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在气候变化和人为干扰加剧的背景下,承担向下游天津、唐山两市供水重任的滦河流域极端干旱频发,多次引发区域性水危机,水资源问题日趋严峻。由于环境变化影响,流域干旱形成机制发生改变,水文序列呈现非一致性特征,导致基于一致性假设的传统干旱分析方法受到质疑。本文围绕非一致性干旱定量评价方法,以滦河流域为研究对象,开展变化环境下干旱演变驱动机制及定量评价研究,主要研究内容及结论如下:(1)滦河流域多尺度干旱时空演变特征分析基于经验Copula函数构建了联合降水亏缺指数(JPDI),指标能较全面客观地反映滦河流域历史旱情;采用JPDI指标和不同时间尺度SPI指标,分析了滦河流域多尺度干旱演变时空分布特征,发现滦河流域可分为东南部、中部和西北部三个干旱亚区,东南部为流域干旱高发区、重旱区;近50年来,滦河流域干旱发生频率及严重程度均呈现显著增加趋势,流域东南部干旱以及夏季干旱的加重趋势更明显。(2)滦河流域干旱演变驱动机制识别在分析滦河流域各气象水文要素及下垫面条件演变规律的基础上,探讨流域气象干旱和水文干旱演变情势,结合成因分析,识别了滦河流域干旱驱动模式;构建并采用相关评估指标分析干旱驱动因子的作用方式,验证了干旱驱动模式的识别结果,表明滦河流域气象干旱在1959~2011年主要受气候变化影响;滦河流域水文干旱在1980年前主要受气候变化作用,在1980年后同时受到气候变化和人类活动作用。(3)滦河流域干旱非一致性影响因子分析在滦河流域干旱驱动机制识别的基础上,提出了气候变化因子(CI)指标,以表征气候变化导致的干旱非一致性影响因子;筛选与滦河流域降水/径流变化显著相关的大气涛动指数序列,用于量化流域气象干旱/水文干旱的CI指标;提出了基于SWAT模型的人为影响因子(HI)指标,以表征人类活动导致的水文干旱非一致性影响因子;构建SWAT模型模拟滦河流域径流变化并推求HI指标,计算结果表明HI在研究区适用性较好。CI和HI指标能够满足滦河流域非一致性干旱定量评价的需要。(4)滦河流域变化环境下气象干旱定量评价提出了基于非一致性模型的时变标准化降水指数(SPIt)和非一致性标准化降水指数(NSPI),应用SPIt、NSPI和传统SPI指标模拟了滦河流域历史旱情。通过对比分析,发现用于构建NSPI指标的非一致性模型,采用以气候变化因子(CI)为协变量的概率分布拟合降水序列,能够将气候变化对干旱非一致性的影响考虑在内,从而提高了NSPI指标对气候变化的适应能力;由于考虑了同期/前期气候变化影响,NSPI指标表征的气象干旱程度具有响应气候变化的动态特征,相比SPIt和传统SPI,NSPI构建原理更合理,且在滦河流域适用性更好。应用NSPI指标分析了滦河流域变化环境下气象干旱特征的时空演变规律,结果表明,近50年来,滦河流域气象干旱发生频率显著上升,干旱历时和强度不断增加;各干旱特征的高值区均集中在流域东南部,且有向中部转移的趋势。(5)滦河流域变化环境下水文干旱定量评价提出了非一致性标准化径流指数(NSSI),用于构建该指标的非一致性模型,采用以气候变化因子(CI)和人为影响因子(HI)为协变量的概率分布拟合径流序列,能够同时考虑气候变化和人类活动对水文干旱非一致性的影响,从而提高了NSSI指标对环境变化的适应能力;以柳河子流域为研究对象,推求并应用NSSI指标模拟流域历史旱情,发现由于考虑了环境变化影响,NSSI指标表征的水文干旱程度呈现出动态特征,比传统SSI构建原理更合理,在柳河子流域适用性更好。应用NSSI指标分析了滦河代表流域变化环境下水文干旱特征的演变规律,结果表明,近40年来,滦河流域水文干旱的发生频率、历时及强度总体上均呈增加趋势,21世纪后趋势显著。本文在干旱演变驱动机制分析的基础上,构建能够响应环境条件变化的非一致性干旱指标,将其应用于滦河流域变化环境下干旱定量评价,应用效果较好。本文提出的非一致性干旱定量评价方法,为非一致性干旱问题研究提供了新的思路和参考。