东北地区春季农业干旱驱动因素研究：基于大气与积雪覆盖的多尺度分析

针对东北冷区春季农业干旱形成机制不明的问题，研究人员从大气-积雪-土壤水循环视角，将早春划分为冻结前期、快速冻结期、稳定冻结期和消融期，采用粗糙集条件信息熵方法量化降水、蒸散发和积雪深度等驱动因子权重。研究发现冻结前期水循环过程对春季干旱影响最大，积雪深度在快速冻结期作用显著，揭示了冻土滞水效应对干旱形成的独特影响机制，为寒区农业旱灾防控提供了理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，寒区农业干旱呈现复杂化趋势。东北作为中国最重要的商品粮基地，其春季干旱直接影响玉米、水稻和大豆等作物的播种与出苗。与温暖地区不同，该区域冬季积雪覆盖和土壤冻融过程导致水循环具有显著特异性——冻土的隔水性和抑蒸作用使得前期水文过程对次年春季土壤墒情产生滞后影响。然而，现有研究多聚焦气象干旱指标如标准化降水蒸散指数(SPEI)，对寒区土壤冻融过程与积雪覆盖如何影响春季农业干旱缺乏系统认知。

中国东北某高校的研究团队在《Agricultural Water Management》发表论文，首次基于水循环过程将早春划分为冻结前期(A)、快速冻结期(B)、稳定冻结期(C)和消融期(D)四个阶段，选取各阶段降水(A1/D1)、蒸散发(A2/D2)和积雪深度(B3/C3)等10个候选驱动因子，采用粗糙集条件信息熵(RSCIE)方法计算权重，揭示了不同土层深度(10/40/100/200 cm)下春季农业干旱的驱动机制。

关键技术方法包括：1) 基于41年(1980-2020)0.5°×0.5°网格数据，采用标准化土壤湿度指数(SSMI)量化干旱程度；2) 通过Kolmogorov-Smirnov检验确定土壤湿度最优概率分布；3) 运用粗糙集条件信息熵计算驱动因子权重，对比决策树(DT)、随机森林(RF)等方法的差异；4) 按纬度调整各阶段时间划分，体现寒区空间异质性。

研究结果方面：

1. 空间分布特征
   通过SSMI₁₀-SSMI₂₀₀分析显示，干旱范围随土层加深向西扩展，内蒙古西南部为持续干旱区，黑龙江北部和吉林东南部湿度较高。10 cm层干旱范围最小，200 cm层干旱强度最大。

2. 驱动因子权重比较
   RSCIE方法独特识别出冻结前期因子(A1/A2)在10 cm层的显著影响(权重0.18-0.22)，而传统方法(DT/RF)低估该效应。积雪深度(B3)在快速冻结期权重(0.15)远超同期降水/蒸散发，验证积雪抑蒸和缓慢入渗的特殊作用。

3. 分层权重规律
   • 冻结期影响：冻结前期权重最高(0.32±0.04)，消融期次之(0.28±0.03)，两阶段贡献占60%以上
   • 因子类别：降水在浅层(10 cm)权重达0.35，而蒸散发在深层(200 cm)升至0.41，体现土层水分运移差异
   • 时空变异：高纬度区积雪因子权重突出(黑龙江北部B3达0.19)，湿润区消融期降水主导(辽宁东部D1权重0.25)

4. 年代际变化
   1990s-2000s冻结前期因子权重出现峰值(A1在1990s达0.24)，可能与同期冻土退化相关；积雪因子权重在2010s回升，反映近年降雪量波动。

讨论与结论指出，该研究创新性地揭示了寒区冻融过程对干旱驱动机制的三大调控途径：1) 冻结前期的"土壤水库"效应，通过冻土滞水使秋季水文过程影响延续至次年春季；2) 积雪的双重作用，快速冻结期积雪抑制土壤失水，消融期融雪缓慢补给深层土壤；3) 水热耦合差异，浅层受降水直接影响，深层受蒸散发主导。相比传统干旱驱动分析，该研究建立的"分期-分层"评估框架更适用于寒区特色，为构建寒区特异性干旱指数(如考虑积雪深度的SSMI_snow)奠定理论基础。成果对保障东北粮仓抗旱减灾具有重要实践价值，未来可结合冻土厚度遥感数据进一步优化模型精度。