Page 111 - 水利学报2021年第52卷第4期
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分分析法将降雨、径流及土壤含水量等要素融合为一种综合干旱指标。然而，模糊综合干旱指数的
               赋权存在一定主观性，不能有效地客观比较跨时空尺度干旱。主成分分析法的综合干旱指数往往基
               于降维后的第一主成分构建，不能全面地保持原始变量全部信息，且无法反映水文气象要素信息的
                             ［9］
               非线性影响特征 。Copula 函数能构造不同边缘分布的多变量联合分布函数，能巧妙地避免上述问
               题，且在构建综合干旱指数方面已有较广应用                      ［23-25］ 。张迎等 ［23］ 基于 Copula 函数，联合降雨和径流要
               素，构建了一种能综合表征渭河流域气象和水文干旱的综合干旱指数。Hao 等                                  ［24］ 基于降水、径流两要
               素，构建美国加利福尼亚州和北卡莱罗纳州的综合干旱指数，并将该指数与标准化降水指数及标准
               化径流指数对比，论证该综合干旱指数在该地区具有一定的可靠性，具备监测水文、气象干旱的能
               力。已有的综合干旱指数一般仅考虑径流、降水等要素                           ［23-25］ ，忽略了蒸散发和土壤水等要素，故难
               以从水文、气象、农业等多角度综合地刻画干旱。
                   鉴于此，本文拟基于降雨、蒸散发、径流和土壤水等水文气象要素，运用 Copula 函数，构建适
               宜湿润地区的一种新型综合干旱指数 CSDI（Comprehensive Standardized Drought Index），综合表征气
               象-水文-农业干旱，并以珠江流域为例，分析未来气候变化情景下综合干旱的变化特征。该指数能
               基于水文，气象，农业等多角度全面地描述干旱，提高综合干旱指数的准确性和适用性，以期为研
               究区防旱抗旱提供新的参考依据。


               2  研究内容和方法


               2.1  研究区概况及数据资料             珠江流域（图 1）面积 45.4 万 km ，由西江、北江、东江等诸流域组成。
                                                                       2
               珠江流域地处热带和亚热带季风气候区，多年平均气温 15～22°C，多年平均降水量 1500 mm，年内
               降水 80%集中在 4—9 月；同时珠江三角洲地区也是中国经济最发达地区之一。近年来，珠江流域干
               旱现象不断出现，尤其是 2003 年以来几乎年年出现干旱（2009、2010 和 2011 年大干旱事件），连续
               不断的干旱使珠江流域遭受了严重的经济社会损失；干旱灾害频次约占总自然灾害的 1/5，均为各项
               灾害之首；粮食因旱灾减产占总产量的 5%以上                     ［26-27］ 。在气候变化的影响下，珠江流域干旱风险将进
               一步增加    ［28］ ，因此分析研究区未来综合干旱特征变化研究具有重要的意义。
                   为收集构建综合干旱指数的基础数据，本文基于 VIC 水文模型模拟珠江流域蒸散发、土壤水和
               径流等水文要素。为运行 VIC 水文模型，收集了珠江流域及其周边 91 个气象站 1960—2015 年的气
               象数据，包括降水、气温、风速、相对湿度、气压和日照时数等。水文数据包括高要、石角、博
               罗水文站点（西江、北江和东江的控制站点）的 1960—2000 年的逐月流量数据，来源于广东省水文
               局 。 地 表 高 程 数 据 来 自 于 90 m 分 辨 率 的 STRM 数 据 。 土 壤 参 数 来 自 于 FAO 的 全 球 1 km 土 壤 数 据
               集 。 植 被 参 数来自于中国科学院 1 km 分辨率数据。因 CanESM2，CNRM-CM5，CSIRO，MIROC-ESM，
               MPI-ESM-LR，MRI-CGCM3 等气候模式对中国气候因子均有较好的模拟效果                             ［29］ ，因此，本文收集
               这 些 模 式 RCP2.6、 RCP4.5 和 RCP8.5 情 景 下（2050—2100 年）的 降 水 、 气 温 、 气 压 、 风 速 、 相 对 湿
               度、入射短波及长波辐射等数据。采用 Delta 方法                    ［30］ 对 气 候 模 式 数 据 进 行 降 尺 度 ， 后 用 贝 叶 斯 模
               型 平 均 法 进 行 多 模 式 集 成 。 Li 等   ［28］ 研 究 已 对 珠 江 流 域 VIC 模 型 进 行 率 定 与 验 证 ， 表 明 该 模 型 能
               较 为 准 确 地 模 拟 流 域 的 水 文 过 程 ， 可 用 于 流 域 的 干 旱 评 估 。 同 时 对 多 模 式 集 成 结 果 进 行 评 估 ，
               表 明 能 较 合 理 地 再 现 珠 江 流 域 的 气 候 特 征 ， 适 合 用 于 珠 江 流 域 气 候 变化的研究（VIC 模型率定与
               验证及气候模式评估详见 Li 等            ［28］ ）。VIC 模型在世界范围内已被广泛用于模拟土壤水分和径流，这
               些研究证明 VIC 模型的土壤水数据是可靠且合理的                     ［31-33］ 。此外，该模型已成功应用于珠江流域土壤
               水和径流模拟      ［34-35］ 。
               2.2  综合干旱指数构建           现有干旱指数一般分别从农业、水文、气象等角度描述干旱                             ［1，13］ ，但影响
               干旱的水文气象因素复杂多样，很难使用一个干旱指数从多种角度完全描述干旱                                       ［23］ ，需要探索能综
               合从多种角度（如水文、气象、农业等）刻画干旱的综合指数。Copula 函数不受单变量服从何种边缘
               分布的限制，可客观反映多种水文要素低于某一阈值时的状态，构造不同边缘分布下的多源水文气

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