張瑋煊，刁 鵬，巴音才次克，尼米才仁·努加

（巴音郭楞蒙古自治州氣象局，新疆 庫(kù)爾勒841000）

干旱是降水、溫度及蒸散等氣候因子共同影響的結(jié)果[1]，作為全球最為嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一，不僅影響廣、時(shí)間長(zhǎng)、危害大，更會(huì)對(duì)人類的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。隨著全球氣候變化，區(qū)域降水及蒸發(fā)產(chǎn)生了顯著改變[2]，導(dǎo)致區(qū)域的干旱趨勢(shì)進(jìn)一步加劇[3]，這不僅對(duì)受氣候影響較大的農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)易造成危害，還對(duì)水資源安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及修復(fù)等方面帶來(lái)影響。因此，全面認(rèn)識(shí)區(qū)域干旱變化規(guī)律，已成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)，尤其近些年，干旱和半干旱區(qū)域的干旱狀況受到普遍關(guān)注[4-6]。

為更好監(jiān)測(cè)和定量描述干旱狀況，準(zhǔn)確反映干旱發(fā)生機(jī)理[7]，研究人員將干旱指數(shù)作為開(kāi)展干旱研究的有效工具。目前，常用的干旱指標(biāo)包括：帕爾默干旱指數(shù)（PDSI）、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（SPI）以及標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI）。PDSI 指數(shù)固定的時(shí)間尺度，導(dǎo)致其普適性較差[8]。SPI 指數(shù)時(shí)間尺度較為靈活，但在全球氣候變化背景下，未考慮到其他氣候因素對(duì)干旱的影響性[9-10]。因此，具有多時(shí)間尺度特征，兼顧降水和蒸發(fā)等特點(diǎn)的SPEI 指數(shù)，逐漸成為研究干旱特征的新理想指標(biāo)[11-12]。Abdullah[13]采用SPEI 指數(shù)對(duì)孟加拉國(guó)的干旱特征進(jìn)行了評(píng)估，得出孟加拉國(guó)東北部地區(qū)更易受到極端和嚴(yán)重干旱事件的影響；鄒磊等[14]基于SPEI 指數(shù)分析了渭河流域的干旱時(shí)空變化，發(fā)現(xiàn)渭河流域有變旱趨勢(shì)；曹博等[15]研究了長(zhǎng)江中下游流域的干旱時(shí)空特征，得出21 世紀(jì)初年尺度的干旱頻率最高。

開(kāi)都河流域位于我國(guó)新疆天山南麓焉耆盆地北緣，不僅是新疆的重要經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，還是新疆的重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)，但受西北干旱區(qū)氣候影響[16]，該區(qū)域極易引發(fā)干旱，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。目前，有關(guān)開(kāi)都河流域干旱時(shí)空演變的研究較少，僅有宋玉鑫等[17]基于水文SWAT 模型分析了開(kāi)都河流域1965—2016 年不同季節(jié)的干旱特征。由于數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)度或計(jì)算干旱指數(shù)方法的不同，導(dǎo)致研究結(jié)果會(huì)存有差異，如李劍鋒等[18]基于SPI 指數(shù)得出1957—2009 年的南疆夏季干旱有減弱趨勢(shì)，而郭冬等[19]利用SPEI 指數(shù)得出在1961—2020 年夏季南疆東部干旱有明顯增加趨勢(shì)，南疆西部干旱減弱趨勢(shì)不明顯。為此，在全球氣候不斷變化的背景下，及時(shí)采用較新數(shù)據(jù)資料開(kāi)展干旱變化分析很有必要。本文利用開(kāi)都河流域內(nèi)國(guó)家基本氣象站點(diǎn)連續(xù)記錄的1961—2020 年氣象觀測(cè)資料，以SPEI 指數(shù)為干旱指標(biāo)，對(duì)該流域的干旱時(shí)空演變規(guī)律及成因進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)刂贫ǚ罏?zāi)減災(zāi)措施和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供一定科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

開(kāi)都河流域位于41°47′～43°21′N，82°58′～86°55′E，地勢(shì)自西北向東南傾斜，流域干流全長(zhǎng)500 km以上，流域面積為2.2 萬(wàn)km2，是新疆重要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)、牧業(yè)養(yǎng)殖區(qū)以及生態(tài)保護(hù)區(qū)，更是極為重要的水源地之一。研究區(qū)西北多為海拔較高的山區(qū)，東南為海拔較低的平原，受大陸性溫帶干旱氣候影響，冬冷夏熱，全年日照充足，降水較少，蒸發(fā)能力強(qiáng)，由于深居歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，且水汽輸送受天山山脈的阻擋影響，其來(lái)水方式主要以冰雪融水、降水以及地下水補(bǔ)給為主，導(dǎo)致流域生態(tài)環(huán)境較為脆弱，是我國(guó)氣候變化較為敏感的區(qū)域[17，20]。因此，干旱作為危害當(dāng)?shù)刈顕?yán)重的氣象災(zāi)害之一，對(duì)其分析研究具有重要意義。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用開(kāi)都河流域5 個(gè)國(guó)家基本氣象站1961—2020 年共60 a 的逐日降水量和氣溫等資料。所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制，其可靠性和連續(xù)性均能滿足研究需要。根據(jù)開(kāi)都河流域特點(diǎn)，年統(tǒng)計(jì)資料按照自然年算法，季節(jié)的劃分采用氣象季節(jié)，即3—5 月為春季，6—8 月為夏季，9—11 月為秋季，12—次年2月為冬季。

1.3 研究方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)SPEI

SPEI 指數(shù)主要是計(jì)算降水量與蒸散量的差值，然后比較其與平均狀態(tài)的離散程度，以此來(lái)反映某區(qū)域的干旱狀況[21]。SPEI 指數(shù)計(jì)算關(guān)鍵在于蒸散量，本文主要采用Thornthwaite 方法[22]用于計(jì)算潛在蒸散量。具體SPEI 指數(shù)計(jì)算方法可參考文獻(xiàn)[5]。

主要采用2 個(gè)時(shí)間尺度的SPEI 指數(shù)數(shù)據(jù)集，分別為反映季節(jié)干旱水平的SPEI-3 和反映年干旱水平的SPEI-12[23]。研究中分別選取SPEI-3 中5、8、11 月及次年2 月的SPEI 指數(shù)代表當(dāng)年各季的干旱狀況，選取SPEI-12 中12 月的SPEI 指數(shù)代表當(dāng)年年際干旱狀況。SPEI 指數(shù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1）參照國(guó)家氣象干旱等級(jí)[24]劃分，并以此得出流域各干旱等級(jí)的發(fā)生頻率。

表1 基于SPEI 指數(shù)的干旱等級(jí)劃分

1.3.2 Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)法

Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)法（M-K）是一種無(wú)需樣本服從特定分布的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，是目前國(guó)內(nèi)外常用的趨勢(shì)診斷方法之一。本文基于M-K 法分析開(kāi)都河流域不同尺度的SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)及顯著性水平。

1.3.3 Morlet 小波分析法

Morlet 小波分析方法具有非正交性，不僅在時(shí)間與頻率的局部化之間具有較好的平衡，而且能有效濾去隨機(jī)因素對(duì)參數(shù)的影響。因此，本文利用MATLAB 軟件選取復(fù)Morlet 小波函數(shù)，對(duì)開(kāi)都河流域各尺度下的SPEI 指數(shù)變化規(guī)律開(kāi)展分析。

1.3.4 趨勢(shì)歸因分析

由于SPEI 指數(shù)受各氣象因子影響的程度不同，且不同因子間的變化存在一定相互作用。為此，本文采用數(shù)值試驗(yàn)的方法得出各氣象因子對(duì)開(kāi)都河流域干旱變化趨勢(shì)的貢獻(xiàn)。該數(shù)值試驗(yàn)包括控制試驗(yàn)與敏感性試驗(yàn)。其中，控制試驗(yàn)是指使用未進(jìn)行處理的各氣象因子數(shù)據(jù)計(jì)算SPEI 指數(shù)。敏感性試驗(yàn)是指每次只對(duì)某一氣象因子數(shù)據(jù)進(jìn)行逐月去趨勢(shì)化處理，再計(jì)算SPEI 指數(shù)。最終控制試驗(yàn)與敏感性試驗(yàn)的SPEI 指數(shù)趨勢(shì)差值為某一氣象因子對(duì)開(kāi)都河流域干旱變化趨勢(shì)的貢獻(xiàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 SPEI 時(shí)間演變特征

2.1.1 趨勢(shì)分析

由圖1 可知，SPEI 指數(shù)的傾向率為-0.043/10 a，說(shuō)明流域有干化趨勢(shì)。從變化幅度看，流域具有較為明顯的“偏干—偏濕—偏干”特征，其中1986 年后多為正值，2003 年后多為負(fù)值，表明1987—2003 年偏濕，2004—2020 年偏干。流域除冬季SPEI 指數(shù)呈顯著上升趨勢(shì)（P＜0.02）外，其余季節(jié)SPEI 指數(shù)均呈減小趨勢(shì)，其中速率下降春季最大，為-0.075/10 a，夏季最小，為-0.002/10 a，說(shuō)明冬季濕化趨勢(shì)明顯，春季、夏季和秋季呈緩慢干旱化趨勢(shì)。

圖1 開(kāi)都河流域年與季節(jié)尺度的SPEI 指數(shù)年際變化與M-K 檢驗(yàn)

由M-K 趨勢(shì)檢驗(yàn)可得，流域在20 世紀(jì)90 年代有一定上升趨勢(shì)，而進(jìn)入21 世紀(jì)初后呈下降趨勢(shì)。同時(shí)，在0.05 顯著性臨界線內(nèi)，雖然UF、UB 曲線相交于2003 年，但之后UF 線未通過(guò)0.05 的顯著性檢驗(yàn)，因此流域的年尺度SPEI 指數(shù)突變年份不顯著。春秋、夏秋及秋季均突變不明顯，但都在20 世紀(jì)90年代有上升趨勢(shì)，在21 世紀(jì)初呈下降趨勢(shì)；冬季流域整體上升趨勢(shì)顯著，并在1970 年發(fā)生突變。綜上可得，流域在20 世紀(jì)90 年代存在較為明顯的偏濕化，除冬季外，其余季節(jié)均呈干旱化趨勢(shì)，這對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展將造成一定不利影響。

2.1.2 周期分析

根據(jù)小波功率譜（圖2）可知，小波影響椎COI（U 型線）內(nèi)，開(kāi)都河流域整個(gè)研究期間顯著存在2～4 a 的變化周期（粗黑線封閉區(qū)域代表通過(guò)0.05 的顯著性檢驗(yàn)），而1970—1995 年則主要存在4～6 a的變化周期。春季，SPEI 指數(shù)的變化周期在20 世紀(jì)90 年代前為2～5 a，在20 世紀(jì)90 年代末則主要為2～7 a；夏季，SPEI 指數(shù)的周期變化較為分散，1972—1998 年變化周期主要為2～6 a，2000—2008 年為2～3 a，2010 年后為2～5 a，但其大部分面積位于COI范圍外；秋季，流域自1982 年開(kāi)始具有明顯變化周期，2003 年前以2～8 a 的變化周期為主，之后為2～6 a；冬季，1972—1980 年變化周期為2～5 a，1982—2008年為2～6 a。

圖2 開(kāi)都河流域年與季節(jié)尺度的SPEI 指數(shù)小波功率譜分析

由小波實(shí)部圖可知，流域在17 a 周期上，經(jīng)歷了2 個(gè)明顯的“濕、干”交替循環(huán)，其中2008—2013年是干旱最嚴(yán)重時(shí)期。季節(jié)尺度上，各季節(jié)均在10～20 a 左右周期上，出現(xiàn)了較明顯的“干、濕”循環(huán)，并在3～9 a 的小尺度上，周期振蕩最頻繁。春季在1995 年前，干濕變化較為分散，1995 年后變化周期較穩(wěn)定；夏季偏干濕時(shí)期出現(xiàn)較少，一直較為穩(wěn)定，而最濕潤(rùn)與最干旱時(shí)期分別為1989—1999 年、2008—2013 年；秋季大致每5 a 出現(xiàn)一次干濕交換，變化周期較固定；冬季在1985 年前干濕變化周期較長(zhǎng)，之后周期較短。

2.2 SPEI 空間變化特征

由圖3 可知，開(kāi)都河流域的SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)由北向南大致呈“+-”的空間分布狀況，其中和靜、焉耆區(qū)域呈顯著減小趨勢(shì)，變干態(tài)勢(shì)明顯。而季節(jié)尺度上，流域各季節(jié)的干濕空間變化趨勢(shì)存在相異特征。其中，流域春季和秋季的SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)不僅空間上分布一致，均自西向東呈“-+”的空間分布狀況，而且SPEI 指數(shù)呈減小趨勢(shì)的區(qū)域也相同，只有和碩區(qū)域的SPEI 指數(shù)呈上升趨勢(shì)，并在秋季趨勢(shì)顯著；夏季，流域的SPEI 指數(shù)空間變化趨勢(shì)與年際基本一致，不僅自北向南呈“+-”的空間分布特征，且焉耆區(qū)域干旱化態(tài)勢(shì)顯著；冬季，流域整體呈“+”的空間分布狀況，只有巴音布魯克區(qū)域變濕趨勢(shì)顯著。因此結(jié)合圖2 可知，開(kāi)都河流域除冬季外均呈干旱化趨勢(shì)，主要是受和靜與焉耆的SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)影響。作為流域農(nóng)作物主要生產(chǎn)區(qū)的和靜與焉耆區(qū)域，除冬季外干旱化趨勢(shì)明顯，這對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

圖3 開(kāi)都河流域年與季節(jié)尺度的SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)空間分布

2.3 干旱事件特征分析

2.3.1 時(shí)間尺度分析

為充分了解開(kāi)都河流域1961—2020 年干旱事件演變特征，結(jié)合表1 統(tǒng)計(jì)了流域不同年代、季節(jié)的干旱事件發(fā)生頻率（圖4）。由圖4a 可知，流域年尺度的干旱事件總頻率整體呈增加趨勢(shì)，6 個(gè)年代的干旱事件發(fā)生頻率呈現(xiàn)“增—減—增”的變化趨勢(shì)，同時(shí)21 世紀(jì)初不僅干旱事件發(fā)生的累計(jì)頻率最高，且中度干旱事件與輕度干旱事件發(fā)生頻率也最高。從圖4b 可知，發(fā)生干旱事件的頻率為：春季＞秋季＞夏季＞冬季，其中春季發(fā)生干旱事件的頻率最多，為28.33%，秋季次之，僅比春季少1.66%。從干旱程度看，重度干旱事件只有春季發(fā)生過(guò)；中度干旱事件各季節(jié)均有發(fā)生，夏季和秋季發(fā)生頻率最多；輕度干旱事件是流域發(fā)生最多的干旱事件，其中春季和秋季發(fā)生頻率最多。由此可知，輕度干旱事件是流域主要干旱事件，且多發(fā)生于春季和秋季。

圖4 開(kāi)都河流域不同年代（a）和季節(jié)（b）的干旱發(fā)生頻率

2.3.2 持續(xù)性分析

由于持續(xù)干旱事件對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)損失更為嚴(yán)重，且干旱事件的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，干旱狀況越嚴(yán)重[25]，因此根據(jù)SPEI-1 數(shù)據(jù)，依據(jù)表1 定義SPEI≤-0.5（發(fā)生輕度干旱及以上）連續(xù)2 個(gè)月為1 次連續(xù)干旱過(guò)程，將該干旱過(guò)程的SPEI 平均值作為此次干旱事件程度。

由圖5 可知，流域持續(xù)性干旱事件共發(fā)生35次。從持續(xù)時(shí)間看（圖5a），持續(xù)2 個(gè)月＞持續(xù)3 個(gè)月＞持續(xù)4 個(gè)月＞持續(xù)5 個(gè)月，發(fā)生概率分別為71.43%、20%、5.71%、2.86%，主要起始月份分別為4、1、3、8 及2 月。從跨越季節(jié)來(lái)看，春季＞夏季與冬季＞秋季，發(fā)生次數(shù)分別為16、13、13、9 次，累積時(shí)間分別為29 個(gè)月，18 個(gè)月，20 個(gè)月，16 個(gè)月。從持續(xù)程度看（圖5b），輕度干旱＞中度干旱＞重度干旱，其中出現(xiàn)輕度干旱的頻率是中度干旱的1.8 倍，更遠(yuǎn)高于重度干旱。輕度干旱多始于1 月，中度干旱多始于4 月，而重度干旱只在7 月發(fā)生。從頻率看，開(kāi)始發(fā)生持續(xù)干旱最多的月份是4 月，為20%，其次為1 月，為14.29%。1 月多開(kāi)始發(fā)生持續(xù)3 個(gè)月的輕度干旱，4 月多開(kāi)始發(fā)生持續(xù)2 個(gè)月的中度干旱，而流域發(fā)生持續(xù)干旱事件多以輕度干旱為主，且春季最易發(fā)生持續(xù)干旱事件。

圖5 開(kāi)都河流域持續(xù)干旱事件的持續(xù)時(shí)間（a）與持續(xù)程度（b）

2.4 干旱影響因素分析

由于SPEI 指數(shù)主要受降水量和潛在蒸散發(fā)共同影響，而基于Thornthwaite 公式計(jì)算的潛在蒸散發(fā)又與氣溫變化相關(guān)。因此，為分析流域的干旱變化過(guò)程，本文基于數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果，得出了不同時(shí)間尺度下降水量及氣溫對(duì)流域年均SPEI 指數(shù)的貢獻(xiàn)程度。

由表2 可知，開(kāi)都河流域SPEI 指數(shù)在時(shí)間上的變化特征。從局部看，各時(shí)間尺度下的降水量，在20世紀(jì)80 年代之前，貢獻(xiàn)基本為負(fù)值，之后為正值；氣溫在21 世紀(jì)初，貢獻(xiàn)逐漸由正轉(zhuǎn)負(fù)，表明開(kāi)都河流域20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始呈濕化趨勢(shì)，主要受降水量影響，而21 世紀(jì)初開(kāi)始呈干旱化趨勢(shì)，則受氣溫影響。從總體看，除冬季的其余時(shí)間尺度上，降水量增加對(duì)SPEI 指數(shù)趨勢(shì)的正向貢獻(xiàn)幅度（分別為年0.01/a，春季0.006/a，夏季0.004/a，秋季0.008/a）小于氣溫顯著增加對(duì)SPEI 指數(shù)趨勢(shì)的負(fù)向貢獻(xiàn)幅度（分別為年-0.017/a，春季-0.015/a，夏季-0.01/a，秋季-0.011/a），導(dǎo)致流域年、春季、夏季和秋季呈干旱化趨勢(shì)，表明流域的干旱化趨勢(shì)主要受氣溫變化影響。冬季，由于降水量增加（貢獻(xiàn)為0.036/a）抵消了氣溫增加（貢獻(xiàn)為-0.001/a）造成的偏干趨勢(shì)，造成冬季流域濕化明顯，這與該季節(jié)氣溫普遍較低，不利于地表蒸發(fā)有關(guān)，但隨著氣溫增加明顯，未來(lái)也可能呈偏干化。

表2 開(kāi)都河流域不同時(shí)期和區(qū)域的氣溫與SPEI 指數(shù)變化趨勢(shì)

由圖6 和表3 可知開(kāi)都河流域SPEI 指數(shù)在空間上的變化趨勢(shì)。巴音布魯克、巴倫臺(tái)、和碩區(qū)域除春季受氣溫貢獻(xiàn)較大外，其余時(shí)間尺度受降水量貢獻(xiàn)較大，而和靜與焉耆區(qū)域除冬季受降水量貢獻(xiàn)較大外，其余時(shí)間尺度受氣溫貢獻(xiàn)較大。從空間看，北部地區(qū)（巴音布魯克、巴倫臺(tái)）降水量增加的貢獻(xiàn)（年平均為0.016/a，夏季平均為0.005/a）大于氣溫增加的貢獻(xiàn)（年平均為-0.009 5/a，夏季平均為-0.005/a），南部地區(qū)（和靜、和碩、焉耆）降水量增加的貢獻(xiàn)（年平均為0.006 7/a，夏季平均為0.002 7/a）小于氣溫增加的貢獻(xiàn)（年平均為-0.022/a，夏季平均為-0.012 7/a），導(dǎo)致流域年尺度與夏季自北至南呈“+-”的空間分布。春季和秋季由于西部地區(qū)（巴音布魯克、和靜、焉耆）降水量微弱增加的貢獻(xiàn)小于氣溫顯著增加的貢獻(xiàn)；而東部地區(qū)（巴倫臺(tái)、和碩）因降水量增加的貢獻(xiàn)大于氣溫增加的貢獻(xiàn)，造成流域自西向東呈“-+”的空間分布；冬季的各區(qū)域雖然氣溫增加，但其貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于降水量增加的貢獻(xiàn)，因而流域呈“+”的空間分布。

圖6 開(kāi)都河流域不同區(qū)域降水量和氣溫對(duì)SPEI 指數(shù)的趨勢(shì)貢獻(xiàn)

表3 開(kāi)都河流域季節(jié)尺度不同區(qū)域的降水量和氣溫傾向率

2.5 SPEI 指數(shù)與氣溫對(duì)比分析

作為氣候變化較為敏感的開(kāi)都河流域，其干旱變化主要受氣溫影響，而在全球氣候變暖背景下，一定程度上影響了流域的干旱時(shí)空演變。因此，通過(guò)分析氣溫與SPEI 指數(shù)的變化趨勢(shì)，可得出流域干旱變化的氣候背景，進(jìn)一步了解流域干旱演變的機(jī)制。

從表2 可知，流域在1981—1990 年和2011—2020 年不僅氣溫呈增加趨勢(shì)，SPEI 指數(shù)也呈增加趨勢(shì)，表明流域該期間趨于“暖濕化”，而1991—2000年，在氣溫持續(xù)增加下，SPEI 指數(shù)呈減小趨勢(shì)，說(shuō)明此時(shí)流域趨于“暖干化”。各區(qū)域不僅趨于“暖濕化”和“暖干化”的時(shí)期相異，而且出現(xiàn)的次數(shù)也不盡相同。其中，巴音布魯克1961—1970 年和1991—2000年趨于“暖濕化”，1981—1990 年趨于“暖干化”；巴倫臺(tái)經(jīng)歷了持續(xù)20 a 的“暖濕化”趨勢(shì)，以及2 個(gè)“暖干化”時(shí)期；和碩經(jīng)歷了“暖濕化”時(shí)期2 次，“暖干化”時(shí)期3 次；焉耆自1971 開(kāi)始，一直趨于“暖干化”，但干旱化趨勢(shì)正減小；和靜只在1981—1990 年經(jīng)歷了“暖濕化”，而“暖干化”時(shí)期經(jīng)歷了3 個(gè)。流域在“暖濕化”時(shí)期，主要受和靜、和碩、巴音布魯克與巴倫臺(tái)等區(qū)域影響，而“暖干化”則受和靜、和碩與焉耆等區(qū)域的影響。

3 討論

本文基于SPEI 指數(shù)分析了開(kāi)都河流域1961—2020 年干旱時(shí)空變化特征，得出流域除冬季外，年、春季、夏季和秋季的SPEI 指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，有變干態(tài)勢(shì)，這與任培貴等[5]和郭冬等[19]分別利用SPEI指數(shù)對(duì)西北地區(qū)的干旱變化趨勢(shì)分析及南疆東部地區(qū)干旱指數(shù)分析的結(jié)果一致。在空間分布上，流域夏季自北向南呈“上升—下降”的分布趨勢(shì)，而宋玉鑫等[17]研究表明，開(kāi)都河流域夏季北部呈下降趨勢(shì)，南部呈上升趨勢(shì)。造成這種差異的可能原因有：研究時(shí)段及區(qū)域范圍不同，宋玉鑫等[17]選取的研究時(shí)段為1965—2016 年，研究區(qū)域只有和靜區(qū)域，本研究時(shí)間序列為1961—2020 年，研究區(qū)域涵蓋了和碩、焉耆等區(qū)域。其次，計(jì)算SPEI 指數(shù)的方法不同?；跉庀笥^測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的SPEI 指數(shù)，在一定程度上更符合開(kāi)都河流域區(qū)域的氣候特征[26-27]，而基于SWAT 水文模型模擬出的降水量和潛在蒸散發(fā)量受下墊面影響較大，從而導(dǎo)致流域不同區(qū)域的分布趨勢(shì)與前者不一致。

此外，開(kāi)都河流域北部地區(qū)的干旱變化除春季外，主要受降水量變化影響，而南部地區(qū)除冬季外，主要受氣溫變化影響。因此，作為開(kāi)都河流域源頭的西北地區(qū)，其干旱的發(fā)生將直接關(guān)系到東南地區(qū)人們的生活生產(chǎn)，而東南地區(qū)的干旱發(fā)生，將影響當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略發(fā)展。在開(kāi)都河流域整體變干的背景下，各區(qū)域應(yīng)采取針對(duì)性的抗旱工作，如：在西北地區(qū)加強(qiáng)空中云水資源利用，做好水土保持工作等，在東南地區(qū)加強(qiáng)農(nóng)田水利基本建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等，這將為實(shí)現(xiàn)開(kāi)都河流域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

本研究還有一些不足之處，根據(jù)已有研究結(jié)果[28-30]可知，基于Penman-Monteith 公式獲得的潛在蒸散量與干旱區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)契合度比較好，雖然降水量和氣溫均是干旱變化的重要影響因子，但研究其他不同氣象因子對(duì)開(kāi)都河流域干旱變化的影響也十分有必要。在后續(xù)的研究中，將基于Penman-Monteith 公式進(jìn)行SPEI 指數(shù)的對(duì)比計(jì)算，以期更加全面地分析開(kāi)都河流域的干旱成因。

4 結(jié)論

（1）1961—2020 年開(kāi)都河流域的年SPEI 指數(shù)以-0.056/10 a 傾向率呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，表明流域有干化趨勢(shì)。在不同季節(jié)中，除冬季濕潤(rùn)化趨勢(shì)顯著外，春季、夏季和秋季均呈干旱化趨勢(shì)，但干旱化趨勢(shì)不顯著。在空間分布上，年與夏季，流域由北向南呈逐漸減小的空間分布趨勢(shì)；春季與秋季，流域自西向東呈增加趨勢(shì)；而冬季，流域整體呈增加趨勢(shì)。

（2）開(kāi)都河流域各時(shí)間尺度下的降水量與氣溫對(duì)SPEI 指數(shù)的長(zhǎng)期貢獻(xiàn)具有年代際變化特征，且流域干化的主導(dǎo)因素為氣溫，濕化的主導(dǎo)因素為降水。同時(shí)，流域北部地區(qū)除春季受氣溫影響較大，其余時(shí)間尺度下均受降水量影響較大，南部地區(qū)則是除冬季受降水影響較大，其余時(shí)間尺度下受氣溫影響較大。

（3）從干旱事件來(lái)看，近60 年開(kāi)都河流域的干旱事件總頻率整體呈增加趨勢(shì)，各時(shí)間尺度上的干旱基本2～6 a 一遇，以輕旱為主，中旱次之，春季和秋季是干旱多發(fā)時(shí)期，且春季不僅是重度與輕度干旱事件發(fā)生最多時(shí)期，也是持續(xù)干旱易發(fā)生時(shí)期。