黃河流域氣象干旱與水文干旱時(shí)空特征及其傳遞關(guān)系

鄭麗虹，劉 懿，任立良，朱 燁，尹 航，袁 飛，張林齊

(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.南京信息工程大學(xué)水文與水資源工程學(xué)院，江蘇 南京 210044；3.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

干旱形成發(fā)展過程復(fù)雜，它不僅依賴于氣象條件，同時(shí)受陸面過程的影響[1-2]。自然狀態(tài)下，以降水不足、氣溫升高為驅(qū)動(dòng)的氣象水分異?，F(xiàn)象是氣象干旱發(fā)生的前提[3]，當(dāng)這種氣象干旱持續(xù)并通過下墊面?zhèn)鞑ブ亮饔蛩h(huán)過程時(shí)，可能進(jìn)一步造成蒸散發(fā)量增加、土壤含水量降低、徑流量減少、地下水位下降，嚴(yán)重時(shí)可誘發(fā)水文干旱[4-5]和生態(tài)干旱[6]。這種氣象干旱信號(hào)隨陸面水循環(huán)過程而變化、運(yùn)移的現(xiàn)象即為干旱傳遞[7-8]。干旱傳遞從本質(zhì)上可理解為流域水文過程對氣象干旱的響應(yīng)，深入研究這一傳遞過程有助于提高對干旱形成機(jī)理及演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

鑒于氣象干旱與水文干旱在成因上的密切聯(lián)系[9-11]，構(gòu)建二者的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，從多個(gè)時(shí)間尺度綜合分析氣象干旱指數(shù)與水文變量之間的相關(guān)性具有重要意義，可以加深對干旱傳遞過程的理解。國內(nèi)外已有研究比較了不同氣象干旱指數(shù)與水文變量或水文干旱指數(shù)之間的關(guān)系，如López-Moreno等[12]全面比較了西班牙Ebro河88個(gè)流域，認(rèn)為受高程、地下水蓄量、水庫運(yùn)行、積雪等因素的影響，不同支流流量對標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI)的響應(yīng)時(shí)間為2～20月。文佐等[13]認(rèn)為淮河流域標(biāo)準(zhǔn)化徑流指數(shù)(standardized runoff index，SRI)對標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(standardized precipitation index，SPI)響應(yīng)時(shí)長一般為1～4月，季節(jié)交替的月份響應(yīng)快且明顯。Zhou等[14]發(fā)現(xiàn)珠江流域氣象-水文干旱傳遞時(shí)間為2～6月，且降水和徑流可能會(huì)極大地影響傳遞時(shí)間，而蒸散發(fā)與淺層土壤水分對傳遞關(guān)系的影響并不顯著。Changnon等[15]指出，流域水文過程對氣象信號(hào)的響應(yīng)可表示為時(shí)間的函數(shù)，建立耦合多個(gè)時(shí)間尺度的綜合氣象干旱指數(shù)與水文干旱指數(shù)的聯(lián)系已逐漸成為氣象干旱與水文干旱傳遞關(guān)系的研究熱點(diǎn)。

干旱傳遞過程復(fù)雜，影響因素眾多。干旱歷時(shí)與烈度受氣候條件與流域下墊面的綜合影響，影響程度及空間變化依賴陸地水文過程[16]，具體地說，主要受流域儲(chǔ)水量、土壤質(zhì)地、地形地貌、植被覆蓋類型、氣候條件、土地利用、人類活動(dòng)等因素影響，其中，降水時(shí)間的影響最為顯著[17-19]。

本文使用SPEI與SRI，結(jié)合游程理論、Mann-Kendal(M-K)趨勢檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)方法，探究黃河流域氣象干旱與水文干旱的傳遞關(guān)系及其響應(yīng)特征，提出了氣象干旱與水文干旱傳遞關(guān)系分類體系。

1 研究區(qū)概況與研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

黃河流域位于東經(jīng)95°53′～119°05′、北緯32°10′～41°50′之間(圖1)，西起巴顏喀拉山、東臨渤海，南抵秦嶺、北至陰山，幅員遼闊，流域總面積為79.5萬 km2(含內(nèi)流區(qū)面積4.2萬 km2)。受地理位置和季風(fēng)氣候的影響，黃河流域降水時(shí)空分配不均，流域大部分處于干旱和半干旱地區(qū)，干旱災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)《中國干旱災(zāi)害數(shù)據(jù)集》記載，黃河流域在1961—2012年間共發(fā)生特大干旱6次，即1965年、1972年、1980年、1995年、1997年及2000年，表明平均每10年至少有一場特大干旱事件發(fā)生。

1.2 研究數(shù)據(jù)

本文收集了黃河流域及其周圍101個(gè)氣象站1961—2012年日降水量、日最高氣溫和最低氣溫以及日平均風(fēng)速作為輸入數(shù)據(jù)(中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，http://data.cma.cn/)，并采用反距離加權(quán)法將站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)插值到0.25°×0.25°的空間網(wǎng)格。植被參數(shù)參考美國馬里蘭大學(xué)發(fā)布的空間分辨率為1 km的全球植被分類系統(tǒng)[20]確定，土壤質(zhì)地參數(shù)采用聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)發(fā)布的土壤參數(shù)庫數(shù)據(jù)[21]。90 m空間分辨率的DEM數(shù)據(jù)來源于美國航空局(NASA)和國家地理空間情報(bào)局(NGA)的航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪任務(wù)(SRTM，http://srtm.csi.cgiar.org/)。為統(tǒng)一植被、土壤質(zhì)地和DEM空間分辨率，同樣使用反距離加權(quán)法將這些數(shù)據(jù)插值到0.25°×0.25°的空間網(wǎng)格。此外，從水文年鑒分別選取位于黃河流域上、中、下游的10個(gè)水文站(唐乃亥、蘭州、頭道拐、吳堡、龍門、三門峽、花園口、河津、咸陽、華縣)逐日流量資料作為實(shí)測資料來驗(yàn)證水文模型的模擬精度。

圖1 黃河流域概況

選擇1961—1990年為率定期，1991—2012年為驗(yàn)證期，基于 VIC(variable infiltration capacity)模型[22]模擬了黃河流域水文過程，并結(jié)合納什效率系數(shù)(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient，NSE)和水量偏差系數(shù)(BIAS)對模型模擬效果進(jìn)行綜合評價(jià)。模擬結(jié)果顯示，10個(gè)水文站的NSE約為0.8，BIAS基本控制在±10%以內(nèi)，表明VIC模型能夠較好地反映黃河流域的水文特性。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)

本文分別用SPEI和SRI兩種標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)來表征氣象干旱和水文干旱。

SPEI是由Vicente-Serrano等[23]在SPI算法基礎(chǔ)上提出的。SPEI采用降水量與潛在蒸散發(fā)量的差值，亦稱為水分虧缺來反映陸、氣系統(tǒng)水分供應(yīng)與能量需求的平衡狀況，其計(jì)算公式為

Di=Pi-ETi

(1)

式中：Di為第i月的水分虧缺；Pi為第i月降水量；ETi為第i月潛在蒸散發(fā)量，由FAO-56推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算所得。通過疊加計(jì)算建立時(shí)間尺度為1月、3月、6月和12月的水分盈虧累積序列：

(2)

式中Dn,k為第n月時(shí)間尺度為k月的累積水分盈虧。

采用模擬逐月Di的方法，用合適的分布函數(shù)擬合某一時(shí)間尺度的Dn,k，然后推求累積概率，經(jīng)過等概率轉(zhuǎn)換得到SPEI指數(shù)序列。

SRI與SPEI有相似的計(jì)算過程，但SRI以地表徑流深R作為輸入條件，再結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化過程得到SRI指數(shù)序列。Shukla等[24]以VIC模型模擬的地表徑流量R作為輸入計(jì)算SRI，用于表征美國地區(qū)水文干旱，并與SPI進(jìn)行了對比驗(yàn)證。將水文模型與干旱指標(biāo)計(jì)算相結(jié)合的優(yōu)勢在于能夠延展水文資料的時(shí)間長度，拓寬空間廣度，進(jìn)而提高水文干旱時(shí)空評估的精確度。

2.2 游程理論

游程理論[25]是一種時(shí)間序列分析方法，被廣泛應(yīng)用于識(shí)別干旱事件[26-27]。游程理論的基本原理為：假設(shè)某一干旱閾值X，用其截取時(shí)間序列，當(dāng)序列中一個(gè)或多個(gè)時(shí)段的值連續(xù)小于閾值X時(shí)，為負(fù)游程，表明發(fā)生干旱。根據(jù)中國氣象局制定的氣象干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，采用的干旱閾值為-1，即當(dāng)SPEI或SRI值小于該閾值時(shí)，認(rèn)為氣象、水文干旱發(fā)生；當(dāng)下一時(shí)刻SPEI或SRI值超過該閾值時(shí)，則該場干旱結(jié)束。

2.3 M-K趨勢檢驗(yàn)

M-K趨勢檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其樣本不必服從特定分布，結(jié)果不受少數(shù)異常值的干擾，能很好地揭示整體時(shí)間序列的趨勢變化及突變情況，在預(yù)測水文氣象要素長時(shí)間序列趨勢變化時(shí)應(yīng)用廣泛[28-30]。當(dāng)統(tǒng)計(jì)量|Z|≥2.576、|Z|≥1.960、|Z|≥1.645時(shí)，序列分別具有置信水平為0.01、0.05和 0.1的顯著變化趨勢。

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱特征比較

圖2和圖3分別為季節(jié)及年尺度氣象干旱與水文干旱趨勢空間分布。整體上，氣象干旱與水文干旱趨勢演變格局較為一致；在季節(jié)尺度上，氣象干旱與水文干旱都呈現(xiàn)出春季流域大部分變旱、夏季變旱程度有所減輕、秋季再次變旱、冬季變旱程度又再次減輕的現(xiàn)象；年尺度的空間格局與秋季較為接近。二者間的區(qū)別基本在于旱澇趨勢的顯著性水平上，如冬季氣象干旱顯示黃河源區(qū)有極顯著變濕趨勢、流域中部有較顯著的變干趨勢，而水文干旱在這兩個(gè)地區(qū)則呈現(xiàn)不顯著的旱澇趨勢。

基于閾值識(shí)別方法分析SPEI和SRI不同時(shí)間尺度發(fā)生中旱及以上(閾值取-1)干旱事件數(shù)量的空間分布，結(jié)果如圖4所示(子圖名SPEI-n、SRI-n中n為時(shí)間尺度，n=1，3，6，12 分別表示時(shí)間尺度為1月、3月、6月和12月)。相同時(shí)間尺度下，兩種干旱指數(shù)識(shí)別的干旱頻次基本一致，隨著時(shí)間尺度的增大，干旱頻次總體呈減少的趨勢。SPEI-1識(shí)別的干旱頻次在4個(gè)時(shí)間尺度中最多，1961—2012年全流域的干旱場次大都為70～80場，相當(dāng)于平均每年有1.3～1.5場干旱發(fā)生；SPEI-12識(shí)別的干旱頻次最少，1961—2012年全流域干旱場次僅為10～20場。4個(gè)時(shí)間尺度兩種干旱頻次均呈現(xiàn)出相似的空間格局，即中部及東部大部分地區(qū)干旱頻次基本一致，黃河源區(qū)則與其他區(qū)域存在顯著差異。根據(jù)SPEI，黃河源區(qū)有較高的氣象干旱風(fēng)險(xiǎn)，其干旱頻次頻次較流域中東部地區(qū)偏多10場左右。與氣象干旱的情形相反，黃河源區(qū)及流域北部小范圍區(qū)域的水文干旱頻次相對較少，特別是短時(shí)間尺度SRI-1和SRI-3，黃河源區(qū)相比于中東部地區(qū)干旱場次約偏少30場。

(a)春季 (b)夏季 (c)秋季

(d)冬季 (e)年尺度

圖2 季節(jié)及年尺度氣象干旱趨勢空間分布

(a)春季 (b)夏季 (c)秋季

(d)冬季 (e)年尺度

(a)SPEI-1 (b)SPEI-3 (c)SPEI-6 (d)SPEI-12

(e)SPEI-1 (f)SPEI-3 (g)SPEI-6 (h)SPEI-12

為分析季節(jié)性干旱歷時(shí)的年代干旱空間變化，以SPEI-3和SRI-3為例，圖5和圖6為干旱歷時(shí)年代均值及最大值的空間分布情況。就年代均值來看，1960—1969年黃河流域兩種干旱歷時(shí)在3～6月間浮動(dòng)，SRI-3干旱歷時(shí)明顯偏短；1970—1979年SPEI-3干旱歷時(shí)在黃河源區(qū)略有縮短，SRI-3干旱歷時(shí)顯著變長，開始呈現(xiàn)出南長北短的空間分布，黃河源區(qū)和渭河流域的干旱歷時(shí)突增至10月以上。1980—2009年SPEI-3干旱歷時(shí)逐步延長并由流域西部向南部擴(kuò)張；黃河源區(qū)SRI-3干旱歷時(shí)有所縮短，流域其他地區(qū)SRI-3干旱歷時(shí)逐漸延長，1990—1999年達(dá)到最大值后有所回落，空間上大體呈由西北向東南遞增的趨勢。干旱歷時(shí)最大值與均值的空間分布及年代運(yùn)移軌跡基本相似，但SRI-3識(shí)別出1960—1969年最大值呈南長北短的空間格局，這一點(diǎn)恰與年代均值的情形相反。

(a)SPEI-3(1960—1969年) (b)SRI-3(1960—1969年)

(c)SPEI-3(1970—1979年) (d)SRI-3(1970—1979年)

(e)SPEI-3(1980—1989年) (f)SRI-3(1980—1989年)

(g)SPEI-3(1990—1999年) (h)SRI-3(1990—1999年)

(h)SPEI-3(2000—2009年) (j)SRI-3(2000—2009年)

3.2 時(shí)間尺度分析

在時(shí)間尺度層面，氣象干旱與水文干旱并非完全同步，存在水文干旱滯后于氣象干旱的現(xiàn)象。以SRI-1為例(SRI-3、SRI-6、SRI-12與之類似)，逐一分析其與1～24月SPEI時(shí)間序列的線性相關(guān)關(guān)系，當(dāng)二者的相關(guān)系數(shù)取最大值時(shí)，則認(rèn)為此時(shí)的SPEI-n為與SRI-1匹配的最優(yōu)時(shí)間尺度。

圖7給出了SPEI與SRI-1、SRI-3、SRI-6、SRI-12最相關(guān)的時(shí)間尺度分布情況?？梢钥闯?，黃河流域大部分地區(qū)SRI與SPEI的時(shí)間尺度較為一致(其相關(guān)系數(shù)大都在0.6以上)，比較特殊的情形主要集中在黃河源區(qū)和渭河流域。其中，黃河源區(qū)在時(shí)間尺度上呈現(xiàn)出明顯的南短北長的空間格局，即該區(qū)域南部SRI對應(yīng)的SPEI最優(yōu)時(shí)間尺度普遍比北部??；隨著SRI時(shí)間尺度的增大，該區(qū)域南北差異逐漸減小，SRI-1對應(yīng)的SPEI最優(yōu)時(shí)間尺度南北差異為5～6月，而SRI-12則在3月以內(nèi)。渭河流域SRI與SPEI時(shí)間尺度差異為3～6月。

(a)SPEI-3(1960—1969年) (b)SRI-3(1960—1969年)

(c)SPEI-3(1970—1979年) (d)SRI-3(1970—1979年)

(e)SPEI-3(1980—1989年) (f)SRI-3(1980—1989年)

(g)SPEI-3(1990—1999年) (h)SRI-3(1990—1999年)

(i)SPEI-3(0000—0009年) (j)SRI-3(2000—2009年)

(a)SRI-1 (b)SRI-3

(c)SRI-6 (d)SRI-12

為探索上述部分地區(qū)SRI與SPEI時(shí)間尺度不一致的原因，以黃河源區(qū)唐乃亥子流域?yàn)槔瑘D8(a)(b)比較了位于該區(qū)域南部56號(hào)(33.7°N，101.1°E)及北部 236號(hào)(34.5°N，98.6°E)2個(gè)柵格的SRI、SPEI時(shí)間序列。2個(gè)柵格所處氣象條件的波動(dòng)變化頻率基本一致，但對于SRI-1序列，56號(hào)柵格表征的旱澇交替頻率比236 號(hào)柵格更頻繁，如1969—1972年、1977—1980年2個(gè)時(shí)段，236號(hào)柵格持續(xù)為旱，而同期56號(hào)柵格則表現(xiàn)為頻繁的旱澇交替現(xiàn)象。圖8(c)(d)更加清晰地展示了2個(gè)柵格SRI-1在表征旱澇持續(xù)性上的差異，位于南部的56號(hào)柵格，其SRI-1與短時(shí)間尺度SEPI-1較一致；而地處北部的236號(hào)柵格則干旱持續(xù)性強(qiáng)，其SRI-1變化與長時(shí)間尺度SPEI-8較為同步。這初步表明盡管2個(gè)柵格有相似的氣象波動(dòng)信號(hào)，但網(wǎng)格單元的水文響應(yīng)頻率卻有所不同。

(a)SPEI

(b)SRI

(c)56號(hào)刪格

(d)236號(hào)刪格

圖9比較了2個(gè)柵格的水文變量時(shí)間序列。為使2個(gè)柵格在量級上可比，采用水文變量的異常值進(jìn)行分析。56號(hào)柵格的地表徑流震蕩頻繁，波峰波谷的變更周期明顯短于236號(hào)柵格，基流異常值也存在同樣的現(xiàn)象。在土壤濕度方面，第二層土壤濕度異常值的差異最為明顯，其變化情況也與地表徑流、基流基本一致，這充分體現(xiàn)了2個(gè)網(wǎng)格單元水文循環(huán)周期的不同。對比發(fā)現(xiàn)，56號(hào)柵格基流指數(shù)(BFI)為0.498， 236號(hào)柵格BFI為 0.807。BFI本身不是流域特征，但可以反映流域的蓄水能力和響應(yīng)時(shí)間的綜合影響[16]。這表明上述差異是流域調(diào)節(jié)作用不同所致，可能與兩地高程、植被類型、土壤質(zhì)地等綜合影響有關(guān)，具體影響因素需要進(jìn)一步研究。

(a)地表徑表異常值

(b)基流異常值

(c)第二層土壤濕度異常值

3.3 干旱傳遞類型

受氣象條件、流域調(diào)節(jié)等多個(gè)因素的影響，氣象干旱與水文干旱并非一一對應(yīng)，干旱傳遞過程十分復(fù)雜?？筛鶕?jù)成因聯(lián)系、事件規(guī)模、干旱歷時(shí)等屬性將干旱傳遞分為多種情形。以320號(hào)柵格(34.875°N，102.125°E)和930號(hào)柵格(37.125°N，107.375°E)為例對干旱傳遞類型進(jìn)行具體實(shí)例分析，氣象、水文干旱分別采用SPEI-3及SRI-3的識(shí)別結(jié)果。

a.多場短歷時(shí)間斷氣象干旱合并為一場長歷時(shí)連續(xù)水文干旱。其原因可以概括為3類：時(shí)滯效應(yīng)、跨年水文干旱(冬春連旱)以及特定的氣象波動(dòng)條件，依次對應(yīng)圖10 中的3場干旱事件。第一場干旱事件(930號(hào)柵格)共包含2場氣象干旱及1場水文干旱(1995年3—6月)，水文干旱的暴發(fā)相比于前一場氣象干旱(1995年1月)延遲了2月，而在這場水文干旱結(jié)束之前，由于3月降水量持續(xù)減少、潛在蒸散發(fā)量增加，又形成了下一場氣象干旱(1995年5—7月)，使得水文干旱持續(xù)發(fā)展。第二場干旱事件為發(fā)生在320號(hào)柵格的跨年水文干旱事件(1998年11月至1999年5 月)，其中，前一場氣象干旱為歷時(shí)1月的冬旱(1998年11月)，從12月起降水量與潛在蒸散發(fā)量基本接近多年平均水平，前一場氣象旱情解除；在此期間，由于冬季降水量幾乎為0，下墊面因缺乏降水補(bǔ)給未能使水文旱情得到緩解，至次年4月，降水量與多年均值的差距進(jìn)一步擴(kuò)大，引發(fā)第二場氣象干旱(1999年5 月)，同時(shí)導(dǎo)致水文旱情持續(xù)。第三場干旱事件同樣發(fā)生在320號(hào)柵格，水文干旱持續(xù)時(shí)間為2000年4—10月，暴發(fā)于2000年5月的氣象干旱于6月解除，持續(xù)時(shí)間僅為1月，這主要是受降水量增多、潛在蒸散發(fā)量減少的共同影響。

(a)SPEI和SRI(第一場干旱事件) (b)SPEI和SRI(第二場干旱事件) (c)SPEI和SRI(第三場干旱事件)

(d)降水量(第一場干旱事件) (e)降水量(第二場干旱事件) (f)降水量(第三場干旱事件)

(g)潛在蒸散發(fā)量(第一場干旱事件) (h)潛在蒸散發(fā)量(第二場干旱事件) (i)潛在蒸散發(fā)量(第三場干旱事件)

(j)徑流深(第一場干旱事件) (k)徑流深(第二場干旱事件) (l)徑流深(第三場干旱事件)

b.一場長歷時(shí)連續(xù)氣象干旱強(qiáng)度衰減引發(fā)多場短歷時(shí)水文干旱。此種類型較為特殊，需要一定的氣象波動(dòng)條件，使得在一場氣象干旱的發(fā)展過程中，水文干旱先后經(jīng)歷發(fā)展—解除—再發(fā)展的過程，從而造成多場不連續(xù)的水文干旱。以930號(hào)柵格為例，由圖11 可以看出，在氣象干旱持續(xù)的1982年6—8月共發(fā)生了2場水文干旱。前一場水文干旱的程度較輕，在1982年7月降水增加時(shí)，徑流暫時(shí)性回升，水文旱情得以解除。但對于氣象條件而言，降水量、潛在蒸散發(fā)量仍分別處于多年平均水平之下和之上，即降水量的增加并未緩解氣象旱情。8月降水量再次減少，觸發(fā)了第二場水文干旱。這類現(xiàn)象多發(fā)生于降水主控季節(jié)，如夏秋兩季，冬季較少。

c.一場氣象干旱引發(fā)一場水文干旱。此種情形在干旱傳遞中較為常見，按照氣象、水文干旱的歷時(shí)屬性，即旱情開始和結(jié)束時(shí)間，可將此進(jìn)一步細(xì)分為6個(gè)子類：①同時(shí)發(fā)生、同時(shí)結(jié)束；②同時(shí)發(fā)生但氣象干旱結(jié)束較早；③同時(shí)發(fā)生但氣象干旱結(jié)束較晚；④氣象干旱發(fā)生早于水文干旱，但與水文干旱同時(shí)結(jié)束；⑤氣象干旱發(fā)生早于水文干旱，并且結(jié)束時(shí)間也早于水文干旱；⑥氣象干旱發(fā)生早于水文干旱，并且晚于水文干旱結(jié)束。

(a)SPEI和SRI

(b)降水量

(c)潛在蒸散發(fā)量

(d)徑流深

d.氣象干旱發(fā)生、水文干旱不發(fā)生。其根本原因在于氣象上水分虧缺量程度低，不足以對流域水循環(huán)過程造成實(shí)質(zhì)上的影響。例如，陸面水循環(huán)過程對氣象干旱的響應(yīng)在時(shí)程上相對滯后，同時(shí)氣象干旱歷時(shí)短、烈度小，在下墊面有響應(yīng)之前，氣象旱情已經(jīng)得到緩解甚至解除。

e.氣象干旱不發(fā)生，水文干旱發(fā)生。氣象干旱不發(fā)生時(shí)傳遞到陸面系統(tǒng)的信號(hào)較弱，但由于流域下墊面前期貯存水量不足，也可能引發(fā)水文干旱。氣象持續(xù)微旱，下墊面缺水無法得到有效緩解，就有可能短暫出現(xiàn)SRI值低于-1這一中旱臨界值的現(xiàn)象。此種情況下水文干旱多為歷時(shí)短、烈度小的輕度干旱。

f.多場氣象干旱引發(fā)多場水文干旱。此種類型形成條件更為復(fù)雜且苛刻，可能是氣象波動(dòng)、下墊面貯水條件、時(shí)滯效應(yīng)等多個(gè)因素共同作用的結(jié)果，在二維范疇內(nèi)較為罕見。

如圖12所示，干旱傳遞過程主要有氣象干旱的合并效應(yīng)、干旱強(qiáng)度的衰減效應(yīng)、水文干旱歷時(shí)的延長效應(yīng)、時(shí)滯效應(yīng)等多個(gè)特點(diǎn)。受氣象異常和下墊面條件等影響，干旱傳遞過程普遍存在時(shí)滯效應(yīng)。

圖12 氣象干旱與水文干旱對應(yīng)關(guān)系分類

4 結(jié) 論

a.氣象干旱與水文干旱空間上有相似的干旱趨勢和頻次，但黃河源區(qū)和渭河流域差異顯著。干旱歷時(shí)均有隨年代延長的現(xiàn)象，其中水文干旱歷時(shí)增長尤為明顯。

b.在時(shí)間尺度對應(yīng)關(guān)系上，SPEI與SRI在黃河流域大部分區(qū)域基本一致，其中黃河源區(qū)和渭河流域差異較大，水文干旱滯后氣象干旱3～6月，短時(shí)間尺度上差異更加明顯。

c.氣象干旱與水文干旱并非一一對應(yīng)，多場短歷時(shí)間斷氣象干旱受時(shí)滯效應(yīng)、異常氣象波動(dòng)等影響，可能共同引發(fā)一場長歷時(shí)連續(xù)水文干旱或多場短歷時(shí)間斷的水文干旱，一場長歷時(shí)連續(xù)氣象干旱可能因強(qiáng)度衰減引發(fā)多場短歷時(shí)間斷的水文干旱。