基于四维Copula函数整合干旱发展-恢复速度特征的流域水文干旱风险评估新方法

针对传统干旱风险评估方法难以捕捉干旱动态演化过程的难题，黄河水利委员会的研究团队创新性地引入干旱发展速度(DS)和恢复速度(RS)特征，构建了整合D-S-DS-RS的四维Copula模型。该研究揭示了黄河流域1960-2018年水文干旱呈缓慢加剧趋势(0.0004/a)，中上游风险值更高，为流域水资源管理提供了动态风险评估新范式。

　　

在全球变暖加剧干旱灾害的背景下，水文干旱因其复杂的形成机制和跨系统影响成为流域管理的重大挑战。传统单变量评估方法难以反映干旱的多维特征，而现有Copula模型多聚焦静态的干旱强度-持续时间，忽视了发展期与恢复期的动态不对称性。这一问题在素有"十年九旱"之称的黄河流域尤为突出，其年均径流下降达13%，亟需建立更全面的风险评估体系。

黄河水利委员会的研究团队在《Ecological Indicators》发表的研究中，创新性地将干旱发展速度(DS)和恢复速度(RS)与传统指标结合，构建了四维Copula风险评估模型。研究采用标准化径流指数(SRI)识别干旱事件，运用游程理论提取D、S、DS、RS特征，通过三阶段嵌套法构建高斯Copula主导的联合分布函数，最终耦合概率与损失函数进行风险评估。

研究结果揭示：通过径流突变检验发现1980年代为关键转折点，下游花园口站径流下降13%。基于SRI的干旱频率分析显示全流域干旱频率0.31-0.39，其中轻中度干旱占82-96%。特征变量趋势分析表明，干旱持续时间(D)以0.0089/a速率延长，严重程度(S)以-0.0213/a加剧，发展速度(DS)呈现-0.0043/a的加速趋势，而恢复速度(RS)则以0.0028/a改善。四维Copula建模显示高斯Copula在多数区域最优，参数值在-0.12至0.13间波动，反映特征变量间存在弱相关性。风险评估结果显示流域干旱风险以0.0004/a缓慢上升，中游风险值最高，下游风险相对较低。

该研究通过创新性地引入DS和RS指标，突破了传统干旱评估的静态局限，首次实现了对干旱全周期动态演变的量化表征。所构建的四维Copula模型为流域尺度水文干旱风险评估提供了新范式，其分级结果（低风险[0,0.44]、中风险[0.44,0.46]、高风险[0.46,1]）可直接指导黄河流域差异化水资源调度。研究不仅为"黄河流域生态保护与高质量发展"国家战略提供了技术支撑，其方法论框架更可推广至全球其他面临复合型干旱风险的流域。未来研究可进一步整合气象-农业-水文多类型干旱数据，并探索高维Copula直接建模以提升精度。