喀斯特地区气象干旱-水文干旱传播过程及其驱动机制 ——以贵州省为例

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气象干旱、水文干旱间的传播是一种复杂且难以掌握的自然现象,两种干旱类型间存在多种传播方式,同一传播方式中又存在多种干旱程度对应关系,尤其是在特殊的喀斯特地区,气象-水文干旱传播过程深受下垫面介质差异影响,因而表现出其特有的干旱传播-响应特征。深入分析喀斯特地区气象、水文干旱传播过程的主要传播方式和对应关系及流域介质对传播过程的驱动作用,对流域内干旱灾害监测和生态环境可持续发展具有重要意义。本文以贵州省为研究样区,以30个研究站点1980年-2020年的大气降水、地表径流数据为基础,以地表形态、地表切割深度、岩溶发育强度、土壤含沙量和人类活动干扰强度等下垫面介质条件为影响因素,从气象干旱至水文干旱传播过程与水文干旱对气象干旱响应过程两个方面分析区域干旱传播特征。首先,采用标准化降水指数、标准化径流指数识别区域干旱并分析其干旱程度、持续时间、重合期等特征,利用时变Copula模型和小波分析探究两种干旱类型间的联系及滞后特征,进一步分析气象干旱与水文干旱之间传播强度与响应程度的季节性特征;接着,使用GIS空间技术分析干旱类型间多种传播方式和干旱程度间多种对应关系的发生结构、空间演变特征,以探究区域干旱传播过程的主要方式和对应关系;最后,利用皮尔逊法与地理探测器模型分析区域介质条件对干旱传播过程与主要传播方式的驱动程度,探究气象、水文干旱传播过程的单一驱动因素和组合驱动因素。本文主要得出以下结论:(1)贵州省近41a来,气象干旱、水文干旱虽然频发然而干旱程度总体偏低,但仍有逐渐加重的趋势;进入21世纪后,干旱间重合期呈逐渐增加趋势,水文干旱在气象干旱发生条件下也呈逐年增长趋势。(2)喀斯特地区内水文干旱常常滞后气象干旱1.5个月发生,在局部地区则主要以黔东南州滞后时间最长,约1.7个月,整体上非岩溶区的干旱滞后效应较强;但干旱间的传播强度与响应程度整体上仍较高,全省干旱传播强度的等值线波动幅度与季节变化相一致,而全省干旱响应程度主要以毕节市、六盘水市等西部地区的响应程度较低,对气象干旱的发生较不敏感。(3)区域气象-水文干旱传播过程以“一对一”、“一对二”、“二对一”、“二对二”等简单型传播方式为主,其中“一对一”方式为主要传播方式,其中又以“轻-轻”的程度对应关系占全部对应关系的25.20%,为气象干旱、水文干旱的主要传播关系;在“一对一”传播方式下,同一气象干旱程度演变为不同程度的水文干旱时,水文干旱程度与干旱传播强度呈正相关关系,而在同一气象干旱程度下,水文干旱程度与其对气象干旱的响应程度呈负相关关系。(4)下垫面介质差异与传播过程的关联结果显示,干旱传播强度与地表切割深度于夏季时具有显著的负相关关系;干旱响应程度则主要与地表切割深度、岩溶发育强度的联系较为密切,且干旱响应程度与岩溶发育强度于春季时具有显著的正相关关系。(5)在喀斯特地区内岩溶发育强度是气象-水文干旱传播过程的主要驱动力,在因素组合驱动中以岩溶发育强度、地表切割深度对干旱传播的驱动作用偏大,喀斯特地区干旱传播过程的驱动作用主要以双因素的组合驱动为主,单一因素的驱动作用次之。
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