游 漫， 賀中華,2,3， 張 浪， 楊銘珂， 皮貴寧

(1.貴州師范大學地理與環(huán)境科學學院，貴陽 550001；2.貴州師范大學國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴陽 550001；3.貴州省山地資源與環(huán)境遙感應用重點實驗室，貴陽 550001)

干旱是全球常見且最具破壞性的自然災害，具有干旱歷時長、干旱烈度大、發(fā)生頻率高以及范圍廣等的特點，是威脅著人類生命安全及財產(chǎn)安全的自然災害。干旱阻礙農(nóng)作物生長和發(fā)展，農(nóng)作物收成降低。氣象干旱是其他干旱發(fā)生的基礎，是農(nóng)業(yè)干旱的外在驅(qū)動力，可見氣象干旱與農(nóng)業(yè)干旱具有較強的相關(guān)性。貴州地處南方喀斯特分布區(qū)，雖然受西南季風影響，降水豐富，但是卻受喀斯特作用的影響，常年缺水，干旱現(xiàn)象嚴重。因此，對貴州省氣象、農(nóng)業(yè)干旱特征及其二者之間的響應關(guān)系進行研究是十分必要的，可為農(nóng)業(yè)防旱抗旱工作提供參考。

干旱包括氣象、水文、農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟干旱4種，分別用降水、徑流、土壤水分以及社會發(fā)展用水的不足表示。已有研究表明，由于大氣降水、地表水和地下水在水循環(huán)中相互聯(lián)系，且氣象、水文和農(nóng)業(yè)干旱密切相關(guān)，因此，長期降水不足將引起土壤水分和徑流的異常，從而導致農(nóng)業(yè)干旱和水文干旱的發(fā)生。Xu等利用標準化降水指數(shù)(standardized precipitation index)和標準化土壤水指數(shù)(standardized soil moisture index)對氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱進行表征，通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生與氣象干旱的嚴重程度同步增加，在夏季農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應程度較高。羅綱等利用水分盈虧指數(shù)(crop water deficit index，CWDI)和相對濕潤度指數(shù)(relative moisture index，MI)研究淮河蚌埠閘以上地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱與氣象干旱關(guān)聯(lián)性發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)干旱較氣象干旱周期更長，頻率及強度更大，氣象干旱加劇農(nóng)業(yè)干旱旱情。Yao等利用小波分析研究農(nóng)業(yè)、水文和氣象干旱的周期性特征發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)干旱與氣象干旱的聯(lián)系性更強。賴力等利用最大相關(guān)系數(shù)法分析農(nóng)業(yè)干旱對不同時間尺度氣象干旱的響應，結(jié)果表明農(nóng)業(yè)干旱對3個月尺度的氣象干旱響應最靈敏。國內(nèi)外學者多利用標準化降水指數(shù)(SPI)、標準化降水蒸散指數(shù)(standardized precipitation evapotranspiration index)等指標表征氣象干旱；利用標準化土壤水分指數(shù)(SSI)、植被狀態(tài)指數(shù)(VCI)、水分盈虧指數(shù)(CWDI)等指標表征農(nóng)業(yè)干旱?；谙嚓P(guān)性分析、小波分析、構(gòu)建Copula模型等對不同地區(qū)進行定性和定量，以此來判別農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應。以上研究往往只注重響應時間，而忽略響應的嚴重程度，很少利用指標來定量表征農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應嚴重程度，且對2種干旱在不同下墊面之間的轉(zhuǎn)移概率研究較少。

貴州省作為喀斯特大省，流域介質(zhì)空間結(jié)構(gòu)復雜，因二元結(jié)構(gòu)地下存在特殊儲水空間，盡管降水豐富，農(nóng)業(yè)干旱現(xiàn)象仍較為嚴重。因此，本文以貴州省為研究對象，利用降水數(shù)據(jù)和土壤水分數(shù)據(jù)從季節(jié)的時空角度分析農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應，同時結(jié)合下墊面因子探討兩者的時空干旱特征以及轉(zhuǎn)移概率特征。主要研究目標有：(1)研究氣象、農(nóng)業(yè)干旱季節(jié)性的時空演變特征；(2)研究下墊面條件下農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應特征；(3)分析下墊面條件下農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應轉(zhuǎn)移概率關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

貴州是中國南方錐狀喀斯特類型的典型分布區(qū)，地處云貴高原向東部低山丘陵過渡的斜坡地帶，為四川盆地和廣西盆地之間一個強烈?guī)r溶化的高原山區(qū)(圖1)。地貌深受地質(zhì)構(gòu)造控制，切割強烈、高差明顯、以盆地、洼地和山谷為主，地形復雜，地表破碎，巖石裸露程度高。喀斯特地貌發(fā)育廣，占貴州省面積的73%。位于副熱帶東亞大陸季風區(qū)，受西南季風的影響，降水充足，年均降水量達1 100～1 300 mm，雨熱同期。由于地下二元結(jié)構(gòu)復雜，降雨在地表停留時間短，絕大部分滲入地下，地下溶洞、溶溝、地下河等發(fā)育，地下排水流暢，保水和持水能力弱。同時，貴州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要受制于“地”，因此研究貴州省氣象干旱對農(nóng)業(yè)干旱的影響是至關(guān)重要的。

圖1 研究區(qū)概況

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所使用的逐月數(shù)據(jù)資料為1980—2020年17個氣象站點的降水觀測數(shù)據(jù)與17個站點的地下土壤水分提取數(shù)據(jù)，共34個樣本站點數(shù)據(jù)。其中，氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(http：//data.cma.cn)，土壤水分數(shù)據(jù)來源于NASA全球陸地同化系統(tǒng)(GLDAS，Global Land Date Assimilation System)(https://disc.gsfc.nasa.gov/)的GLDAS_NOAHO25_M陸地表面模型數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.25°×0.25°,時間分辨率為1個月?？紤]到土壤水分數(shù)據(jù)比固定深度的根系土壤水分數(shù)據(jù)更適合于農(nóng)業(yè)干旱模擬，便選取土壤中0—100 cm土層最有效的部分植被根區(qū)水分。利用貴州省17個氣象站點借助ArcGIS軟件技術(shù)手段提取1980—2020年逐月土壤水分數(shù)據(jù)資料并進行數(shù)據(jù)預處理；其他數(shù)據(jù)包括貴州省地貌類型數(shù)據(jù)和地表切割深度數(shù)據(jù)等。

2.2 研究方法

2.2.1 干旱指數(shù)選取 標準化降水指數(shù)(SPI)計算方法是由mc Kee等提出，被廣泛用于氣象干旱監(jiān)測和分析指標，由不同時間尺度內(nèi)累積的降水數(shù)據(jù)計算得出，被世界氣象組織(WMO)接受為標準的干旱監(jiān)測指數(shù)，用于量化和預測全球干旱。SPI具體計算方法參照Mc Kee等和孫智輝等的方法。

標準化土壤水分指數(shù)(SSI)用于農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測與評估分析，其計算方法與SPI相似，符合伽馬分布，采用雙參數(shù)伽馬概率密度函數(shù)描述降水和土壤水分的頻率分布，計算公式為：

(1)

式中：()為gamma函數(shù)；為降水(土壤水分)累計，其中和為gamma的形狀和尺度參數(shù)。并根據(jù)國家氣象干旱等級標準(GB/T 20481—2206)，根據(jù)SPI、SSI值對干旱程度進行分級，見表1。

表1 SPI與SSI干旱程度等級劃分

2.2.2 干旱事件識別 本文通過游程理論識別干旱事件，主要用其來定量評估干旱烈度和干旱歷時2個特征變量，以此達到對貴州省農(nóng)業(yè)、氣象干旱特征選取。以計算出逐月的SPI和SSI值為基礎，根據(jù)干旱判別指標，當SPI/SSI<-0.5時，則判定發(fā)生干旱，干旱歷時即干旱持續(xù)時間，表示干旱從發(fā)生到結(jié)束的時間，干旱烈度為干旱歷時過程中SPI/SSI的累計值。本文參考相關(guān)研究，利用游程理論從SPI/SSI的時間序列中提取干旱歷時和干旱烈度2個干旱特征變量，并將時間序列中的小干旱事件進行合并和刪除。

2.2.3 傳播響應率 農(nóng)業(yè)干旱與氣象干旱之間的傳播百分比表示為響應率(，response rate index)，傳播百分比越高，農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱更為敏感，兩者間的響應越高，較低的百分比表示農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應關(guān)系弱(表2)。響應率計算公式為：

表2 傳播響應率與下墊面條件分級標準

(2)

式中：為響應率的百分比(%)；為響應氣象干旱事件的農(nóng)業(yè)干旱事件的次數(shù)；為記錄期間發(fā)生的氣象干旱事件次數(shù)。

2.2.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣又稱馬爾科夫鏈，農(nóng)業(yè)、氣象系列可以看作是馬爾科夫過程，一個離散時間的馬爾科夫鏈，,,,…,,其隨機過程具有馬爾科夫性質(zhì)，即將到來的狀態(tài)只取決于當前的狀態(tài)，不依賴于之前的狀態(tài)-1,-2,…,。設隨機序列{，=0,1,2，…，},的條件分布函數(shù)與在+1=+1條件下的條件分布函數(shù)相等，即：

(+1=+1|=,=,…,==(+1=+1|=)

(3)

設(=|=)=為狀態(tài)到狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率，則表示為轉(zhuǎn)移概率矩陣形式。

對于性質(zhì)1和性質(zhì)2，第二學段教材的正文，沒有明顯地呈現(xiàn)其相關(guān)應用，第三學段主要將其應用于證明和計算相關(guān)問題．

(4)

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)、氣象干旱特征分析

3.1.1 干旱特征時間分析 本文利用游程理論選取干旱歷時和干旱烈度2個變量特征，分析農(nóng)業(yè)、氣象干旱的年際和季節(jié)性干旱特征變化趨勢。圖2和圖3為1980—2020年農(nóng)業(yè)、氣象干旱年際及不同季節(jié)下干旱特征的變化。結(jié)果表明，在年際尺度上，SPI干旱歷時的年際變化短于SSI，SPI和SSI干旱歷時最長分別為7個月(2009年、2011年)和12個月(2005年)，SPI干旱烈度值小于SSI，值越小，則越干旱，兩者干旱烈度最小值分別為-7.68(2011年)和-19.03(2011年)。

圖2 氣象-農(nóng)業(yè)干旱歷時特征

圖3 氣象-農(nóng)業(yè)干旱烈度特征

在季尺度上，由圖2可知，2011年SPI春、夏季干旱歷時均達到3個月，而秋、冬季節(jié)分別在2009年，1995年發(fā)生3個月持續(xù)干旱。春季SSI在2012年干旱歷時達3個月，夏季(2003年、2005年、2011年、2018年)、秋季(1992年、2003年、2005年、2009年、2011年)和冬季(2007年、2009年、2011年)均在以上年份干旱歷時長于其他年。由圖3可知，SSI季節(jié)性干旱烈度變化比SPI顯著，SPI干旱烈度最大發(fā)生于2009年冬季，為-3.41；SSI干旱烈度最大發(fā)生在1987年夏季，為-7.32，達特旱等級，SSI季節(jié)性干旱烈度均大于SPI。綜上，貴州省在2000年后，干旱歷時長，干旱烈度增強。農(nóng)業(yè)干旱持續(xù)時間長于氣象干旱，干旱烈度也呈上升趨勢。這是由于貴州省具有特殊的喀斯特地貌，且貴州農(nóng)業(yè)干旱主要受制于“地”，降雨在地表流速快，滯留時間短，地下排水流暢，地下水不能補給土壤水；且貴州技術(shù)落后，經(jīng)濟條件差，對水資源開發(fā)利用少。因此，一旦發(fā)生氣象干旱，便會引發(fā)更大的農(nóng)業(yè)干旱。

3.1.2 干旱特征空間分析 為探究1980—2020年氣象、農(nóng)業(yè)干旱的干旱歷時空間變化特征，根據(jù)選取的17個站點，計算其年際和季節(jié)的干旱歷時，并利用ArcGIS軟件中的樣條函數(shù)插值法繪制SPI和SSI干旱歷時空間分布(圖4和圖5)。從氣象干旱年際和季節(jié)空間分布來看(圖4)，干旱歷時空間分布無顯著差異且變化比較單一。春、夏及秋季變化趨勢與年際變化(91.79～174.16個月)較一致，呈北部低而其他區(qū)域高的變化趨勢，且干旱歷時較長區(qū)域均處于黔西一帶。冬季干旱歷時分布差異較明顯，干旱歷時較長的區(qū)域位于貴陽、遵義地區(qū)西北部一帶。夏季(15.73～51.39個月)和冬季(17.63～50.21個月)干旱歷時相較于春季(12.52～46.13個月)和秋季(23.13～47.31個月)歷時較長。干旱歷時變化與降水季節(jié)性及貴州省特殊喀斯特地貌有關(guān)。

圖4 SPI干旱歷時空間分布

圖5 SSI干旱歷時空間分布

從圖5a可以看出，貴州省農(nóng)業(yè)干旱歷時從西北向東南變化趨勢呈“高-低-高-低”條帶狀分布，年際發(fā)生干旱的總歷時約為122.64～162.98個月，畢節(jié)與威寧是研究區(qū)內(nèi)干旱歷時最長的區(qū)域，而榕江、桐梓、盤縣、興義等區(qū)域干旱歷時相對較短。春季(圖5b)干旱歷時以西北部(畢節(jié)、威寧)、南部(望謨、羅甸)最長，中部(黔西、安順、貴陽等)次之，東北部(思南、三穗等)、西南部(興義)最短的空間變化特征，干旱歷時為25.19～43.01個月。夏季(圖5c)以北部(桐梓)、西部(盤縣)和東南部(榕江)干旱歷時較短，其他區(qū)域歷時長的變化特征，干旱歷時為23.27～41.15個月。秋、冬季節(jié)(圖5d、圖5e)干旱歷時分別為25.65～39.87個月和29.04～47.54個月，秋季呈自西向東“低-高-低-高”條帶狀變化趨勢、冬季呈“北高南低”變化趨勢。結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)干旱冬季干旱歷時相較于其他季節(jié)，干旱期較長，秋季干旱歷時較短。

干旱烈度即表示為在一定程度上反映干旱強弱。從圖6可以看出，SPI干旱烈度空間差異性相較于SSI較為明顯且復雜，年際干旱烈度在空間上無顯著差異，干旱烈度為-0.97～0.157，其中畢節(jié)地區(qū)未發(fā)生明顯氣象干旱，其他地區(qū)發(fā)生輕度干旱。春季和夏季干旱烈度分別為-1.128～-0.204，-1.161～-0.671，顯然，春季獨山、夏季湄潭地區(qū)達中旱等級。秋季自西北向東南呈“增強-減弱-增強”演變特征，其中威寧、獨山、榕江、三穗等區(qū)域干旱化態(tài)勢較強，干旱烈度為-1.159～-0.643，以輕旱為主。冬季干旱烈度自西南向東北呈遞減趨勢，為-1.267～-0.421，在盤縣達中旱等級，其他地區(qū)干旱化態(tài)勢較弱。從圖7可以看出，貴州省農(nóng)業(yè)干旱年際和季節(jié)干旱烈度空間分布特征無顯著差異。由年際(圖7a)變化來看，農(nóng)業(yè)干旱表現(xiàn)為東北部干旱化態(tài)勢強，其余地區(qū)態(tài)勢弱的變化特征，干旱烈度為-1.721～-0.726，以輕中旱為主。從季節(jié)上看，春季干旱烈度為-1.721～-0.725，干旱顯著發(fā)生在西南部的興義地區(qū)，干旱等級達重旱，而在桐梓、貴陽、望謨、羅甸、凱里等地區(qū)干旱化態(tài)勢較弱。夏季干旱化態(tài)勢自北向東南呈“增強-減弱-增強”變化趨勢，干旱烈度為-1.908～-0.961，北部和東南部以重旱為主，其余地區(qū)以輕中旱為主。秋季和冬季空間演變趨勢較其他季節(jié)更為顯著，干旱烈度均呈自東北向西南遷移，干旱化態(tài)勢變強，以中旱為主。

圖6 SPI干旱烈度空間分布

圖7 SSI干旱烈度空間分布

3.2 不同下墊面條件下農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應特征分析

3.2.1 不同地貌類型下農(nóng)業(yè)-氣象干旱響應特征 氣象、農(nóng)業(yè)干旱之間關(guān)系主要包括一場氣象干旱引發(fā)一場農(nóng)業(yè)干旱、一場氣象干旱引發(fā)多場農(nóng)業(yè)干旱、多場氣象干旱引發(fā)一場農(nóng)業(yè)干旱。氣象、農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生與下墊面有密切聯(lián)系，本文擬選取地貌類型和地表切割深度2個自然因素在空間上對氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱傳播響應程度進行分析，根據(jù)貴州省綜合地貌圖，將地貌類型劃分為6類(表2)。在不同地貌類型下，季節(jié)性的傳播響應程度的空間變化特征中春季(圖8a)農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱響應較高的區(qū)域在威寧西部地區(qū)，傳播響應率為80%～90%，地貌類型主要以半喀斯特低中山地貌為主，因半喀斯特低中山地區(qū)溶蝕-侵蝕作用強烈，其裂隙、孔隙大，易導致水資源枯竭，并且春季作物需水量大，導致土壤水分對降水增減非常敏感，尤其在海拔較高、坡度較大的區(qū)域，因此響應程度高。夏季(圖8b)傳播響應率呈自西向東遞增的變化趨勢，氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱傳播響應率最高的區(qū)域在貴陽、凱里一帶，其地貌類型以峰叢谷地為主，響應率為80%～90%，峰叢谷地以溶蝕作用為主，夏季雖降水充足，但地下溶洞、溶溝、地下河、節(jié)理裂隙發(fā)育，保水能力弱，農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應程度較高。秋季(圖8c)和冬季(圖8d)傳播響應率空間變化顯著且復雜，秋季響應高的區(qū)域位于望謨和獨山南部區(qū)域一帶，地貌類型以非喀斯特地貌為主，響應率為80%～90%，望謨、獨山一帶石漠化嚴重，土層薄，持水能力弱，秋季降水少，因而氣象干旱對農(nóng)業(yè)干旱傳播響應程度高。冬季響應高的區(qū)域位于東部三穗、銅仁、思南以及西部安順一帶，地貌類型以半喀斯特低中山地貌為主，響應率為60%～70%。綜上，在春季和冬季響應率較高的區(qū)域，均以半喀斯特低中山地貌為主，夏季以峰叢谷地為主，秋季以非喀斯特地貌為主。冬季氣象干旱對農(nóng)業(yè)干旱的響應程度明顯低于其他季節(jié)，春季響應范圍廣且程度大。

圖8 不同地貌類型下季節(jié)響應率的空間變化

3.2.2 不同切割深度下農(nóng)業(yè)-氣象干旱響應特征 在分析不同地貌類型下農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱響應的空間變化特征的基礎上，進一步深入探討在不同切割深度下2種干旱類型間的傳播響應特征，根據(jù)貴州省綜合地貌圖，將貴州省切割深度劃分為6種類型，即無地表切割(Ⅰ)、淺切割(Ⅱ)、中切割(Ⅲ)、深切割(Ⅳ)、極深切割(Ⅴ)和最深切割(Ⅵ)。在不同地表切割深度下，季節(jié)性的傳播響應程度空間演變特征中春季(圖9a)氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱傳播響應率為80%～90%，以最深切割深度為主，位于威寧一帶。響應率為70%～80%，以深切割為主，位于桐梓和望謨一帶，響應程度較低的地區(qū)位于興義一帶，以無地表切割深度為主，傳播響應率為40%～50%。夏季(圖9b)傳播響應高發(fā)區(qū)以中切割深度為主，位于貴陽、凱里一帶，響應率為80%～90%，傳播響應低發(fā)區(qū)位于桐梓西北部一帶，以極深切割為主，響應率為30%～40%。秋季(圖9c)農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱傳播響應程度較強的區(qū)域以無地表切割深度為主，主要發(fā)生在西南地區(qū)望謨，響應率為80%～90%，響應程度較低的區(qū)域位于遵義地區(qū)的東北部和威寧西北部一帶，以深切割深度為主，響應率為40%～50%。冬季(圖9d)2種干旱類型間傳播響應率高的區(qū)域以深切割深度為主，在安順一帶以及思南、銅仁、三穗等區(qū)域，響應率為60%～70%，傳播響應率低的區(qū)域在桐梓西北部，以極深切割深度為主，響應率為20%～30%。綜上，在春季傳播響應率與地表切割深度呈正相關(guān)關(guān)系，在夏季、秋季和冬季傳播響應率與地表切割深度呈負相關(guān)關(guān)系。

圖9 不同切割深度下季節(jié)響應率空間變化

3.3 下墊面條件下農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應轉(zhuǎn)移概率

3.3.1 不同地貌類型下農(nóng)業(yè)-氣象干旱的響應轉(zhuǎn)移概率 為深入分析基于下墊面條件下干旱傳播響應率在不同等級之間的轉(zhuǎn)移概率特征，選取20世紀80s至21世紀10s 2個狀態(tài)，在季尺度下，探討在不同地貌類型下，農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱響應程度的轉(zhuǎn)移概率特征。在非喀斯特地貌、半喀斯特地貌、峰叢谷地、峰叢洼地、峰林谷地、峰林溶原地貌類型下(圖10)，傳播響應率均發(fā)生了不同程度的概率轉(zhuǎn)變。春季(圖10a)轉(zhuǎn)移概率為0～0.72，在各地貌類型中，各等級間均發(fā)生了概率性轉(zhuǎn)移，主要呈現(xiàn)1～5級轉(zhuǎn)向3～5級，轉(zhuǎn)移較活躍，概率較低。夏季(圖10b)各級響應率在不同地貌類型下轉(zhuǎn)移概率分布大體相似，干旱傳播響應率在20世紀80s轉(zhuǎn)向21世紀10s時，均呈現(xiàn)1～5級轉(zhuǎn)向4～5級，呈現(xiàn)出由“低轉(zhuǎn)高”的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)移概率為0～0.55，顯然，夏季農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱響應發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率偏低。秋季(圖10c)各地貌類型下，20世紀80s的1級響應率向21世紀10s的2～4級響應率發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率較大，轉(zhuǎn)移概率為0～0.97，即“低轉(zhuǎn)高”現(xiàn)象。冬季(圖10d)在不同地貌類型下，明顯可見20世紀80s中不同等級均轉(zhuǎn)移在21世紀10s各等級上，轉(zhuǎn)移較為活躍，轉(zhuǎn)移概率為0～0.69。綜上，在春季和冬季轉(zhuǎn)移較活躍，概率較低，在夏、秋季主要發(fā)生“低轉(zhuǎn)高”的現(xiàn)象，其中，秋季干旱傳播響應在4個季節(jié)中發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率最顯著。同時，在不同季節(jié)上，各地貌類型下，干旱響應率轉(zhuǎn)移活躍程度較高，同時也說明干旱響應率的高低與地貌類型相關(guān)較弱。

圖10 不同地貌類型下轉(zhuǎn)移概率特征

3.3.2 不同切割深度下農(nóng)業(yè)-氣象干旱的響應轉(zhuǎn)移概率 地表切割深度是影響氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱傳播的重要影響因素，因此，將2種干旱類型的傳播響應率并結(jié)合貴州省地表切割深度，探討在不同的切割深度下，20世紀80s干旱響應率等級向21世紀10s干旱響應率等級轉(zhuǎn)移的概率特征(圖11)。春季(圖11a)在不同切割深度下，其轉(zhuǎn)移概率有所不同，在無地表切割、中切割、深切割和極深切割深度下，轉(zhuǎn)移較為活躍，概率較低，在淺切割和最深切割深度下，轉(zhuǎn)移活躍度下降，但概率較高。夏季(圖11b)干旱響應率20世紀80s轉(zhuǎn)向21世紀10s時，呈4～5級轉(zhuǎn)向1～5級的“高轉(zhuǎn)低”現(xiàn)象，其中在10s淺切割深度的4級干旱響應和最深切割深度的1級響應率的轉(zhuǎn)移概率較高。秋季(圖11c)20世紀80s各切割深度下皆出現(xiàn)了1級轉(zhuǎn)向21世紀10s的2～5級，概率偏高，在中切割深度、深切割深度和極深切割深度中，轉(zhuǎn)移較活躍，在淺切割和最深切割深度下轉(zhuǎn)移概率偏高。冬季(圖11d)明顯看出，在淺切割和最深切割深度下，干旱轉(zhuǎn)移概率較高，其他切割深度下，干旱轉(zhuǎn)移較活躍，概率較低。因此，季節(jié)尺度上，在淺切割和最深切割深度下，均呈現(xiàn)干旱傳播響應率轉(zhuǎn)移活躍度低，概率高，而在其他切割深度上，轉(zhuǎn)移活躍，概率較低的規(guī)律。其中，秋季20世紀80s干旱傳播響應率向21世紀10s轉(zhuǎn)移的概率整體明顯高于其他季節(jié)，冬季干旱傳播響應率的轉(zhuǎn)移活躍度明顯高于其他季節(jié)。

圖11 不同切割深度下轉(zhuǎn)移概率特征

3.3.3 干旱傳播響應率與下墊面條件相關(guān)分析 下墊面是影響干旱傳播的重要因素，而地表切割深度與地貌類型是下墊面主要因子。表3為干旱傳播響應率與區(qū)域下墊面在各季節(jié)上的相關(guān)系數(shù)。由表3可知，干旱傳播特征與地貌和切割深度均有相關(guān)關(guān)系。春、秋季響應率在地形地貌條件下呈負相關(guān)，夏、冬季呈正相關(guān)，且相關(guān)性較弱，表明農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應受地貌的影響較小。春季響應率在地表切割深度下呈正相關(guān)，夏季呈顯著負相關(guān)，秋、冬季呈負相關(guān)。地表切割深度越深，春季傳播響應率越高，說明氣象干旱加劇農(nóng)業(yè)干旱，地表切割深的區(qū)域以旱坡地為主，春季作物需水量大，對氣象干旱的響應強。地表切割深度越深，夏、秋與冬季傳播響應率越低，因夏季降水豐富，地表切割深度區(qū)域地表水易匯集，農(nóng)作物需水量能夠得到及時補給；秋季作物進入成熟期，需水量下降；區(qū)域冬季作物少，日照時間少，溫度低，有少量雨雪對其進行補給，地表蒸發(fā)量較弱；表明農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應低。由表3可知，氣象干旱與農(nóng)業(yè)干旱的傳播響應率與地形地貌的相關(guān)性較弱，與地表切割深度聯(lián)系較密切。

表3 氣象干旱-農(nóng)業(yè)干旱傳播響應率與下墊面條件間的相關(guān)性分析

4 討 論

本文利用游程理論方法提取干旱特征，分析1980—2020年干旱特征時空變化趨勢，同時計算干旱傳播響應率，利用其表征農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應程度，結(jié)合下墊面條件，分析季節(jié)時間尺度上傳播響應率的空間變化特征。本研究發(fā)現(xiàn)，季節(jié)上貴州省農(nóng)業(yè)干旱歷時與干旱烈度的變化趨勢與氣象干旱變化較為一致，農(nóng)業(yè)干旱持續(xù)時間均長于氣象干旱，干旱烈度上升趨勢較氣象干旱而言更快。農(nóng)業(yè)干旱歷時空間格局較氣象干旱變化顯著，干旱歷時短于氣象干旱，氣象干旱烈度空間變化較農(nóng)業(yè)干旱復雜，干旱烈度低于農(nóng)業(yè)干旱。本研究結(jié)果與Xu等和羅綱等的研究結(jié)果總體上基本一致。但是各區(qū)域地形地貌、水熱條件和氣候特征等分布特征存在差異，從而2種干旱空間分布存在差異。由于貴州下墊面復雜，旱坡地多、坡度大，透水強，排水快，土層薄，土壤保水蓄水能力弱，農(nóng)業(yè)灌溉面積少，是典型的山地農(nóng)業(yè)，地下水不能有效補給土壤水分，降水分布不均，導致氣象干旱一旦發(fā)生且持續(xù)發(fā)生，農(nóng)業(yè)干旱隨之發(fā)生，且持續(xù)時間長，烈度大。

在不同地貌類型下，春季干旱傳播響應率最高，且覆蓋范圍廣，其中春、冬季響應率最高的地區(qū)以半喀斯特低中山為主，夏季以峰叢谷地為主，秋季以非喀斯特地貌為主，這種差異是由喀斯特特殊地質(zhì)構(gòu)造以及流域巖性導致。在不同切割深度下，切割越深春季傳播響應率越高，夏、秋和冬季節(jié)傳播響應越弱。據(jù)資料顯示，貴州省以山地農(nóng)業(yè)為主，春季為播種季節(jié)，作物需水量大，同時由于地表切割深度大，坡陡，土壤水側(cè)流，農(nóng)業(yè)活動對土壤不斷翻松，土壤緊密程度改變，受降雨影響，易形成坡面土壤侵蝕，則土壤保水能力弱，抗旱能力降低；秋季作物需水量小，降水少，日照時數(shù)長，地表切割深度越大，溫度高，土壤水蒸發(fā)越快。夏季降水充足，地表切割深度越小，土壤含水量受降水的影響越敏感；冬季降水少，且貴州冬季作物少。因此，在春秋季，地表切割深度越大，干旱傳播響應率越高；在夏冬季節(jié)，地表切割深度越小，更能直接表現(xiàn)氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱轉(zhuǎn)移的程度。

本文僅從自然條件的角度分析農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱的響應，但在實際的干旱傳播響應過程中，人類活動、土地利用、社會經(jīng)濟發(fā)展均對流域空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響，甚至是破壞流域下墊面的主要因素，從而影響氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱的傳播。影響干旱傳播的因素較多且復雜，結(jié)合貴州省的實際情況，下一步需要全面分析在自然條件與社會經(jīng)濟條件相結(jié)合的基礎上研究氣象干旱向農(nóng)業(yè)干旱傳播的影響因素。

5 結(jié) 論

(1)在2000年后，貴州省氣象、農(nóng)業(yè)干旱歷時長，干旱烈度大，氣象干旱加劇農(nóng)業(yè)干旱旱情，農(nóng)業(yè)干旱持續(xù)時間比氣象干旱更長，干旱烈度大。氣象干旱歷時空間格局較農(nóng)業(yè)干旱而言更為復雜，干旱烈度空間變化卻較農(nóng)業(yè)干旱單一。

(2)干旱傳播響應特征明顯，貴州省春季農(nóng)業(yè)干旱對氣象干旱響應較敏感，氣象干旱與農(nóng)業(yè)干旱傳播響應程度高且范圍廣，冬季干旱傳播響應率較其他季節(jié)低，春、冬季節(jié)傳播響應率高的地區(qū)均在半喀斯特低中山地貌區(qū)；夏季主要發(fā)生在峰叢谷地地貌區(qū)；秋季以非喀斯特地貌為主。同時，本研究發(fā)現(xiàn)，地表切割越深，春季較高，而夏、秋和冬季節(jié)較低?？梢?，干旱傳播響應程度與地貌差異的相關(guān)性弱，但是與地表切割深度關(guān)系密切。

(3)從下墊面條件分析干旱傳播轉(zhuǎn)移概率特征發(fā)現(xiàn)，從20世紀80s轉(zhuǎn)向21世紀10s間，各地貌類型下，均發(fā)生了不同程度的概率轉(zhuǎn)移，春、冬季節(jié)轉(zhuǎn)移活躍，概率低，夏、秋季主要呈“低轉(zhuǎn)高”現(xiàn)象，夏季轉(zhuǎn)移概率偏低，秋季轉(zhuǎn)移概率普遍偏高。不同切割深度下，各季節(jié)淺切割與最深切割深度轉(zhuǎn)移活躍度低，概率高，其他切割深度下轉(zhuǎn)移活躍，但概率低。