气候变化背景下骤发干旱的形成机理及其与季节性干旱的时空关系研究

A rapidly developing drought triggered by heat waves (referred to as "flash drought") has drawn widespread public concern in recent years. Compared with traditional droughts, flash drought develops rapidly and is of great intensity, which have a serious impact on crop yields and water supply. However, the research on flash drought is in its early stages, and the mechanism of the occurrence of flash drought and its association with conventional drought at longer time scales remain unclear. Based on the observation and reanalysis data in Guangdong province, this project develops a framework for flash drought identification at the grid scale. We analyze the spatial-temporal distribution and evolution of flash drought in the study area, and reveal the driving mechanism of flash drought at the basin scale using the hydrological simulation method. The relationship between the characteristics of flash drought and seasonal (agricultural and meteorological) drought is developed to identify the transformation between them at various spatial and temporal scales. In addition, a space-time coupling network model for flash drought and seasonal drought is proposed to reveal the spatio-temporal clustering characteristics between flash drought and seasonal drought as well as the transformation pattern of spatial coupling centers. The results of this project will provide a scientific reference for flash drought early warning and regional disaster risk reduction planning.

近年来，一种由高温热浪引发的快速发展干旱（称为“热浪骤发干旱”）引起了社会的广泛关注。与传统干旱相比，骤发干旱发生发展迅速、强度大，对作物产量和水资源供给有严重影响。目前，关于骤发干旱的研究还处于初级阶段，对其形成机理及与季节性干旱之间的联系尚不明确。本项目以高温热浪高风险区广东省作为研究区域，以观测和再分析等多源数据为基础，综合利用交叉学科理论、方法，构建热浪骤发干旱识别方法体系，评估骤发干旱的时空演变规律，基于水文模拟技术在流域尺度上揭示骤发干旱的驱动机制；构建骤发干旱与季节干旱之间的响应关系模型，探讨骤发干旱与季节干旱在不同时空尺度上的转化关系；提出面向非过程的骤发干旱与季节干旱时空耦合网络模型，揭示年代尺度上骤发干旱和季节干旱的时空聚类特征及耦合中心的迁移转化规律，以期为骤发干旱早期预警及减灾规划设计提供科学参考。

骤发干旱（简称“骤旱”）是一种突发性强、历时短的极端干旱事件，受气候变暖影响，近年来在珠江流域频繁发生，对作物产量和水资源供给造成了严重影响。目前关于骤旱的研究还处于初级阶段，对其形成机理及与季节性干旱之间的联系尚不明确。本研究以珠江流域为研究对象，基于观测、再分析和模型数据，构建了两种骤旱识别方法（一种是基于标准化蒸发应力比指数，另一种是基于土壤水快速下降的方法）。基于二元Copula函数构建了骤旱历时、强度和峰值的二维联合分布模型，评估了骤旱特征的时空演变规律及组合风险的空间分异性，揭示了骤旱频率与大尺度气候指数之间的内在联系。在此基础上，基于陆面模型构建了基于干旱单元体的三维骤旱识别框架，并以西江流域为研究对象，系统评估了骤旱的时空连续动态演化规律，揭示了骤旱的气象驱动机制。最后，以3个月尺度的SPEI指数表征季节性干旱，利用多种统计分析方法探讨了骤旱与季节性干旱在不同时空尺度上的内在联系。研究结果表明，珠江流域东部、东南部地区骤旱更为频繁，且持续时间更长，强度更大，而西部地区骤旱频次较少，但峰值更高。骤旱特征联合重现期在西江最大，北江次之，东江最低；同现重现期在东江最低，当干旱特征值较小时，北江的同现重现期小于西江，当特征值逐渐增大时，北江的同现重现期迅速上升，且高于西江。对于西江流域，绝大部分骤旱事件爆发和消亡过程均发生在流域东部，迁移轨迹相对较短；骤旱的爆发时间主要集中在4月以及下半年8-10月，结束主要集中在11月，且有部分事件持续超过3个月，演化为季节性干旱。对于发生在季节干旱期间的骤旱，更易发生在季节干旱的爆发和恢复阶段。从气象成因看，降水短缺是骤旱发生的主要驱动因素，此外蒸发需求增加导致表层水汽通量进一步减少，这种陆气耦合形成的正反馈过程进一步促使地表干燥，最终导致骤旱快速发展；从大尺度气候波动来看，ENSO的冷位相会导致珠江流域骤旱的风险升高。