《Atmospheric Research》：Multi-stage compound drought–heatwave stress elevates cotton yield-loss risk across contrasting climate regimes of the China-Pakistan economic corridor
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•升温使新疆复合干旱-热浪风险增加；湿润化缓解了巴基斯坦的风险。•花铃期的干旱强度驱动峰值产量风险。•在多阶段胁迫下，减产概率从27%至28%上升至67%–69%。•巴基斯坦面临的减产事件较少但幅度更大，而灌溉条件下的新疆则相反。引言气候变化已不再仅以升温为特征；复合极端事件
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升温使新疆复合干旱-热浪风险增加；湿润化缓解了巴基斯坦的风险。
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花铃期的干旱强度驱动峰值产量风险。
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在多阶段胁迫下，减产概率从27%至28%上升至67%–69%。
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巴基斯坦面临的减产事件较少但幅度更大，而灌溉条件下的新疆则相反。
引言
气候变化已不再仅以升温为特征；复合极端事件的频率和强度在近几十年也显著增加（Shi等，2024；Bracho-Mujica等，2024；Li等，2025）。其中，复合干旱-热浪事件（CDHEs）尤为令人担忧。IPCC AR6报告指出，自1980年以来，北半球CDHE的频率以约每十年2.3%的速度增长，远超单一灾害的增长速率（IPCC，2022）。与单一胁迫因子不同，CDHEs通过耦合作物生理途径造成损害：干旱导致气孔关闭以保存水分，从而限制蒸发冷却并加剧内部热胁迫（Zafar等，2023）。这种非线性耦合效应（Feng等，2019）使CDHEs成为全球粮食安全的重要却常被低估的威胁（Bista等，2024；Jiang等，2025）。
在半干旱和季风过渡区的农业系统中，干旱-热耦合尤为严峻，因为水文热力格局的变化与作物物候敏感性相互作用，产生强烈的非线性产量响应。棉花是全球纺织生物经济的基石，对水文热力波动极为敏感（Farooq等，2023；Yang等，2025）。全球范围内，温度变异性是产量不稳定的主要贡献因素，每升高1°C可能导致作物产量减少约1.64%（Li等，2021）。同时，近几十年来，各棉花种植区CDHE的平均严重性已增至历史水平的三倍以上（Liu等，2025a；Liu等，2025b）。这一脆弱性在中国-巴基斯坦经济走廊（CPEC）地区被急剧放大。CPEC不仅具有重大的经济意义，还因其双极特征而成为一个独特的"气候实验室"：其北部为西风带主导的干旱新疆，南部为季风影响的巴基斯坦（Li等，2022；Xie等，2024）。然而，在这些对比鲜明的气候格局下——北方由升温驱动的干旱化与南方受季风影响的湿润化——CDHE风险如何被调节仍不清楚。
这些极端事件的影响已经切实可感且十分严重。根据最新数据，2023年新疆棉花产量在包括夏季高温在内的恶劣天气条件下下降了超过20%（Cheng和Yin，2021；Han等，2022）。与此同时，巴基斯坦棉花轧花协会（PCGA）报告称，受暴雨和热浪影响，2025年预计减产超过17%。未来预测更为令人担忧，表明雨养地区将面临严重的水分亏缺（Jans等，2021），旁遮普地区可能出现35%–59%的局部减产（Ahmad等，2023）。然而，该地区复杂的气候系统使风险评估变得困难。CPEC受南亚季风、西风带和青藏高原热力效应等多种大尺度因素的复杂相互作用影响（Sun等，2022；Zhao等，2022a；Zhao等，2022b）。这导致CDHEs对不同生育期棉花产量影响的高度时空异质性，因此需要对该风险格局进行深入定量化理解，以指导适应策略的制定。
尽管CDHEs已逐渐受到重视，但准确评估其动态演变仍具挑战性。早期研究通常使用特定降水和温度阈值的简单组合来定义事件（Beniston，2009）。为进行深入分析，研究者转向整合标准化干旱和热指数，以便在区域尺度上评估频率和强度趋势（Hao等，2018）。近年来，为捕捉短历时极端事件，研究聚焦于开发日尺度复合指数（Shan等，2024）。然而，一个持续存在的局限是，大多数这些方法都假定了气候平稳性。由于在全球变暖背景下，气候序列的统计特性已不再恒定，平稳指数无法捕捉风险的动态变化（Bazrafshan等，2022）。因此，广义加性位置、尺度和形状模型（GAMLSS）的应用——该模型允许对时变特征进行建模——已成为准确描述灾害风险演变的重要进展（Niu等，2024）。
准确评估CDHEs的协同风险还需要量化干旱与热浪之间的依赖结构（Shi等，2021）。Copula函数在此领域展现了巨大潜力。一方面，它可以建模非线性依赖关系以构建动态联合风险指数；另一方面，它可以刻画灾害严重性与作物产量损失的联合分布，从而描述其共发概率（Guo等，2023；Wang等，2024）。然而仍存在一个空白：大多数研究使用单一综合灾害指数进行概率评估，这往往忽视了不同事件特征（持续时间、严重性等）各自的独特贡献以及复合胁迫对多个生育期的遗留效应。营养生长早期的干旱胁迫可能损害根系结构或水力传导能力，降低作物应对后续胁迫的能力（Lin等，2021）。忽略这些维度会引入相当大的不确定性。
为弥补这些不足，本研究提出了一种结合GAMLSS-Copula方法的综合研究框架。该框架有三个目标：（1）利用时变GAMLSS-Copula模型表征CPEC区域CDHEs的非平稳演化轨迹，特别关注西风带主导的干旱北部与季风影响的南部不同的气候格局；（2）基于相关性的层次分析法（AHP），识别棉花各生育期的主要灾害驱动因素和峰值脆弱窗口；（3）概率量化当复合胁迫在同一生长季节内影响多个生育期时，棉花减产概率的累积过程。
除CPEC的具体结果外，该框架可应用于其他气候过渡区以评估不断演变的复合风险。将非平稳灾害动态与产量损失联系起来，揭示了棉花在不同生育期的脆弱性差异。当复合胁迫在同一生长季节内影响多个生育期时，减产概率急剧上升，特别是在灌溉条件的新疆子区域。这些发现表明，全季节预防性管理比单阶段响应更具价值，尤其是在持续升温的背景下。
章节摘要
研究区域
中国-巴基斯坦经济走廊（CPEC，23°35′–48°10′N，60°50′–96°18′E）涵盖中国新疆维吾尔自治区和巴基斯坦全境，总面积约250万平方公里。该地区地形复杂，气候条件多样，从北部的天山、喀喇昆仑和阿尔泰山地到南部的印度河平原和沿海沙漠。天山山脉作为天然
干旱、热浪和复合事件指数的时空特征
在考察时空格局之前，我们使用残差诊断方法在代表性站点验证了非平稳建模框架的可靠性（见图2和图S2）。结果表明，估计的时变参数有效捕捉了气候非平稳性，为后续的风险评估奠定了坚实基础。
为刻画干旱、热浪和复合事件之间的相互作用和时间演变，我们考察了NSPEI之间的
CDHEs的时空异质性与非线性演化
在全球变暖的驱动下，复合极端事件发生的频率更高、强度更大（Min等，2023）。我们的结果显示，干旱西风带主导的北部（新疆）与季风影响的南部（巴基斯坦）之间CDHE演化轨迹存在明显分化。在新疆北部和南部，CDHEs表现出加剧趋势，这与广泛的升温和空间异质性的水分变化相一致。这一模式与之前的
结论
本研究利用非平稳评估框架，量化了中国-巴基斯坦经济走廊（CPEC）区域复合干旱-热浪事件（CDHEs）的时空风险及其对棉花产量的影响。
CDHEs风险的演化在CPEC区域表现出明显的空间分化：新疆风险因升温而加剧，而巴基斯坦的湿润化趋势提供了缓冲效应。然而，需要注意的是，这种缓冲效应可能掩盖了风险的转变
稿件撰写过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在本研究撰写过程中，作者使用Gemini辅助部分段落的语言润色。使用该工具后，作者对内容进行了全面审查和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。
CRediT作者贡献声明
Gong Lei：撰写——初稿、可视化、方法论、形式化分析、概念化。Li Yi：撰写——审阅与编辑、监督、经费获取。Niu Ben：软件、方法论。Song Maokai：调查、数据整理。Liong Shie-Yui：撰写——审阅与编辑、验证。Tang Darrell：监督。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究受新疆干旱内陆农业研究所科技创新专项（编号：XJHQNY-2025-3）、国家自然科学基金（编号：W2533117）和中央高校基本科研业务费专项资金（编号：XYTD2026-11）资助。感谢中国气象数据服务网提供气象数据。
Lei Gong|Yi Li|Ben Niu|Maokai Song|Shie-Yui Liong|Darrell Tang
