金菊良, 楊齊祺, 周玉良, 崔毅, 張宇亮, 蔣尚明, 張明, 袁瀟晨

(1.合肥工業(yè)大學 土木與水利工程學院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工業(yè)大學 水資源與環(huán)境系統(tǒng)工程研究所,安徽 合肥 230009; 3.安徽省·水利部淮河水利委員會 水利科學研究院,安徽省水利水資源重點實驗室,安徽 蚌埠 230088; 4.安徽工程大學 建筑工程學院,安徽 蕪湖241000; 5.北京理工大學 能源與環(huán)境政策研究中心,北京 100081)

干旱分析技術(shù)的研究進展

金菊良1,2, 楊齊祺1,2, 周玉良1,2, 崔毅1,2, 張宇亮1,2, 蔣尚明3, 張明4, 袁瀟晨5

(1.合肥工業(yè)大學 土木與水利工程學院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工業(yè)大學 水資源與環(huán)境系統(tǒng)工程研究所,安徽 合肥 230009; 3.安徽省·水利部淮河水利委員會 水利科學研究院,安徽省水利水資源重點實驗室,安徽 蚌埠 230088; 4.安徽工程大學 建筑工程學院,安徽 蕪湖241000; 5.北京理工大學 能源與環(huán)境政策研究中心,北京 100081)

干旱分析是全面認識干旱及其影響的有效途徑,是旱災風險評估和管理的基礎,可為旱災風險決策提供科學依據(jù)。基于此,以旱災系統(tǒng)為研究對象,從旱災系統(tǒng)各子系統(tǒng)的相互作用出發(fā),提出了由14類分析技術(shù)組成的干旱分析技術(shù)體系,其中的關鍵技術(shù)是干旱區(qū)劃、致災因子危險性分析、旱災脆弱性分析和抗旱能力分析。系統(tǒng)綜述了這14類分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀,指出了從致災因子、承災體、防災減災措施、孕災環(huán)境的單方面研究逐步過渡到對它們之間的相互作用和關系的研究和多種干旱分析技術(shù)的復合研究,從定性分析過渡到定量分析,從統(tǒng)計分析過渡到物理成因解析的研究發(fā)展趨勢。

旱災系統(tǒng);旱災風險管理;干旱分析技術(shù);致災因子；承災體；防災減災措施；孕災環(huán)境

干旱全球頻發(fā)、持續(xù)時間長、影響廣泛,易引發(fā)貧困、社會不穩(wěn)定和資源環(huán)境惡化等問題,嚴重威脅到國家水安全、糧食安全和生態(tài)安全[1-2]。中國季風氣候顯著,全國有70%的縣屬于受旱縣,易旱區(qū)域分布廣泛[3],嚴重制約著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展。面對嚴峻的抗旱形勢,中國政府提出了由旱災危機管理向旱災風險管理的歷史性轉(zhuǎn)變[4]。干旱分析是全面認識干旱及其影響的有效途徑,是旱災風險評估和管理的基礎。有效的干旱分析可為旱災風險管理提供科學的決策依據(jù),在旱災風險防控和區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的實踐中具有重要的理論意義和應用價值[5-9]。干旱現(xiàn)象極其復雜,定量的干旱分析則是近50年才興起的一個新研究領域,目前的干旱分析研究較為薄弱、分散,尚缺乏系統(tǒng)性和可操作性的干旱分析技術(shù)體系框架[7-10]?；诖?本文以旱災系統(tǒng)為干旱分析的研究對象,提出干旱分析技術(shù)就是分析旱災系統(tǒng)及其子系統(tǒng)之間相互作用的各種技術(shù),系統(tǒng)地闡述目前干旱分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀,并展望未來研究的主要發(fā)展方向。

1 干旱分析的技術(shù)體系

從系統(tǒng)論的角度看,旱災是由致災因子、承災體、防災減災措施、孕災環(huán)境4個子系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互作用導致旱災損失(災情)形成的典型復雜系統(tǒng),稱為旱災系統(tǒng)[8-10]。其中:致災因子系指水循環(huán)系統(tǒng)中大氣輸送過程、地表水過程、土壤水過程、地下水過程中任一過程或任幾個過程的水分虧缺現(xiàn)象(均稱為干旱);承災體系指受干旱影響的各種社會經(jīng)濟發(fā)展等社會屬性因素及其資源環(huán)境因素的集合;防災減災措施系指人類社會為應對干旱不利影響所采取的各種方針、政策、技術(shù)、方法和行動的總稱,包括應急備用水源、蓄引提調(diào)工程等工程性防災減災措施,以及旱災評估監(jiān)測預警、防御、緊急救援和災后恢復重建等非工程性防災減災措施等;孕災環(huán)境系指孕育、影響致災因子和承災體的自然環(huán)境和人文環(huán)境,是由大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈中各種自然屬性因素(如大氣環(huán)流、天氣系統(tǒng)、流域水系、植被條件、地形地貌、土地利用類型等),以及物質(zhì)文化圈中各種社會屬性因素(如人口分布、經(jīng)濟密度等)所組成的綜合地球表層環(huán)境,主要有大氣、水文、下墊面和人文環(huán)境。旱災系統(tǒng)的這4個子系統(tǒng)在旱災形成過程中缺一不可,它們都是形成旱災的必要條件。

旱災系統(tǒng)具有成因復雜性、多樣性、周期性、區(qū)域性、關聯(lián)性、不可避免性和可減輕性等顯著特征[8,10]。從旱災系統(tǒng)各子系統(tǒng)及其相互作用的角度,現(xiàn)有的干旱分析技術(shù)可歸納為14類:致災因子分析技術(shù)、承災體分析技術(shù)、防災減災措施分析技術(shù)、孕災環(huán)境分析技術(shù)、孕災環(huán)境對致災因子作用的分析技術(shù)、致災因子對承災體作用的分析技術(shù)、防災減災措施對承災體作用的分析技術(shù)、防災減災措施對致災因子作用的分析技術(shù)、防災減災措施對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)、致災因子對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)、孕災環(huán)境對承災體作用的分析技術(shù)、承災體對致災因子作用的分析技術(shù)、承災體對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)以及上述干旱分析技術(shù)的復合技術(shù)。它們組成了基于災害系統(tǒng)作用機理的干旱分析技術(shù)體系框架，如圖1所示。

圖1 基于災害系統(tǒng)作用機理的干旱分析技術(shù)體系框架

2 干旱分析的主要技術(shù)研究進展

2.1 致災因子分析技術(shù)

致災因子分析技術(shù)是指識別某地區(qū)在特定時間內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)中遭受何種類型水分虧缺,表征、模擬、監(jiān)測干旱過程,研究干旱歷時、干旱烈度、干旱面積等干旱特征的概率分布函數(shù)、時空分布、演變趨勢等方面的各種分析技術(shù)。Yevjevich[11]提出了分析水文干旱過程的游程理論。Sen[12]在假定任意固定時段水文-氣象(降雨-徑流)空間場為一獨立同分布、同質(zhì)和平穩(wěn)的隨機場下,推導了區(qū)域干旱面積、總的干旱缺水量和最大點干旱強度3個區(qū)域干旱特征的概率密度函數(shù)。闞貴生[13]利用游程理論識別了中國河川徑流的水文干旱事件,分析了這些干旱事件的歷時、缺水量等統(tǒng)計特性。Rossi等[14]用降雨、徑流、土壤水和溫度等偏離各自正常水平等干旱指標的點干旱頻率分析得到干旱特性、干旱指標值和重現(xiàn)期等的等高線圖,來描述區(qū)域歷史和現(xiàn)狀干旱的空間分布特征。馮定原等[15]把全國各地制定的228種農(nóng)業(yè)干旱指標分析歸納為3類指標，并分析了各指標的穩(wěn)定性和在各地應用的時效性。馮國章[16]探討了分析極限水文干旱歷時的概率分布特征的統(tǒng)計法和模擬法,以及確定水文干旱的劃分標準、確定水資源系統(tǒng)抗旱年限的方法。Clause等[17]用線性矩法來驗證地理分區(qū)的一致性和篩選標準化后的區(qū)域年最大干旱程度和區(qū)域干旱歷時的分布類型,建立了年最大干旱與流域特征和地理特性的多元線性回歸關系。Burn等[18]提出了基于多站點徑流生成的空間干旱分析方法。Komuscu等[19]應用一系列氣候變化方案和大氣環(huán)流模型,來評估溫度和降水變化對安納托利亞東南項目開發(fā)區(qū)域13個子區(qū)的實際蒸發(fā)、土壤水分盈虧季節(jié)性變化的影響。申廣榮等[20]提出了用集遙感圖像、圖形、數(shù)據(jù)為一體的作物缺水指數(shù)模型實時監(jiān)測黃淮海平原旱災的方法。顧穎等[21]利用農(nóng)田水量平衡原理模擬大氣-作物-土壤和地下水之間的水分交換過程，計算在作物生長過程中大氣和土壤中水分的變化情況,可描述、實時監(jiān)測某場干旱在區(qū)域上發(fā)生、發(fā)展和緩解的過程,可分析對比旱作物在自然條件下和有灌溉條件下的受旱情況,綜合分析易旱季節(jié)和易旱地區(qū)的分布。王文勝[22]用游程理論分析了干旱歷時、烈度及其條件概率等特征值,用Kriging方法評價了區(qū)域水文干旱。Shin等[23]利用基于神經(jīng)網(wǎng)絡的非參數(shù)空間分析技術(shù)對降水數(shù)據(jù)進行正態(tài)化、標準化處理,得到了降水的標準正態(tài)分布函數(shù),以分布函數(shù)值的15%、35%、50%3個分位點截斷后的4個子區(qū)間分別描述極端干旱、嚴重干旱、一般干旱、不旱4種情況。吳愛敏等[24]認為不同區(qū)域、不同時期的干旱特性不盡相同,適用的干旱指數(shù)一般也不同,需針對水循環(huán)系統(tǒng)中大氣輸送過程、地表水過程、土壤水過程、地下水過程等不同過程中的水分虧缺現(xiàn)象,選用大氣降水、河流徑流、土壤濕度、地下水位等資料計算了不同地區(qū)的干旱指數(shù),分析了干旱的時空變率和干旱規(guī)律。Kim等[25]利用二元核估計建立了干旱歷時-干旱累積缺水量和干旱歷時-最大虧缺水量的二維聯(lián)合分布。朱亞芬[26]對我國東部地區(qū)530年來100個站的旱澇等級序列作旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗正交函數(shù)分解,將中國東部地區(qū)分成7個旱澇氣候區(qū),分析了北方季風邊緣地帶旱澇演變特征。陳曉燕[27]建立了一套基于旱情監(jiān)測預測系統(tǒng)建設的全國土壤田間持水量分布的確定方法,繪制了全國土壤田間持水量分布圖。Paulo等[28]提出了用馬爾科夫過程和對數(shù)線性模型進行干旱級別轉(zhuǎn)移分析和干旱早期預警。沈錦花等[29]用杭州、寧波、金華和溫州1470—2003年旱澇等級歷史資料,用小波分析、t檢驗、低通濾波等方法,分析了浙江近534年旱澇災害發(fā)生的規(guī)律、周期性、階段性和突變特點。姚檀棟等[30]根據(jù)冰芯中氧同位素記錄反演了青藏高原過去1 000 a的氣溫變化曲線。Shiau[31]用Copula方法建立了干旱歷時和干旱強度的聯(lián)合概率分布,并用于分析黃河流域的干旱頻率特性。鄧麗仙等[32]從降雨量、流域徑流和土壤含水量等方面分析了昆明市2006年干旱的成因和特點。辛秀芬等[33]對比分析了錫盟地區(qū)20世紀80年代以來所使用的干旱指標,提出了干旱曲線分析法,可逐日動態(tài)監(jiān)測地區(qū)干旱。吳志勇等[34]用VIC大尺度水文模型較好地模擬了全國范圍30 km×30 km分辨率的1971—2005年的逐日土壤含水量。范垂仁等[35]提出了天體物理學旱澇災害預測法，旱澇災害預測的大氣環(huán)流特征量法，中長期水文預報的系統(tǒng)分析方法，基于相空間的中長期水文預測，綜合系數(shù)預測法，諺語預測法，早澇預測的集成發(fā)布技術(shù)等。趙吳靜等[36]建立了面向?qū)嵱眯缘哪杲涤炅窟^程P-Ⅲ型分布AR(1)隨機模擬模型,可估計所研究地區(qū)干旱特征量的頻率特性,識別已發(fā)生的歷史干旱事件的重現(xiàn)期。Moreira等[37]利用列聯(lián)表的對數(shù)線性模型系列,對葡萄牙14個雨量站的一個月和兩個月時間尺度上的SPI指數(shù)進行了干旱分類預測。閆桂霞等[38]綜合帕爾默干旱指數(shù)和標準化降水指數(shù)提出了綜合氣象干旱指數(shù),該指數(shù)同時考慮了月季降水量的異常和一段時間的水分虧缺,比單個氣象干旱指數(shù)能更好地反映區(qū)域干旱受旱/成災范圍、河道徑流的豐枯狀況、農(nóng)業(yè)干旱和水文干旱。王志良等[39]用安陽地區(qū)1470—2008年降水等級資料和游程理論分析干旱的游程分布規(guī)律。葛全勝等[40]利用隋唐時期初終霜雪、春耕、山桃開花、秋收、海冰、柑橘種植北界等現(xiàn)象的史料記載分析,重建了公元601—920年中國東中部地區(qū)溫度變化。Song Songbai等用橢圓形Copulas函數(shù)[41]進行周期性水文數(shù)據(jù)的干旱頻率分析,可得到干旱發(fā)生的聯(lián)合概率、條件概率和重現(xiàn)期等干旱特征。他們又用Plackett Copula函數(shù)[42]進行干旱頻率分析,用遺傳算法估計參數(shù),發(fā)現(xiàn)干旱歷時和干旱間隔時間服從威布爾分布,干旱烈度服從伽馬分布,Plackett Copula可產(chǎn)生二元或三元干旱相關變量的概率分布。Kao等[43]用Copula函數(shù)構(gòu)建了同時考慮降水標準化指數(shù)和徑流標準化指數(shù)的聯(lián)合虧缺指數(shù),該指數(shù)能計算干旱發(fā)生全過程的重現(xiàn)期。Mirakbari等[44]將伊朗南部Khuzestan省41個氣象站劃分成6個一級區(qū),利用線性矩法篩選出了干旱歷時和干旱累積缺水量這兩個干旱特征的適宜分布類型并估計了其參數(shù),再用Copula函數(shù)建立了每個分區(qū)的干旱歷時和干旱累積缺水量的聯(lián)合分布,計算出了各分區(qū)歷史干旱的聯(lián)合重現(xiàn)期。陸桂華等[45]提出了不同網(wǎng)格干旱等級影響下的區(qū)域干旱指數(shù),用Copula函數(shù)建立了區(qū)域干旱歷時和干旱強度的聯(lián)合概率分布,估算重慶市2006年干旱的重現(xiàn)期為118 a。張雨[46]用渭河流域90個氣象站的月降水資料和Archimedean Copulas函數(shù)構(gòu)建了干旱特征變量的聯(lián)合概率分布。景毅剛等[47]利用中期或延伸期天氣預報、土壤相對濕度觀測值、地面植被等信息分別建立了綜合氣象和綜合農(nóng)業(yè)干旱預測模型,建立了陜西省干旱預測預警系統(tǒng)平臺。Kim等[48]用干旱強度-面積-歷時曲線分析了區(qū)域干旱特征。Xu Yueping等[49]采用多時間尺度標準化降水指數(shù)分析了漢江流域干旱的空間格局和變化趨勢。徐春曉等[50]用邵陽市15個雨量站逐月降雨資料和適線法估計干旱歷時和干旱烈度的分布函數(shù),用3種Archimedean Copula函數(shù)分別構(gòu)建了兩干旱特征變量之間的聯(lián)合分布。王殿武等[51]提出了灰色系統(tǒng)理論、時間序列分析、小波分析理論、神經(jīng)網(wǎng)絡理論等旱澇預測理論方法,并用于遼寧各地級市的旱澇特征分析及旱澇災害預測中。周玉良等[52]提出以徑流量距平百分率和徑流量累積頻率兩種方法提取水文干旱特征變量,以適線法確定各單個干旱特征變量的分布曲線,構(gòu)建了基于Archimedean Copula函數(shù)的干旱歷時與干旱烈度的聯(lián)合分布。Serinaldi等[53]根據(jù)降雨量和相關的強迫機制,利用自助法與GAMLSS模塊化分類方法,建立了英格蘭、威爾士等6個區(qū)域的多站月降雨量隨機生成器。宋松柏等[54]系統(tǒng)總結(jié)了Copulas函數(shù)及其在干旱分析中的應用。周玉良等[55]用相鄰時段地下水埋深變化的累積頻率法識別了由地下水干旱歷時和干旱烈度組成的干旱特征變量值,用適線法確定了單個干旱特征變量累積分布,用Copula函數(shù)構(gòu)建了干旱歷時與干旱烈度的聯(lián)合分布。李新周等[56]用區(qū)域氣候模式RegCM3與公用氣候系統(tǒng)模式CCSM3單向嵌套技術(shù),進行了未來不同排放情景下的數(shù)值試驗,結(jié)果表明，須綜合考慮降水和溫度的變化才能更準確地反映干旱-半干旱地區(qū)的干旱化特征及其干旱化趨勢。Lee等[57]研究了不同Copula函數(shù)的尾部形狀對干旱歷時和干旱嚴重性雙變量頻率分析的影響,指數(shù)分布和伽馬分布分別被選擇作為干旱歷時和干旱嚴重性的分布函數(shù),發(fā)現(xiàn)Clayton Copula函數(shù)不是一個合適的選擇,而Frank Copula和Gumbel Copula函數(shù)對干旱雙變量頻率分析效果較好。Zhang等[58]在研究了灌區(qū)多時間尺度干旱指標問題后認為,年度干旱指標、灌溉期與非灌溉期的干旱指標可能與厄爾尼諾、海氣交叉界面、長期太陽活動有關。裴源生等[6]分析了氣象干旱、水文干旱和農(nóng)業(yè)干旱的形成過程及其關系,采用“驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-響應”模式構(gòu)建了干旱演變驅(qū)動機制總體研究框架,探討了干旱演變驅(qū)動力系統(tǒng)構(gòu)成、干旱演變驅(qū)動機制、變化環(huán)境下干旱演變規(guī)律及其響應等關鍵問題。蘇陽[59]根據(jù)遼西北地區(qū)40 a降水資料和歷史干旱資料,用基于Z指數(shù)的國家干旱等級標準進行干旱等級評價，將得到的不同等級干旱的頻率與理論頻率進行對比分析,并調(diào)整Z指數(shù)不同等級干旱所對應的臨界值,得出了適合遼西北地區(qū)的Z指數(shù)干旱等級標準。黃強等[60]計算了珠江流域3個月尺度的標準化降水蒸散發(fā)指數(shù),采用旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗正交函數(shù)時空分解方法將珠江流域劃分成了5個干旱變化特征均質(zhì)性區(qū)域,用多變量區(qū)域頻率分析方法評估了珠江流域的干旱風險。張明等[61]用自回歸模型計算年徑流殘差項序列,用加速遺傳算法求解獲得殘差項的最大熵概率分布函數(shù),建立了年徑流量序列的最大熵分布隨機模擬模型。Byzedi等[62]基于伊朗西南地區(qū)35個水文、地形、氣候、植被和地質(zhì)指標，采用聚類分析法和判別分析法來劃分徑流干旱一致區(qū)。Xu等[63]采用基于0.25°柵格的3個月標準化降水指數(shù)、偵查干旱指數(shù)和標準化降水蒸散發(fā)指數(shù)的三維聚類方法識別中國1961—2012年中的干旱事件,用干旱歷時、影響區(qū)域、烈度、強度和中心5個參數(shù)描述干旱,并用遙感獲取的土壤水分數(shù)據(jù)驗證了識別出的干旱事件的合理性。en[64]提出了區(qū)域空間覆蓋概率的概念并用于空間異質(zhì)性干旱分析中。周玉良等[65]以土壤含水量和徑流量分別表示昆明地區(qū)作物蒸散和各用途取水的供水水源,構(gòu)建了基于標準化土壤含水量指數(shù)和標準化徑流指數(shù)的綜合水文干旱指數(shù),用游程分析理論識別干旱過程,用適線法和GH Copula函數(shù)構(gòu)建了干旱歷時、干旱烈度的聯(lián)合分布,計算了昆明1956—2011年中各干旱事件的重現(xiàn)期。江龍等[66]以降水距平百分率為旱情評估指標,用GIS技術(shù)模擬評估了安徽省北部6個地級市1978年的歷史大旱。董前進等[67]評述了當前水文干旱研究涉及的干旱指標、干旱特征變化規(guī)律及重現(xiàn)期、干旱預測及對河川徑流影響等。周玉良等[65]針對干旱識別中存在著閾值無明確物理意義、干旱過程的起始和結(jié)束時間隨閾值變動而變動及干旱烈度不具時間可比性等問題,采用基于帕爾默旱度模式計算的逐時段干、濕狀態(tài)及帕爾默干旱指數(shù)識別干旱過程,以干旱過程中具有時間可比性的帕爾默水分距平指數(shù)的累積值作為干旱烈度。黃鑫等[68]用Mann-Kendall非參數(shù)秩次相關檢驗法、R/S分析方法研究了湄潭站全年及四季降水序列趨勢性和隨機性變化特征,揭示了年降水量及不同季節(jié)降水量變化的基本規(guī)律。羅黨等[69]構(gòu)建了灰色殘差馬爾可夫預測模型,用于干旱日期災變序列,結(jié)果表明該預測模型計算簡便、精度較高。

2.2 承災體分析技術(shù)

承災體分析技術(shù)是指研究社會、經(jīng)濟和資源環(huán)境等承災體易于受到干旱的破壞、傷害或損傷的特性及其時空分布的各種分析技術(shù),主要有承災體干旱損失的測算、時空分布和不確定性分析方面的技術(shù)。茆智等[70]論述了作物需水量等值線圖的類別、繪制原理和方法及其應用,用需水量等值線圖綜合分析了需水量在空間和時間兩方面的變化規(guī)律,這有助于推進對承災體干旱破壞程度與缺水量關系的研究。王靜愛等[71]建立了基于省級報刊信息源的中國旱災數(shù)據(jù)庫,重建了中國1949—2000年旱災的時空格局。王積全等[72]采用信息擴散技術(shù)將單一的歷史災情樣本觀測值轉(zhuǎn)換為一模糊集,提出了農(nóng)業(yè)旱災受損率風險定量分析模型。李晶等[73]分析了內(nèi)蒙古自治區(qū)101個旗縣1990—2007年間各行業(yè)因旱損失情況,確定了旱災易發(fā)區(qū)、各旱災等級的發(fā)生頻率和分布區(qū)劃。Hao等[74]利用1991—2009年歷史旱災損失數(shù)據(jù)和信息擴散理論,進行了中國縣級單位農(nóng)業(yè)旱災損失風險評估。石城等[75]根據(jù)江淮丘陵區(qū)近62年來的農(nóng)業(yè)旱災數(shù)據(jù),從受旱面積和成災面積、受旱率和成災率、災害異常指數(shù)等方面分析了江淮丘陵區(qū)旱災變化的類周期性波動規(guī)律。

2.3 防災減災措施分析技術(shù)

防災減災措施分析技術(shù)是指分析人類社會應對干旱不利影響的工程性和非工程性措施的各種技術(shù),主要有減小致災因子的危險性、規(guī)避承災體的暴露性、降低旱災脆弱性和孕災環(huán)境的不穩(wěn)定性、增強經(jīng)濟社會的適應性等方面[7]的分析技術(shù)?；陲L險的干旱管理和抗旱預案已成為美國干旱政策的重要組成部分[5]。俄羅斯、澳大利亞等國家相繼建立了加強對灌溉用水和干旱災害的氣候監(jiān)測及診斷分析業(yè)務[76]。邵侃[77]定量分析了包括旱災在內(nèi)的中國古代農(nóng)業(yè)災害防減體系。鄧銘江[78]分析了坎兒井現(xiàn)有的主要技術(shù)特點、河流沖洪積扇的地形地貌特征、儲水構(gòu)造、水資源轉(zhuǎn)化特點,提出了建設山前凹陷帶“橫坎兒井式”地下水庫的具體思路。劉慧[79]利用物探、調(diào)查、抽水試驗、同位素測試資料和觀測井長期觀測資料,確定了地下水庫示范區(qū)人工回補位置及回補量,估算了在有、無回補情況下地下水庫的調(diào)蓄能力,構(gòu)建了有效應對干旱的地下水庫示范工程優(yōu)化調(diào)度方案。陳震[80]利用人民勝利渠灌區(qū)實測資料，GPCC、GRACE數(shù)據(jù)等,建立了作物灌水需求干旱模型,結(jié)合作物需水與多水源分析，對單水源與多水源灌溉的保證率進行了分析。

2.4 孕災環(huán)境分析技術(shù)

孕災環(huán)境分析技術(shù)是指分析孕育和影響致災因子、承災體和防災減災措施的自然環(huán)境和人文環(huán)境及其時空特征的各種技術(shù)。方修琦等[81]根據(jù)農(nóng)業(yè)災害統(tǒng)計資料分析了建國以來的旱災時空分異特征和演變規(guī)律。劉良明等[82]提出了基于地面實測數(shù)據(jù)輔助的遙感干旱分析技術(shù),分析了干旱的孕災環(huán)境。楊素雨等[83]分析了云南2009年秋季降水極端偏少的異常氣候特征，認為干燥的對流層大氣和較弱的垂直上升運動是云南區(qū)域內(nèi)高低層大氣表現(xiàn)最異常的特征,云南秋季降水與南半球極地及中高緯高度場、赤道西太平洋地區(qū)的對流活動存在顯著的相關關系。葛全勝等[84]指出秦漢以來中國溫度變化經(jīng)歷了兩漢(公元前200年—公元180年)、隋唐(541—810年)、宋元(931—1320年)及20世紀4個暖期和魏晉南北朝(181—540年)、晚唐(811—930年)及明清(1321—1920年)3個冷期,其中13—15世紀為氣候由干向濕發(fā)展的轉(zhuǎn)折點;在溫暖氣候背景下,北旱南澇是中國東部主要的降水空間格局?；糌惖萚85]計算了夏季旱澇年淮河流域的整層水汽輸送通量及散度,指出淮河流域洪澇年與干旱年的異常水汽輸送通量及散度場均呈反相位變化,干旱年降水偏少的原因是西南水汽輸送減弱、大量異常水汽向北輸出和整層水汽輸送通量輻散共同作用的結(jié)果。夏海斌[86]以三次本性為區(qū)域地理環(huán)境基礎,用自主體建模方法模擬了區(qū)域的人口及資本組織。董亮等[87]為識別西南地區(qū)干旱發(fā)生的前兆環(huán)流信號,用標準化降水指數(shù)和環(huán)流特征量月值數(shù)據(jù)篩選出經(jīng)顯著相關檢驗的預報因子,用多元線性回歸方法建立了4種西南地區(qū)秋季干旱預測模型。

2.5 孕災環(huán)境對致災因子作用的分析技術(shù)

孕災環(huán)境對致災因子作用的分析技術(shù)是指分析孕災環(huán)境對形成致災因子的作用過程的各種技術(shù),是干旱分析中的重要分析技術(shù),主要有從孕災環(huán)境角度對形成致災因子的原因進行推測、判斷或解釋的各種分析技術(shù)。陶詩言等[88]指出江淮流域持久性干旱是中緯度高度場和副熱帶地區(qū)的流型持續(xù)發(fā)展和長期維持的結(jié)果。Paulson等[89]用多元線性回歸方法建立了干旱強度、干旱歷時和干旱累積缺水量與流域地貌和氣象指標間的關系式,據(jù)此估計干旱特征。盧文芳[90]用因子分析及方差最大原則下的正交旋轉(zhuǎn)技術(shù),識別出赤道東太平洋海溫、區(qū)域平均海溫、ENSO事件均與長江中下游汛期(5—9月)降水場具有一定聯(lián)系。鄭振國[91]分析了天文因子、厄爾尼諾、西太平洋副高等孕災環(huán)境對形成干旱的作用過程,根據(jù)這些孕災環(huán)境的各種周期疊加的結(jié)果,指出未來20～30 a是山西可能出現(xiàn)大旱的危險時期。Pelletier等[92]用年輪、大氣溫度、河流流量和降水量時間序列數(shù)據(jù)建立了大氣中熱量和水蒸氣的垂直輸送的對流擴散模型作為氣候和水文變化的一階模型。王玉璽等[93]分析了影響陜西省旱澇的地理環(huán)境、氣候背景、大型天氣過程的轉(zhuǎn)型及“突變”、太陽活動及天文原因,用集成預報方法建立了陜西省旱澇預報模型和預報系統(tǒng)。趙振國[94]分析了旱季長江中下游夏季旱澇特征及其環(huán)境場、各種天氣系統(tǒng)與旱澇的關系。陳乾金等[95]提出了與青藏高原冬季積雪相聯(lián)系的長江中下游旱澇物理過程概念模型,識別了該流域中的主要正相關區(qū),探討了異常積雪-大氣-海洋-雨帶相互之間的可能聯(lián)系。楊書運等[96]分析了氣候、氣象、水文、山地和水域等孕災環(huán)境資料,把江淮分水嶺地區(qū)旱澇災害發(fā)生類型劃分為東部、中部、西部3種類型。樊寶敏等[97]指出近4 000年來由于人口的增長和人為不合理的活動,我國森林覆蓋率由約60%下降到10%左右,中國東南地區(qū)的森林減少,導致了我國西北地區(qū)的氣候干旱、降雨減少,使得400 mm等雨量線向東南偏移。Bordi等[98]分析推測出干旱發(fā)生頻率與北大西洋環(huán)流間的相互聯(lián)系。衛(wèi)捷等[99]認為歐亞北緯35°～45°緯度帶存在的EU型靜止波列的遙相關強迫作用以及旱災區(qū)域下墊面的正反饋作用,是造成1999年及2000年夏季華北持續(xù)性干旱最重要的物理因子。景毅剛等[47]指出陜西省的干旱主要是由副熱帶高壓、青藏高壓、西風帶冷空氣的位置反常等大氣環(huán)流造成的。池俊成等[100]發(fā)現(xiàn)在太陽黑子峰值年附近京津冀地區(qū)易出現(xiàn)偏旱年份、低谷年附近易出現(xiàn)偏澇年份。Karnieli等[101]分析了干旱評估中用歸一化植被指數(shù)(NDVI)和陸地表面溫度指數(shù)(LST)的優(yōu)缺點,研究了在大范圍濕度、氣候/輻射變動條件下北美4—9月份NDVI與LST指數(shù)之間的關系。楊濤等[102]闡述了氣候變化下利用統(tǒng)計降尺度和降雨徑流模型預測水文極端事件的國內(nèi)外研究進展。陳亮[103]將區(qū)域氣候模式RegCM3和陸面水文模型VIC引入黑河流域,通過敏感性分析來探索陸面與大氣之間的相互作用。李強[104]從大氣環(huán)流和海洋因子角度對影響全球各主要干旱區(qū)干旱化的大尺度背景進行了機理分析。杜靈通[105]指出只有綜合考慮大氣降水、植被生長和土壤水分供需平衡等多種因子及其內(nèi)部耦合過程的干旱監(jiān)測機理模型,從地表水分平衡系統(tǒng)失衡的角度才能準確監(jiān)測和模擬干旱這一自然現(xiàn)象,利用分類回歸樹方法構(gòu)建綜合干旱監(jiān)測模型、計算綜合干旱指數(shù)。Byzedi等[106]根據(jù)伊朗西南部54個站點的日流量數(shù)據(jù)資料,運用70%截斷水平方法對年最大徑流干旱烈度和歷時序列進行了頻率分析,再用地形、氣候、地質(zhì)和植被等35個因素對2 a重現(xiàn)期的水文干旱烈度建立多元回歸模型進行區(qū)域徑流干旱分析。Tabari等[107]根據(jù)改進的SPI指數(shù),構(gòu)建了氣候變化不確定性驅(qū)動的干旱頻率分析模型,并用于加拿大Okanagan盆地夏季極端干旱頻率分析中。

2.6 致災因子對承災體作用的分析技術(shù)

致災因子對承災體作用的分析技術(shù)是指分析致災因子對承災體的作用過程及其產(chǎn)生的不利影響的各種技術(shù),是干旱分析中的關鍵技術(shù),主要有旱災脆弱性評估技術(shù),致災因子對承災體作用的機理分析、關聯(lián)分析、臨界值域分析等。馮麗文[108]從氣候?qū)ι鐣?經(jīng)濟-環(huán)境沖擊的角度,分析了我國1951—1985年旱災發(fā)生的時空分布特征、變化規(guī)律,用調(diào)查等方法闡述了干旱對糧食生產(chǎn)、水資源和能源、林牧漁業(yè)等部門造成的影響。Frick等[109]利用水資源系統(tǒng)隨機模型分析了干旱對柯林斯堡市供水的影響,隨機模擬結(jié)果被400 a的樹輪數(shù)據(jù)所證實。呂滿堂[110]從氣象干旱-土壤干旱-農(nóng)業(yè)干旱-作物減產(chǎn)角度,采用土壤水分平衡法分析作物干旱程度,以此估算作物減產(chǎn)量。魏一鳴等[111]基于致災因子對承災體的作用,提出了評估中國各區(qū)域自然災害脆弱性的DEA方法。Leilah等[112]用相關分析、路徑分析、多元線性回歸、逐步回歸、因子分析、主成分分析和聚類分析等方法研究了沙特阿拉伯小麥產(chǎn)量與干旱條件間的關系。劉穎秋等[113]系統(tǒng)地分析了干旱對我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和生活、牧區(qū)社會經(jīng)濟、城市社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、宏觀經(jīng)濟的影響。Kim等[48]建立了評估韓國農(nóng)業(yè)旱災脆弱性時空分布的經(jīng)驗正交函數(shù)和多變量時間序列模型。程靜[114]從社會經(jīng)濟的角度設計了旱災脆弱性評價指數(shù),基于層次分析法對農(nóng)業(yè)旱災脆弱性進行模糊綜合評價,并運用主成分分析法分析了影響旱災脆弱性的主要社會經(jīng)濟因素。李強[115]用聚乙二醇模擬干旱法、盆栽控水方法與野外調(diào)查相結(jié)合的方法研究了荻和芒對干旱脅迫的生理響應和適應性。Xu等[116]通過構(gòu)建3種農(nóng)作物的連續(xù)無雨日數(shù)指數(shù)和歷史農(nóng)業(yè)因旱損失數(shù)據(jù)間的損失率曲線,對中國東部季風地區(qū)的部分地級市的農(nóng)業(yè)旱災風險進行了評估。蔣尚明等[117]用經(jīng)驗模態(tài)分解方法對江淮分水嶺易旱區(qū)糧食單產(chǎn)及其影響因子進行了多層次、多時間尺度分解,用集對分析理論分析了糧食單產(chǎn)波動分量與其影響因子之間的相關性。王婷等[118]選取水稻效率指數(shù)、應災能力指數(shù)、水稻暴露指數(shù),構(gòu)建了四川省縣級行政區(qū)域水稻旱災脆弱性指標評價體系,計算了相應的脆弱性指數(shù)。

2.7 防災減災措施對承災體作用的分析技術(shù)

防災減災措施對承災體作用的分析技術(shù)是指分析防災減災措施對承災體的作用過程及其產(chǎn)生的防災減災能力的各種技術(shù),主要有區(qū)域承災體的抗旱能力分析。姜萬勤[119]分析了中小流域的地形條件、氣候因素、水文地質(zhì)特征、工程系統(tǒng)狀況以及灌區(qū)作物組成、耗水規(guī)律、灌水方法、管理水平,編制了通用預報查算圖,提出了中小型水庫群抗旱能力預報圖解法。金菊良等綜合考慮氣象條件、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)及塘壩建設情況,提出了基于水量供需平衡分析的塘壩灌區(qū)抗旱能力概念及其計算模型[120],采用水量供需平衡分析計算了不同來水頻率下的區(qū)域抗旱能力系數(shù),在評價水平年下安徽省整體區(qū)域抗旱能力接近于能夠抵御輕度干旱的水平[121]。梁忠民等[122]根據(jù)具有月徑流系列資料和同期的月或年尺度的供需水系列資料,或僅具有水資源規(guī)劃中不同保證率(如50%、75%、90%、95%、97%等)的供需水資料兩種常見的資料條件,提出根據(jù)抗旱能力水平指數(shù)-來水頻率(保證率)關系曲線定量計算抗旱能力的方法。

2.8 防災減災措施對致災因子作用的分析技術(shù)

防災減災措施對致災因子作用的分析技術(shù)是指分析防災減災措施對致災因子的作用過程及其產(chǎn)生的防災減災能力的各種技術(shù),主要有運用防災減災措施對水循環(huán)系統(tǒng)中各種水分虧缺現(xiàn)象進行調(diào)控的各種分析技術(shù)。馮平等[123]構(gòu)建了供水系統(tǒng)水文干旱的識別方法,提出對供水系統(tǒng)的水文干旱分析應考慮不同時段之間的水量傳遞關系,若有效徑流小于供水截斷水平,則判斷發(fā)生水文干旱。尹正杰等[124]采用隨機模擬徑流系列方法和供水系統(tǒng)水文干旱的識別方法,提出了不考慮和考慮徑流調(diào)節(jié)情況下的水文干旱分析技術(shù)。王發(fā)信等[125]依據(jù)蚌埠閘46 a水位資料及吳家渡57 a流量資料分析了在懷洪新河現(xiàn)狀工程條件下,將正常蓄水位由設計蓄水位抬升至校核蓄水位時,懷洪新河蓄水的可行性、保證率和新增的可供水量。邵東國等[126]構(gòu)建了基于南昌市供水水源管理與行政分區(qū)的二層大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)應急調(diào)配模型,分別以2010年、2020年、2030年為水平年,在75%、95%、99%等不同干旱枯水頻率條件下進行了水資源供需分析計算。

2.9 防災減災措施對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)

防災減災措施對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)是指分析防災減災措施對孕災環(huán)境的作用過程及其產(chǎn)生的防災減災能力的各種技術(shù)。王軍等[127]選擇黃土丘陵溝壑區(qū)5種典型土地利用結(jié)構(gòu)和7種主要土地利用類型進行土壤水分觀測,分析了土地利用結(jié)構(gòu)和類型對土壤水分時空分布的影響。張北贏等[128]鑒于水土保持措施會影響土壤水分的靜態(tài)分布和動態(tài)過程，能有效提高土壤含水率,通過定位監(jiān)測并引入土壤水分虧缺補償度指標,分析了黃土丘陵溝壑區(qū)不同水土保持措施下土壤水分動態(tài)特征和雨季前后土壤水分的虧缺與補償情況；結(jié)果表明，降雨對退耕坡地和梯田土壤水分均有正補償作用。郭云騰[129]利用GIS技術(shù)、DEM影像數(shù)據(jù)、四湖流域近50年的洪水期降水數(shù)據(jù)分析了水文過程的變化,結(jié)果說明，在旱災年份應提高河湖水系的連通水平，溝通河湖、江河,可及時合理調(diào)配水資源，改善干旱的孕災環(huán)境。

2.10 致災因子對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)

致災因子對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)是指分析致災因子對孕災環(huán)境的作用過程和改變孕災環(huán)境時空特征的各種技術(shù)。樊寶敏等[130]用歷史回推、理論推導和統(tǒng)計分析方法,研究了過去4 000 a中國降水與森林變化的數(shù)量關系。劉孝富等[131]以西南地區(qū)為研究對象,將巖性、坡度、降水、土地利用、土壤類型、植被覆蓋度、與居民點距離、人口密度作為評價指標,研究了干旱對石漠化的影響；結(jié)果表明干旱可提高石漠化敏感性,受旱災程度越深,石漠化敏感性增強越明顯。

2.11 孕災環(huán)境對承災體作用的分析技術(shù)

孕災環(huán)境對承災體作用的分析技術(shù)是指分析孕災環(huán)境對承災體的作用過程、制約承災體的發(fā)展規(guī)模、影響承災體的分布和發(fā)展生產(chǎn)的各種技術(shù)。Van Oosterom等[132]分析了種植于地中海不同地區(qū)、不同氣溫環(huán)境變化下的大麥出產(chǎn)率與環(huán)境的關系,探討了氣候環(huán)境對大麥產(chǎn)量的影響。李伯重[133]分析了中國歷史上氣候變化對人口變化的影響,結(jié)果說明,在20世紀前的2 000 a中氣候變化是引起我國人口變化的決定性因素之一。王根緒等[134]指出近40年來江河源區(qū)氣候變化總趨勢是氣溫升高、對植被生長起重要作用的夏季降水量呈明顯減少趨勢;江河源區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境體系對氣候的這種變化響應強烈,導致冰川退縮、多年凍土消融加劇、高寒草甸與草原植被大范圍退化。劉穎杰等[135]指出以溫度升高為主要特征的氣候變化對東北地區(qū)糧食總產(chǎn)量增加有明顯的促進作用,對華北、西北和西南地區(qū)的糧食總產(chǎn)量增加有一定抑制作用,對華東和中南地區(qū)的糧食產(chǎn)量的影響不明顯。人口地理分界線“胡煥庸線”近70多年來基本上沒有變化[136],這條人口地理分界線與氣象上的400 mm等降水量線、地貌區(qū)域分割線、生態(tài)環(huán)境界線、玉米種植帶的西北邊界、文化轉(zhuǎn)換的分割線、適宜人類生存地區(qū)的界線以及民族界線均存在某種程度的重合,也是我國東南季風的影響范圍邊界。吳靜[137]用包含氣候、農(nóng)業(yè)、社會等影響因素的中國近2 000 年來人口地理演變的多智能體模擬模型，分析了南北人口格局的轉(zhuǎn)變、東西人口格局(即胡煥庸線)的形成以及近2 000 年中全局人口分布演化的動力機制。王靜愛等[71]的研究表明，近57年來中國水旱災害危險性的整體格局呈現(xiàn)東西分異,東部遠遠高于西部,這是自然、人文孕災環(huán)境對承災體作用的結(jié)果。黃園淅等[138]的研究表明，胡煥庸人口分界線依然是中國人口分布差異的基線,人均GDP空間分布與生產(chǎn)性土地資源的空間分布情況與區(qū)域人口分布具有很高的一致性,“胡煥庸線”的存在及其合理性充分說明了地理環(huán)境在國家和地區(qū)的社會、經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用。葛全勝等[139]研究了中國近2 000 年來氣候變化與社會的自然、經(jīng)濟、人文三大亞系統(tǒng)發(fā)展狀況間的對應關系,從數(shù)百年至數(shù)十年的時間尺度上揭示了氣候變化過程實質(zhì)上也是社會結(jié)構(gòu)的重構(gòu)過程。

2.12 承災體對致災因子作用的分析技術(shù)

承災體對致災因子作用的分析技術(shù)是指分析承災體對致災因子的適應過程,以及承災體誘發(fā)、加強或減弱致災強度過程的各種技術(shù)。王昊[140]分析了沼澤濕地大型水生植物對濕地水面蒸發(fā)的影響機理及變化規(guī)律。王友貞等[141]采用現(xiàn)場觀測和理論模擬相結(jié)合的研究方法,系統(tǒng)地分析了大溝排水對地下水位的影響,如果不對大溝排水進行有效控制,則會增加區(qū)域干旱的風險。

2.13 承災體對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)

承災體對孕災環(huán)境作用的分析技術(shù)是指分析承災體對孕災環(huán)境的作用過程(如社會、經(jīng)濟活動改變孕災環(huán)境,進而誘發(fā)、加強致災因子強度)的各種技術(shù)。任國玉等[142]指出中國近50年來年平均地表氣溫變暖幅度約為1.1 ℃,明顯偏高于全球或半球同期平均增溫速率;人類活動引起的大氣中溫室氣體濃度增高可能在一定程度上影響了中國近50年來的氣候;中國東部大部分地區(qū)日照時間和水面蒸發(fā)量減少均可能起源于人為排放的氣溶膠增多。孟飛等[143]指出2000—2003年浦東新區(qū)水域面積減少和河網(wǎng)密度快速降低,年平均流失率為4%,河流密度年平均縮減率為5%;河網(wǎng)縮減具有顯著的區(qū)域分異特征,流失的主體部分集中在城鄉(xiāng)交替地帶,同城市擴張同步。丁一匯等[144]指出在全球變暖背景下近100年來中國年平均地表氣溫明顯增加,升溫幅度比同期全球平均值略高,中國的CO2年排放量呈不斷增加趨勢,溫室氣體正輻射強迫的總和是造成氣候變暖的主要原因。高學杰等[145]分析了中國土地利用狀況對氣候的影響,結(jié)果表明,土地利用引起了年平均降水在南方增加、北方減少,年平均氣溫在南方顯著降低。周洪建等[146]基于陜西省1998—2005年歸一化植被指數(shù)和降水月數(shù)據(jù)序列的相關性分析,探討了人類活動對植被影響的空間格局。

2.14 上述干旱分析技術(shù)的復合技術(shù)

干旱分析技術(shù)的復合技術(shù)主要是綜合應用上述13類干旱分析技術(shù)的各種復合技術(shù),主要有旱災風險評估、監(jiān)測預警分析、恢復重建規(guī)劃分析等技術(shù)。Wilhite等[5]系統(tǒng)探討了旱災風險評估基礎理論,提出了基于風險評估的干旱規(guī)劃與預案方法。劉引鴿[147]利用西北地區(qū)降水和農(nóng)作物旱災面積統(tǒng)計資料,將旱災事件與影響因子進行相關性分析。張繼權(quán)等[8,76]分析探討了綜合自然災害管理的基本理論、實施技術(shù),指出它是針對各種自然災害全過程,集中于致災因子危險性和承災體脆弱性的分析技術(shù),并集成多層面、多元化和多學科參與合作的全面整合的災害管理新穎模式。Fontaine等[148]認為脆弱性是系統(tǒng)易受外界擾動的不利影響的程度和不能應對不利影響的程度,是系統(tǒng)暴露性、敏感性、適應性的函數(shù)。喬麗等[149]選取主要氣候、土壤、地表植被、水文等10個影響陜西省生態(tài)農(nóng)業(yè)的干旱因子,利用K-均值聚類和分層聚類相結(jié)合的分析方法,將陜西省劃分為8個生態(tài)農(nóng)業(yè)的干旱相似區(qū)。張允等[150]研究了1644—1911年西海固地區(qū)旱災的時間和空間變化、等級序列以及驅(qū)動力因子,識別出了旱災多發(fā)期和高發(fā)區(qū),影響干旱災害時空變化的驅(qū)動力因子包括氣候、生態(tài)和人口因子,其中氣候因子起到了決定性作用。黃慶旭等[151]用系統(tǒng)動力學方法構(gòu)建了氣候干旱和經(jīng)濟發(fā)展雙重壓力下的北京水資源承載力模型,在中國北方干旱化大背景和北京城市規(guī)劃目標的基礎上設計了規(guī)劃發(fā)展情景、氣候干旱情景和適應對策情景。白云崗等[152]分析了干旱歷史資料后認為,新疆干旱災害的成因主要為干旱缺水、水資源時空分布不均、不合理的人類活動、水利工程損毀等。很多學者同時采用致災因子、孕災環(huán)境、承災體、抗旱能力中的多個方面指標進行區(qū)域旱災風險評估。如Zhang等[153]把可變模糊集模型和危險性、易損性、暴露、抵抗力綜合評價方法用于遼寧省農(nóng)業(yè)干旱風險評估中,繪制了相應的風險圖。呂娟等[154]綜合分析了2000年以來我國旱災發(fā)生頻率大、受旱面積廣、區(qū)域變化明顯等特點,從自然、社會兩方面分析了旱災頻發(fā)的原因。劉琳[155]從孕災環(huán)境、致災因子和承災體3個方面分析了遼寧省農(nóng)業(yè)旱災的成災機理、遼寧省農(nóng)業(yè)干旱形成的主要影響因素并選取相應的評價指標,從致災因子的危險性，承災體的暴露性、脆弱性和防旱抗旱能力4個方面,分雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)和灌溉農(nóng)業(yè)分別建立了遼寧省農(nóng)業(yè)干旱風險評價指標體系、方法和模型,進行了遼寧省農(nóng)業(yè)干旱災害單因子風險評價及風險綜合評價,繪制了風險分布圖。耿秀華[156]利用寧夏1979—2008年氣象資料、地理信息、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、災害數(shù)據(jù),評價了寧夏農(nóng)業(yè)干旱的危害性、脆弱性和敏感性,對寧夏四季和全年的農(nóng)業(yè)干旱風險進行評價及區(qū)劃。Yuan等提出了干旱危險性分析的理論框架,構(gòu)造了包括氣象和水文因子的干旱綜合Z指數(shù),并應用于淮北平原的干旱頻率分析中[157]，提出了基于數(shù)據(jù)包絡分析和層次分析法的氣候變化下區(qū)域干旱脆弱性分析方法，并用于安徽、河南、江蘇、山東等省65個城市的干旱脆弱性分析中[158]。孫可可等[159]建立了抗旱能力指標-來水頻率之間、干旱頻率-干旱烈度保證率之間的關系曲線,得到了各次干旱過程的抗旱能力指標與干旱頻率的一一對應關系,建立了干旱頻率-假定灌溉水平-旱災損失率三者間關系,最后推得現(xiàn)狀水平年實際抗旱能力下的干旱頻率-旱災損失率曲線,在株洲市水稻旱災損失風險實際計算中得到驗證。金菊良等[10]構(gòu)建了由致災因子危險性、承災體暴露性、災損敏感性和抗旱能力組成的旱災風險系統(tǒng),提出了旱災風險評估方法論和旱災風險評估理論模式,建立了由旱災危險性分析、旱災脆弱性分析、旱災損失風險分析、旱災風險等級評價、旱災風險決策分析方法組成的旱災風險評估方法體系,以及由干旱頻率與旱災損失關系曲線圖、干旱頻率空間分布圖、旱災損失空間分布圖、與旱災風險有關的旱災危險性分布圖等各種專題圖、旱災風險區(qū)劃圖組成的旱災風險評估應用模式體系,建立了由上述旱災風險系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、旱災風險評估方法論和理論模式、旱災風險評估方法體系和應用模式體系組成的旱災風險評估理論框架。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié) 論

由于旱災系統(tǒng)存在多元、復合、潛在、時空不確定性等諸多復雜性特征,目前的定量干旱分析技術(shù)研究尚處于起步階段，研究較為薄弱,開始從小時空尺度干旱經(jīng)驗統(tǒng)計分析、單項干旱分析技術(shù),逐步向大時空尺度干旱物理成因分析、多項干旱分析技術(shù)的復合技術(shù)方向轉(zhuǎn)變,取得了以下重大進展。

1)有關致災因子子系統(tǒng)分析方面。①區(qū)域干旱事件是一種長時期、較大空間范圍的自然現(xiàn)象,需要從干旱歷時、干旱面積和干旱烈度(干旱缺水量)3個方面予以定量描述與分析。②不同區(qū)域或同一區(qū)域不同時期的干旱的主要驅(qū)動因子和干旱特性不盡相同,需根據(jù)水循環(huán)中大氣輸送過程、地表水過程、土壤水過程、地下水過程等不同過程的水分虧缺現(xiàn)象,選用大氣降水、河流徑流、土壤濕度、地下水位及其綜合構(gòu)建干旱指標,因此干旱指標具有多元性和變動性。③用農(nóng)田水量平衡原理、流域水文模型模擬大氣-作物-土壤和地下水之間水分交換過程,可描述、實時監(jiān)測具體某場干旱在區(qū)域上發(fā)生、發(fā)展和緩解的過程；同時,利用冰芯、樹木年輪資料反演干旱指標長期系列非常重要,可進一步論證其他方法的分析結(jié)果。④用游程理論分析識別水文干旱過程、確定干旱歷時、干旱面積和干旱烈度這些干旱特征變量,用Copula函數(shù)方法估計這些干旱特征變量的聯(lián)合概率分布是當前的有效方法。⑤統(tǒng)計分析、模糊分析、熵分析、3S分析、集對分析和其他智能分析方法是研究干旱指標及其干旱特征變量所含有明顯不確定性的重要途徑。⑥從氣候、天文、地理、人類活動等孕災環(huán)境對形成干旱的作用過程的定量分析研究目前尚非常薄弱。⑦情景模擬干旱指標系列和供水系統(tǒng)是處理供水水源調(diào)控管理下干旱分析的重要技術(shù)。⑧現(xiàn)場觀測試驗是分析承災體與致災因子相互作用的可行方法。

2)有關承災體子系統(tǒng)分析方面。①旱災損失是干旱分析的主要研究對象。分行業(yè)進行旱災損失估算是可行途徑。干旱對農(nóng)業(yè)影響最大,作物需水量模擬分析是目前重要的干旱分析技術(shù)。統(tǒng)計分析、模糊分析、熵分析、集對分析和其他智能分析方法是研究旱災損失不確定性的重要途徑。②致災因子對承災體作用的分析是干旱分析研究的最主要目標,建立各干旱強度與各旱災損失之間定量關系的旱災脆弱性分析技術(shù)是目前實現(xiàn)該目標的主要途徑,目前主要有基于歷史數(shù)據(jù)、指標體系、現(xiàn)場調(diào)查的災損率曲線、情景模擬的災損率曲線等旱災脆弱性分析技術(shù)。③防災減災措施對承災體作用是干旱調(diào)控管理的主要途徑,抗旱能力的定量分析是重要的分析技術(shù),便于銜接干旱分析和洪水分析的理論和方法[9]。④氣候、地理等孕災環(huán)境對人口、作物、GDP空間分布的作用的分析是目前的研究熱點。

3)有關防災減災措施子系統(tǒng)分析方面。①增加水源供水和節(jié)水的水利工程規(guī)劃設計分析技術(shù)是目前重要的工程性防災減災措施分析技術(shù),干旱監(jiān)測、診斷、預測、預警、調(diào)控技術(shù)是目前重要的非工程性防災減災措施分析技術(shù)。②古代農(nóng)業(yè)災害防減體系的歷時分析、各國各地區(qū)干旱災害防減體系的對比分析可為干旱管理提供輔助決策依據(jù)。

4)有關孕災環(huán)境子系統(tǒng)分析方面。①自然孕災環(huán)境和人文孕災環(huán)境及其時空特征演變規(guī)律的各種定量分析是目前干旱分析的熱點,這些分析大多屬于多年平均的分析,對干旱區(qū)劃具有重要意義。②長期的人類活動和致災因子對孕災環(huán)境都具有重要作用。

5)有關旱災系統(tǒng)分析方面。① 4個子系統(tǒng)分析的綜合研究是旱災系統(tǒng)分析的主要途徑。②目前旱災系統(tǒng)分析主要有干旱區(qū)劃、旱災區(qū)劃、旱災風險分析等。

3.2 展 望

干旱分析是旱災風險評估和管理領域的重要研究基礎和前沿。干旱分析旨在從根本上揭示研究區(qū)域旱災系統(tǒng)及其子系統(tǒng)相互作用的機理。干旱分析技術(shù)都是分析旱災系統(tǒng)及其子系統(tǒng)相互作用的各種技術(shù)。干旱分析技術(shù)研究的發(fā)展趨勢主要有以下幾點：

1)從致災因子、承災體、防災減災措施、孕災環(huán)境的單子系統(tǒng)干旱分析技術(shù)方面逐步過渡到各子系統(tǒng)之間相互作用關系的干旱分析技術(shù)研究和多種干旱分析技術(shù)的復合集成研究。旱災系統(tǒng)是以承災體為核心,以孕災環(huán)境中承災體旱災損失與致災因子破壞之間復雜的作用和響應關系為作用機制,是具有鏈式風險傳導關系的復雜系統(tǒng)[9],旱災損失就是該作用機制下的演化結(jié)果。分析這種傳導關系的復雜系統(tǒng)是一個重要的研究方向。

2)從定性調(diào)查分析向基于物理成因解析的定量分析方向發(fā)展。提高干旱分析的定量化水平,分析旱災系統(tǒng)各子系統(tǒng)內(nèi)部要素相互作用的定量關系(如探討干旱特征變量與發(fā)生概率之間關系的致災因子危險性分析,探討自然孕災環(huán)境和人文孕災環(huán)境各主要要素多年平均之間空間分布關系的干旱區(qū)劃)、各子系統(tǒng)相互作用的定量關系(如探討致災因子強度與承災體旱災損失之間關系的旱災脆弱性分析,探討給定抗旱能力下致災因子危險性與旱災脆弱性之間關系的旱災剩余風險分析)是重要的研究發(fā)展趨勢[7]。

3)這14類干旱分析技術(shù)組成的干旱分析技術(shù)體系中，特別需要研究的關鍵技術(shù)有:致災因子分析技術(shù)(致災因子危險性分析)、致災因子對承災體作用的分析技術(shù)(旱災脆弱性分析)、孕災環(huán)境對承災體作用的分析技術(shù)(干旱區(qū)劃)、防災減災措施對承災體作用的分析技術(shù)(抗旱能力分析)和旱災(剩余)風險分析。其中:致災因子危險性分析是研究干旱產(chǎn)生的直接原因,需要從區(qū)域不同供水水源進行綜合致災因子分析;旱災脆弱性分析是針對不同承災體特性定量分析其脆弱性,建立致災因子與承災體損失的相關關系;干旱區(qū)劃是研究干旱嚴重程度的區(qū)域分布,從而反映出孕災環(huán)境對致災因子和承災體的作用;抗旱能力分析主要是結(jié)合區(qū)域特征合理定量現(xiàn)有水利設施條件下的抗旱能力,反映地區(qū)應對旱災時減小旱災損失的能力;旱災(剩余)風險分析是旱災系統(tǒng)各子系統(tǒng)相互作用下旱災損失不確定性的綜合分析。今后研究的重點是進一步結(jié)合新穎的不確定性分析方法(如智能體理論、集對分析)解析、模擬這些干旱過程的物理成因機制,豐富、發(fā)展、完善這些關鍵分析技術(shù)。

4)干旱及其影響非常復雜,屬于自然科學、社會科學相交叉的研究領域,在干旱分析研究中迫切需要引入和綜合運用干旱及其調(diào)控試驗技術(shù)、氣候氣象水文和社會經(jīng)濟數(shù)值模擬技術(shù)、現(xiàn)代應用數(shù)學、智能計算技術(shù)[160-161]、3S技術(shù)等,進一步考慮旱災系統(tǒng)各要素間的相互作用,特別是以承災體為對象的作用過程,同時應充分利用降水、徑流、土壤水、地下水等天然實測數(shù)據(jù)和旱情資料,從實際旱情角度揭示干旱形成機理,為旱災風險評估與調(diào)控奠定更堅實的基礎。

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(責任編輯：陳海濤)

Research Progress on Drought Analysis Technologies

JIN Juliang1, 2, YANG Qiqi1, 2, ZHOU Yuliang1, 2, CUI Yi1, 2, ZHANG Yuliang1, 2,JIANG Shangming3, ZHANG Ming4, YUAN Xiaochen5

(1.School of Civil Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Institute of Water Resources and Environmental Systems Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 3.Water Resources Research Institute of Anhui Province and Huaihe River Commission, MWR, Hefei 230088, China; 4.College of Civil Engineering and Architecture, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000, China; 5.Center for Energy & Environmental Policy Research, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

As the foundation of drought disaster risk assessment and management, drought analysis is one of the effective ways for comprehensive understanding of drought and its effects, which can provide scientific basis for risk decision. In this paper, taking drought disaster system as the research object, on the basis of the interaction of all subsystems of drought disaster, a drought analysis technological system were put forward which was consisted of 14 kinds of analysis technologies, and the key of the system was the drought zonation, the hazard analysis of disaster-causing factors, the vulnerability analysis of drought and the analysis of drought resistance capacity. The present research situation of 14 kinds of analysis technologies was systematically summarized, the research trend was pointed out that gradually developed from the unilateral investigation on the disaster-causing factors, the disaster-affected bodies, the measures of disaster prevention and mitigation and the disaster-forming environment to the multi-aspect investigations on the relationships and the interaction among the factors, from the qualitative analysis to the quantitative analysis, from the statistical analysis to the analysis of physical genesis.

system of drought disaster; risk management of drought disaster; drought analysis technology; risk transmission; disaster-causing factors; disaster-affected bodies; measures of disaster prevention and mitigation; disaster-forming environment

2016-01-15

國家自然科學基金項目(51579059,51579060,51409002,51409001);水利部重大基建前期項目“全國干旱區(qū)劃及旱災風險評估研究”和中國氣象局成都高原氣象開放實驗室基金課題(LPM2011002)資助。

金菊良(1966—),男,江蘇吳江人,教授,博導，博士,主要從事水資源系統(tǒng)工程研究。E-mail:JINJL66@126.com。

周玉良(1982—),男,安徽舒城人,副教授,博士,主要從事水資源系統(tǒng)工程研究。E-mail:ZYL54600@163.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2016.02.001

TV122

A

1002-5634(2016)02-0001-15