摘要
黄土高原是我国干旱易发区，生态环境非常脆弱。在气候变化和人类活动的双重影响下，该区过去干旱时空特征已发生了显著变化，在未来可能面临更加严峻的干旱情形。因此，全面系统地分析历史干旱特征和预测未来的干旱态势，开展其对植被生长的影响研究及潜在风险评估，对黄土高原的干旱预警、生态环境保护与经济社会民生高质量发展等具有重要意义。不同的干旱指数在不同区域的适宜性不同，目前哪种干旱指数更适宜黄土高原干旱监测和对植被的干旱潜在风险评估尚不明确；且在黄土高原植被与干旱之间存在怎样的响应关系，以及未来气候情形下植被面对干旱具有怎样的潜在风险，目前还缺乏深层次的探究。因此，本研究定量评估了6种干旱指数在黄土高原的适宜性；选取最优干旱指数—标准化降水蒸散指数（SPEI, Standardized Precipitation Evaporation Index），利用时空连续的干旱三维识别和度量方法，对黄土高原1980-2022年的干旱时空变化特征进行了深入分析；研究了该区植被净初级生产力（NPP, Net Primary Production）时空变化及其与干旱的响应关系；基于此，利用干旱脆弱性评价模型和未来气候模式数据，评估了3种共享社会经济路径情境下（SSP126, SSP245, SSP585）黄土高原在 2023-2050 年的干旱特征及植被生长潜在风险。本研究主要结论如下： （1）对比6种干旱指数时空变化差异，并进行适宜性评价。研究发现6种干旱指数的年际变化、干湿突变和空间变化趋势均存在显著差异。通过与土壤相对湿度、河川径流量、陆地水储量变化量进行相关性分析，得出SPEI最适宜黄土高原的干旱监测。 （2）利用SPEI对研究区过去的干旱进行三维识别，并分析干旱的时空变化特征。结果表明，黄土高原1980-2022年共计发生79次干旱，干旱频数呈先减少后增多的特征，干旱的烈度、历时及影响面积均呈下降趋势；1995 年 1 月—1996 年 3 月的干旱最为严重。高烈度—长历时—大面积的干旱中心主要位于黄土高原半干旱区中部；黄土高原1980-1989年的干旱较为严重，2010-2022年高烈度—长历时—大面积的干旱较少。 （3）基于多源遥感数据，划分了气候区和植被类型，定量分析了黄土高原NPP的变化特征及其干旱损失量，以评估干旱和植被NPP的响应关系。结果显示，黄土高原半湿润区 NPP 最高，干旱区最低。近 20 年黄土高原大部分区域NPP呈增加趋势，其中干旱、半干旱区呈显著增加的变化趋势，但半湿润区NPP呈下降趋势。通过对NPP干旱损失量的评估，发现干旱造成越湿润区域NPP损失量越大，空间上研究区南部和东部植被 NPP 损失量更大。同时，在相同等级干旱下，不同类型植被的NPP损失量也存在显著差异。在中度干旱下，草地NPP损失量最大。在重度干旱和极端干旱下，森林NPP损失量最大。近20年干旱、半干旱区呈湿润化趋势，NPP干旱损失量在减少；半湿润区呈干旱化，NPP干旱损失量在增加。 （4）采用自回归模型和残差分析法，探究植被干旱抵抗力及退耕还林还（草）工程实施前后的变化特征。结果表明，黄土高原半湿润区的植被干旱抵抗力最强，干旱区最弱，干旱区草地是最弱的植被类型。2000年之后，气候变化和人类活动的正贡献导致大部分植被干旱抵抗力呈增强的变化特征；由于气候变化的负贡献，半湿润区植被干旱抵抗力以减弱为主要变化。每个气候区农作物的干旱抵抗力均以增强为主要变化。土地覆被由农作物转为森林的区域，植被干旱抵抗力在增强；土地覆被由农作物转为草地的区域，植被干旱抵抗力以减弱为主要变化。 （5）在SSP126、SSP245和SSP585情境下，2023-2050年黄土高原每种干旱的暴露度均会上升。空间上，预计黄土高原东、南部的干旱暴露度将会上升；黄土高原西部和中部的干旱暴露度将会下降。且各气候区存在差异性的变化特征，其中半湿润区和半干旱区的干旱暴露度将会上升，但干旱区将会下降。 （6）在SSP126、SSP245和SSP585情境下，预计2023-2050年黄土高原植被生长的干旱风险将增加。高干旱风险区主要位于半干旱区的东部，以及半湿润区少部分区域，而干旱区植被的干旱风险相对较低。其中，在SSP126情境下黄土高原植被的中、高干旱风险面积相对最小，SSP585 情境下中、高干旱风险面积最大。 以上研究结果优选出适宜黄土高原的干旱指数，揭示了黄土高原近43年干旱时空变化特征，量化了不同气候区不同类型植被 NPP 与干旱的响应关系，并在多种共享社会经济路径情境下，对研究区未来的干旱风险进行了评估。研究结果可为黄土高原干旱预警、生态环境保护与高质量发展提供科学依据。
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