中国1981–2024年旱涝急转事件分析

《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Analysis of drought-flood abrupt alternation in China from 1981 to 2024

　　

摘要 研究区域：本研究覆盖中国全境，并将其划分为七个气候区。 研究重点：本研究开发了日尺度标准化旱涝急转指数（SDWAI）用于识别和评估旱涝急转（DFAA）事件。采用修正Mann-Kendall方法、Sen斜率估计器、滑动t检验，系统考察了中国DFAA事件的时空趋势与演变特征。 新的水文区域见解：研究发现，1981–2024年间，DFAA事件在年际和年尺度上表现出显著的区域性和季节性特征，频率显著增加，空间格局呈东南高、西北低的特点，夏季发生最为频繁且最为严重。1991年和1992年出现共同突变，显示全国性湿润转变，DFAA事件的年际变率和空间覆盖范围扩大，高频区域在每次突变后呈现北移和南扩特征。平均降水量的空间距平百分率梯度与频率呈中等且较不显著的相关性，可能是潜在的影响因素。同时，研究提出了初步的全国阈值±0.6，适用于不同干湿区域。

中国1981–2024年旱涝急转事件研究解读

一、研究背景与问题提出

在全球气候变暖背景下，极端降水与干旱事件的时间序列呈现显著非平稳性，其强度、发生频率和持续时间均呈显著上升趋势。地表退化与人类扰动引发的洪水淹没风险加剧，对陆地生态系统和社会系统构成日益增长的压力。旱涝急转（DFAA）是一种典型的复合水文气象极端事件，表现为短期内干旱与洪涝之间的快速双向转换，主要包括旱转涝（D-F）和涝转旱（F-D）两种模式。相比单一灾害事件，DFAA具有更强的突发性、更严重的破坏性和更高的预测难度，对生态—气候反馈和社会经济系统构成更大威胁。

中国幅员辽阔、地形复杂、气候类型多样，DFAA事件呈现显著的区域特征：北方季风气候区以“春旱转夏涝”的季节性突变为特征；长江流域主要经历“夏旱转秋涝”的阶段性转变；西南高原地区则以“冬春连旱转夏涝”为特点。然而，现有DFAA识别方法存在诸多不足：早期基于大时间尺度的指数容易产生旱涝信号的“中和与平滑”效应，难以准确捕捉“突变”特征，且缺乏标准化阈值，无法进行跨流域比较；部分日尺度指数仅关注旱转涝而忽略涝转旱，或存在经验权重缺乏标准化归一化的问题；基于固定阈值的方法高度依赖密集站点网络，难以推广至降水记录稀少的干旱区域。

因此，开展全国尺度的DFAA系统识别与特征分析，对于深入理解复合旱涝事件的全国特征、提升防灾减灾能力具有重要的科学意义和实践价值。

二、研究内容与主要结论

本研究基于1981–2024年中国358个气象站点的日降水数据，开发了改进的日尺度标准化旱涝急转指数（SDWAI），系统识别了全国DFAA事件的频率与强度，分析了其时空演变特征，并探讨了降水距平百分率对DFAA事件的驱动效应。

主要结论包括：DFAA事件在年际和年尺度上表现出显著的区域性和季节性特征，频率显著增加，空间格局呈东南高、西北低的特点，夏季发生最为频繁且最为严重。1991年和1992年出现共同突变，显示全国性湿润转变，DFAA事件的年际变率和空间覆盖范围扩大，高频区域在每次突变后呈现北移和南扩特征。平均降水量的空间距平百分率梯度与频率呈中等且较不显著的相关性，可能是潜在的影响因素。研究还提出了初步的全国阈值±0.6，适用于不同干湿区域。

三、关键技术方法

研究人员采用的主要技术方法包括：改进的日尺度标准化旱涝急转指数（SDWAI），该指数基于多分布优化框架（包括Gamma分布、GEV-Fréchet、GEV-Gumbel和GEV-Weibull分布），通过Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验评估拟合优度，并进行零值校正以适应干旱区域大量零降水观测的特点；修正Mann-Kendall方法用于趋势显著性检验；Sen斜率估计器用于趋势幅度估计；滑动t检验用于突变点检测。数据来源于国家气象科学数据中心（https://data.cma.cn），共选取358个研究站点。

四、研究结果

4.1 DFAA事件的频率与强度识别

通过改进的SDWAI指数，研究人员成功识别了中国范围内的DFAA事件，克服了传统指数在干旱区域因大量零降水观测导致的拟合偏差问题，实现了日尺度上旱涝急转事件的可靠识别。

4.2 DFAA事件的时空特征分析

基于1981–2024年的观测数据，研究人员分析了DFAA事件在全国的时空分布特征。研究发现DFAA事件频率显著增加，空间格局呈东南高、西北低的分布特征，夏季发生最为频繁且最为严重。年际尺度上，DFAA事件表现出显著的区域性和季节性差异。

4.3 突变分析与驱动因素探讨

通过修正Mann-Kendall方法和滑动t检验，研究人员检测到1991年和1992年的共同突变，显示全国性湿润转变。突变后，DFAA事件的年际变率和空间覆盖范围扩大，高频区域呈现北移和南扩特征。降水距平百分率的空间梯度与DFAA频率呈中等且较不显著的相关性，表明其可能是潜在的影响因素。

五、讨论与结论

讨论部分指出，DFAA事件的增加与全球变暖背景下水文循环加剧密切相关，区域气候差异和地形条件对DFAA事件的空间分布具有重要影响。研究提出的±0.6全国阈值可为不同干湿区域的DFAA识别提供统一标准，具有较好的适用性。

研究结论表明，1981–2024年间中国DFAA事件频率显著增加，具有东南高、西北低的空间格局，夏季最为频繁和严重。1991年和1992年的共同突变标志着全国性湿润转变，此后DFAA事件的年际变率和空间覆盖范围扩大，高频区域北移和南扩。降水距平百分率是DFAA事件的潜在影响因素。该研究为深入理解全国复合旱涝事件特征提供了科学依据，对提升防灾减灾能力具有重要的实践意义。论文发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》。