不同类型复合干旱-高温事件的传播：时空模式与响应关系

《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Propagation of different types of compound drought-hot events: Spatiotemporal patterns and response relationship

复合干旱-热浪事件在东北地区的空间分布及传播特征分析。采用SPI、SMI、SRI和STI指标，研究1981-2017年东北地区气象、农业及水文复合干旱-热浪事件（CMDHEs、CADHEs、CHDHEs）的空间分布、频率、持续时间及传播时间（DPT）。发现高发区集中在内蒙古北部、吉林西部及辽宁西北部，其中CADHEs持续时间最长（平均增加20%），且传播时间存在显著空间异质性，如CADHEs→CHDHEs在部分地区仅需1-2个月，而其他区域需5个月以上。揭示土壤-大气耦合机制及人类活动对事件传播的影响，为区域适应策略提供依据。

　　
中国东北地区复合干旱与热浪事件（CDHEs）的时空演变及传播机制研究

一、研究背景与意义
在全球气候变暖背景下，干旱与热浪的复合事件（CDHEs）对生态系统和农业生产造成显著威胁。中国东北地区作为重要的粮食生产基地和生态屏障，其CDHEs的时空特征及传播规律研究具有重要科学价值与社会意义。现有研究多聚焦单一干旱或热浪事件，对复合事件内部不同类型（气象、农业、水文）的相互作用机制认识不足。本研究通过整合多源数据，系统揭示了东北地区CDHEs的空间分布差异、时间演变规律及其传播特征，为制定适应性管理策略提供了科学依据。

二、研究区域与数据特征
研究区域涵盖黑龙江、吉林、辽宁及内蒙古东部，总面积约124万平方公里，地理坐标介于115°31'-135°05'E和38°43'-53°33'N之间。该区域呈现显著的空间异质性：西部为半干旱草原，中部为松嫩平原，东部为山地森林湿地。气候特征表现为降水年际波动大（250-1100mm），蒸发量与降水呈负相关，平均气温-9至10℃。自1990年代以来，干旱频率和强度呈现显著上升趋势，2010年后有所波动。

数据来源包括：
1. 中国区域气象要素驱动数据集（1979-2018），空间分辨率0.1°，涵盖2400个气象站观测数据
2. 欧洲航天局土壤湿度气候倡议项目数据（版本08.1），空间分辨率0.25°，日尺度观测
3. 中国径流数据集（CNRD），覆盖1961-2018年，空间分辨率0.1°

数据预处理采用Delta方法进行空间分辨率统一，并建立月尺度标准化干旱指数（SPI、SMI、SRI）和热浪指数（STI）。通过Gringorten plotting-position公式计算标准化指数，确保不同月份气候背景的一致性。

三、CDHEs的时空特征分析
1. 空间分布特征
- CMDHEs（气象干旱+热浪）高发区集中在内蒙古东北部、吉林中西部和辽宁北部
- CADHEs（农业干旱+热浪）主要分布于内蒙古东部、吉林北部和黑龙江北部
- CHDHEs（水文干旱+热浪）高发区位于吉林西部、黑龙江东部及内蒙古东南部

2. 时间演变规律
- CMDHEs：1980年代频率较低（年均1.2次），1990-2010年显著增加（年均3.8次），2010年后有所回落
- CADHEs：持续时间平均延长20%，2004年记录到最长连续干旱-热浪复合事件（达9个月）
- CHDHEs：在吉林西部和黑龙江东部呈现阶段性集中爆发特征

3. 事件强度对比
- CMDHEs强度范围：-2.1至-5.6（SPI标准化值）
- CADHEs强度范围：-4.2至-7.8（SPI累计值）
- CHDHEs强度范围：-3.5至-6.9（径流标准化值）

四、CDHEs传播机制与动力学特征
1. 传播时间滞后（DPT）
- CMDHEs→CADHEs：7-8个月（73%区域），最短4个月，最长9个月
- CADHEs→CHDHEs：1-2个月（主要农区）与5-6个月（山地湿地区）并存
- CMDHEs→CHDHEs：整体传播时间缩短至5-6个月，受区域水文条件影响显著

2. 传播空间异质性
- 西部吉林-内蒙古边境区：CMDHEs与CHDHEs传播时间差最小（约1个月）
- 北部黑龙江-内蒙古过渡带：CADHEs→CHDHEs传播时间延长至8-10个月
- 松嫩平原：农业干旱（CADHEs）持续时间达9-12个月，显著影响作物生长周期

3. 相互作用强度
- 最大皮尔逊相关系数（MPCC）达0.91（CMDHEs→CHDHEs）
- 土壤湿度与热浪强度呈现负相关（r=-0.67，p<0.01）
- 热浪事件可使干旱强度提升40%-60%

五、关键驱动机制解析
1. 大气环流影响
- 西伯利亚高压异常增强导致异常高温与持续干旱
- 蒙古高压与西太平洋副热带高压的异常配置形成长时间滞留天气系统

2. 土壤-植被反馈
- 草原区土壤湿度记忆期缩短至5-6个月（黑钙土）
- 森林湿地区因有机质层（平均30-45cm）缓冲作用，水文响应滞后达6-8个月

3. 地形水文效应
- 山地坡度>5°区域形成"干旱陷阱"，径流响应滞后达4-7个月
- 平原区（坡度<1°）干旱传播速度提升30%-50%

4. 人类活动干扰
- 灌溉用水管理优化可使干旱强度降低25%-40%
- 城市化导致地表反照率变化，加速热浪传播
- 水库调节使水文干旱持续时间延长20%-30%

六、适应性管理策略建议
1. 水资源优化配置
- 建立跨区域联合调度机制，重点保障吉林西部-内蒙古东北部农业用水
- 推广滴灌技术，在干旱预警前30天实施节水灌溉（可降低作物损失35%）

2. 农业结构调整
- 东北黑土区推广耐旱作物品种（如耐旱玉米B73品种）
- 建立旱灾保险制度，覆盖70%以上粮食主产区

3. 生态工程强化
- 实施湿地保护工程，恢复松嫩平原20%以上退化湿地
- 建设防护林带（林草覆盖率提升至65%以上），增强区域蓄水能力

4. 预警系统升级
- 构建多源数据融合预警平台（气象+土壤+水文）
- 开发区域专属CDHE预警模型（准确率≥85%）

七、研究展望
1. 深化机制研究
- 建立分布式水文模型（如SWAT-MODFLOW耦合）
- 研发多尺度耦合预测系统（日-月-年尺度）

2. 扩展应用领域
- 探索CDHEs对电力系统（如电网过载风险）的影响
- 研究对东北亚跨境污染传输的调控作用

3. 数据完善方向
- 补充2018年后观测数据（特别是2022年极端事件）
- 开发多参数融合数据集（空间分辨率提升至0.05°）

本研究通过系统揭示CDHEs的时空演化规律，为制定"十四五"期间东北粮食主产区适应性管理方案提供了关键科学支撑。研究证实，在气候变化背景下，复合干旱-热浪事件的传播机制具有显著区域特征，需建立差异化的防控策略。后续研究将重点开展多因素耦合作用模拟，以及基于深度学习的超长期（30年）预测模型构建。