黔中地区气象水文干旱演变特征及其响应关系

杨铭珂, 贺中华, 任荣仪

(贵州师范大学 地理与环境科学学院, 贵阳 550025)

在全球气候变暖的大背景下，干旱在经济成本、社会问题以及生态等方面已经发展为最具破坏性、最广泛的主要气候灾害之一，干旱通常被定义为某一时段某地正常水的可用性降低，水分入不支出而引起的灾害现象，可为分为水文循环、降水(气象干旱)、土壤水分(农业干旱)、地下水和径流(水文干旱)以及社会经济干旱[1]。气象干旱强调由不均衡的降水引起水资源匮乏的干旱现象，水文干旱强调地表水与地下水收支不平衡，水分短缺所引起的干旱现象。与此同时，水文干旱被认为是最彻底的干旱事件，是气象干旱的延续，是气象干旱与农业干旱、社会经济干旱之间的纽带。Peters等[2]认为水文干旱以干旱为主要驱动力，取决于气象干旱在陆地水文循环中的扩散，受到水文循环性质(降水)的影响。Zhao等[3]在研究渭河流域时也发现气象干旱与水文干旱之间具有很强的联系。当水文干旱发生时，很难有足够地时间解决供水短缺的问题，可以利用从气象干旱到水文干旱的传播时间对水文干旱进行预警，Li等[4]利用气象干旱提出水文干旱等级预测方法，认为在2个月的水文干旱预测，气象干旱序列更好。因此找出气象干旱与水文干旱之间的联系，以及分析它们之间的滞后效应，这对干旱检测以及管理很重要，同时也对干旱的成因机制具有重要意义。

Liu等[5]利用三维(纬度、经度以及时间)将气象和水文干旱事件联系起来，发现气象干旱到水文干旱的转变特征为干旱历时增加，响应时间滞后以及干旱严重程度减弱。在从气象干旱到水文干旱的传播时间上，Vicente-Serrano等[6]在地中海沿岸的Aragon流域进行干旱研究时发现该流域水文干旱比气象干旱滞后 1～4个月。Li等[7]则发现气象干旱向水文干旱的传播时间随季节发生明显变化，并且两者的关系表现出明显的季节性[8]。也有相关研究认为气象与水文干旱的关系在不同时间尺度上表现不同的特征。López-Moren等[9]在埃布罗盆研究水文干旱对不同小流域不同时间尺度的气象干旱的响应关系时，认为两者之间的响应关系是多变的。蒋忆文等[10]研究黑河上游气象与水文干旱指数时空变化，则发现该地区气象与水文干旱在年尺度上具有较好的一致性，但在月尺度上因为水文循环过程，通常情况下水文干旱是滞后于气象干旱。Zhou等[11]也认为气象和水文干旱变化在季节和月尺度上是不同的，气象干旱对当前和未来一个月的水文干旱有显著影响。Satta等[12]则认为每种干旱特征以及两种干旱之间的滞后时间由潜在条件和气候变量的空间变化而不一致。

黔中地区位于贵州中部，其范围涉及长江和珠江流域，并在其研究区内建设有黔中水利枢纽工程，该工程以灌溉和城市供水为主，为黔中地区水资源利用、分配以及管理服务。但黔中地区处于岩溶峰林、岩溶峰丛，保水、蓄水能力弱，水资源也极度短缺，其具有自身的地貌特点以及气候特征。与此同时，随着黔中地区经济发展、农业发展以及人口增长，蓄水需求不断增大，使得人水矛盾突出，极为容易引发干旱事件，这对黔中水利枢纽工程的有效运行提出了巨大的挑战。并且前人研究主要集中在气象干旱特征或者水文气象要素变化等方面，对于该地区的水文干旱以及水文、气象干旱响应关系的分析较少。因此本文将以贵州中部地区为研究区域，基于降水资料和径流资料对黔中地区的气象水文干旱演变特征进行分析，并探求两者之间的响应关系，希望能为黔中地区干旱评估、干旱预报以及为黔中水利枢纽工程的管理等工作提供一定的科学依据。

1 研究区域

黔中地区位于贵州省中部(图1)，介于25°23′30″—75°5′10″N，104°10′20″—107°2′20″E，本研究拟以解决该地区经济发展用水而建设的重要调水工程——黔中水利工程枢纽为线，东至贵阳，西至关岭，北至威宁，南至镇宁，处于岩溶峰林、岩溶峰丛，岩溶发育并分布较广，透水性强且排泄快，土层较薄且蓄水保水能力差，水资源开发利用难度大。该地区气候属于亚热带季风气候，雨季受季风控制，年降水变率约为10.4%，多年平均降雨量为1 002 mm，主要集中在夏季，以6月居多，春、冬季少雨，夏季高温多雨，秋季高温少雨。研究区域内的年径流变率约为21.4%，6—7月径流丰富，占全年径流量的40%，而11月—次年4月为枯水期，尤以2—3月最少。特殊的喀斯特地貌、降水以及径流时空分布不均等特征使得干旱事件在该地区频发。

图1 黔中地区以及气象-雨量站和水文站分布

2 数据与来源

2.1 数据来源

本文收集了贵州黔中地区1970—2016年多个气象站以及雨量站的月均降水，同时气象站数据来源于中国气象数据共享服务网站的日值数据集，径流数据选取该地区1970—2016年的6个水文站点的逐月径流数据(图1)，利用逐月的降水和径流数据对其气象和水文干旱进行分析。

2.2 研究方法

标准化降水指数(Standardized precipitation index，SPI)是气象干旱评估常用指标，适用多尺度地对气象干旱进行监测与评估。通常采用Gamma分布概率描述降水量的变化，将偏态概率分布的降水量进行正态标准化处理，用标准化降水累积频率分布来划分干旱等级[13]。标准化径流指数(Standardized streamflow index，SSI)是水文干旱评估常用指标[14]，径流与降水类似，同样服从偏态分布，Malik[15]在对印度北阿坎德邦上流进行干旱预测时将径流值替代降水值，使用Gamma概率分布模型计算了水文干旱指数，即证明该概率分布模型同样适用于以径流为指标的水文干旱指数计算。并且黔中地区降水量与径流量相关系数达到0.86以上，两者相关性明显，同时为了便于对比干旱类型，本文的SSI与SPI计算方法一致，均采用gamma概率分布模型计算，采用降水指标计算得到SPI，将径流指标代替降水得到SSI值。以SPI为例，具体计算公式为[16-18]：

(1)

式中:G(x)由gamma分布函数概率积分计算得出,用于拟合站点每个月的降水(径流)频率；x为月降水量(径流量)；γ，β分别为gamma分布函数的形状与尺度参数[17]。

(2)

(3)

本文采用gamma概率分布模型计算出月尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SSI)，并且依据《气象干旱等级GB/T20481-2006》中的分级标准划分干旱等级(表1)。

表1 基于SPI与SSI的干旱等级划分

本文从干旱发生的频率以及干旱发生的强度两个方面评价黔中地区近47 a干旱演变特征。以月为单位，为了便于比较不同时期不同等级的干旱发生次数，故以干旱发生的频率作为表征，按不同程度的干旱发生月数计算不同时期的干旱频率[19]。为了方便描述和理解黔中地区干旱的空间变化特征，将干旱强度按干旱等级划分无旱、轻度干旱、中度干旱、重度干旱以及极端干旱，得到黔中地区不同年代干旱强度空间分布图，以评价不同时期干旱强度的空间格局特征[20]。

3 结果与分析

3.1 气象干旱时空特征

3.1.1 气象干旱时间演变 以贵州黔中地区的气象以及雨量站1970—2016年逐月降水计算该地区月尺度SPI值，图2选取1个月、3个月、6个月、9个月以及12个月时间尺度的月SPI。可以看出，随着时间尺度的增大，SPI识别的干旱事件减少，但干旱历时增加。1个月时间尺度的SPI(SPI_1)以及3个月时间尺度的SPI(SPI_3)所识别的干旱事件以短历时为主，且SPI_3与SPI_1相比，SPI_1反映每个年代际均出现干旱，SPI_3则识别较长历时的干旱事件，呈现出一定规律，在图2B中，可以发现干旱事件主要集中在20世纪80年代以及90年代、21世纪00年代以及10年代，尤其是2009—2013年期间，该时期SPI值最低且平均干旱历时较长，这说明这一时期黔中地区发生较为严重的干旱事件。而6个月、9个月以及12个月时间尺度的SPI(SPI_6，SPI_9，SPI_12)识别的干旱事件以长历时为主，随着时间尺度增加，干旱历时增大，干旱事件减少。在图2E中，可以看出黔中地区不同年代际的干旱情况，1970—2016年SPI值共出现了6次明显的低峰，依次为 1975年7月—1976年5月，1981年7月—1982年4月，1988年11月—1990年5月，2003年6月—2007年5月，2009年9月—2010年11月以及2011年6月—2012年6月，2013年6月—2014年6月，其中以2003—2007年的干旱历时最长，为48个月。分析不同时间尺度的动态特征，发现时间尺度较短时，SPI具有较高的时间频率振荡，干湿交替频繁，而在较长的时间尺度上，SPI显示较低的时间频率，从而能够监测持续的干燥和潮湿时段。

图3为黔中地区1，3，6，9以及12个月时间尺度的年均SPI值变化趋势，可以看出近47年贵州黔中地区SPI整体呈现显著的下降趋势，具有明显的干旱化态势。不同时间尺度上SPI也呈现不同程度的干旱化特征，且随着时间尺度的增加，黔中地区干旱现象越显著。以1个月尺度的SPI(SPI_1)变化趋势最小，其斜率为-0.009，干旱现象不明显，SPI最小值出现在2009年，其次是1988年，依据SPI_1的5 a滑动平均趋势线来看，1980—1985年，SPI值下降显著，其最低点在1985年，1995—2009年SPI再次出现明显地下滑，最低点在2009年，即表示黔中地区近47年来2009年干旱最严重。以12个月尺度的SPI(SPI_12)变化趋势最显著，其斜率为-0.02，该时间尺度上，干旱现象显著，SPI最低点在2010年，由SPI_12的5 a滑动平均趋势来看，SPI值在1978—1987年这段时期发生第一次显著下降的趋势，最低谷为1986年，这与SPI_1相比，最低点往后1 a；SPI值发生第二次下降且最显著的时段在1995—2010年，最低点在2010年，表明这段时期干旱态势化显著且2010年为气象最干旱的一年。SPI_3，SPI_6以及SPI_9下降趋势相近，斜率分别为0.014，0.016以及0.018，但随着时间尺度增大，SPI值的5 a滑动平均曲线出现的起伏越大。在图2B和图2C中，可以看出，SPI_3和SPI_6的最低值均出现在2013年，而5 a滑动平均趋势的最低值在2009年，这说明SPI_3和SPI_6的干旱化态势整体上虽然显著但比SPI_9，SPI_12的干旱化趋势小。

图2 1970-2016年黔中地区1，3，6，9以及12个月SPI动态特征

图3 1970-2016年黔中地区SPI变化特征

从年代际来看，SPI_1，SPI_3以及SPI_6以轻旱为主。与SPI_9，SPI_12相比，SPI_6出现的干旱事件最多，主要集中在21世纪10年代；SPI_9在21世纪10年代出现3次中度干旱以及1次重度干旱；SPI_12则以中旱为主，各个时间段均出现干旱，以2010年SPI值为小，为-1.67，属于重度干旱。这说明在12个月时间尺度上，黔中地区气象干旱态势愈发严重，干旱事件频繁，干旱程度增大。

图4是根据表1中SPI干旱划分等级，统计近47年黔中15个气象以及雨量站点每月SPI值，得到1970—2016年黔中地区干旱事件频率变化图。由图4可看出，1970—2016年黔中地区干旱事件发生的频率明显增加，无旱月由1970年的74.61%下降到2010年的67.30%，不同程度的干旱月出现不同的涨幅，其中极端干旱事件出现的次数增多，干旱频率增大且21世纪的极端干旱发生的频率最高，20世纪80年代后逐年代际增加，其干旱频率由20世纪70年代的2.06%增加至21世纪10年代的4.21%，两者相差约2.7倍，这说明黔中地区21世纪初极端干旱事件发生较为频繁。轻度、中度以及重度干旱事件发生的频率总体上呈增加的趋势，但并不是随着年代际一直增加。轻度干旱在20世纪70年代的干旱频率为11.89%，然而在21世纪00年代，其干旱频率为17.00%，两者相差约1.4倍，但21世纪10年代出现了下降的趋势。中度干旱最大的干旱频率在21世纪10年代，为9.37%，其次是20世纪90年代，为9.17%，最小干旱频率在20世纪70年代，为7.67%，中度干旱频率总体上随着年代际出现增加—减少—增加的趋势并且涨幅不大。重度干旱频率总体上以增加—减少的趋势变化，其在20世纪70年代至21世纪00年代呈增加趋势，涨幅1.5%，在21世纪10年代干旱频率下降，但下降幅度不大。由图4分析可知，黔中地区近47 a气象干旱事件发生的频率增加，其中以重度干旱、极端干旱的频率涨幅最为明显。

图4 1970-2016年黔中地区不同气象干旱等级发生的频率

3.1.2 气象干旱空间分布 从图5中可以看出黔中地区各时段气象干旱强度空间变化特征存在明显差异。黔中地区1970—2016年多年平均干旱强度空间分布特征具有明显的差异性(图5F)，干旱以东至西出现强—弱—强—弱的变化特征，并且近47年黔中地区的干旱事件以中度干旱为主。

从年代际上看，发现不同年代际气象干旱空间变化格局不同。在图5(A，B，C)中可以发现20世纪黔中地区干旱主要发生在威宁南部至黔中中部、西部以及南部等一些地区以及贵阳东南部，极端干旱以20世纪70年代最为显著。而威宁北部、织金西部、清镇、平坝东北部以及贵阳西北部的干旱化态势较弱，主要以无旱为主。21世纪干旱空间格局出现与20世纪不同的变化特征。21世纪00年代(图5D)，黔中地区以中度干旱为主，其干旱化面积最广，由西北方向至东南方向，干旱呈减弱的变化趋势，贵阳东南部以极端干旱为主。21世纪10年代(图5E)，以西北至西南，黔中干旱化态势呈减弱—增强—减弱的变化趋势，以中度干旱为主，极端干旱分别出现在赫章北部、威宁北部以及贵阳东南部。21世纪黔中地区干旱化态势较20世纪强，干旱化态势面积增加，并且中度干旱化态势面积也呈增加趋势，同时发现贵阳东南部是干旱化态势最显著的地区，而清镇以及贵阳西北部的干旱化态势最小。结合图5(A-F)分析，发现近47 a黔中地区气象干旱在不同年代际呈现不同的空间分布特征，随着年代际的增加，黔中地区干旱化区域面积不断扩大。

图5 1970-2016年黔中地区气象干旱强度的时空分布特征

3.2 水文干旱时空特征

3.2.1 水文干旱时间演变 以贵州黔中地区的水文站1970—2016年逐月径流计算月尺度SSI值，图6选取1个月、3个月、6个月、9个月以及12个月时间尺度的月SSI值。随着时间尺度的增加，SSI识别的干旱事件越集中，且干旱历时越长。较短的时间尺度如1个月时间尺度的SSI(SSI_1)和3个月时间尺度的SSI(SSI_3)具有较高的时间频率振荡，识别更多的干旱事件，并且以短历时为主，在图6(A—B)中，不同年代际均出现不同程度的干旱，主要轻旱和中旱为主，不同的是，SSI_3的干旱低峰值明显，所识别的重旱与极旱也多于SSI_1。较长的时间尺度如6，9以及12个月时间尺度的SSI(SSI_6，SSI_9以及SSI_12)具有较低的时间频率振荡。在图6(C，D和E)中，看出SSI_6，SSI_9和SSI_12识别的干旱事件较为集中，干旱历时较长，并且随着时间尺度不断增大，重旱以及极旱出现的次数也呈增加趋势，SSI_12的重度和极端干旱事件多于其他两个时间尺度。依据SSI_12(图6E)可以看出黔中地区近47 a中共出现7次明显地干旱值低峰，干湿情况分明，其中以2005年5月至2007年7月的干旱历时最长，为26个月。

图6 1970-2016年黔中地区1，3，6，9以及12个月SSI动态特征

图7为黔中地区1，3，6，9以及12个月时间尺度的SSI值变化趋势，由图可以看出随着时间尺度的增大，SSI下降的趋势越显著，斜率越大，同时5 a滑动平均曲线起伏的坡度越大。以1个月尺度的SSI(SSI_1)变化趋势最小，其斜率为-0.007，干旱现象不明显，出现两个明显的SSI值低峰，分别在1989年以及2013年，依据SSI_1的5 a滑动平均来看，两次下降趋势分别为1982—1986年以及1996—2008年，这与SSI值曲线最低峰不一致。

3，6以及9个月时间尺度的SSI下降趋势逐渐增强(图7B，C和D)，斜率分别为0.009，0.01，0.011，但不同时间尺度SSI的5 a滑动平均最低峰也不同，SSI_3的两次低峰为1987年以及2009年，SSI_6的为1986年以及2010年，SSI_9的为1987年以及2010年，这说明不同时间尺度上SSI呈现不同程度的干旱化特征。12个月时间尺度的SSI变化趋势最显著(图7E)，其斜率为0.012，该时间尺度上，SSI变化曲线与5 a滑动平均曲线的起伏明显，SSI值最低点出现在1990年，其次是2006年，依据5 a滑动平均曲线可以发现，SSI_12的第一次下降在1977—1986年，第二次在1996—2010年，这说明1977年开始干旱化态势不断加强，在1990年达到最低值后，黔中地区干旱态势开始减弱，在1991年进入湿润化态势，随后在1996年干旱化态势继续加强，至2006年达到第2个SSI值低点，随后干旱化态势虽然减弱，但一直持续，直到2015年才转为湿润化态势。

图7 1970-2016年黔中地区SSI变化特征

从年代际来看，年均SSI值识别的干旱主要集中在21世纪00年代和10年代。SSI_1和SSI_3以轻旱为主，SSI_1的干旱事件较少，SSI_3的干旱事件主要集中在21世纪；而SSI_6，SSI_9以及SSI_12则以轻旱、中旱为主，SSI_6在20世纪80年代出现一次重旱，SSI_9出现的干旱事件最多，SSI_12在20世纪90年代以及21世纪00年代出现重旱，以1990年SSI值为小，为-1.68，属于重度干旱。对黔中地区近47 a不同时间尺度的SSI变化趋势进行分析，发现水文干旱化态势随年代际发生不同变化，总体呈增强—减弱—增强—减弱的变化趋势。

本文根据表1干旱划分等级，统计近47 a黔中6个水文站点每月SSI值，按不同等级的干旱发生月数计算不同时期的干旱频率，得到1970—2016年黔中地区水文干旱事件频率变化图。黔中地区不同等级的水文干旱发生的频率随着年代际发生不同的变化，无干旱月份的频率出现了减少—增加—减少的趋势，其出现频率以20世纪70年代71.25%下降至21世纪10年代的58.13%，这说明黔中地区水文干旱事件随着年代际增加。其中极端干旱月增加的次数明显增多，20世纪70年代发生极端干旱的频率最小，为0.69%，20世纪10年代发生的频率最大，为3.57%，两者相差约2.88%，这说明极端干旱事件在21世纪发生较频繁。中度以及重度干旱事件发生的频率在1970—2016年也出现了明显的涨幅，两者的变化趋势均为增加—减少—增加。

发生中度干旱的最大干旱频率出现在21世纪10年代，为13.69%，其发生最小的干旱频率在20世纪70年代，为7.22%，两者相差6.47%；21世纪10年代发生重度干旱的频率为8.13%，20世纪70年代与90年代重度干旱频率均为2.92%，干旱频率的最大值与最小值相差5.31%。轻度干旱事件发生的频率随着年代际发生增加—减少—增加—减少的变化，其中20世纪80年代轻度干旱频率为18.89%，是各年代际最大的，而最小的干旱频率在20世纪90年代，为14.44%，两者相差4.45%。由此可知，黔中地区近47 a水文干旱事件发生的频率增加，以中度干旱增加最为显著，重度以及极端干旱事件也出现增加的趋势，并且在年代际间差异较大，而轻度干旱发生频率减少。

图8 1970-2016年黔中地区不同水文干旱等级发生的频率

3.2.2 水文干旱空间分布 图9为黔中地区不同年代水文干旱强度空间分布图，以评价不同时期的干旱强度的空间格局特征。黔中地区多年平均水文干旱强度空间格局出现两极分化的特征(图9F)，干旱化态势以东至西呈增加的趋势。

从年代际上看，发现不同年代际水文干旱空间变化格局不同。20世纪黔中地区干旱化态势随年代际变化呈弱—强的趋势，发生干旱的地区逐渐增多，并且黔中的中南部地区干旱频发，以轻度干旱为主。21世纪黔中地区水文干旱化态势随着年代际呈增加趋势，以中度干旱为主。21世纪00年代与10年代的干旱空间格局存在差异。21世纪00年代(图9D)，黔中地区干旱化态势由东往西呈减弱的趋势，而21世纪10年代(图9E)黔中地区干旱化态势由西北至东南呈减弱—增强的变化。黔中地区水文干旱的空间分布特征随年代际发生不同的变化，空间差异性大。最为明显的为20世纪与21世纪干旱化态势的分布不一致，20世纪黔中地区干旱化最为明显的地区主要在其中部，而进入21世纪，特别是21世纪10年代，干旱化态势最显著的地区则在该地区西北部，同时21世纪的干旱化态势是强于20世纪的。

图9 1970-2016年黔中地区水文干旱强度的时空分布特征

3.3 水文干旱与气象干旱的关系

从3.1与3.2可知，黔中地区干旱化态势越发严重，重度和极端干旱发生的频率增加，同时该地区干旱化面积也在增加。气象干旱是干旱发生的开始，而水文干旱则是气象干旱的延续，利用气象干旱有效预测水文干旱发生的前提是找到两种干旱类型之间的关系。所以本文在研究黔中地区干旱演变特征的基础之上继续对该地区水文干旱与气象干旱的关系进行探求。

采用Pearson简单相关系数分别对1～12个月尺度的SPI和SSI指数进行相关分析，从整体上看，两者相关系数均通过了α=0.01显著性水平检验，图10为年均、1月、4月、7月、10月的SPI与SSI月序列的相关分析，以1月代表冬季、4月代表春季、7月代表夏季以及10月代表秋季。由图可以看出，SSI-SPI之间相关系数变化趋势总体上一致，但不同的月份在不同时间尺度上其相关系数出现明显的差异，具体为：

(1)由图10可知，SPI与SSI之间的相关性随着时间尺度的增加而越密切，在达到某个值时，相关系数会保持一个稳定的水平缓慢地上升，当时间尺度继续增加时，两者的相关系数则会下降。并且不同时间的相关系数变化趋势也不一致。

(2)1月以及4月SSI-SPI的相关系数总体上低于年均相关系数，7月以及10月SSI-SPI的相关系数则总体是高于年均相关系数。这说明黔中地区冬春两季水文干旱对气象干旱响应弱于夏秋两季，SSI-SPI关系的模式随着时间尺度发生季节性变化，不同季节表现出明显的差异。

(3)1月SSI-SPI关系最佳尺度为7个月。在图10中，可以发现其相关系数增加速度最快的阶段为2～7个月，7个月时间尺度以后相关性保持稳定地缓慢地上升趋势。4月SSI-SPI相关性的变化趋势弱于其他月份，其最佳尺度为10个月。7月SSI-SPI的总体相关系数比年均与其他月份高，但其最佳时间尺度为3个月。10月SSI-SPI相关性变化趋势显著，依据相关系数增加的速度来看，10月SSI-SPI相关性最佳时间尺度为4个月。

图10 黔中地区不同时间尺度上SSI与SPI连续序列之间的相关系数

图11为不同时间不同尺度上SSI-SPI相关系数的热图。根据年均相关系数的热图变化趋势发现(图11E)，黔中地区的水文干旱普遍滞后于气象干旱1个月，例如SSI_1与SPI_2相关系数大于SSI_1与SPI其他尺度，依次类推；但10个月尺度以后，SSI_11与SPI_11，SSI_12与SPI_12的相关系数均大于其他尺度，李运刚[21]认为水文干旱发生时都会伴随着气象干旱的发生，但气象干旱并不一定会引起水文干旱的发生，这由气象干旱的历时或强度所决定。当气象干旱的历时较短或者强度较小的情况下，水文干旱不一定发生。同理，在多时间尺度例如12个月时间尺度上，气象干旱的历时较长以及强度较大，使得水文干旱同时期发生也是有可能的。

图11 黔中地区年均、1月、4月、7月以及10月SSI-SPI相关系数热图

水文干旱与气象干旱之间的相关性在不同季节表现出不同信息。在图11(A，B，C和D)，随着季节变化，SSI-SPI相关性也发生了明显变化，两者的相关性依次减小顺序为夏季>秋季>春季>冬季，最大相关性的时间尺度也发生同质变化，以夏季开始(图11C)，其高相关性主要集中在3～9个月时间尺度上；秋季6～12个月时间尺度的相关系数较高(图11D)，夏季至秋季，高相关性群推后3个月；冬季高相关性主要集中在8～12个月(图11A)，秋季至冬季，高相关性群缩小并推后2个月；而春季的高相关性群继续缩小(图11B)，相关性最佳的尺度为3个月，集中在10～12个月时间尺度上，同时相关性大的时间尺度也随着减少。

水文干旱不直接受降雨的影响，其严重程度反映了地区的缺水量，而由降水补充的蓄水量枯竭会对该地区的缺水量产生深远影响[22]，所以由不均衡降水导致的气象干旱与水文干旱有着密切的关系。结合图10与图11分析，发现不同季节SSI-SPI最佳时间尺度与滞后时间是不一致的。1月最佳时间尺度为7个月，其水文干旱滞后于气象干旱1～4个月；4月最佳时间尺度为10个月，其水文干旱滞后于气象干旱1～5个月；7月最佳时间尺度为3个月，而其水文干旱滞后于气象干旱1～3个月；10月最佳时间尺度为4个月，其水文干旱普遍滞后于气象干旱1～4个月。黔中地区地貌类型既包括喀斯特峰林区也包括喀斯特峰丛区[23]，岩溶水系统的特殊性使得该地区的气象水文干旱情况与国内其他地区不同，特别是气象与水文干旱之间的响应关系也因此受到明显的影响。黔中地区夏季SSI-SPI相关性最大，其次是秋季，结合该地区降水与地貌特征分析，该地区受到大气环流季节活动的影响，降水时空分布不均，地下河道以及岩溶孔隙等存在使得降水入渗至地下河或者其他岩溶孔隙储存，以及岩溶水补给地表水包括径流等均需要过程以及时间。夏季7月、8月因高温少雨，发生气象干旱时，随着干旱强度增强或干旱历时加长，使得地表水严重缺水，影响作物供水以及生活用水，地下水以及岩溶孔隙水等补给地表水的水量增多以及补给速度加快从而缺水，由此影响流域蓄水量；秋季温度高，降水补给少，地下水以及储存在岩溶孔隙的水等继续补给地表水，由于干旱强度或者干旱历时小于或者短于夏季干旱，秋季SSI-SPI相关性仅次于夏季，所以夏、秋两季的SSI-SPI最佳时间尺度与滞后时间相差不大。黔中地区冬季雨雪补给虽然量少，但因为温度低，日照时数少，蒸发弱于其他季节，地表缺水量不严重，地下水补给弱，SSI-SPI相关系数较低。春季温度开始回升，同时降水补给晚，植物需水增大，蒸发增强，与冬季干旱类似，干旱历时较长以及干旱化面积较小，以较长的时间尺度才能引起水文干旱，所以春冬两季最佳时间尺度与滞后时间相差较大。故SSI-SPI相关系数大小为夏季>秋季>春季>冬季。

4 结 论

(1)标准化降水指数(SPI)与标准化径流指数(SSI)不同的时间尺度反映的干旱特征不同，主要为较短时间尺度的干旱指数具有较高的时间频率振荡，能识别更多的干旱事件，而较长的时间尺度上，干旱指数具有较低的时间频率振荡，能够监测持续的干燥和湿润时段。

(2)1970—2016年黔中地区气象以及水文干旱强度增强，干旱化趋势随着年代际发生变化，主要以增强趋势为主。并且该地区发生干旱的频率增加，其中21世纪以后重度干旱以及极端干旱出现的频率大幅增加。

(3)黔中地区气象与水文干旱在不同年代际呈现不同的空间分布特征。21世纪黔中地区气象干旱化态势较20世纪强，干旱化态势面积增加，并且贵阳东南部是干旱化态势最显著的地区。20世纪与21世纪的黔中地区水文干旱化态势的分布不一致，20世纪黔中地区干旱化最为明显的地区主要在其中部，而进入21世纪，特别是21世纪10年代，干旱化态势最显著的地区则在该地区西北部。

(4)黔中地区气象干旱与水文干旱的关系非常密切，相关系数随着时间尺度增加而增大，但达到最大值后，时间尺度继续增加时，两者的相关系数则会下降，并且不同时间的相关系数变化趋势不一致。同时气象干旱与水文干旱之间的响应关系还呈现出季节性变化，其相关系数大小为夏季>秋季>冬季>春季。

SPI与SSI分别是基于降水和径流计算得来，两者用于分析黔中地区气象与水文干旱的演变过程和空间特征，结合Pearson相关分析对SSI—SPI之间的关系进行定性分析，而实际干旱情势的定性分析以及气象水文干旱之间的定量关系仍然存在一定的挑战，气象干旱向水文干旱传播的时间受多种因素的影响，仅仅采用相关分析是不够的，并且黔中地区岩溶地貌复杂多样，社会经济发展、农业生产模式以及水资源开发与利用等因素使得对气象水文干旱之间的关系进行分析时需要更深度考虑。未来时期将继续致力于黔中地区不同类型干旱的演变以及响应关系，采用更科学的定量方法并考虑结合气候模式以及IPCC未来排放情景对该区域气象水文干旱的响应关系进行模拟和预测。