劉永佳，黃生志，方 偉，馬 嵐，鄭旭東，黃 強(qiáng)

（西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048）

1 研究背景

干旱是可能造成惡劣后果，對(duì)可持續(xù)發(fā)展影響最為廣泛的自然災(zāi)害之一[1-2]。因頻率大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣的特點(diǎn)，干旱具有高危害性，持續(xù)的旱災(zāi)可能會(huì)嚴(yán)重制約發(fā)展中國家的發(fā)展[3-5]。干旱可以分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱4 類[6]，分別表示氣象、作物、徑流和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等水分的供求不平衡，造成的水分短缺現(xiàn)象[7]。4種干旱之間存在水量與能量的聯(lián)系，水分缺失信號(hào)在不同類型干旱之間的傳遞被稱為干旱傳播[8]。有研究表明因降水不足導(dǎo)致的氣象干旱一般是發(fā)展、結(jié)束較快的第一階段[9]，長(zhǎng)時(shí)期的降水虧損導(dǎo)致徑流、地下水得不到補(bǔ)充，隨著蒸發(fā)、人類活動(dòng)等大量水分耗損令水位低于正常值，形成水文干旱。氣象干旱向水文干旱的傳播需要一定的時(shí)間[10-11]，氣象、下墊面、水庫等多種因素對(duì)這段時(shí)間會(huì)造成復(fù)雜影響。

干旱指標(biāo)的選擇是確切描述一場(chǎng)干旱的關(guān)鍵[12]。許多學(xué)者對(duì)干旱的研究主要集中在建立可靠的干旱指數(shù)上[13]，側(cè)重于氣象干旱向水文干旱傳播的相關(guān)研究不多[14]。氣象干旱向水文干旱傳播的研究主要基于水文循環(huán)過程中水量平衡與能量平衡的理論基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外對(duì)干旱傳播的研究方法主要有兩種：模型和數(shù)據(jù)計(jì)算。Zhao等[15]對(duì)涇河流域氣象、水文干旱的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行了識(shí)別，確定響應(yīng)時(shí)間近似4個(gè)月。Li等[16]表明氣象干旱和水文干旱存在密切相關(guān)性，傳播時(shí)間隨季節(jié)變化明顯。吳杰峰等[17]建立了干旱傳播響應(yīng)關(guān)系的模型，得到氣象干旱向水文干旱傳播的臨界條件。Huang等[18]認(rèn)為傳播時(shí)間具有季節(jié)性，氣象干旱與水文干旱存在正相關(guān)關(guān)系。J.Lorenzo-Lacruz等[19]將SPI與SRI進(jìn)行關(guān)聯(lián)，確定了監(jiān)測(cè)水文干旱的最佳時(shí)間尺度。有關(guān)氣象干旱向水文干旱的傳播研究多以計(jì)算降水、徑流序列的整體滯后時(shí)間為主，得到流域整體干旱傳播時(shí)間；然而，有研究表明不同季節(jié)的降水量與蒸發(fā)量不同，氣候的季節(jié)性對(duì)傳播時(shí)間有一定的影響[16，18，20]。因此，不同季節(jié)下氣象干旱向水文干旱的傳播可能存在差異，需要對(duì)不同季節(jié)的干旱傳播時(shí)間分開研究。目前已有研究探討了干旱傳播時(shí)間的驅(qū)動(dòng)因子。Huang等[18]研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾南方濤動(dòng)和北極濤動(dòng)與實(shí)際蒸發(fā)量具有較強(qiáng)的相關(guān)性，對(duì)氣象干旱到水文干旱的傳播時(shí)間影響較大。Van等[21]認(rèn)為氣象和水文干旱之間的任何聯(lián)系都有可能受到流域特征和當(dāng)?shù)貧夂虻母叨扔绊?。Wu等[22]認(rèn)為土地利用和土地覆蓋面積尤其是森林或牧場(chǎng)數(shù)量的改變會(huì)影響干旱傳播時(shí)間。以上現(xiàn)有研究表明氣象、下墊面、人類活動(dòng)對(duì)干旱傳播時(shí)間都有高度影響，但這些均是基于年尺度干旱傳播時(shí)間的研究，不同季節(jié)中干旱傳播時(shí)間存在變化，影響因子也存在變動(dòng)，不能一概而論。當(dāng)前干旱傳播研究對(duì)不同季節(jié)干旱傳播關(guān)注不足，尚未揭示變化環(huán)境下不同季節(jié)干旱傳播的動(dòng)態(tài)變化特征。多數(shù)研究限于數(shù)據(jù)上的統(tǒng)計(jì)分析，探討對(duì)其造成影響的因子類型，但其動(dòng)態(tài)變化背后的驅(qū)動(dòng)因子與相關(guān)機(jī)理亦尚未探明。

本研究聚焦不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱的傳播，探究其動(dòng)態(tài)變化特征與驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)影響因子進(jìn)行定量分析，以期揭示不同季節(jié)下水文干旱的形成過程與機(jī)理，建立有效的基于氣象干旱的水文干旱監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。有助于深入理解干旱的形成過程與機(jī)理，提高水文干旱的預(yù)報(bào)精度。在變化環(huán)境下，探究干旱傳播的動(dòng)態(tài)變化，分析區(qū)域水循環(huán)變化情況是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)[23]，若水循環(huán)速率加快，說明氣象干旱致災(zāi)速率加快，導(dǎo)致對(duì)于干旱的應(yīng)急時(shí)間減少，建立基于氣象干旱的干旱預(yù)警系統(tǒng)更加迫切。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)McKee等[24]首次提出用SPI描述科羅拉多州的干旱狀況。SPI是氣象干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)，用以表征某時(shí)期內(nèi)降水量出現(xiàn)的概率，適用于月以上時(shí)間尺度的干旱監(jiān)測(cè)與評(píng)估[25]。降水量通常服從偏態(tài)分布，在降水分析和干旱監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)中常采用Γ分布描述降水的變化，再將累計(jì)概率標(biāo)準(zhǔn)化得到SPI。SPI具有描述多時(shí)間尺度（1、3、6、…、48個(gè)月時(shí)間尺度）的特征。1個(gè)月時(shí)間尺度的SPI計(jì)算是將不同年份同一月的降水序列值進(jìn)行Γ概率分布擬合，通過等概率變換將降水的累計(jì)頻率分布轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，再分別求解該月SPI。多時(shí)間尺度的SPI計(jì)算需要對(duì)給定時(shí)間尺度的降水值累積，比如3個(gè)月時(shí)間尺度的7月SPI是將同年5、6、7三個(gè)月降水值累積，得到累積降水序列后，進(jìn)行Γ概率分布擬合，轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，求得SPI。因此，SPI具有表征長(zhǎng)時(shí)間尺度水分盈虧的特征。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化徑流指數(shù)本研究采取SRI表征水文干旱，選擇同SPI相同的Γ分布計(jì)算SRI。根據(jù)國家氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[26]以及參考李敏等[27]使用的標(biāo)準(zhǔn)，將SPI和SRI劃分為5個(gè)等級(jí)，確定相應(yīng)界限值，劃分等級(jí)見表1。

表1 SPI和SRI干旱等級(jí)分類

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)資料黃土高原地區(qū)（圖1）總面積63.5萬km2，是我國乃至世界上土壤侵蝕最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)，每年流失約2000～2500 t/km2[28]，多年平均降水量464.1 mm，年際變化較大，多年平均溫度8.8℃[29]。歷史上，黃土高原地區(qū)自然災(zāi)害種類繁多，尤以干旱災(zāi)害最為突出[30]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃土高原地區(qū)干旱頻發(fā)，“十年九旱”已成為一個(gè)定量描述[31]。隨著全球氣候變暖，黃土高原的變暖和干燥趨勢(shì)使干旱災(zāi)害不斷加劇。頻繁的干旱造成黃土高原地區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等大量損失。1985年的干旱致使隴海沿線作物受災(zāi)面積占總面積65%～70%，糧食減產(chǎn)8.5%；1990年陜北、渭北干旱面積達(dá)133萬hm2，僅渭北就造成直接經(jīng)濟(jì)損失3750萬元[32]。然而，數(shù)千年來，黃土高原一直是中國最重要的農(nóng)業(yè)區(qū)之一，惠及1.14億人[33]?；邳S土高原的重要性，研究黃土高原地區(qū)干旱傳播，建立干旱預(yù)警，有著重要意義[34]。無定河流域是黃河中游的主要支流，面積為30 260 km2，干流全長(zhǎng)491 km?？咭昂邮屈S河中游的主要支流，干流全長(zhǎng)242 km，流域面積8706 km2，流域多年平均蒸發(fā)量為1788.40 mm。沁河是黃河三門峽至花園口區(qū)間的第二大支流，干流河道全長(zhǎng)485 km，流域面積13 532 km2。

黃土高原流域于1950年開始陸續(xù)開展水土保持工作[35]，包括溝道治理、退耕還林、修建梯田等，給流域下墊面條件帶來不同程度的影響，直接或間接影響徑流變化。本研究除了分析降水、氣溫、蒸發(fā)等自然條件對(duì)干旱傳播的影響外，希望通過對(duì)研究流域干旱傳播時(shí)間不同時(shí)期的變化，能夠探明水土保持對(duì)傳播時(shí)間的影響。此外，無定河、窟野河流域相鄰，自然條件、水土保持措施相近，但窟野河流域內(nèi)有豐富的煤炭資源，人類活動(dòng)影響較之更明顯，因此選取該流域也希望反映不同人類活動(dòng)對(duì)干旱傳播影響的區(qū)別。本研究徑流數(shù)據(jù)來源于1966—2010年無定河下游干流的白家川水文站、窟野河流域出口位置的溫家川水文站、沁河干流的五龍口水文站。無定河流域的降雨等氣象數(shù)據(jù)來源于榆林、綏德、橫山氣象站，窟野河流域降雨數(shù)據(jù)來源于伊旗、神木、東勝氣象站，沁河流域降雨數(shù)據(jù)來源于沁水、陽城氣象站，通過計(jì)算獲得流域面降雨量，氣象數(shù)據(jù)主要源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

圖1 黃土高原流域及其子流域：無定河流域、窟野河流域、沁河流域圖

3.2 干旱時(shí)程變化分析對(duì)無定河、窟野河和沁河流域的降水、徑流序列進(jìn)行Mann-Kendall[36]趨勢(shì)檢驗(yàn)（表2）。無定河、窟野河和沁河流域降水序列無明顯變化；徑流量呈顯著減少的趨勢(shì)，置信度超過95%。

表2 無定河、窟野河和沁河流域M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)U值

從季節(jié)角度對(duì)氣象干旱和水文干旱進(jìn)行時(shí)程變化分析。記春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月—次年2月，計(jì)算3個(gè)月時(shí)間尺度的SPI和SRI值（SPI3、SRI3），將低于-0.5的指標(biāo)記為干旱，統(tǒng)計(jì)不同季節(jié)氣象、水文的干旱發(fā)生頻率（圖2）。

圖2 無定河、窟野河和沁河流域SPI3、SRI3季節(jié)分析統(tǒng)計(jì)

圖2中無定河流域氣象干旱春季到秋季的干旱頻率呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而水文干旱是夏季到秋季呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，說明水文干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)具有一定的滯后關(guān)系；窟野河流域氣象干旱和水文干旱的發(fā)生頻率雖然在不同季節(jié)具有相似的趨勢(shì)，但氣象干旱在冬季發(fā)生頻率驟降的情況下，水文干旱依舊頻率較高，這可能是冬季水文干旱對(duì)夏秋季氣象干旱的響應(yīng)結(jié)果；沁河流域氣象干旱春季到夏季呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，水文干旱是春季到夏季呈現(xiàn)下降，到秋季呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。從干旱發(fā)生頻率的角度分析，三個(gè)流域均可得到氣象干旱向水文干旱的傳播具有一定的滯后關(guān)系，不同季節(jié)的滯后時(shí)間存在差異。為了初步印證以上猜想，選取無定河流域1999年1月—2000年12月的兩場(chǎng)降水及對(duì)應(yīng)的徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖3所示。圖中可以看到，兩場(chǎng)降水中間在冬季造成了一定時(shí)間的降水水分虧損，而徑流造成水分虧損的時(shí)間則滯后了將近6個(gè)月，發(fā)生在春季。此外，徑流對(duì)發(fā)生在2000年夏秋季的降水，響應(yīng)時(shí)間存在2～3個(gè)月的滯時(shí)。由此可見，不同季節(jié)下徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間存在差異?；诖耍斜匾獙?duì)不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱的傳播進(jìn)行系統(tǒng)研究。

圖3 無定河流域1999年1月—2000年12月降水、徑流對(duì)比分析

3.3 不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間為了研究氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間，利用SPI可以計(jì)算多時(shí)間尺度表征不同類型干旱的特征，計(jì)算1～24個(gè)月時(shí)間尺度SPI分別與對(duì)應(yīng)的1個(gè)月時(shí)間尺度SRI的相關(guān)性。氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間具體計(jì)算步驟舉例如下：（以無定河流域7月干旱傳播時(shí)間計(jì)算為例）（1）計(jì)算7月1～24個(gè)月時(shí)間尺度的SPI；（2）計(jì)算7月1個(gè)月時(shí)間尺度SRI；（3）計(jì)算7月1～24個(gè)月時(shí)間尺度的SPI與7月對(duì)應(yīng)1個(gè)月時(shí)間尺度SRI相關(guān)系數(shù)（注：SPI不同時(shí)間尺度計(jì)算時(shí)，存在累積過程，多時(shí)間尺度無法得到第一年之前的累積降水值，因此多時(shí)間尺度SPI序列數(shù)會(huì)比1個(gè)月時(shí)間尺度的SRI序列數(shù)少1～2個(gè)，故這里是與對(duì)應(yīng)的1個(gè)月時(shí)間尺度的SRI求解相關(guān)系數(shù)）；（4）所得相關(guān)系數(shù)中，相關(guān)系數(shù)最高的SPI時(shí)間尺度就是7月傳播時(shí)間。1個(gè)月時(shí)間尺度的SPI與SRI相關(guān)性最高。因此，無定河流域7月氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間為1個(gè)月。（5）同一季節(jié)的3個(gè)月采取平均傳播時(shí)間的方法得到該季節(jié)的干旱傳播時(shí)間（如：夏季干旱傳播時(shí)間即6、7、8月干旱傳播時(shí)間的均值）。按照計(jì)算方法，研究流域1～24個(gè)月時(shí)間尺度SPI與1個(gè)月時(shí)間尺度SRI相關(guān)系數(shù)圖如圖4—6所示。

圖4為無定河流域1～24個(gè)月時(shí)間尺度SPI與1個(gè)月時(shí)間尺度SRI的相關(guān)系數(shù)，圖中x軸表示1～24個(gè)月時(shí)間尺度的SPI，y軸表示不同的月份，顏色條表示SPI和SRI的相關(guān)系數(shù)，黑色表示高相關(guān)系數(shù)，白色表示低相關(guān)系數(shù)。從圖中可以得到無定河流域氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間具有明顯的季節(jié)性特征與周期性，這與Huang等[18]得到的結(jié)果相同，但以上研究?jī)H探究了干旱傳播的季節(jié)性，并沒有對(duì)不同季節(jié)干旱傳播的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文的優(yōu)勢(shì)在于不僅對(duì)不同季節(jié)的傳播時(shí)間進(jìn)行了具體量化，且系統(tǒng)分析了不同季節(jié)傳播時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化。高相關(guān)系數(shù)（>0.6）主要集中于夏季和秋季（6—9月），時(shí)間尺度從1個(gè)月到11個(gè)月不等。圖中可以得到氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間：春季為7個(gè)月，夏季為2個(gè)月，秋季為3個(gè)月，冬季為7個(gè)月?？梢缘玫剑貉谉峒竟?jié)干旱傳播時(shí)間較快，寒冷季節(jié)干旱傳播時(shí)間較慢，這與Gevaert等[37]得到的研究結(jié)果相同。但該研究沒有對(duì)季節(jié)干旱傳播時(shí)間進(jìn)行具體量化，且對(duì)于炎熱季節(jié)比寒冷季節(jié)傳播時(shí)間快的原因也沒有定量或定性的分析。夏季的相關(guān)系數(shù)普遍高于其他季節(jié)，這可能與夏季的高溫和降水有關(guān)，充足的降水，導(dǎo)致夏季徑流對(duì)降水的響應(yīng)往往快于其他季節(jié)。春冬兩季相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低，傳播時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，這與無定河流域的封凍期有關(guān)。無定河流域封凍期144天，11月開始結(jié)冰，12月開始封凍[38]，導(dǎo)致12月到次年3月水文干旱對(duì)氣象干旱的滯后時(shí)間明顯加長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低。

圖4 無定河流域1～24個(gè)月時(shí)間尺度SPI與1個(gè)月時(shí)間尺度SRI的相關(guān)系數(shù)

圖5 流域1～24個(gè)月時(shí)間尺度SPI與1個(gè)月時(shí)間尺度SRI的相關(guān)系數(shù)

圖5（a）為窟野河流域1～24個(gè)月時(shí)間尺度SPI與1個(gè)月時(shí)間尺度SRI相關(guān)系數(shù)，可以得到氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間：春季為8個(gè)月，夏季為2個(gè)月，秋季為3個(gè)月，冬季為5個(gè)月?？咭昂恿饔虼憾靖珊祩鞑ネ瑯虞^長(zhǎng)，與該流域封凍期長(zhǎng)達(dá)3個(gè)半月，平均封凍期87天[39]有關(guān)。圖5（b）可以得到沁河流域氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間：春季為7個(gè)月，夏季為4個(gè)月，秋季為8個(gè)月，冬季為8個(gè)月。從圖3、圖4中可以得到無定河、窟野河和沁河流域氣象干旱向水文干旱的年傳播時(shí)間為5～7個(gè)月。Wu等[22]的研究中這些流域氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間在6～8個(gè)月之間，兩者的結(jié)果相近。

3.4 不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱的傳播動(dòng)態(tài)變化為了更好地分析氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間在時(shí)間上的動(dòng)態(tài)變化，揭示傳播時(shí)間的規(guī)律，采用21年滑動(dòng)窗口計(jì)算傳播時(shí)間序列，對(duì)序列進(jìn)行M-K趨勢(shì)分析（表3）。以U>0和U<0分別表示傳播時(shí)間呈現(xiàn)變慢和加快的趨勢(shì)。從表3可以看到研究區(qū)域大多呈現(xiàn)傳播時(shí)間加快的趨勢(shì)。無定河流域春秋季變化不明顯，夏冬季顯著加快；沁河流域四季傳播時(shí)間均呈現(xiàn)顯著加快的趨勢(shì)；窟野河除秋季傳播時(shí)間顯著變慢外，其他季節(jié)變化不顯著。傳播時(shí)間呈現(xiàn)加快的趨勢(shì)，說明徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間減少，加快水文循環(huán)的進(jìn)程，水循環(huán)速率呈加快趨勢(shì)。

表3 無定河、窟野河、沁河流域不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱傳播時(shí)間M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)U值

春冬季溫度升高，融雪速率加快，導(dǎo)致徑流對(duì)降水的響應(yīng)加快；降水的增加，會(huì)直接加快徑流的響應(yīng)速率；干旱頻率增大會(huì)對(duì)傳播時(shí)間造成加劇的影響?；诖耍狙芯繉?duì)不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱傳播時(shí)間驅(qū)動(dòng)力及其物理機(jī)制進(jìn)行探討。

3.5 氣象、下墊面因素對(duì)不同季節(jié)傳播時(shí)間的驅(qū)動(dòng)力分析在干旱傳播過程中，氣象干旱向水文干旱的傳播會(huì)受到不同因素的影響，不同因素在不同季節(jié)的影響也不同。其中氣象因子、下墊面因子的影響最為直接，它們的變化會(huì)直接影響降水、徑流的變化，進(jìn)而影響干旱的傳播進(jìn)程。表4—6通過計(jì)算無定河、窟野河、沁河流域不同季節(jié)傳播時(shí)間和氣象因子、下墊面條件的相關(guān)系數(shù)及M-K趨勢(shì)，探究物理影響機(jī)制。

表4 無定河流域不同季節(jié)傳播時(shí)間與影響因子的相關(guān)性和M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)

表4可以看到，不同季節(jié)傳播時(shí)間的影響因素有較明顯的差異，且各因素的變化在不同季節(jié)也不同，這里主要分析傳播時(shí)間發(fā)生明顯變化（顯著性水平超過95%）的季節(jié)。對(duì)無定河流域夏季氣象干旱向水文干旱傳播時(shí)間影響較高的有氣溫、降水因子，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。夏季降水居多，對(duì)徑流的補(bǔ)充主要來源于降水，降水的顯著增長(zhǎng)，能最直接的導(dǎo)致徑流增多，徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間加快；氣溫增加一般與降水的增加密不可分，促使徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間加快。各影響因素與冬季傳播時(shí)間相關(guān)系數(shù)普遍較高，冬季降水較少，氣溫較低，易形成封凍期，徑流的補(bǔ)充主要來源地下水、基流的補(bǔ)充，氣溫的升高，使封凍期時(shí)長(zhǎng)減短，徑流的響應(yīng)時(shí)間加快；而潛在蒸散發(fā)能力的增加和土壤濕度的較少，使降水更快補(bǔ)充到地下水，從而進(jìn)入徑流，徑流的響應(yīng)時(shí)間加快。

表5中，窟野河流域秋季傳播時(shí)間呈現(xiàn)顯著變慢的趨勢(shì)，降水作為徑流的主要來源，呈現(xiàn)顯著減少的趨勢(shì)，導(dǎo)致徑流的響應(yīng)時(shí)間增加，呈變慢的趨勢(shì)；潛在蒸散發(fā)的增加和土壤濕度的減少，使降水落入地面后，更多的補(bǔ)充土壤，彌補(bǔ)蒸發(fā)，對(duì)于徑流的補(bǔ)充時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間變慢。3.1節(jié)和3.2節(jié)中無定河流域和窟野河流域的研究結(jié)果具有一定的相似性，這與它們地理位置較近有關(guān)，但是對(duì)于傳播時(shí)間的變化，卻存在顯著區(qū)別，無定河流域不同季節(jié)氣象干旱向水文干旱的傳播呈現(xiàn)加快的趨勢(shì)，而窟野河流域大多氣象干旱向水文干旱的傳播呈現(xiàn)減慢的趨勢(shì)，不同的原因其一是由于窟野河流域內(nèi)豐富的煤炭資源，煤炭的開采對(duì)徑流造成了重要影響[40]，其二是窟野河流域內(nèi)建有中小型水庫和淤地壩[41]，涂新軍等[42]得到流域水庫的徑流調(diào)節(jié)作用緩解水文干旱效果明顯。黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，易受到人類活動(dòng)的影響[43-44]。灌區(qū)、植樹造林等人類活動(dòng)對(duì)徑流都造成了影響，促使窟野河流域徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間變慢。

表5 窟野河流域不同季節(jié)傳播時(shí)間與影響因子的相關(guān)性和M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)

表6 沁河流域不同季節(jié)傳播時(shí)間與影響因子的相關(guān)性和MK趨勢(shì)檢驗(yàn)

沁河流域因子在不同季節(jié)的變化大多相同。春夏冬季節(jié)降水的顯著增大，對(duì)徑流的補(bǔ)充時(shí)間加快，徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間加快；夏秋冬季節(jié)潛在蒸散發(fā)的顯著減少趨勢(shì)，說明土壤蒸發(fā)能力呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，土壤需水量降低，致使降水能更多更快的補(bǔ)充徑流，徑流對(duì)降水的響應(yīng)時(shí)間減慢。

無定河，沁河流域干旱傳播時(shí)間趨勢(shì)整體呈下降的趨勢(shì)，但在變化的過程中，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，發(fā)生在1992年前后。傳播時(shí)間的計(jì)算采用的是21年滑動(dòng)窗口的方法，1992年的傳播時(shí)間是通過1982—2002年的降水徑流數(shù)據(jù)計(jì)算得到。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)末，黃土高原流域開展了大規(guī)模的水土保持治理工作。因此，本研究選取無定河流域探究水土保持措施對(duì)干旱傳播的影響。

無定河流域氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間呈圖6中黑色虛線箭頭所示的下降趨勢(shì)，但在1992年以前傳播時(shí)間在7個(gè)月上下浮動(dòng)，1992年以后在4個(gè)月上下浮動(dòng)。1992年的傳播時(shí)間是1982—2000年降水徑流序列計(jì)算所得。無定河流域從1950年開始水土保持工作，初期范圍不大，直至1980年代無定河流域成為國家重點(diǎn)治理區(qū)，開始大范圍治理工作[45]。1980年以后，無定河流域徑流呈減少趨勢(shì)中，人類活動(dòng)一直占據(jù)65%以上的影響，水土保持治理措施是導(dǎo)致流域徑流減少的重要原因[46]。大規(guī)模的水土保持措施（梯田建設(shè)、植樹造林、小流域綜合治理等）改變了流域產(chǎn)流過程、水資源空間分布，進(jìn)而加劇了流域的水文干旱化趨勢(shì)。這些工程措施在雨季攔截洪峰，水庫蓄水，旱季用于灌溉等其它用途，影響徑流[47]。植樹造林等非工程措施增大了流域蒸發(fā)，流域徑流減少。徑流的減少，導(dǎo)致在氣象發(fā)生干旱的情況下，徑流由于大范圍的損耗，無法長(zhǎng)時(shí)間維持正常蓄水量，加速了水文干旱的發(fā)生，響應(yīng)時(shí)間急劇減小，1980年以后的傳播時(shí)間出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折。

圖6 無定河流域1978—2000年氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間

4 結(jié)論

本研究分析黃土高原氣象干旱和水文干旱時(shí)程變化特征，計(jì)算氣象干旱向水文干旱的靜態(tài)季節(jié)傳播時(shí)間，并分析其動(dòng)態(tài)變化，探討影響季節(jié)傳播時(shí)間的主要因子及物理機(jī)制，得到以下主要結(jié)論：（1）無定河、窟野河和沁河流域降水序列變化不明顯，徑流量有顯著減少的趨勢(shì)；不同季節(jié)水文干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)有一定的滯后。（2）無定河、窟野河和沁河流域春季氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間為7～8個(gè)月，夏季氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間為2～4個(gè)月，秋季氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間為3～8個(gè)月，冬季氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間為5～8個(gè)月。無定河、沁河流域四季氣象干旱向水文干旱的傳播呈加快的趨勢(shì)；窟野河流域春季氣象干旱向水文干旱的傳播呈現(xiàn)加快的趨勢(shì)，夏、秋、冬季氣象干旱向水文干旱的傳播呈變慢的趨勢(shì)。（3）不同季節(jié)下的傳播時(shí)間，主要影響因素不同。無定河流域傳播時(shí)間的顯著變化主要與降水和氣溫的變化有關(guān)；窟野河流域主要與人類活動(dòng)有關(guān)；沁河流域與潛在蒸散發(fā)、氣溫、降水、土壤濕度關(guān)系密切。

總之，有些流域部分季節(jié)傳播時(shí)間呈現(xiàn)變快的趨勢(shì)，水文干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)變快，意味著建立基于氣象干旱的水文干旱早期預(yù)警系統(tǒng)的迫切性增強(qiáng)。值得一提的是，傳播時(shí)間的變化是更多因素的綜合影響，包括植被、風(fēng)速、植樹造林和大型水庫等人類活動(dòng)等，在以后的研究中可以從其它角度考慮，探討水文干旱對(duì)氣象干旱的響應(yīng)。