降水时空变化,从干旱趋势、干旱事件次数、干旱发生频率、干旱强度变化等对方面对研究区的气象干旱特征进行评估;最后采用Copula函数构建综合干旱指数,从气象和水文两个角度综合评价研究区的干旱情况。主要结论有:(1)7种干旱指数在河西内陆河流域的干旱评估表现各不相同,CZI、MCZI、Zscore指数在中下游地区存在无法识别出干旱事件的现象,DI、PN和RAI指数在重度等级以上的干旱评估中存在高估的现象,与灾害大典记载不符。SPI指数不受降雨时空分布差异的影响,在典型干旱年中识别的干旱范围、持续时间及严重程度,与实际旱情资料吻合程度较好,最适合在河西内陆河流域进行应用。(2)较短时间尺度的SPI指数对干旱事件响应迅速,能识别出干旱事件的发生;而较长时间尺度的SPI指数能较好地识别干旱事件的持续时间,在空间上,也能很好地识别黑河流域下游、马鬃山站的干旱加重趋势;综合多年降水和SPI值变化,未来河西内陆河流域干旱趋势降低,黑河流域和石羊河流域有变湿润的趋势,较长时间尺度的SPI指数能识别出大范围干旱缓和的趋势。(3)以黑河流域上游为例,基于相关性最好的SPI12和SRI12指数,计算两指数的Gringorten经验边缘分布,然后选取Frank Copula联合函数,构建综合干旱评估指数(CDAI),提取干旱特征变量进行研究区的干旱评估。通过分析研究区的干旱事件、干旱强度、干旱烈度和干旱历时,CDAI指数对流域气象干旱事件的发生能迅速识别,也能较好地识别水文干旱事件的持续时间和结束时间,可以用来全面地评价黑河流域上游地区的水文气象干旱情况。