Page 98 - 水利学报2021年第52卷第1期

水、径流序列的整体滞后时间为主，得到流域整体干旱传播时间；然而，有研究表明不同季节的降
水量与蒸发量不同，气候的季节性对传播时间有一定的影响 ［16，18，20］ 。因此，不同季节下气象干旱向水
文干旱的传播可能存在差异，需要对不同季节的干旱传播时间分开研究。目前已有研究探讨了干旱
传播时间的驱动因子。Huang 等 ［18］ 研究发现厄尔尼诺南方涛动和北极涛动与实际蒸发量具有较强的相
关性，对气象干旱到水文干旱的传播时间影响较大。Van 等 ［21］ 认为气象和水文干旱之间的任何联系都
有可能受到流域特征和当地气候的高度影响。Wu 等 ［22］ 认为土地利用和土地覆盖面积尤其是森林或牧
场数量的改变会影响干旱传播时间。以上现有研究表明气象、下垫面、人类活动对干旱传播时间都
有高度影响，但这些均是基于年尺度干旱传播时间的研究，不同季节中干旱传播时间存在变化，影
响因子也存在变动，不能一概而论。当前干旱传播研究对不同季节干旱传播关注不足，尚未揭示变
化环境下不同季节干旱传播的动态变化特征。多数研究限于数据上的统计分析，探讨对其造成影响
的因子类型，但其动态变化背后的驱动因子与相关机理亦尚未探明。
本研究聚焦不同季节气象干旱向水文干旱的传播，探究其动态变化特征与驱动因素，对影响因
子进行定量分析，以期揭示不同季节下水文干旱的形成过程与机理，建立有效的基于气象干旱的水
文干旱监测预警系统。有助于深入理解干旱的形成过程与机理，提高水文干旱的预报精度。在变化
环境下，探究干旱传播的动态变化，分析区域水循环变化情况是一项重大挑战 ［23］ ，若水循环速率加
快，说明气象干旱致灾速率加快，导致对于干旱的应急时间减少，建立基于气象干旱的干旱预警系
统更加迫切。

2 研究方法

2.1 标准化降水指数 McKee 等 ［24］ 首次提出用 SPI 描述科罗拉多州的干旱状况。SPI 是气象干旱评价
指标，用以表征某时期内降水量出现的概率，适用于月以上时间尺度的干旱监测与评估 ［25］ 。降水量
通常服从偏态分布，在降水分析和干旱监测、评价中常采用Γ分布描述降水的变化，再将累计概率标
准化得到 SPI。SPI 具有描述多时间尺度（1、3、6、…、48 个月时间尺度）的特征。1 个月时间尺度的
SPI 计算是将不同年份同一月的降水序列值进行Γ概率分布拟合，通过等概率变换将降水的累计频率
分布转化为标准正态分布，再分别求解该月 SPI。多时间尺度的 SPI 计算需要对给定时间尺度的降水
值累积，比如 3 个月时间尺度的 7 月 SPI 是将同年 5、6、7 三个月降水值累积，得到累积降水序列
后，进行Γ概率分布拟合，转化标准正态分布，求得 SPI。因此，SPI 具有表征长时间尺度水分盈亏的
特征。
2.2 标准化径流指数 本研究采取 SRI 表征水文干旱，选择同 SPI 相同的Γ分布计算 SRI。根据国家气

象干旱等级标准 ［26］ 以及参考李敏等 ［27］ 使用的标准，将 SPI 和 SRI 划分为 5 个等级，确定相应界限值，
划分等级见表 1。

表 1 SPI 和 SRI 干旱等级分类
等级 分类 SPI 值 SRI 值
1 无旱 -0.5<SPI -0.5<SRI
2 轻旱 -1<SPI≤-0.5 -1<SRI≤-0.5
3 中旱 -1.5<SPI≤-1.0 -1.5<SRI≤-1.0
4 重旱 -2.0<SPI≤-1.5 -2.0<SRI≤-1.5
5 极旱 SPI≤-2.0 SRI≤-2.0

3 实例应用

3.1 研究区域概况及数据资料 黄土高原地区（图 1）总面积 63.5 万 km ，是我国乃至世界上土壤侵蚀
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2［28］
最严重、生态环境最脆弱的地区，每年流失约 2000 ~ 2500 t/km ，多年平均降水量 464.1 mm，年际

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