英文题目：Applicability analysis of comprehensive drought index based on GRACE data in ten major river basins in China
中文译名：基于GRACE数据的综合干旱指数在中国十大主要流域适用性分析
发表时间：2024年
发表期刊：Journal of Hydrology
第一作者：Rong Wu et al
第一单位：西北农林科技大学
DOI：10.1016/j.scs.2024.105964
精选理由：本文比较了基于GRACE数据的干旱指数（CCDI和DSI）在不同气候区（干旱与湿润流域）监测综合干旱中的适用性。研究发现，干旱流域降水与陆地水储量变化不一致，而湿润流域则更为同步。CCDI与传统干旱指数在干旱流域表现出更好的时空一致性，DSI在湿润流域具有更高的适用性。该研究有效验证了两种干旱指数在不同地区的应用，为优化水资源管理与干旱防御决策提供了科学依据。
干旱是一种水文气候极端事件，由气候变化和人类活动引发的干旱在中国频发，选择合适的综合干旱指数是综合监测干旱特征的重要手段。降水和陆地水储量异常（TWSA）是评估由大气和陆地系统水分不足引发的干旱的重要变量。本研究旨在比较和讨论单纯基于TWSA（DSI）和基于降水和TWSA联合作用的干旱指数（CCDI）在中国综合干旱监测中的适用性。研究结果表明：干旱流域降水异常与TWSA不一致，湿润流域降水异常与TWSA同步；CCDI与传统干旱指数具有更好的时空一致性，而DSI与湿润流域常用干旱指数具有更好的一致性。CCDI和DSI分别适用于干旱和湿润流域的综合干旱评估。此外，DSI和CCDI分别在2002-2006年和2013-2017年成功监测到了湿润流域和干旱流域的主要干旱时期。总体而言，本研究突出了CCDI和DSI在干旱流域和湿润流域综合干旱评估中的适用性，为优化水资源利用、管理和抗旱决策提供了宝贵的支持。
中国十大河流流域地理位置及高程空间分布特征。
本研究比较了基于GRACE数据的两种干旱指数：基于降水和地表水储量异常（TWSA）结合的综合干旱指数（CCDI）与仅基于TWSA的干旱指数（DSI）。研究发现，在干旱流域中，降水和TWSA变化存在明显滞后，而在湿润流域中，两者变化更为同步。CCDI与传统干旱指数在时空上的一致性较好，而DSI则与湿润流域的常用干旱指数更为一致。
研究表明，CCDI在干旱流域中能提供更全面的干旱评估，因为它结合了降水和水储量的变化，能够较好地量化由陆地和大气水短缺引发的干旱。而在湿润流域，DSI已足够评估综合干旱，因降水和水储量变化之间具有较高的一致性。二者在湿润流域中的表现几乎无法区分，且在SWRB（四川流域）地区，二者结果较为接近。
通过GRACE卫星提供的数据，本研究成功检测到湿润流域和干旱流域分别在2002-2006年和2013-2017年经历的主要干旱期。CCDI对干旱的发生和恢复反应更为敏感，而DSI则在干旱发展过程中表现更为灵敏。GRACE数据为监测由地表水储量缺乏引起的干旱提供了有力工具，为水资源管理和干旱应对政策的制定提供了科学支持。
本研究通过比较CCDI和DSI的适用性，提出了在不同类型流域中使用合适干旱指数的重要性。CCDI在干旱流域提供了更为全面的干旱评估，而DSI则在湿润流域表现得更为有效。研究强调了干旱监测需要根据流域特征，选择合适的综合干旱指数。
GRACE卫星提供了强大的地表水储量监测能力，能够从水循环的角度揭示干旱的形成与发展。然而，使用GRACE数据也存在空间分辨率有限、时间延迟以及潜在误差源多等局限性。尽管如此，GRACE-TWSA为干旱监测提供了前所未有的视角，尤其对于干旱流域的监测尤为关键。
本研究的结果为优化水资源管理和制定干旱应对政策提供了重要参考。通过采用GRACE数据分析的干旱指数，能够有效监控干旱状况，并为不同流域制定差异化的干旱响应策略，进而帮助缓解气候变化和人为活动对干旱灾害的影响。
图2. 2002—2017年十大流域TWSA年振幅(a)、年平均降水量(b)、TWSA(c)和降水量(d)趋势、互相关系数(e)及其滞后时间(f)、Granger因果关系检验(g)的空间分布。
图3. 2002年至2017年十大流域TWSA和PA的时间序列，通过减去2004/1至 2009/12的月平均值获得。
图4. 2002—2017年十大流域干旱指数时间序列。
图5. 2002—2017年十大流域基于GRACE的干旱指数与常用干旱指数之间的皮尔逊时间系数（95%置信水平）。
图6. 2002—2017年十大流域GRACE干旱指数与常用干旱指数皮尔逊系数（95%置信水平）的空间分布。
图7. 2002—2017年十大流域GRACE干旱指数与常用干旱指数最大互相关系数空间分布。
图8. 2002—2017年十大流域GRACE干旱指数与常用干旱指数最大互相关系数对应滞后时间的空间分布。
图9. 2002—2017年十大流域干旱指数监测的干旱事件（线的起点（终点）表示干旱开始（恢复），线的长度表示干旱持续时间。根据干旱指数的最小值确定干旱类型）。
图10a. 辽宁省水资源供需安全格局。
图10b. 2009年8月至2010年5月干旱指数监测的干旱空间分布。
图11. 基于CCDI和DSI的2002—2017年十大主要流域的干旱特征（干旱严重程度和面积）。
表1. 干旱指数干湿状况分类。
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