干旱研究新突破：内陆河流域气象干旱向农业干旱的传播特征及影响因素解析

为探究干旱传播机制，研究人员以石羊河流域为对象，发现其传播具空间异质性，对水资源管理意义重大。

　　干旱，这个看似普通的词汇，却蕴含着巨大的能量，它能给人类社会带来一系列的危机。在全球范围内，干旱发生的频率和强度正与日俱增，其带来的影响涉及水资源、环境、经济和社会等多个方面。比如，干旱会导致土壤水分减少，进而影响农作物生长，威胁粮食安全；还会造成陆地碳吸收损失，降低生态系统生产力。

面对日益严峻的干旱形势，深入研究干旱的发生和演变机制迫在眉睫。在众多干旱研究中，探究气象干旱如何演变为农业干旱成为了水文领域的前沿课题。然而，目前关于干旱传播阈值的研究存在诸多不足，不同地区的阈值差异较大，而且在将阈值量化应用于干旱预警系统和阻断干旱传播方面，还存在很大的差距。同时，对于干旱特征在不同流域尺度的传播模式及其潜在机制和驱动因素，也有待进一步研究。此外，量化气候、流域特征和人类调控对干旱传播的贡献，对于有效预测干旱和管理流域水资源至关重要，但这方面的研究仍存在空白。

为了填补这些研究空白，相关研究人员选取了中国典型的内陆河流域 —— 石羊河流域（SRB）作为研究区域。石羊河流域气候、地形和生态系统的空间差异较大，是中国重要的农业产区，但同时也面临着严重的水资源短缺和频繁的干旱问题，非常适合开展干旱传播相关研究。该研究成果发表在《Agricultural Water Management》上，为干旱研究领域提供了重要的参考。

在研究方法上，研究人员主要采用了以下几种关键技术：一是利用 1980 - 2020 年的长时间序列水文气象数据集，包括气象站数据、土壤湿度数据等多种数据来源，并运用插值和重采样技术对数据进行处理；二是通过标准化降水蒸散指数（SPEI）和标准化土壤湿度指数（SSI）来识别气象干旱和农业干旱事件；三是运用 Copula 函数评估气象干旱引发农业干旱的风险概率和触发阈值；四是使用随机森林模型量化影响干旱传播的因素。

研究结果如下：

1. 气象干旱特征：从 1980 年到 2020 年，石羊河流域经历了 17 - 69 次气象干旱事件，其中 29.4% 为严重及以上强度，18.7% 持续时间超过 7 个月。上游地区气象干旱特征更为严重，且在大部分地区，气象干旱呈现出持续时间变长、强度增强的趋势，同时这种变化在较长时间尺度上更为明显。
2. 农业干旱特征：通过 SSI₁识别出 37 次农业干旱事件，其中 56.8% 持续时间超过 3 个月，21.6% 超过 7 个月。下游地区农业干旱事件较多，且呈现出低强度、长时间的特点。从时间趋势来看，流域内农业干旱呈缓解趋势，主要体现在强度减弱和持续时间缩短，且上中游地区缓解程度最大。
3. 气象干旱向农业干旱的传播时间：石羊河流域气象干旱与农业干旱之间存在显著相关性，平均传播时间为 4 个月。上游地区传播时间较长，平均为 10 个月，中下游地区逐渐缩短，分别为 6 个月和 3 个月。其中，2 个月的传播时间在流域内占比最大，为 40.4%，主要集中在中下游地区。
4. 干旱风险概率和触发阈值：随着气象干旱程度从温和、严重到极端加剧，农业干旱发生的最大概率也逐渐增加，分别为 0.48、0.54 和 0.66。上游地区对气象干旱更为敏感，传播风险更高。在 4 个月的传播时间内，石羊河流域触发农业干旱的累积降水赤字阈值为 26mm，从上游到下游，降水赤字百分比依次降低，分别为 18.5%、25.6% 和 45.0%，表明上游地区更容易达到降水赤字阈值，农业干旱风险更高。
5. 干旱强度和持续时间的传播：石羊河流域 1980 - 2020 年平均干旱强度传播指数（DIP）为 0.92，持续时间传播指数（DDP）为 1.02，表明干旱强度传播较弱，持续时间传播较强。空间上，DIP 和 DDP 呈显著负相关，从上游到下游，DIP 逐渐减小，DDP 逐渐增大。从时间趋势来看，1980 - 2020 年，流域内 DIP 和 DDP 均呈下降趋势，表明气象干旱对农业干旱的传播减弱。
6. 干旱传播的潜在影响因素：通过 Spearman 相关性分析和随机森林模型量化发现，所有选定因素（除土地利用类型外）均对 DIP 和 DDP 有显著影响，但影响关系在空间上相反。其中，水汽压亏缺（VPD）是影响 DIP 的主要因素，实际蒸散（ET_a）对 DDP 的贡献最大。

研究结论和讨论部分指出，内陆河流域气象干旱向农业干旱的传播具有高度空间异质性。上游地区传播时间长，可能是由于较高的土壤湿度、融雪径流补给和植被覆盖等因素；而中下游地区传播时间短，可能与人类灌溉活动有关。干旱传播风险和阈值在上下游也存在差异，上游地区风险高、阈值低。此外，土壤湿度记忆和土地 - 大气相互作用分别影响干旱持续时间和强度的传播。同时，该研究也存在一定局限性，如干旱指数可能带来不确定性，研究未完全模拟干旱传播的动态过程等。

总体而言，这项研究深入剖析了石羊河流域气象干旱向农业干旱的传播机制，为内陆河流域的干旱研究提供了重要依据，对干旱预警和水资源管理具有重要的指导意义。未来研究可进一步探索农业管理措施对干旱传播的影响，加强对气候和人类活动影响的定量分析，为干旱防治和水资源合理利用提供更有力的支持。