基于Copula函数的中国极端干旱事件时空变化特征及成因分析（1961-2022）

《Weather and Climate Extremes》：The opposite trends in precipitation total and extremes during two rain-seasons across Ethiopia, the Water Tower of Africa

本研究针对中国极端干旱事件识别标准不统一、时空特征不明的问题，研究人员结合标准化降水指数（SPI）和Copula函数，系统分析了1961-2022年中国极端干旱事件的时空变化规律。研究发现中国不同气候分区极端干旱阈值存在显著空间异质性，西北温带荒漠区和青藏高原区极端干旱事件频率减少，而华中-华南亚热带湿润区极端干旱的频次、持续时间和强度均呈增加趋势。该研究为区域干旱风险评估和防灾减灾提供了科学依据。

　　

干旱是全球气候变化背景下最严重的自然灾害之一，对农业生产、水资源安全和生态系统稳定性构成重大威胁。中国地域辽阔，气候类型复杂多样，不同区域对干旱的敏感性和响应机制存在显著差异。传统干旱监测多采用固定阈值方法，难以准确识别极端干旱事件，特别是无法反映干旱多维度特征（如持续时间和强度）的联合效应。因此，建立科学的极端干旱识别标准，系统分析其时空变化规律，对区域水资源管理和防灾减灾具有重要意义。

为了深入探究中国极端干旱事件的演变特征，研究人员在《Weather and Climate Extremes》上发表了最新研究成果。该研究基于CN05.1格点降水数据集（1961-2022），结合3个月时间尺度的标准化降水指数（SPI）和Copula函数，首次在全国尺度上构建了考虑干旱持续时间和强度联合概率的极端干旱动态识别标准，系统分析了七大气候分区极端干旱事件的时空变化规律及主导因素。

研究采用的关键技术方法包括：基于CN05.1格点降水数据计算3个月SPI值；运用游程理论识别干旱事件并提取干旱持续时间和强度特征；通过Copula函数建立干旱变量联合分布，以5%联合超越概率界定极端干旱；采用Wilcoxon符号秩检验分析不同时期干旱特征变化。

研究结果揭示了中国极端干旱事件的时空演变规律：

SPI变化趋势（1961-2022）

研究发现中国大部分地区呈现湿润化趋势，特别是西北温带荒漠区（分区1）和青藏高原区（分区6）SPI增加速率超过0.01/年。而东北温带湿润半湿润区（分区3）和华南热带湿润区（分区7）的部分区域SPI显著下降，干旱化趋势明显。

干旱事件基本特征

西北温带荒漠区（分区1）和青藏高原北部（分区6）的干旱事件具有最长平均持续时间（3.93个月）和最高平均强度（2.89）。全国范围内，1961-2022年大部分地区经历的干旱事件总数超过20次，其中33%的格点遭遇30次以上干旱。

极端干旱阈值空间分布

基于Copula函数的极端干旱阈值呈现显著空间异质性。在相同干旱持续时间条件下，西北温带荒漠区（分区1）和青藏高原区（分区6）的干旱强度阈值明显高于其他分区。例如当干旱持续9个月时，这两个分区干旱强度阈值低于0.5的格点比例分别为34%和43%，而其他五个分区的这一比例达62%-82%。

极端干旱事件时空变化

1992-2022年与1961-1991年相比，极端干旱事件表现出明显的时空分异特征。华中-华南亚热带湿润区（分区5）极端干旱频次、持续月数、平均强度和最大强度均显著增加，该分区64%的格点平均强度增加，62%的格点最大强度增加。而西北温带荒漠区（分区1）和青藏高原区（分区6）极端干旱影响范围明显减小。

极端干旱主导因素变化

极端干旱主导因素分析显示，由持续时间和强度共同主导的极端干旱格点数量最多。不同分区主导因素变化各异，西北温带荒漠区（分区1）和青藏高原区（分区6）持续时间主导型极端干旱显著减少，而华中-华南亚热带湿润区（分区5）强度主导型极端干旱明显增加。

研究结论表明，中国极端干旱事件存在明显的时空分异特征和演变规律。基于Copula函数的动态阈值方法能更准确识别极端干旱事件，揭示其多维度特征。近年来，中国北方极端干旱呈减缓趋势，而南方部分地区极端干旱风险增加，特别是华中-华南亚热带湿润区极端干旱的频次和强度均呈上升态势。这一变化规律与区域气候变化背景下的降水格局调整密切相关。

该研究创新性地将Copula函数引入极端干旱识别，建立了考虑干旱多维度特征的动态评估框架，为理解气候变化背景下极端干旱事件的演变规律提供了新视角。研究成果对区域干旱风险管理、水资源规划配置和气候变化适应策略制定具有重要科学价值，也为全球其他地区极端干旱研究提供了方法借鉴。未来研究可进一步整合多时间尺度SPI、引入更复杂的vine copula模型，并加强极端干旱与社会经济系统的互动关系研究。