摘要
气候变化导致流域的生态水文过程发生巨大改变，干旱作为气候变化的典型极端事件，对流域生态系统结构和功能的影响日益显著。干旱是一种由于水分短缺引起的复杂的自然灾害，其发生频次高、持续时间长、波及范围广、破坏性强。由于干旱引发水分胁迫影响植物的生长过程，增加生态系统脆弱性，因此干旱的生态效应逐渐受到关注。在气候变化的影响下，我国降水的时空格局正在发生转变，干旱灾害中心逐渐向南方湿润地区发展，干旱的形成和演变更加复杂，为干旱监测、预报、预警和应对带来严峻挑战。 本研究以金沙江流域为研究区，基于流域生态水文过程模拟，研究了干旱演变特征和传播规律。首先，集合分布式水文模型和机器学习，重现了1965-2014年流域生态水文过程;其次，基于生态水文过程，开展了面向生态过程的流域综合干旱评价;然后，揭示了包括生态干旱在内的多类型干旱之间的传播规律，甄别了多类型干旱传播的驱动机制;最后，针对气候变化下生态水文过程和干旱传播会发生改变的背景下,模拟并分析了流域未来2051-2100年生态水文过程及变化特征，预估了未来干旱传播规律和驱动因素的变化。研究成果可为防旱抗旱和维持生态系统服务价值提供科学依据。本研究主要结论如下: （1）金沙江流域1965-2014年降水、气温、太阳辐射和蒸散发等驱动因素与归一化植被指数（NDVI）和日光诱导叶绿素荧光（SIF）相关性较高，表明生态要素受气温和降水等气象水文因素的影响明显。金沙江流域多年平均土壤含水量、径流、SIF和NDVI分别为72.90mm、4978.70m3/s、0.20mWm-2nm-1sr-1和0.60，土壤含水量和SIF有明显的增加趋势，径流和NDVI的变化趋势不显著。 （2）构建了生态综合干旱指数（ECDI），其中包含了多源信息，既能有效反映植被的生长状态，又能突出影响植被生长的气象水文状况。ECDI与标准化降水蒸散发指数（SPEI）、标准化土壤水指数（SSMI）和标准化叶绿素荧光指数（SSIF）在大部分月份相关系数超过0.90,是面向植被生态系统干旱综合评价的有效指标。采用该指数分析了流域生态综合干旱重现期，结果表明历时-峰值联合分布下重现期超过200个月的干旱事件最多，干旱历时和峰值对干旱事件的影响较大。强度-历时-峰值联合分布下，干旱历时对生态综合干旱的影响大于干旱强度的影响。 （3）从滞后时间、联合分布、干旱特征传播指数等方面系统揭示了多类型干旱传播规律。农业、生态和水文干旱的发生滞后于气象干旱的平均时间分别为2.55、4.20和7.70个月，达到峰值的平均滞后时间约为4个月;干旱结束的平均滞后时间分别为3.29、3.74和4.94个月。干旱特征多变量联合分布结果表明气象干旱向农业干旱的传播风险较大。气象干旱到农业干旱传播的干旱强度传播指数（DIP）和干旱历时传播指数（DDP）分别为1.64和1.71，到生态和水文干旱传播的DIP和DDP小于0.7,表明该区域农业干旱特征更容易受到气象干旱的影响。 (4)降水、气温和太阳辐射对气象到生态干旱传播过程的影响较大，累计贡献率超过70％。降水、气温、太阳辐射和土壤含水量对气象到农业和水文干旱传播过程影响较大，累积贡献率超过75％。生态干旱与植被的生长状态关系密切，对气象要素的影响较为敏感;而农业和水文干旱主要和水文过程有关，除了气象要素外，土壤含水量的影响也较为明显。植被状态与干旱滞后时间在空间上存在明显的关联性。植被条件越好，农业和水文干旱滞后时间越短，生态干旱滞后时间越长，主要与植被耗水和自身抗旱能力有关。 (5)SSP585情景下，金沙江流域土壤含水量呈显著下降趋势，径流、SIF和NDVI呈显著上升趋势。未来干旱滞后时间基本呈现出水文干旱＞生态干旱＞农业干旱的特点。DIP和DDP结果表明气象干旱特征更容易传播到农业和生态干旱。降水、气温、土壤含水量仍是干旱传播的主要驱动因子，与历史阶段相比，未来气候变化下，土壤含水量、蒸散发贡献率明显增加。根据研究结果建议在防旱抗旱方面有必要加强土壤水和植被监测，重点针对农业和生态干旱做好水资源管理，健全干旱预警体系，降低流域干旱发生风险。
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