【摘 要】
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干旱是指淡水资源过少,不足以满足人类生存及经济社会发展的气候现象。随着经济发展、人口膨胀以及全球气候变暖,干旱逐渐成为人类面临的主要自然灾害之一,对自然环境和社会经济发展造成极大危害。干旱指数常用来反映干旱程度,但干旱事件发生的成因复杂,且影响的范围较广,使得干旱指数的研究方向复杂多样,关注的重点各不相同。传统的单变量干旱指数侧重性较强,往往只关注影响干旱事件发生的某一要素,难以反映一个地区的全部
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干旱是指淡水资源过少,不足以满足人类生存及经济社会发展的气候现象。随着经济发展、人口膨胀以及全球气候变暖,干旱逐渐成为人类面临的主要自然灾害之一,对自然环境和社会经济发展造成极大危害。干旱指数常用来反映干旱程度,但干旱事件发生的成因复杂,且影响的范围较广,使得干旱指数的研究方向复杂多样,关注的重点各不相同。传统的单变量干旱指数侧重性较强,往往只关注影响干旱事件发生的某一要素,难以反映一个地区的全部干旱特征。综合干旱指数的构建可以有效地融合多种干旱类型,对干旱的监测更加全面。因此构建综合干旱指数可以为地区的抗旱防旱提供更加系统的指导。本文基于沁河流域的气象水文等资料构建沁河流域SWT模型作为干旱数据支撑平台,以提供干旱分析需要的基础数据。选取具有代表性的三种不同类型单变量干旱指数:气象干旱指数(SPEI)、水文干旱指数(SRI)及农业干旱指数(SSI),并在多个时间尺度(月、季、年)上采用M-K趋势检验、小波分析及R/S分析法等方法分析沁河流域的单变量干旱指数的时空演变特征;运用主成分分析法分别构建沁河流域短期综合干旱指数(_)、中期综合干旱指数(_)及长期综合干旱指数(_),通过Pearson相关系数和沁河流域历史典型干旱事件来评估综合干旱指数的适用性,并分析构建的沁河流域综合干旱指数的时空演变特征,获得以下结论:(1)基于收集整理到的沁河流域资料,构建了沁河流域SWAT模型,设定1997~1998年为预热期,1999~2013年为率定期,2014~2016年为验证期,基于SUFI-2算法对构建的SWAT模型进行调参并检验,其中率定期纳什系数和相关系数分别为0.75和0.80,验证期纳什系数和相关系数分别为0.72和0.85,均大于0.7,且模拟径流序列与实测径流序列的峰度及基流拟合较为吻合,证明模型模拟结果较佳,构建的沁河流域水文模型可以为沁河流域干旱研究提供数据支持。(2)计算沁河流域单变量干旱指数并分析其时空特性:在时间演变分析结果中,SPEI呈现出明显的加重趋势,而水文干旱指数与农业干旱指数总体变化趋势均不显著。周期性上,气象干旱与农业干旱具有一个明显的干旱主周期,分别是27a和17a,而水文干旱指数具有两个明显的主周期分别是12a和17a,因此沁河流域的各类型干旱事件的演变均呈现出明显的周期性,未来仍有可能往复发生干旱事件。在空间演变分析结果中,三种单变量干旱指数中农业干旱发生的频率最高,各类型干旱指数均是长期干旱的发生频率高于短期干旱。整体上沁河流域的下游区域发生的干旱频率较高,气象干旱在沁河流域整体呈显著加重趋势,而水文干旱与农业干旱的变化无显著性。在季节上,气象干旱应重点关注夏季,水文干旱应重点关注夏季上游地区和秋季下游地区,农业干旱应重点关注春季的下游地区和夏季的上游地区。在单变量干旱事件的年代演变分析中,SPEI表征的气象干旱在沁河流域的旱情严重程度表现为90年代>10年代>00年代>80年代,SRI表征的水文干旱与SSI表征的农业干旱在流域的旱情演变趋势一致,均表现为90年代>00年代>10年代>80年代。(3)分别构建了短期、中期以及长期综合干旱指数,并评估综合干旱指数的适用性及分析综合干旱指数的时空特性:适用性分析中,各个子流域综合干旱指数与单变量干旱指数的Pearson相关系数基本达到60%以上。选取历史典型干旱事件辨析综合干旱指数的适用性,由于综合干旱指数考虑的干旱影响因素较单变量干旱指数全面,因此对流域实际干旱事件的描述更加准确。其中短期综合干旱指数可以监测沁河流域旱情的实时波动,而长历时的中/长期综合干旱指数可以辨析流域的干旱变化趋势,二者结合对沁河流域干旱事件的辨析更为系统准确。时空演变特性分析中,时间视角下综合干旱指数演变呈轻微加重趋势;周期性上存在17a的演变第一主周期;空间视角下;沁河流域下游地区干旱程度整体上大于上游地区;从季节上看,冬季的综合干旱发生的频率最低。年代演变分析中,短期综合干旱和中期综合干旱发生在90年代的旱情最为严重,长期综合干旱旱情最严重的年代为00年代,且综合干旱对应的4个不同年代的旱情严重程度整体表现为:90年代>00年代>80年代>10年代。
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