1. 标题

中文：变化环境下中国西北干旱区水文干旱特征的定量研究

英文：Quantitative Study on Characteristics of Hydrological Drought in Arid Area 

of Northwest China Under Changing Environment

2. 成果信息

· 引用格式：Yang, P., Xia, J., Zhang, Y., Zhan, C., Cai, W., Zhang, S., Wang, W., Quantitative Study on Characteristics of Hydrological Drought in Arid Area of Northwest China Under Changing Environment, Journal of Hydrology (2021). (T1, IF=4.5)

· DOI：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126343.

· 资助项目：教育部人文社会科学青年基金项目（No. 20YJCZH207）和中国科学院先导A（No. XDA20040302)

3. 团队成员

· 杨鹏（第一作者），博士，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，副教授，主要从事水文水资源、遥感水文等方向的研究。（联系邮箱：yangpenghb@foxmail.com; 个人主页：http://grzy.cug.edu.cn/yangpeng/zh_CN/index.htm）。

· 夏军（通讯作者），博士，中国科学院院士，武汉大学水利水电学院教授，中国科学院地理科学与资源研究所特聘研究员，主要从事水文水资源方向的研究。

· 张永勇，博士，中国科学院地理科学与资源研究所，研究员，主要从事生态水文，水环境等方向的研究。

· 占车生，博士，中国科学院地理科学与资源研究所，研究员，主要从事生态水文，水环境等方向的研究。

· 蔡威，2020级硕士研究生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，主要从事水文水资源、遥感水文等方向的研究。

· 张圣卿，2020级硕士研究生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，主要从事水文水资源、遥感水文等方向的研究。

· 王文宇，2020级硕士研究生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，主要从事水文水资源、遥感水文等方向的研究。

4. 成果介绍

干旱事件被认为是一种广泛分布的自然灾害，无论在干旱地区还是在潮湿地区都有发生。干旱发展过程缓慢，只有在产生严重影响时才会变得明显。由于人口的增长和农业、能源、工业等部门的扩张，水的需求量和全球干旱程度都显著增加。根据缺水的不同水平，干旱事件可分为气象、水文、农业和社会经济干旱。在气候变化下，干旱事件对世界不同地区有很大影响，区域干旱特征的定量评价对于规避区域干旱风险具有重要意义。以前的研究集中在水文干旱的频率、重现期和持续时间的分析上，然而，这些水文干旱分析不能为未来的干旱预警提供有效的信息。

阿克苏河流域位于中国西北的塔里木盆地，由于属于温带大陆性气候，降雨量少，河流径流主要依靠冰雪融水补给，因此，阿克苏河流域农业发展以灌溉农业为主。近年来，阿克苏河流域农业用水量大幅增加，干旱事件一直困扰着全球变化下的社会经济发展。

图1阿克苏河流域的概况

因此，本研究基于历史观测数据、陆面模式-时变增益分布式水文模型(CLM-DTVGM)和CMIP5数据模拟了阿克苏河流域历史和未来水文径流的变化。随后，基于游程理论揭示了变化环境下阿克苏河流域历史和未来水文干旱特征。

图2基于游程理论的干旱特征定义

研究发现：(1) 虽然阿克苏河流域上游的非同步突变降水量和径流量均有所增加，最大增幅分别为3.3mm和1.2mm/秒，但下游的降水和径流量的同步突变表明人类活动只影响了阿拉尔水文站的径流量; (2) 模型验证结果显示 CLM-DTGVM可以很好地应用于具有复杂土地利用变化背景下的阿克苏河流域历史和未来的径流模拟；(3) 干旱发展、最大强度和干旱终止的季节主要发生在冬季，其次是春季、夏季和秋季，而人类活动对阿克苏河流域的干旱特征有明显的影响。

图3阿克苏河流域土地利用变化

图4 CLM-DTVGM水文模型在阿克苏河流域的应用

图5 不同干旱起始、最大干旱和干旱终止发生季节的占比

图6 总干旱历时大于和小于6个月干旱事件的干旱发展、最大干旱强度和干旱终止出现频率最高的季节