DOI：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.113007![]()
全球变暖使极端降水事件增多，对社会造成巨大影响，干旱是黄河流域生态安全的重要压力因素之一，了解干旱事件的时域突变及其演变机制是掌握该流域水资源动态的重要依据。以黄河流域为例，分析了降水的时空变化特征，识别了突变事件，计算了12个月的标准化降水指数（SPI 12），研究了黄河流域干旱的演变过程。利用游程理论，识别了干旱的4个关键属性（次数、持续时间、峰值和严重程度），识别了干旱因子和典型干旱事件的空间分布特征，以及SPI 12对遥相关和驱动力的响应。结果表明：2000年前后降水发生了明显变化，2000年之前以17.1 mm/10 a的速率减少，2000年之后以43.8 mm/10 a的速率增加。最大降水量是最小降水量的1.95倍。夏季降水量占年平均值的53%。下游降水量分别比上游和中游多83.9%和25.3%。降水的空间变化以上游最为明显，减少集中在北部，影响面积为24.9%，增加主要集中在南部，影响面积为24.3%。短期空间变化不大，表明外界影响是渐进的。降水的突变发生在春季（1992年）、夏季（1996年）和冬季（1970年）。不同流域均存在6—15年的短期周期波动，其中夏季为61年，秋季为14年，冬季为23年。最干旱的年份是2000年，7月份的SPI 12为-1.35。中游干旱中心集中，并经历了两次显著的移动：20世纪60年代至80年代，干旱中心向东北方向移动，21世纪初向西移动，向东北偏东方向最长位移414.41 km。该地区是近63年来干旱发生频率（15次）、持续时间（225个月）和强度（237个月）最多的地区。2000年以前SPI 12受厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、太平洋年代际涛动（PDO）和北极涛动（AO）的影响，与ENSO和AO呈显著的正相关，与PDO呈负相关。 2000 年至 2020 年，气候（q 值均值：0.18）和 DEM（q 值均值：0.22）是影响干旱变化的主要因素，气候相互作用减弱，高程相互作用增强。这项研究为黄河流域有效的水资源管理和抗旱战略提供了重要见解。
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图2黄河流域降水量与气候干旱变异及驱动因素识别示意图。![]()
图4. 1960 —2022年黄河流域年降水量时间变化趋势。在年平均降水量分析的基础上，采用5年滑动平均降水量，将其分为两个阶段：年平均降水量减少阶段（阶段I）和年平均降水量增加阶段（阶段II）。右上角插图显示了上游、中游和下游年降水量的时间变化趋势。![]()
图 5. 1960年至 2022 年黄河流域月降水量对比。右上角插图为春季、夏季、秋季和冬季降水量的箱线图。p 值为：* p < 0.05；** p < 0.01。![]()
图6.黄河流域多年降水量空间分布。（a）1960–2020年；（b）1960–1966年；（c）1967–1973年；（d）1974–1980年；（e）1981–1987年；（f）1988–1994年；（g）1995–2001年；（h）2002–2008年；（i）2009–2015年；（j）2016–2022年。![]()
图7.黄河流域四季降水趋势空间分布。(a)春季；(b)夏季；(c)秋季；(d)冬季。![]()
图8.基于M-K突变分析和滑动T检验的各区域年降水量统计数据。(a)、(b)、(c)和(d)为M-K突变分析结果图；(e)、(f)、(g)和(h)为滑动T检验结果图；(a)、(e)长江流域全流域；(b)、(f)上游；(c)、(g)中游；(d)、(h)下游。
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图9 .基于M-K突变分析和滑动T检验的不同季节年降水量统计数据。(a)、(b)、(c)和(d)为M-K突变分析结果图；(e)、(f)、(g)和(h)为滑动T检验结果图；(a)、(e)春季；(b)、(f)夏季；(c)、(g)秋季；(d)、(h)冬季。
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图 10.不同流域降水的 Mollett 小波变换实部等值线图。（a）整个黄河上游；（b）上游；（c）中游；（d）下游。在每个子图中，左侧面板显示小波系数的实部等值线图，而右侧面板显示小波系数的方差图。
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图 11.不同季节降水的 Mollett 小波变换实部等值线。（a）春季；（b）夏季；（c）秋季；（d）冬季。在每个子图中，左侧面板显示小波系数的实部等值线图，而右侧面板显示小波系数的方差图。
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图12.不同流域SPI 12时间变化趋势。全流域及上游、中游SPI 12值的时间变化可分为两个阶段：SPI 12值减少期（阶段I）和SPI 12值增加期（阶段II）。
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图13黄河流域干旱相关指标空间分布。
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图14 1960 —2010年黄河流域干旱重心迁移轨迹。(a)黄河流域干旱重心概况；(b)干旱重心迁移轨迹；(c)干旱空间分布动态迁移方向分析。
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图15.黄河流域干旱程度空间分布。
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