“序列—事件—状态”多视角下气象到水文干旱的传播过程与机理

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近年来,为给予抗旱工作以提供理论支持,深入理解水文干旱的形成与恢复,气象到水文干旱的传播相关研究逐渐深受关注。当前研究主要聚焦于序列视角,鲜有从事件、状态等视角的深入研究。多视角探讨方法,可以层层剥笋,逐步深入分析干旱传播过程,探究其传播机理,更有利于建立有效的基于气象干旱的水文干旱早期预警系统。本文以干旱频发、水资源短缺的渭河流域为研究对象,采用标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI),分别表征气象与水文干旱;在层层剥笋、逐步深入的思路下,基于交叉小波、游程理论结合干旱事件合并剔除原则、基于Copula函数的贝叶斯网络等核心技术,量化了“序列-事件-状态”多视角下,气象到水文干旱在旬时间尺度上的传播时间,构建了气象到水文干旱的传播阈值的概率评估模型,并基于阈值探讨了事件视角下干旱传播特征,包括有效传播时间、有效传播量、传播速度等,以表征干旱传播过程;在此基础上,分别探究了年、季节尺度,干旱传播时间的动态变化,分析了不同视角下水热状态(气象因子)和流域蓄泄过程(下垫面因子)在不同季节,对气象到水文干旱传播时间动态变化的影响。主要研究结论如下:(1)“序列”视角:气象干旱和水文干旱存在很强的联系,包括相关性以及滞后性;气象到水文干旱传播时间整体呈现冬春季节较慢,夏秋季节较快的分布;其中,渭河流域四季传播时间分别分布在:11旬、3旬、7旬、15旬左右;渭河流域春季传播时间呈显著下降趋势,主要由VPD主导,冬季呈显著上升趋势,主要由VPD和降水共同影响。(2)“事件”视角:渭河流域、泾河流域、渭河中游的形成时间和恢复时间分别为:3.5旬和3.5旬,4.6旬和4.4旬,3.2旬和4.0旬;有效传播时间为:3.3旬、3.5旬、2.8旬;有效传播量为:4.31、3.23、5.30;传播速度为0.15、0.10、0.16;渭河流域恢复时间呈显著上升趋势,主要由土壤湿度主导。(3)“状态”视角:确定了六种不同状态对应情景下气象-水文干旱的传播时间;同一等级水文干旱状态下,随着气象干旱等级升高,干旱传播时间缩短;该视角下传播时间同样呈现冬春季节较慢,夏秋季节较快的分布;夏季主要在VPD因子的影响下,渭河、泾河流域夏季呈显著升高的趋势变化。(4)不同季节中气象因子对研究流域的“序列”传播时间影响更显著,水热状态对干旱传播时间的影响更高;“事件”传播时间中,渭河流域下垫面因子的影响更显著,流域蓄泄关系的影响更高;“状态”传播时间中,春夏冬季节主要为水热状态的影响更显著,秋季中泾河流域和渭河中游主要为蓄泄关系的影响更高。
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