粟曉玲，姜田亮，牛紀(jì)蘋

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

全球變暖加劇了水循環(huán)過程，導(dǎo)致極端氣候事件頻發(fā)。干旱是一種極端氣候現(xiàn)象，由降水不足引起的氣象干旱隨著時(shí)間的推移演變?yōu)檗r(nóng)業(yè)干旱和水文干旱，導(dǎo)致流入濕地和地下含水層的水量減少，加上干旱期人類需水的增加，進(jìn)一步加劇了干旱程度，使得生態(tài)系統(tǒng)可獲得的水量進(jìn)一步減少，進(jìn)而改變水文生態(tài)過程，并以各種形式影響水域和陸地生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)生生態(tài)干旱，出現(xiàn)水量減少、流速降低、水域面積縮減、污染物形成遷移規(guī)律改變、水體連通性降低、生物量減少和物種多樣性降低等水域生態(tài)惡化現(xiàn)象[1]。在極端干旱條件下，甚至出現(xiàn)水生生物空間分布特征改變、繁殖能力下降、種群規(guī)模減小等生態(tài)后果[2]。干旱對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的植物生理生態(tài)過程、生物地球化學(xué)循環(huán)、結(jié)構(gòu)和功能、生物多樣性等產(chǎn)生顯著的影響[3]，引起野生動(dòng)物生境破壞、森林火災(zāi)、土壤侵蝕、植被脅迫，導(dǎo)致依賴生態(tài)系統(tǒng)提供資源和服務(wù)的人類社會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)。

21世紀(jì)的干旱具有溫度高、時(shí)間長、范圍廣等特點(diǎn)，增加了生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和生態(tài)損失。如，澳大利亞2002—2010年的1 000年一遇干旱對(duì)Murray-Darling地區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)提供的關(guān)鍵服務(wù)造成了超過8億澳元的生態(tài)損失[4]；亞馬遜地區(qū)2010年發(fā)生的極端干旱事件，導(dǎo)致該區(qū)熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)碳凈損失約2.2 Pg(1 Pg=1015g)，幾乎占全球森林生態(tài)系統(tǒng)1 a的凈碳吸收量[3]；美國加州2012—2015年的1 000年一遇干旱導(dǎo)致大面積針葉林死亡[5]。我國西北地區(qū)氣候總體呈現(xiàn)暖濕化趨勢(shì)，但空間差異較大，西部降水增多，東部降水相對(duì)減少，干旱缺水導(dǎo)致植被退化、土地荒漠化，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，如，祁連山21世紀(jì)以來林地面積相比20世紀(jì)50年代減少近50%[6]，新疆荒漠植被退化嚴(yán)重，塔里木河兩岸原有的53萬hm2胡楊林只剩不到8.48萬hm2[7]。Yao等[8]基于標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI)評(píng)估預(yù)測(cè)2011—2100年在RCP 4.5和RCP 8.5情景下西北地區(qū)將發(fā)生更加嚴(yán)重和頻繁的干旱。

人類難以影響降雨模式，但通過監(jiān)測(cè)生態(tài)干旱時(shí)空演變過程，可以調(diào)整水土資源管理策略，從而緩解或減輕干旱損失[9]。因此，開展生態(tài)干旱的監(jiān)測(cè)方法及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制和脆弱性評(píng)估方法的研究，有助于更好地認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)生態(tài)干旱，并采取適當(dāng)?shù)恼叽胧?yīng)對(duì)干旱，為降低日益增加的生態(tài)干旱風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)施生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)支撐。本文分析生態(tài)干旱的研究背景及概念框架，重點(diǎn)闡述生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及生態(tài)干旱的脆弱性評(píng)估方法等的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，旨在促進(jìn)生態(tài)干旱研究。

1 生態(tài)干旱的定義及概念框架

以往的干旱管理多以人類為中心，圍繞干旱的水文影響、農(nóng)業(yè)影響及社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響展開，但對(duì)干旱的生態(tài)影響關(guān)注較少。隨著干旱頻率的增加和干旱程度的加劇，干旱對(duì)人類社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)不利影響的增加，越來越多的生態(tài)學(xué)家開始關(guān)注干旱的生態(tài)效應(yīng)，如樹木死亡、養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)等[4]。

在國內(nèi)，生態(tài)干旱研究主要以濕地為研究對(duì)象[10-12]。牛文娟等[13]最早引入生態(tài)干旱概念，初步探討了干旱對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。國際上，關(guān)于干旱的生態(tài)影響研究較多[14]，但對(duì)生態(tài)干旱明確定義的文獻(xiàn)很少。2016年美國人與自然合作組織(SNAPP)成立的生態(tài)干旱工作組(Ecological Drought Working Group)定義生態(tài)干旱是“由自然或人類管理引發(fā)的周期性供水不足導(dǎo)致植被正常生長發(fā)育的水文氣象條件發(fā)生變化，使受水分脅迫的植被與其生存的土壤環(huán)境構(gòu)成旱生環(huán)境，進(jìn)而反饋至其他系統(tǒng)的綜合復(fù)雜過程”[15]。該定義強(qiáng)調(diào)了干旱對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。Crausbay等[16]認(rèn)為，為了應(yīng)對(duì)21世紀(jì)的干旱風(fēng)險(xiǎn)，需要定義新的干旱類型，當(dāng)可獲得的水低于關(guān)鍵閾值時(shí)，強(qiáng)調(diào)持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)及其提供的關(guān)鍵服務(wù)對(duì)人類社會(huì)的重要價(jià)值，集成生態(tài)、氣候、水文等多維干旱，定義生態(tài)干旱為“一種間歇性的供水不足，并導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)超過其脆弱性閾值，影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并在自然和/或人類系統(tǒng)中觸發(fā)反饋”。該定義不僅適用于陸地生態(tài)系統(tǒng)，也適用于淡水生態(tài)系統(tǒng)，但沒有考慮在缺水加劇期間生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的全部響應(yīng)。這種僅根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的反饋定義生態(tài)干旱，會(huì)導(dǎo)致某些干旱信息丟失，如高度耐旱或抗旱的生態(tài)系統(tǒng)可能對(duì)干旱反映并不敏感。Munson等[17]認(rèn)為，理想的生態(tài)干旱定義應(yīng)考慮生態(tài)系統(tǒng)對(duì)干旱強(qiáng)度變化的敏感性，以及不同層次生物的響應(yīng)，且能夠在多時(shí)空尺度上進(jìn)行生態(tài)推斷，因此定義為“一種可獲得的水量短缺，并導(dǎo)致生物或生態(tài)系統(tǒng)的性能偏離其上限”。該定義的核心是可獲得的水量指標(biāo)與生物或生態(tài)系統(tǒng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系。生物的性能包括生長、生存和繁殖力，它會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的性能，如生產(chǎn)力、能量和物質(zhì)的循環(huán)。

筆者認(rèn)為，生態(tài)干旱的定義應(yīng)能識(shí)別生態(tài)學(xué)意義上的缺水條件以及缺水導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)反饋兩個(gè)方面，因此定義生態(tài)干旱是“由自然與人類活動(dòng)引發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)可獲得的水量低于其需水閾值，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)超過脆弱性閾值，影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并在自然和/或人類系統(tǒng)中觸發(fā)反饋”。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類通過生態(tài)系統(tǒng)的各種服務(wù)功能直接或間接得到的產(chǎn)品和服務(wù)[18]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的環(huán)境條件與效用[19]。

Crausbay等[16]進(jìn)一步提出了生態(tài)干旱的概念框架(圖1)是由脆弱性組分(暴露性+敏感性+影響性)和人類與自然因素的連續(xù)統(tǒng)一體2個(gè)維度構(gòu)成。這個(gè)框架有助于生態(tài)干旱研究者和決策者理解：人類和自然作為生態(tài)系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動(dòng)因素產(chǎn)生作用;生態(tài)干旱的影響通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)轉(zhuǎn)移到人類社會(huì)；這些生態(tài)及其服務(wù)的影響又將反饋給自然和人類系統(tǒng)。

圖1 生態(tài)干旱概念框架

生態(tài)干旱的研究，主要圍繞生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)、生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)干旱的脆弱性評(píng)估來開展。

2 研究進(jìn)展

2.1 生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)研究

建立干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)是量化干旱及其影響程度的重要手段[20]，合理構(gòu)建干旱監(jiān)測(cè)指標(biāo)是及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)生態(tài)干旱的前提。Park等[21]提出了“在哪監(jiān)測(cè)(where)、監(jiān)測(cè)什么(what)、如何監(jiān)測(cè)(how)”的生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)框架。Where指在陸地(森林、土壤、植被)與水域(河流、濕地、湖泊、河口)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；What明確了檢測(cè)對(duì)象，包括陸地生態(tài)系統(tǒng)的植被狀況、土壤污染和野火，水域生態(tài)系統(tǒng)中的魚類棲息地和水質(zhì)；How強(qiáng)調(diào)生態(tài)干旱的閾值，包括嚴(yán)重程度監(jiān)測(cè)、脆弱性評(píng)價(jià)及影響評(píng)價(jià)三方面。

關(guān)于水域生態(tài)系統(tǒng)的干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估研究不多，國內(nèi)主要圍繞濕地依據(jù)水位構(gòu)建生態(tài)干旱指標(biāo)，如馬寨璞等[10]依據(jù)水位確定生態(tài)干旱臨界點(diǎn)，監(jiān)測(cè)白洋淀的生態(tài)干旱；張麗麗等[11]通過構(gòu)建生態(tài)水位隸屬函數(shù)來描述白洋淀生態(tài)干旱；侯軍等[12]利用濕地水量平衡關(guān)系，選取濕地最小生態(tài)水位作為呼倫湖濕地生態(tài)干旱指示指標(biāo)。近年來國際上開始重視河流水域生態(tài)干旱研究，圍繞生態(tài)干旱的影響、水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等開展研究，如Mcevoy等[22]利用生態(tài)干旱概念框架分析了美國蒙大拿州西南部的5個(gè)流域尺度干旱規(guī)劃，評(píng)價(jià)干旱的生態(tài)影響；Kim等[23]通過應(yīng)用非參數(shù)核密度估計(jì)和假設(shè)極端干旱后河流水質(zhì)超過水質(zhì)目標(biāo)的概率，對(duì)生態(tài)干旱引起的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量評(píng)估。也有研究依據(jù)生態(tài)流量建立生態(tài)干旱指標(biāo)，如Park等[21]建立了以河流生態(tài)流量和最小流量為雙閾值的生態(tài)干旱指標(biāo)，評(píng)估加姆河生態(tài)系統(tǒng)可能發(fā)生的生態(tài)干旱程度，并提出了監(jiān)測(cè)和預(yù)警生態(tài)干旱的方法。

對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)，通常采用基于遙感的植被指數(shù)表征植被受旱狀況，如溫度植被干旱指數(shù)(temperature vegetation dryness index， TVDI)[24]、歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index， NDVI)[25]、增強(qiáng)型植被指數(shù)(enhanced vegetation index， EVI)[26]、植被條件指數(shù)(vegetation condition index， VCI)[27]、植被供水指數(shù)(vegetation supply water index, VSWI)[28]等。這些植被指數(shù)能間接反映干旱對(duì)植被的影響和植被耗水情況，但不能直接反映生態(tài)干旱過程中可獲得的水與需水之間平衡關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化，在人類對(duì)水資源系統(tǒng)具有很大調(diào)節(jié)能力的背景下，難以結(jié)合實(shí)際缺水狀況開展有效的干旱管理，如開展干旱預(yù)警和抗旱減災(zāi)工作。

2.2 氣象要素對(duì)生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

氣象要素的變化對(duì)植被的分布和生長有重要的影響，因此，理解植被對(duì)氣象要素的響應(yīng)至關(guān)重要，是明晰氣象要素與生態(tài)干旱之間聯(lián)系的基礎(chǔ)。溫度和降水是影響植被生長最重要的氣象因素。Xu等[29]發(fā)現(xiàn)亞歐大陸中部植被生長取決于春季溫度的快速升高，生長季和夏季植被的生長主要由降水驅(qū)動(dòng)；在溫帶干旱地區(qū)，盡管降水增加，但一些地區(qū)響應(yīng)氣候變化的植被變化可能會(huì)減弱降水增加的影響，導(dǎo)致更多的生態(tài)干旱風(fēng)險(xiǎn)[30]。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，一些學(xué)者利用NDVI、凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary production， NPP)和作物水分利用效率(water use efficiency， WUE)等表征植被生長狀態(tài)和活力指標(biāo)，分析生態(tài)植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)。如Chu等[31]研究表明，黑龍江東北部生長季NDVI主要受降水的調(diào)節(jié)，氣溫是影響春季植被生長的主導(dǎo)因子，而秋季NDVI與降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；Jhaa等[32]以NDVI表征植被干旱指數(shù)，采用基于Copula的多變量概率模型描述印度各地在溫度、降水和土壤含水量變化下發(fā)生植被干旱的可能性；相較于NDVI，NPP對(duì)氣候變化的響應(yīng)更為敏感，如我國華北地區(qū)農(nóng)牧交錯(cuò)帶影響NPP的主要因子是年降水量[33]；Lu等[34]利用MODIS GPP產(chǎn)品和估算的ET對(duì)美國2004—2005年的生態(tài)系統(tǒng)WUE進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)WUE在干旱強(qiáng)度中等時(shí)增加，在嚴(yán)重干旱條件下則呈下降趨勢(shì)。

近年來，一些學(xué)者結(jié)合植被指數(shù)探討氣象干旱對(duì)植被的影響，如Vicente-Serrano等[35]通過分析世界范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(standardized precipitation evapotranspiration index， SPEI)和植被指數(shù)、年輪數(shù)據(jù)及NPP的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，持續(xù)的水分虧缺決定了陸地植被群落對(duì)干旱響應(yīng)的敏感性，氣象干旱對(duì)旱區(qū)植被的影響更加顯著；Zhang等[36]研究表明中國大部分地區(qū)NDVI與SPEI呈顯著正相關(guān)關(guān)系，即植被的分布與水資源可利用量的時(shí)空特點(diǎn)密切相關(guān)；張更喜等[37]基于中國的改進(jìn)帕爾默干旱指數(shù)(scPDSI)與NDVI數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)草地對(duì)干旱的響應(yīng)最敏感，其次是林地和耕地。

上述研究主要以NDVI中氣象要素或氣象干旱指數(shù)的相關(guān)關(guān)系為研究內(nèi)容，研究方法常用線性相關(guān)或多元回歸建立生態(tài)植被與氣象要素或氣象干旱之間的關(guān)系。對(duì)時(shí)空尺度上氣象干旱驅(qū)動(dòng)生態(tài)干旱的機(jī)制研究較少，難以揭示生態(tài)干旱與氣象干旱之間的響應(yīng)關(guān)系。植被干旱是一種比氣象干旱更為復(fù)雜的現(xiàn)象，從聯(lián)合似然的角度建立生態(tài)干旱-氣候要素或氣象干旱之間的相互作用模型更為合適[32]。

2.3 地下水對(duì)生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

干旱地區(qū)降雨稀少，地下水是植被生長的主要水源。在干旱期，降水減少、蒸發(fā)潛力增加、缺水導(dǎo)致地下水的開采增加，使得地下水采補(bǔ)失衡，地下水位下降，依賴地下水生長的植被缺水，發(fā)生生態(tài)干旱。在生態(tài)植被對(duì)地下水的響應(yīng)關(guān)系研究方面，主要集中于植被生長與地下水埋深之間的關(guān)系研究。如Hao等[38]發(fā)現(xiàn)地下水埋深過淺或過深都會(huì)對(duì)塔里木河中下游地區(qū)植被生長及植被分布產(chǎn)生影響，在地下水埋深為2～4 m時(shí)植被種類豐富度達(dá)到最大；Chen等[39]認(rèn)為在塔里木河下游地區(qū)，地下水埋深大于 6 m 對(duì)植被生長便不再產(chǎn)生影響。近年來，一些學(xué)者探討了植被指數(shù)與地下水埋深的關(guān)系，如Lyu等[40]研究發(fā)現(xiàn)沙地植被指數(shù)總體上隨地下水埋深的增加而減??；王旭升等[41]研究發(fā)現(xiàn)，銀川平原和內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗盆地的NDVI隨地下水埋深的增加而減小，地下水埋深主要影響NDVI的均值和峰值；齊蕊等[42]建立了鄂爾多斯高原增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)對(duì)地下水埋深與干旱指數(shù)雙因素的聯(lián)合響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明干旱指數(shù)和地下水埋深的增大都會(huì)導(dǎo)致植被指數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)值減小，干旱指數(shù)介于 3～5時(shí)，地下水埋深對(duì)植被指數(shù)的影響比較顯著，且地下水埋深介于1～3 m最利于高蓋度植被的出現(xiàn)，地下水顯著影響植被分布的臨界埋深約7 m。Phiri等[43]分析了NDVI和地下水?dāng)?shù)據(jù)的時(shí)間序列，得出南非Gauteng省草地的NDVI對(duì)地下水埋深變化的響應(yīng)存在1個(gè)月的時(shí)滯，灌木時(shí)滯為2個(gè)月。Zhang等[44]基于信息熵建立了NDVI與地下水埋深之間的非線性關(guān)系。

由于地下水干旱是近幾年提出的新的干旱類型，關(guān)于地下水干旱與生態(tài)干旱之間的關(guān)系尚未見報(bào)道，相關(guān)研究還處于探索階段。隨著地下水干旱研究的發(fā)展，在干旱區(qū)探討生態(tài)干旱對(duì)氣象干旱和地下水干旱的響應(yīng)關(guān)系，可以更好地理解生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為生態(tài)干旱的預(yù)警提供依據(jù)。

2.4 生態(tài)干旱脆弱性評(píng)估研究

Turner等[45]認(rèn)為脆弱性是系統(tǒng)暴露于災(zāi)害并受到影響的可能性，包括暴露性、敏感性及恢復(fù)能力。政府間氣候變化專門委員會(huì)將脆弱性定義為“系統(tǒng)受到不良影響的傾向，是不同歷史、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、文化、組織、自然資源和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果”[46]。干旱是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象，不同地區(qū)不同部門對(duì)干旱脆弱性程度的定義主要取決于其缺水情況、現(xiàn)有的水資源管理政策框架及其執(zhí)行情況。Oikonomou等[47]將降水模式、供需趨勢(shì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景作為干旱脆弱性的關(guān)鍵因素，提出了標(biāo)準(zhǔn)化干旱脆弱性指數(shù)(standardized drought vulnerability index，SDVI)，并結(jié)合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星監(jiān)測(cè)遙感反演的數(shù)據(jù)來改進(jìn)研究結(jié)果，以彌補(bǔ)干旱相關(guān)信息的匱乏，同時(shí)有助于突破以往脆弱性概念在時(shí)間和空間傳播上的局限。

生態(tài)干旱脆弱性由生態(tài)系統(tǒng)的暴露性、敏感性以及對(duì)水量減少的適應(yīng)性所確定。生態(tài)干旱脆弱性評(píng)估是控制和緩解干旱的重要環(huán)節(jié)。Crausbay等[16]建立了生態(tài)干旱脆弱性研究框架，以突出人類和自然系統(tǒng)緩解或適應(yīng)干旱的能力，以及干旱對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響。生態(tài)干旱脆弱性評(píng)估有分為半結(jié)構(gòu)化訪談和脆弱性指數(shù)兩種途徑。如Raheem等[48]使用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的通用國際分類和半結(jié)構(gòu)化訪談相結(jié)合的方法評(píng)估生態(tài)干旱脆弱性；Jordaan等[49]在對(duì)南非東開普省農(nóng)戶調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用生態(tài)脆弱性指數(shù)評(píng)估了該地區(qū)生態(tài)干旱脆弱性，結(jié)果表明，氣候與生態(tài)脆弱性之間并沒有必然的聯(lián)系，高降水量地區(qū)干旱的生態(tài)脆弱性較高，這是由于供水規(guī)劃和管理、放牧方式和土地管理不善導(dǎo)致了嚴(yán)重的土地退化。

在生態(tài)干旱脆弱性指數(shù)構(gòu)建方面，主要通過標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(standardized precipitation index， SPI)分析暴露性[47]，基于加權(quán)的氣象、生態(tài)、高程等指標(biāo)分析敏感性，較少反應(yīng)不同類別植被的暴露性特點(diǎn)，以及不同植被對(duì)干旱適應(yīng)能力的臨界點(diǎn)，另外脆弱性指數(shù)很少考慮生態(tài)干旱的影響性，因此，本文參考區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)論的評(píng)判方法，用植被在干旱狀態(tài)下的暴露性、敏感性及影響性來描述生態(tài)干旱脆弱性(圖2)。其中，暴露性是指一定氣候條件下干旱可能發(fā)生地區(qū)群落的自然特征，如植被種類、蓋度；敏感性指在一定氣象水文條件影響下，特定區(qū)域自然植被對(duì)干旱響應(yīng)的強(qiáng)烈程度，表現(xiàn)為不同植被抵御和適應(yīng)干旱影響的能力；影響性是指一定氣候特征下，生態(tài)干旱對(duì)自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成的損失大小。根據(jù)不同的生態(tài)系統(tǒng)分類，可進(jìn)一步探討暴露性、敏感性及影響性等脆弱性指數(shù)的定量描述方法，以及生態(tài)干旱脆弱性的綜合評(píng)價(jià)方法。

圖2 生態(tài)干旱脆弱性組成

總之，與氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱相比，表征生態(tài)干旱的指標(biāo)更多，不僅包括衛(wèi)星遙感資料反演的植被指數(shù)、植被覆蓋度、植被NPP、積雪面積、水庫水面面積等，還包括地面觀測(cè)的河川徑流、地下水位、沙丘移動(dòng)速度等指標(biāo)。在干旱地區(qū)，地下水是生態(tài)植被的主要水源，氣象干旱和地下水干旱是生態(tài)干旱形成和演變的驅(qū)動(dòng)因素，它們之間的關(guān)系更加復(fù)雜。然而有關(guān)生態(tài)干旱的監(jiān)測(cè)評(píng)估方法以及生態(tài)干旱對(duì)其他干旱的反饋機(jī)理尚不明確[13]，生態(tài)干旱脆弱性的評(píng)估方法也有待深入研究。

3 研究展望

關(guān)于生態(tài)干旱指數(shù)的構(gòu)建、氣象干旱和地下水干旱對(duì)生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及生態(tài)干旱的脆弱性評(píng)估、預(yù)測(cè)方法等將是未來生態(tài)干旱研究的主要內(nèi)容。

3.1 生態(tài)干旱指數(shù)的構(gòu)建與評(píng)估方法研究

構(gòu)建合適的干旱指數(shù)，是準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)、評(píng)估以及研究干旱的基礎(chǔ)[50]。基于遙感數(shù)據(jù)反演的植被指數(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)估生態(tài)干旱，反映了植被對(duì)干旱的響應(yīng)，不能直接描述不同植被水分虧缺的實(shí)際動(dòng)態(tài)。對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)，與農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)的構(gòu)建方法類似，構(gòu)建既能反映氣象水文條件，也能反映植被生長狀態(tài)的基于植被缺水動(dòng)態(tài)的干旱指數(shù)，可以監(jiān)測(cè)生態(tài)干旱的形成演變過程。同時(shí)受限于生態(tài)植被生長、耗水等觀測(cè)數(shù)據(jù)的匱乏，基于多源遙感反演數(shù)據(jù)，構(gòu)建反應(yīng)氣象、水文、生態(tài)植被等多變量的綜合生態(tài)干旱指數(shù)也是發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于水域生態(tài)系統(tǒng)，可結(jié)合已有的生態(tài)需水研究成果，以及標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)(如SPI、SPEI[51])的構(gòu)建方法，探索水域系統(tǒng)生態(tài)干旱指數(shù)的構(gòu)建方法，并探討生態(tài)干旱指數(shù)適用性的評(píng)估方法。

3.2 氣象干旱和地下水干旱對(duì)生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

水文循環(huán)過程的不同環(huán)節(jié)失衡，會(huì)導(dǎo)致不同類型的干旱，因此需要從流域或區(qū)域水文過程系統(tǒng)認(rèn)識(shí)生態(tài)干旱的形成和驅(qū)動(dòng)機(jī)制?，F(xiàn)有的生態(tài)干旱評(píng)估方法多是依據(jù)干旱形成的某一因素(如氣象因素)或生態(tài)響應(yīng)狀態(tài)(如植被指數(shù))來判斷干旱的嚴(yán)重程度，缺乏物理機(jī)制研究,難以客觀描述干旱形成的過程，同時(shí)也難以預(yù)報(bào)未來的干旱程度。因此，基于生態(tài)水文過程模擬地下水和植被耗水的演變過程，識(shí)別氣象干旱、地下水干旱和生態(tài)干旱，探討氣象干旱和地下水干旱對(duì)生態(tài)干旱的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)機(jī)制，定量分析氣象干旱或地下水干旱單獨(dú)或聯(lián)合觸發(fā)生態(tài)干旱的閾值，以及不同程度的氣象干旱和地下水干旱發(fā)生生態(tài)干旱的概率，揭示生態(tài)干旱對(duì)氣象干旱和地下水干旱的時(shí)空響應(yīng)機(jī)制。

3.3 生態(tài)干旱的脆弱性評(píng)估方法及未來生態(tài)脆弱性預(yù)測(cè)研究

生態(tài)干旱影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，因此將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)干旱的影響相結(jié)合，探討生態(tài)干旱脆弱性指數(shù)(暴露性、敏感性及影響性)的定量描述方法，以及生態(tài)干旱脆弱性的綜合評(píng)價(jià)和分區(qū)方法，通過評(píng)估典型人類活動(dòng)(如植樹造林、灌溉)對(duì)生態(tài)干旱脆弱性的影響，識(shí)別干旱脅迫下的生態(tài)脆弱區(qū)，分析生態(tài)干旱脆弱性的空間變化特征，并預(yù)測(cè)未來不同氣候模式下的生態(tài)干旱脆弱性時(shí)空演變趨勢(shì)，為應(yīng)對(duì)氣候變化、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及降低生態(tài)干旱風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。