澜沧江—湄公河流域不同类型干旱时空演进过程研究

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干旱与其它类型的自然灾害相比,具有发生频率高,影响范围广,造成的损失大等特点。澜沧江-湄公河流域具有降水年内分配不均匀和干湿季分明的特征,在降水短缺的干季流域容易受到干旱灾害影响。因此,对澜沧江-湄公河流域气象干旱与水文干旱特征进行研究,揭示二者演进关系,将为澜沧江-湄公河流域及时采取干旱应对措施以减轻干旱损失提供借鉴。本文根据澜沧江-湄公河流域CRU(Climate Research Unit)降水格点数据以及干流6个水文站56年的气象水文资料进行干旱指数计算,对流域的上游、中游、下游的气象干旱和水文干旱分别进行分析。应用Mann-Kendall检验法和小波分析等方法对澜沧江-湄公河流域干旱趋势性、周期性进行分析,利用游程理论识别流域干旱特征变量,基于相关分析法探讨水文干旱与气象干旱的时滞关系。得到的主要结论如下:(1)基于CRU月降水格点数据,计算表征气象干旱的标准化降水指数(SPI),分析澜沧江-湄公河流域气象干旱的时空分布特征,结果显示:澜沧江-湄公河流域上游1960-2016年期间中国-清盛以及清盛-万象的检验统计量Z值分别为0.41和0.91,有变湿趋势,中游和下游检验统计量Z值分别为-0.12和-0.18,表现出变干趋势,但不显著;澜沧江-湄公河流域上游、中游和下游的气象干旱主周期普遍在25-30年,有3到4次干旱周期交替。澜沧江-湄公河流域气象干旱空间上表现为北部发生轻旱和中旱的频率高于南部,轻旱频率由北部的33.19%降到南部的31.43%,中旱频率由北部的9.35%降到南部的8.92%,重旱和特旱的发生频率则表现为南部高北部低。(2)基于澜沧江-湄公河流域径流观测数据,计算表征水文干旱的标准化径流指数(SRI),分析水文干旱的时空分布特征,结果显示:1960-2016年水文干旱在清盛站、琅勃拉邦站及万象站的统计值Z=-1.95、-2.28、-2.98,有显著变干趋势,而穆达汉站、巴色站和桔井站的统计值Z=6.30、2.21、4.37,表现为有显著变湿趋势;澜沧江-湄公河流域各站点的水文干旱普遍存在16-24年的主周期;澜沧江-湄公河流域水文干旱空间上分布特征为由北至南轻旱、中旱和重旱的发生频率降低,轻旱由34.07%降到25.72%,中旱频率由9.65%降到7.3%,重旱频率由4.08%降为2.78%,而特旱的发生频率则在流域南部最高。(3)澜沧江-湄公河流域气象干旱与水文干旱的对比分析结果表明整个澜沧江-湄公河流域气象干旱发生时长要高于水文干旱的发生时长,但干旱的严重程度为水文干旱高于气象干旱,澜沧江-湄公河流域气象干旱与水文干旱特征变量的相似性表现为上游干旱发生次数较多但旱情较轻,下游干旱发生次数较少但旱情比较严重。应用时滞互相关分析对澜沧江-湄公河流域水文干旱对气象干旱的响应进行识别,结果表明:标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI)12个月尺度的相关性最强,澜沧江-湄公河流域上游最大相关系数出现在滞后2个月,流域中游和下游最大相关系数出现在滞后1个月,澜沧江-湄公河流域水文干旱对气象干旱的传播时间分别为上游2个月,中游1个月,下游1个月。澜沧江-湄公河流域水文干旱对气象干旱的季节性响应传播时间存在明显差异,在降水较少的冬春季节为11-12个月,在降水充沛的夏秋季节为7-8个月。在雨季的传播时间较短,而在旱季的传播时间较长。此外,研究表明澜沧江-湄公河流域水库的建设用蓄洪补枯的方式对流域气象干旱向水文干旱的演进过程发挥着积极影响,减轻了流域水文干旱的严重程度。(4)澜沧江-湄公河流域下游发生极端干旱事件的频率高于上游地区的原因与气候变化和人类活动密不可分,整个流域生产活动以农业为主,灌溉需水量大,受厄尔尼诺现象影响干旱加剧,遭遇旱情时,中上游地区国家增加农业取水量,导致下游地区遭遇气候变化和中游人类农业取水的双重影响,使干旱程度进一步加剧,增加了极端干旱灾害发生的可能性。水文干旱在雨季对气象干旱的响应时间短于旱季,干旱演进过程在不同季节响应速度出现差异的原因与春季气温回升,冰雪消融增加了下渗,并且蒸散发仍然较弱,而冬季降水减少,蒸发减少,降水对径流的影响减弱,水循环速度放慢使气象干旱向水文干旱的传播时间在旱季相对较长。而澜湄流域夏秋季高温炎热,蒸散发加剧,农业用水量也较大,降水对径流贡献率较高,因此在雨季水文干旱对气象干旱的响应较快。
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