李夢(mèng)婷,李春光,2*

(1.寧夏大學(xué),寧夏 銀川 750021;2.北方民族大學(xué),寧夏 銀川 750021)

干旱作為一種復(fù)雜且反復(fù)發(fā)生的自然災(zāi)害,嚴(yán)重影響著人類生活環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)[1-3]。IPCC評(píng)估報(bào)告顯示,近一個(gè)世紀(jì)以來,全球變暖導(dǎo)致全球干旱事件顯著增加[4]。特別是,水資源不足的干旱和半干旱地區(qū)極端天氣和氣候事件頻繁發(fā)生[5-7],對(duì)水資源、農(nóng)業(yè)、自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)產(chǎn)生重大影響[8-11]。因此,準(zhǔn)確推算干旱時(shí)空演變規(guī)律對(duì)合理規(guī)劃水資源和加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)具有重要意義[12]。

干旱通常分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱[13]四類。在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)降水量低于正常水平以及高蒸發(fā)量導(dǎo)致的氣象干旱頻繁發(fā)生,通常會(huì)引發(fā)其他類型的干旱[14]。干旱指數(shù)是評(píng)估干旱影響和定義不同干旱參數(shù)(包括強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、嚴(yán)重程度和空間范圍)的有效方法。進(jìn)行干旱分析和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的研究多使用帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)[15]、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)[16]和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)。如劉明等[17]基于PDSI分析了干旱強(qiáng)度、干旱頻率以及不同月份干旱的變化趨勢(shì);宋琳琳等[18]比較分析2種PDSI指數(shù)的變化特征對(duì)干旱監(jiān)測(cè)的適用性;馮一等[19]根據(jù)不同時(shí)間尺度研究中國(guó)西南地區(qū)旱情發(fā)生概率以及干旱綜合損失率與SPI的相關(guān)關(guān)系;Zhang等[20]、Wei等[21]使用SPI指數(shù)對(duì)不同衛(wèi)星降水產(chǎn)品進(jìn)行干旱檢測(cè)適應(yīng)性分析,并對(duì)黃河流域的歷史以及未來水文干旱情勢(shì)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,PDSI和SPI指數(shù)在干旱檢測(cè)方面均表現(xiàn)良好。SPI包括多尺度的特性,但僅基于降水,沒有考慮溫度、濕度、蒸散發(fā)量等因素的影響;PDSI是基于物理并且綜合考慮了土壤水平衡模型中的降水,蒸發(fā),徑流和土壤水分等因素,但時(shí)間尺度固定[15,22-23]。SPEI指數(shù)由Vicente-Serrano等[24]首次提出,它使用了更全面的水資源可用性衡量指標(biāo)[25],在SPI計(jì)算的基礎(chǔ)上,結(jié)合了降水和蒸散發(fā),彌補(bǔ)了PDSI時(shí)間尺度固定和必要參數(shù)不足的缺點(diǎn)。因此,SPEI可以在多個(gè)時(shí)間尺度有效描述水分盈虧情況、反映不同氣象因素之間的滯后關(guān)系,對(duì)不同地區(qū)和不同氣候情景具有更好的適用性,且運(yùn)算便捷,在干旱定量研究中應(yīng)用甚廣[26-27]。

黃土高原地區(qū)是世界上分布最集中且面積最大的黃土區(qū)[28],受經(jīng)緯度和地形雙重制約,氣候變化敏感。諸多學(xué)者對(duì)黃土高原地區(qū)極端降水和干濕變化的研究較為成熟[29-30],相比之下干旱指數(shù)不同時(shí)段反映的干旱事件則表現(xiàn)出更大的差異性[31]。Wu等[32]在干旱評(píng)估時(shí)間尺度上,發(fā)現(xiàn)黃土高原地區(qū)經(jīng)歷了水文干旱比氣象干旱更嚴(yán)重的增長(zhǎng)趨勢(shì),又有研究發(fā)現(xiàn),1961—2017年整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),西北、西南部分區(qū)域表現(xiàn)出變濕趨勢(shì)[33-35]。雖然目前針對(duì)黃土高原地區(qū)干濕變化研究逐漸增多,但對(duì)不同時(shí)間尺度下持續(xù)性干旱演變的研究不夠深入。本研究利用Penman-Monteith方法對(duì)黃土高原1961—2020年的61個(gè)氣象站點(diǎn)資料進(jìn)行計(jì)算,揭示黃土高原地區(qū)近60 a不同時(shí)間尺度下干濕演變特征及周期特征,并對(duì)干旱進(jìn)行進(jìn)一步歸因分析。研究結(jié)果可為黃土高原干旱監(jiān)測(cè)、水資源管理、植被恢復(fù)與建設(shè)等提供理論基礎(chǔ)與科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

黃土高原地區(qū)(33°41′～41°16′N,100°52′～114°33′E)位于中國(guó)太行山以西,青海省日月山以東,秦嶺以北,長(zhǎng)城以南,總面積約64×105km2。該地區(qū)南北向跨越中國(guó)溫帶和暖溫帶,東西向囊括半濕潤(rùn)、半干旱和干旱地帶,氣候類型復(fù)雜。長(zhǎng)期年降雨量約為123.3～948.9 mm,年平均氣溫為4.3～14.3℃[36],水資源時(shí)空分布不均。由于研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱,夏季氣溫高,嚴(yán)冬寒冷干燥,春、秋兩季水資源匱乏,考慮到干旱時(shí)空演變特征是探究各個(gè)季節(jié)供水是否充足,生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是否穩(wěn)定的重要因素,且不同時(shí)間尺度的 SPEI 值反映的水文干旱條件復(fù)雜而多變[37],將本研究擴(kuò)展到年時(shí)間尺度之外的4個(gè)季節(jié)時(shí)間尺度。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的黃土高原地區(qū)相關(guān)省份的61個(gè)氣象站(圖1)1961—2020年的降雨量、最高氣溫、最低氣溫、2 m高處風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和相對(duì)濕度等氣象資料。厄爾尼諾南方濤動(dòng)(ENSO)、北大西洋濤動(dòng)(NAO)和太平洋十年振蕩(PDO)數(shù)據(jù)均來自美國(guó)國(guó)家大氣研究中心,北極濤動(dòng)(AO)數(shù)據(jù)來源于美國(guó)國(guó)家環(huán)境信息中心。

圖1 黃土高原地區(qū)氣象站點(diǎn)位置示意

2.2 研究方法

在本研究中,利用SPEI指數(shù)作為研究區(qū)季節(jié)性干旱評(píng)價(jià)指標(biāo),通過干旱強(qiáng)度、干旱面積覆蓋率、干旱頻率分析該研究區(qū)域的年代際、年際和季節(jié)干旱的特征。采用空間插值分析黃土高原地區(qū)近60 a干旱時(shí)空特征;利用Mann-Kendall突變趨勢(shì)檢驗(yàn)、Morlet小波原理等方法分析干旱趨勢(shì)及其周期特征。

2.2.1潛在蒸發(fā)量(PET)

Thornthwaite和Penman-Monteith 方法廣泛應(yīng)用于PET的計(jì)算[15,38]。Penman-Monteith方法除了風(fēng)速之外還考慮了濕度和太陽輻射,這些變量可以捕捉蒸散量的大小[39-40]。因此,Penman-Monteith方法評(píng)估的潛在蒸發(fā)量變化比Thornthwaite方法表現(xiàn)出更好的一致性。在一種理想假設(shè)條件下,基于能量方程和水分?jǐn)U散理論[41],Penman-Monteith(FAO-56P-M)方程被FAO模型推薦為計(jì)算PET和評(píng)價(jià)其他方法的標(biāo)準(zhǔn)方法。其計(jì)算見式(1):

(1)

式中Rn——冠層凈輻射,MJ/(m2·d);es——飽和水汽壓,kPa/d;T——平均氣溫,T=(Tmax+Tmin)/2,℃;ed——實(shí)際水汽壓,kPa/d;G——土壤熱通量,MJ/(m2·d);Δ——飽和水汽壓與溫度曲線斜率,kPa/℃;γ——濕度計(jì)常數(shù),kPa/℃;U2——2 m高處風(fēng)速,m/s。

2.2.2標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)

在這項(xiàng)研究中,SPEI 指數(shù)[42]的計(jì)算是包括時(shí)間尺度內(nèi)的水分盈虧(即降水量和潛在蒸散量的差值)的時(shí)間序列,用于描述干旱條件的嚴(yán)重程度。計(jì)算見式(2)、(3):

Di=Pi-PET

(2)

(3)

式中Pi——降雨量;PET——蒸散發(fā)量;α、β、γ——尺度參數(shù)、形態(tài)參數(shù)、初始參數(shù)。

對(duì)數(shù)log-logistic的參數(shù)可以通過L-moment方法來計(jì)算,計(jì)算L-moment時(shí),皮爾遜III分布的參數(shù)可由式(4)—(6)求得:

(4)

(5)

(6)

式中Γ、w0、w1、w2——階乘函數(shù)和概率加權(quán)矩。

將F(x)分布標(biāo)準(zhǔn)化,得到SPEI計(jì)算結(jié)果為:

(7)

(8)

P=1-F(x)

(9)

式中W——距離加權(quán)矩;C0、C1、C2、d1、d2、d3——常數(shù)。

SPEI干旱標(biāo)準(zhǔn)見表1。

本研究主要分析3、12個(gè)月時(shí)間序列的SPEI值。文中的春夏秋冬4個(gè)季節(jié)分別定義為3—5、6—8、9—11、12月至次年2月,采用SPEI_3進(jìn)行表征,年尺度用SPEI_12表征。SPEI_3反映短時(shí)間尺度內(nèi)水分虧缺對(duì)干旱的影響,SPEI_12則反映年際變化特征。

2.2.3干旱面積覆蓋率

根據(jù)泰森多邊形[43],將發(fā)生干旱站點(diǎn)的面積權(quán)重累加,得到干旱面積覆蓋率。其計(jì)算見式(10):

(10)

式中Si——發(fā)生干旱氣象站點(diǎn)的面積權(quán)重;n——發(fā)生干旱的總氣象站數(shù)。

2.2.4干旱頻率

干旱頻率作為干旱的頻繁程度評(píng)價(jià)指標(biāo),計(jì)算見式(11):

(11)

式中n——干旱發(fā)生次數(shù);N——時(shí)序系列總數(shù)。

2.2.5Mann-Kendall檢驗(yàn)

根據(jù)受監(jiān)工程的規(guī)模、重要性等特點(diǎn)，制定質(zhì)量監(jiān)督計(jì)劃，確定質(zhì)量監(jiān)督組織形式和專職質(zhì)監(jiān)員，推行質(zhì)監(jiān)站專職質(zhì)監(jiān)員與水管單位兼職質(zhì)監(jiān)員共同質(zhì)監(jiān)的方式，采取巡視、抽查等形式對(duì)工程參建單位的質(zhì)量保證體系、質(zhì)量行為及工程實(shí)體質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)督管理。

Mann-Kendall檢驗(yàn)方法[44-45]是基于秩的非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)方法。它不僅可以檢驗(yàn)時(shí)間序列的變化趨勢(shì),還可以檢驗(yàn)時(shí)間序列是否產(chǎn)生突變。Mann-Kendall檢驗(yàn)方法不要求樣本數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)符合一定的分布規(guī)律,不受少數(shù)異常數(shù)值或部分缺失數(shù)據(jù)的影響。

2.2.6Morlet小波分析

采用復(fù)Morlet小波分析的小波實(shí)部等值線圖和小波方差圖對(duì)SPEI_3與SPEI_12周期變化規(guī)律以及多時(shí)間尺度特性進(jìn)行分析,以揭示該研究區(qū)域干旱周期性特征。

3 結(jié)果分析

3.1 黃土高原地區(qū)氣候變化趨勢(shì)

由圖2可知,黃土高原地區(qū)全年平均潛在蒸騰蒸散量呈增長(zhǎng)趨勢(shì),這與各季節(jié)及全年氣溫上升有關(guān),最大值和最小值分別為1 200.01 mm(1972年)和975.32 mm(1964年),趨勢(shì)率為4.32 mm/10a。年均降水量為431.15 mm,最大值和最小值分別為663.08 mm(1964年)和288.96 mm(1965年)。黃土高原地區(qū)的降水呈減小的趨勢(shì),趨勢(shì)率為-3.42 mm/10a。

3.2 SPEI變化趨勢(shì)分析

SPEI波動(dòng)逐年變化見圖3,對(duì)60 a間黃土高原SPEI擬合的時(shí)間特征發(fā)現(xiàn):黃土高原,SPEI_12呈下降趨勢(shì),線性趨勢(shì)率為-0.042 3/10a,則近60 a該研究區(qū)干旱化趨勢(shì)加重。1964年SPEI_12值為2.01,1965年SPEI_12值為-1.56,分別達(dá)到了濕潤(rùn)和重度干旱的水平,為近60 a來最濕潤(rùn)和最干旱的2個(gè)年份。不同季節(jié)SPEI_3的變化特征各不相同:春季SPEI_3的線性趨勢(shì)率為-0.093 6/10a,變旱趨勢(shì)相對(duì)明顯,但從每年均值變化來看,波動(dòng)走勢(shì)比年均值大;夏季SPEI_3在60 a間的變化呈現(xiàn)變濕趨勢(shì),趨勢(shì)率為0.023 7/10a,速率和波動(dòng)性最小;秋季SPEI_3的線性趨勢(shì)率為-0.098 8/10a,下降趨勢(shì)和波動(dòng)性均較春季略大;冬季SPEI_3的線性趨勢(shì)率為-0.052 2/10a,變旱趨勢(shì)和波動(dòng)走勢(shì)均較春、秋季小,較年際SPEI大。

a)年

UF和UB是按時(shí)間序列的逆序排列計(jì)算得到的序列。如果UF為正值,序列呈上升趨勢(shì);如果UF為負(fù)值,呈下降趨勢(shì)。UF曲線和UB曲線超過置信區(qū)間范圍,表明序列有明顯的上升或下降趨勢(shì),但不具有突變性;在置信區(qū)間內(nèi),如果UF和UB相交表明干旱情勢(shì)發(fā)生突變。SPEI_12在1976—1998年略有上升,1999年至今呈不斷下降的趨勢(shì),發(fā)生突變年分為1982、2016年。年、春、夏和冬季UF基本位于0.05顯著水平線內(nèi),則未發(fā)生顯著突變。秋季UF值在1961—2014年均小于0,表明SPEI_3在此時(shí)段內(nèi)呈下降趨勢(shì),即處于相對(duì)干旱期,且1997—2000年旱情傾向顯著,旱情在2009、2011年發(fā)生突變,見圖3。

3.3 SPEI空間變化分析

根據(jù)M-K檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z的空間分布判斷研究區(qū)干旱趨勢(shì)顯著性,Z<0表示SPEI值減小的趨勢(shì),趨勢(shì)越大干旱傾向越顯著;反之,Z>0表示SPEI值增加的趨勢(shì),趨勢(shì)越大濕潤(rùn)傾向越顯著。研究結(jié)果見圖4a—4e:SPEI_12呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)數(shù)較多,下降的站點(diǎn)比例為60.66%,其中有10個(gè)站點(diǎn)達(dá)到極顯著水平,即1961—2020年黃土高原地區(qū)整體呈干旱趨勢(shì)。從不同的季節(jié)尺度來看,春季(圖4b)SPEI_3呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)占75.41%,其中表現(xiàn)為顯著上升趨勢(shì)的站點(diǎn)較少分布在甘肅、青海等西部地區(qū),這種現(xiàn)象可能是由于春季的降雨量稍有增多使得部分區(qū)域濕潤(rùn)化程度加重,氣溫大幅升高使得研究區(qū)整體干旱程度加重[46-47];夏季(圖4c) SPEI_3呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)占比減少至45.96%,僅位于山西省的五臺(tái)山站點(diǎn)表現(xiàn)為顯著下降趨勢(shì),大部分地區(qū)表現(xiàn)為濕潤(rùn)化趨勢(shì),多集中分布于研究區(qū)中南部,與其他3個(gè)季度相比,夏季呈現(xiàn)干旱化趨勢(shì)不明顯,該季節(jié)旱情減緩的原因可能是降水豐沛,降水量增加在很大程度上消減了潛在蒸散發(fā)增大等造成的影響[48];秋季(圖4d)大部分地區(qū)呈干旱化趨勢(shì),SPEI_3呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)比例達(dá)到59.02%,除山西省北部、內(nèi)蒙古西南部和青海東南部等地區(qū)呈濕潤(rùn)化趨勢(shì),其余地區(qū)均表現(xiàn)為干旱化趨勢(shì)的特征,這可能與近年來生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施以及氣候變化影響的冰雪融水和河流徑流增加等因素有關(guān)[49];從冬季(圖4e)看,SPEI_3呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)共有55.74%,其中出現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)的站點(diǎn)約占半數(shù),集中分布于研究區(qū)西部、陜西省北部和山西省中部,呈現(xiàn)自西北至東南的干旱化趨勢(shì)。

a)年

3.4 干旱覆蓋面積變化趨勢(shì)

圖5 1961—2020年年際各季節(jié)干旱覆蓋率趨勢(shì)變化

3.5 干旱頻率空間變化分析

黃土高原地區(qū)近60 a干旱發(fā)生頻率其空間分布見圖6,其中,年際各站點(diǎn)干旱頻率介于31.40%～35.15%,最大值和最小值分別出現(xiàn)在臨夏、榆林站,其高值主要集中在西部地區(qū),低值集中在中部地區(qū);春季各站點(diǎn)干旱頻率介于29.81%～29.81%,最高值分布在靖遠(yuǎn)站,低值分布在陽城站,干旱頻率發(fā)生較高地區(qū)主要集中在陜西省以西,中南部地區(qū)相對(duì)較低,其空間分布與年際分布相似,呈現(xiàn)由東南向西北遞增;夏季各站點(diǎn)干旱頻率介于31.25%～34.72%,最高值分布在榆中站,最低值分布在合作站,干旱頻率與春季相比有較大的變化,整體分布不均勻,干旱頻率發(fā)生較高地區(qū)分布在西部和東南區(qū)域;秋季各站點(diǎn)干旱頻率介于30.07%～36.34%,最高值為新鄉(xiāng)站,最低值為烏鞘嶺站,整體上由西向中部和東部遞增;冬季各站點(diǎn)干旱頻率介于21.94%～36.53%,最大值和最小值分別出現(xiàn)在岷縣、臨河站,東南方向干旱頻率分布比較均勻,低值集中在研究區(qū)北部。從不同尺度的干旱頻率時(shí)空分布來看,青海省中部在各尺度都表現(xiàn)為較高的干旱頻率,應(yīng)采取有效的緩解措施。

a)年

3.6 Morlet連續(xù)復(fù)小波變換分析

年度SPEI(圖7)存在45、5～17 a的震蕩周期,45 a的長(zhǎng)周期尺度上存在2次干濕交替的情況,目前正處于偏濕的時(shí)期;短周期5～17 a尺度上呈現(xiàn)出偏濕的趨勢(shì),因此該研究區(qū)域長(zhǎng)期則是表現(xiàn)為偏濕的趨勢(shì)。春季SPEI存在44、10 a的震蕩周期,44 a的長(zhǎng)周期尺度上存在2次干濕交替的情況,正處于偏濕的時(shí)期;短周期10 a尺度上正處于偏干的階段,因此該研究區(qū)域短期內(nèi)春季將以偏干為主,而長(zhǎng)期內(nèi)表現(xiàn)為偏濕的傾向趨勢(shì)。夏季SPEI存在45、5～20 a的震蕩周期,45 a的長(zhǎng)周期尺度上存在1次明顯的干濕交替的情況,整體干濕變換較為穩(wěn)定,目前正處于偏濕中后期;短周期5～20 a尺度存在6次干濕交替,目前在5 a尺度上呈現(xiàn)偏干趨勢(shì),15 a尺度上呈現(xiàn)偏濕趨勢(shì),可見夏季長(zhǎng)期將以偏濕的干旱傾向?yàn)橹鳌Ｇ锛維PEI存在37、11、5 a的震蕩周期,37 a的長(zhǎng)周期尺度上存在2次干濕交替的情況,目前正處于偏干的時(shí)期;5、11 a的短期內(nèi)目前處于偏濕的階段,因此該研究區(qū)域短期內(nèi)秋季將以偏濕為主,而長(zhǎng)期則是表現(xiàn)為偏干的傾向趨勢(shì)。冬季SPEI存在29、6 a的周期變化規(guī)律,29 a的長(zhǎng)周期尺度上存在3次干濕交替的情況,目前正處于濕潤(rùn)的末期;6 a的短周期尺度上目前處于偏干的時(shí)期,可見冬季未來長(zhǎng)期將以偏濕的趨勢(shì)為主。最近的研究表明,1961—2016年中國(guó)西北干旱地區(qū)出現(xiàn)暖濕化趨勢(shì)[50],與筆者的研究成果一致,雖然該研究區(qū)域呈現(xiàn)出暖濕化的趨勢(shì),但目前的變濕趨勢(shì)只體現(xiàn)了量的變化,并不足以改變?cè)搮^(qū)域的基本氣候狀態(tài),其仍處于干旱與半干旱氣候范圍,仍是溫涼干旱的氣候環(huán)境。

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)論

本文利用研究區(qū)1961—2020年降雨量、PET和SPEI時(shí)間序列的趨勢(shì)變化,探討了干旱面積覆蓋率、干旱頻率分析該研究區(qū)域的年代際、年際和季節(jié)干旱的特征,并利用交叉小波分析研究了大尺度氣候因素與該區(qū)域干旱之間可能存在的相關(guān)性。主要結(jié)論如下。

a)近60 a來黃土高原地區(qū)年尺度降水量和潛在蒸騰蒸散量年際變化趨勢(shì)均不顯著,季節(jié)及年尺度SPEI經(jīng)歷了不同的干旱濕潤(rùn)狀態(tài)交替,SPEI_12干旱指標(biāo)呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì),干旱情況愈發(fā)嚴(yán)重;除夏季SPEI_3值呈略微上升趨勢(shì)外,其余季度均處于明顯下降趨勢(shì)。

b)研究區(qū)大部分呈現(xiàn)出現(xiàn)干旱化加重趨勢(shì),小部分地域呈現(xiàn)濕潤(rùn)化加重的趨勢(shì)。研究區(qū)中西部干旱化傾向明顯,季節(jié)尺度下干旱化傾向程度降幅排序?yàn)?秋>春>冬>夏。

c)研究區(qū)干旱覆蓋面積年平均覆蓋上升趨勢(shì)率為0.5/10a,夏、秋季呈不顯著下降趨勢(shì),春、冬季上升趨勢(shì)相對(duì)明顯,總體未發(fā)生明顯突變。干旱發(fā)生頻率高值主要集中在西部地區(qū),該研究區(qū)域年度干旱變化主周期為45、5～17 a。

d)研究區(qū)干旱趨勢(shì)主要?dú)w因于季風(fēng)變化導(dǎo)致得氣溫快速上升和降水量不足,干旱的發(fā)生和變化與大氣環(huán)流持續(xù)異常、厄爾尼諾南方濤動(dòng)、北大西洋濤動(dòng)、太平洋十年振蕩和北極濤動(dòng)密切相關(guān),厄爾尼諾南方濤動(dòng)對(duì)干旱影響較大。持續(xù)的人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和不斷增加的供需工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活,導(dǎo)致水資源的過度開采,植被覆蓋率的減少,地下水位下降,水生態(tài)環(huán)境的惡化和其他問題,均為促進(jìn)干旱發(fā)展的原因。

4.2 討論

本文探討了研究干旱演變規(guī)律和成因,有助于揭示干旱對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)機(jī)制,對(duì)于旱災(zāi)評(píng)估和干旱預(yù)測(cè)具有極其重要的意義。但研究還存在以下不足:由于本研究采用的是站點(diǎn)數(shù)據(jù)集,對(duì)精確描述不同情境下的氣候變化對(duì)干旱事件的時(shí)空分布表現(xiàn)不充分,且涉及的干旱因素有限,未考慮干旱的物理機(jī)制,例如地形、植被、土壤等。研究表明,人類活動(dòng)會(huì)增加熱旱的發(fā)生,人類活動(dòng)的影響將在未來被放大[51]。因此,應(yīng)進(jìn)一步研究不同區(qū)域尺度下物理機(jī)制與干旱之間的關(guān)系,構(gòu)建有針對(duì)性的抗旱策略,如加強(qiáng)區(qū)域農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推廣農(nóng)田節(jié)水技術(shù)區(qū)間、定期調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等。結(jié)合本文對(duì)黃土高原地區(qū)干旱特征的研究,針對(duì)不同區(qū)域采取不同措施,有助于提高整個(gè)研究區(qū)域的抗旱水平。

黃土高原春季大部分區(qū)域的干旱程度有所緩解,夏季在大面積上表現(xiàn)為干旱緩和趨勢(shì),秋季干旱事件發(fā)展最嚴(yán)重[52],冬季未來一段時(shí)間內(nèi)會(huì)在大范圍變旱[35],均與本研究結(jié)論一致。冰川強(qiáng)烈融化和收縮產(chǎn)生的水增加土壤含水量和河流徑流,解釋了研究區(qū)域內(nèi)局部地區(qū)不斷增加的濕潤(rùn)趨勢(shì)[53],暖濕化趨勢(shì)在一定程度上緩解干旱的負(fù)面影響,改善當(dāng)?shù)厮南到y(tǒng)和生態(tài)環(huán)境[54]。但整個(gè)研究區(qū)域的年降水量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),氣候變暖使得區(qū)域平均氣溫升高,特別是極端氣溫和高溫天數(shù)顯著增加[55],以及季風(fēng)變化、ENSO事件在一定程度上影響氣溫降雨,從而對(duì)研究區(qū)的干旱發(fā)生起到了加強(qiáng)和促進(jìn)的作用[56],使局部暖濕化并不足于改變整個(gè)研究區(qū)域降水量匱乏的基本現(xiàn)狀。在全球持續(xù)增溫的背景下,缺乏對(duì)黃土高原年、季節(jié)干旱的未來變化趨勢(shì)研究[34]。由于各區(qū)域干旱趨勢(shì)不一致,抗旱工作的實(shí)施要因地制宜,并在今后的工作中,應(yīng)著重考慮到水資源循環(huán)的物理過程,密切關(guān)注干旱機(jī)制和干旱災(zāi)害的具體原因。