内蒙古高原典型草原气象干旱的多尺度时空格局及其成因研究

本研究针对气候变化背景下内蒙古高原典型草原日益频发的极端干旱事件，通过标准化降水指数(SPI)结合主成分分析(PCA)和时变矩模型，揭示了区域干旱的三级空间分异格局(西部中度、东南部重度和东北部极端干旱)，并阐明了北大西洋涛动(NAO)、太平洋北美型(PNA)和南方涛动(SO)等大气环流因子的驱动机制，为草原生态系统干旱风险精准预测提供了理论依据。

　　

在全球变暖背景下，干旱已成为威胁草原生态安全和可持续发展的重大挑战。内蒙古高原作为欧亚草原带的重要组成部分，其典型草原区近年来极端干旱事件频发，导致草地生产力显著下降和生态退化。然而，现有研究多基于行政尺度分辨率，难以捕捉核心草原带的局地干旱格局；对大气环流驱动区域干旱变率的物理机制也缺乏深入认知。这些问题严重制约着干旱精准预测和风险管理能力的提升。

内蒙古农业大学的研究团队选取内蒙古高原东中部典型草原带(41.5°N-47.1°N)作为研究区，基于17个气象站1959-2020年的降水数据，通过标准化降水指数(SPI)量化多时间尺度(1/3/6/12个月)干旱特征，结合主成分分析(PCA)和时变矩模型解析时空格局，并采用协变量建模阐明大气环流的影响机制。研究成果发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》。

研究采用四项关键技术：1) 基于中国气象数据中心的降水数据计算多尺度SPI；2) 运用PCA和0.4因子载荷阈值划分干旱子区域；3) 采用非平稳时变矩模型(GAMLSS框架)拟合干旱特征序列；4) 通过Ridge回归构建环流指数与干旱参数的协变量模型，分析NAO、PNA等6种环流模式的贡献率。

研究结果揭示：

1. 空间格局：通过PCA将典型草原划分为三个特征区域——西部中度干旱区(PC1解释率58.8%)、东南部重度干旱区(PC2 17.7%)和东北部极端干旱区(PC3 5.9%)，且该格局在1-12个月尺度上保持稳定。

2. 时间特征：西部区非生长季干旱呈线性缓解趋势(0.18/10a)，但夏季加剧(-0.15/10a)；东南部夏季干旱非线性极端化，非生长季缓解；东北部生长季呈现极端干旱趋势。时变矩模型显示LO和PE分布最优拟合干旱序列，AIC平均降低11.3。

3. 环流驱动：NAO正相位和PNA负相位加剧区域干旱，SO正负相位分别加重西部和东部干旱。典型个例分析表明，1990年持续负PNA相位导致西部升温降压(干旱加剧)而东部降温增湿(干旱缓解)；2013年强NAO正相位通过欧亚遥相关使东部形成异常反气旋，造成降水抑制和潜在蒸散增加的双重干旱效应。

研究结论创新性地构建了"环流-气候-干旱"响应框架，发现：

1. 干旱空间分异受地形和环流协同控制，西部受PNA和SO主导，东部受NAO调制；
2. 时间非平稳性表现为生长季干旱加剧与非生长季缓解的拮抗效应；
3. 环流影响存在1-12个月滞后，NAO-PNA-SO的组合解释力达82.4%。

该研究为草原干旱预警提供了三点重要启示：首先，多尺度分区识别明确了重点防控区域；其次，环流因子的滞后效应拓展了预测时间窗；最后，非平稳建模方法显著提升了极端干旱事件的预测准确性。这些发现不仅对制定差异化的草原生态保护策略具有实践价值，也为理解全球变化背景下干旱机制提供了新的理论视角。