基于流域尺度的中国干旱时空演变特征与驱动力分析

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探究流域干旱的时空演变规律及驱动力分析,对流域干旱的监测和防治具有重要的科学意义。本文以1982-2018年CRU TS 4.03数据集中的月降水、月平均气温、潜在蒸散发等数据为基础,计算了自校正的帕默尔干旱指数作为气象-农业综合干旱指数,来衡量中国干旱程度的量化指标,从全国流域尺度出发,首先对全国十大流域37年的干旱趋势、干旱覆盖面积占比、干旱重心迁移、干旱频率等干旱事件特征进行了时空演变分析,其次选取黄河流域和珠江流域为代表性流域,对两个流域干旱的气候因素与下垫面因素进行定性分析,最后结合地理探测器模型定量研究了两个流域干旱的影响因素。主要研究内容及成果如下:(1)基于CRU数据集,计算了表征气象-农业干旱的修正帕默尔干旱指数(sc-PDSI),利用干旱趋势、干旱面积占比等方法分析全国尺度及各流域尺度干旱的时间演变特征。结果表明:1982-2018年中国整体区域呈现微弱的干旱化趋势,而各流域上,西北诸河sc-PDSI呈明显上升趋势,干旱减缓,松花江、辽河sc-PDSI呈明显下降趋势。辽河、海河和黄河整体上年际受旱面积占比较高,在2000-2003年干旱最严重;年内受旱面积在8-12月占比较高,5-6月占比较低,其中长江、西北诸河年内受旱面积占比变化不明显。(2)运用Sen+Mann-Kendall非参数趋势检验、重心迁移模型、游程理论、干旱频率等方法进一步分析了各流域干旱的空间演变特征,并构建了干旱致灾因子评价各流域干旱危险性等级。结果表明:1982-2018年不同干旱等级下的干旱重心主要分布在黄河流域、西南诸河和西北诸河区域,迁移趋势总体东西向大于南北向,重心迁移距离随着干旱等级越高而越大。干旱趋势上,长江西北部、西北诸河东部等地显著变湿,松花江大部、辽河西北部、长江北部和西北诸河局部等地显著变干。干旱频率在2000年以前,易干区主要在西北诸河和黄河流域,2000年以后,极干区主要在松辽海流域。辽河北部、黄河西中部和西北诸河南部等地平均历时较高,辽河西北部、海河北部、西北诸河南部的局部干旱强度较强且烈度峰值较大。中国大部分区域干旱致灾危险性的空间分布表现为较低或中等风险性等级,而辽河和海河中等及以上等级危险性所占比例较高。(3)选取黄河、珠江为两个代表性流域,利用Pearson相关分析法从流域、像元尺度分别定性探究了两河流域的不同驱动因子与sc-PDSI的时空相关性。结果表明:黄河降水量、土壤湿润度和sc-PDSI在流域、像元尺度均为显著的正相关性,珠江降水量、平均水汽压和sc-PDSI在流域、像元尺度均为显著的正相关性,两个流域的sc-PDSI与潜在蒸散发、干燥度均表现为显著的负相关性,与气温均呈不显著负相关性,且相关性呈明显的空间差异性。(4)运用地理探测器模型分别从因子、生态、风险、交互探测四个方面,进一步定量研究了不同驱动因子对黄河流域和珠江流域干旱的影响。结果表明:黄河流域降水量对sc-PDSI的解释力最高,是影响黄河流域干旱的首要因素,平均气温、海拔和潜在蒸散发分别次之;珠江流域潜在蒸散发对sc-PDSI的解释力最高,是影响珠江流域干旱的首要因素,降水量、平均气压和海拔分别次之。此外,相对于其他因子之间的交互作用,降水和潜在蒸散的双因子增强交互作用对黄河流域干旱最为明显;潜在蒸散发和干燥度的非线性增强交互作用对珠江流域干旱的影响最为明显。
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