内蒙古干旱研究进展

王菜林，范帅邦，布仁吉日嘎拉，周 倩

(1.赤峰学院 资源环境与建筑工程学院，内蒙古 赤峰 024000；2.东北财经大学 公共管理学院，辽宁 大连 116025)

1 研究背景

干旱是指因水分收与支或供与求不平衡而形成的持续水分短缺现象[1]。国内关于干旱的研究始于20世纪50年代，21世纪以来，研究成果大量涌现。研究尺度从国家尺度[2]逐步细化到省级、市县级尺度[3-4]；研究内容由定性描述干旱特征、宏观统计经济损失[5]和简单治理策略的设计，到研发监测指标[6]、探究形成机理[7]、建立风险评估模型和系统[8]，并提出具体治理措施。例如：文彦君等整理了研究者们对“华北地区1876—1879年间的极端干旱事件研究”的方法、视角及相关结论，并提出了未来潜在的研究方向[9]；屈艳萍等从干旱监测、预报、风险评估技术及旱灾管理策略等方面，呈现了抗旱减灾研究的发展趋势[10]；张强等从干旱事件特征、形成机制及演化趋势、干旱灾害风险3个研究视角，系统梳理了我国干旱研究的历史过程及成果，总结了研究过程存在的问题，阐述了未来展望[11]。

内蒙古地处干旱半干旱脆弱性地带，暖干化趋势显著[12]，经济发展过程中受干旱影响严重[13]。作者前期梳理了内蒙古近二十年具有代表性的300篇干旱相关文献，发现内蒙古主要从干旱的时空特征、形成机理、干旱影响、干旱监测、风险评估和治理等方面开展研究。尽管已取得大量成果，但内蒙古干旱研究尚未形成较为统一的认识，甚至部分研究结果之间相互矛盾。因此，本文拟以文献综述的形式，摸清本区域干旱研究现状，明确未来的研究方向。

2 内蒙古干旱时空演变研究

研究者多从年、季、月3种时间尺度和自治区全域、三大自然分区、盟市/旗县3种空间尺度进行本区域干旱的时空特征研究(图1)。

图1 内蒙古干旱时空分布规律Fig.1 Spatio-temporal distribution pattern of drought in Inner Mongolia

(1)时序演变层面：从年、季尺度探究干旱强度及频率时序特征的研究居多，月尺度的研究相对较少[14-16]。研究者们的结论基本一致，即内蒙古地区近50年来，总体以轻度干旱和中度干旱为主，干旱强度总体介于0.57～1.54之间(无旱<0.5；重干旱>1.6)[15]，但受降水量的影响(内蒙古总体降水趋势：-0.098 mm/10a)，干旱强度呈现微弱增强的趋势；干旱发生频率高、连续性强，一年中干旱的发生率介于10.52%～40.65%[14-16]。季节尺度：以春旱、夏旱和秋旱为主。夏秋干旱的波动幅度不大，发生率处于32.84%～33.84%，但干旱强度显著增强(SPEI的变率最大可达-0.26/10a)。尽管冬季干旱的发生频率最高(40.65%)，但其强度却在显著减弱(SPEI的趋势为0.25～0.34/10a)；春季干旱也存在减弱的趋势(SPEI的趋势为0.18～0.29/10a)[14-16]。月尺度：案例研究不多见，且研究方法相对局限[17-19]。仅有的研究很好的呈现了过去30～50年局部区域夏季(6—8月)或作物生长季(4—9月)每月平均状况；但未能进一步从时序角度测度干旱的演变趋势，对现实的参考相对有限。

(2)空间变化趋势层面：内蒙古大部分区域都存在变干的趋势，降水缩减幅度处于0～-1.70 mm/10a之间[20]。其中，夏季干旱覆盖范围广，占全区的65.96%。东部地区干旱覆盖范围持续扩大，站点监测发现，干旱的发生率增速为5.67站次/10a[21]。中部除锡林郭勒盟外，以轻旱为主，3月、6月干旱频率降低，干旱强度减弱[22]。西部地区以轻旱为主，尽管存在微弱的湿润化趋势(53.33%的区域SPEI指数升高)[23]，但内部空间分异依然显著，越往西部，干旱越强，65%的干旱事件为中等干旱[24]。

综上，内蒙古干旱整体呈轻微加重趋势，东部干旱范围持续扩大，尽管中西部干旱在减弱，但局部区域却在增加。上述对前人研究成果的总结也发现，不同研究者，选取的研究时段存在一定的差异。未来，若采用同时序观测数据测度内蒙古全域干旱的时空演变，其结果可能更具有参考价值。

3 内蒙古干旱致因研究

内蒙古干旱致因较多，已有的研究多从自然孕灾环境分析干旱的归因，人文角度的分析较少。自然孕灾环境层面：研究者多从降水量、蒸发量和水资源三者之间的不均衡关系揭示干旱的孕育过程。研究发现，内蒙古的干旱并非大众所固有的认知“降水减少、蒸发增强而导致干旱”，就荒漠区(西部)而言，蒸散发按照15.504 mm/10a的趋势递减，降水量虽然也在缩减，但缩减幅度为1.938 mm/10a[25]，低于蒸散发缩减幅度，即从降水与蒸发平衡的角度，该区域干旱处于减轻状态。极端降水的增加则可能是真正导致干旱的一个潜在因素。内蒙古近30%的气象站点存在极端降水天气增加、极端降水量增多的趋势[12]，在内蒙古全区降水量缩减的背景下[26]，降水更加集中可能是内蒙古部分区域干旱加剧的真正归因。同时，研究也发现，内蒙古的干旱与大气环流异常存在一定的关联，本区域降水正负距平、正负转换与太平洋年代际振荡的冷暖转化存在一致的趋势[15]，这能够很好的揭示内蒙古“十年九旱、三年一大旱”的转变规律。

人文要素层面：量化研究较少，描述性居多，主要结论是水资源供给不足，无法满足本区域社会经济发展的需求。内蒙古占国土面积的12.3%，而水资源供给量仅为全国的1.92%[27]。加之水污染，10年前过境内蒙古的黄河，除中部水质尚可外，支流58.3%严重污染[28]，进一步缩减了本区域可用水量。而经济的发展却未停歇，过去10年，内蒙古人均GDP增幅45%[29]，进一步扩大了对水资源的需求。这种水资源供需的不匹配让人们长期形成了一种“内蒙古干旱比较严重”的感知。

综上，内蒙古“干旱”认知，是在自然降水不足，且长期无法满足区域经济发展需求的背景下形成的。

4 内蒙古干旱影响研究

内蒙古干旱影响研究多聚焦于干旱对植被的直接影响和对牧民经济状况的间接影响两方面，也有少量研究关注干旱对本区域农业的影响。

(1)干旱对植被(牧草)的影响。研究者多认为气温和降水是影响本区域植被生长的决定性因素。通常从自然与人工植被两种情况开展研究，多采用气象站点观测数据与遥感数据相结合的方法分析干旱对荒漠草原、典型草原和草甸草原等自然/人工植被物候和覆盖的影响，并以宏观建模方式测度经济损失[17]。植被物候影响研究中，多通过植被归一化指数(NDVI)时序数据中栅格单元的植被物候数据开展研究，发现自然植被和人工植被对干旱强度的响应存在差异。自然植被中，春、夏季干旱延迟草甸草原、典型草原植被的初生期，干旱强度每增加0.1(SPEI指数)，初生期会被推迟10天；秋冬旱会导致植被生长期提前结束，干旱强度每增加0.1(SPEI指数)，植被生长期提前结束0.25天，影响牧草正常发育，降低牧草质量[30]；轻度干旱容易导致荒漠草原返青期推迟，4月降水量缩减30%～50%时，牧草返青会相应的推迟5～15天[31]。人工植被受干旱影响，容易引发春播推迟，内蒙古中西部地区，春播期间降水缩减50%以上时，春播会被推迟10～20天；植被无法出苗或出苗旱死的现象较为普遍，进而需要二轮播种[24]。植被覆盖影响研究中，多通过NDVI指数进行覆被变化测量。前人研究发现，内蒙古地区SPEI与NDVI呈正相关的区域面积占总面积的82.16%；但细化到季节后，存在较大的差异。4—5月，干旱对NDVI的影响较小；6—7月影响变大，SPEI与NDVI相关系数提高到0.23；8—9月的影响进一步增强，二者的相关系数达到0.24[17]。干旱对草原植被物候与植被覆盖的影响，进一步通过宏观经济模型，以牧草产量的价值损失为最终表现形式。研究发现牧草损失量与返青期、生长期的水分亏损量存在非线性关系，由此能获得整个生长季的生物量损失，当水分缩减200 mm时，生物量缩减率高达60%；水分缩减小于20 mm时，生物量缩减率在10%以内[32]。这种生物量损失，可按照羊草价格(1.0～1.5元/kg)进一步折算出最终的生物量直接经济损失[31]。

这些研究很好的从统计学视角建立了植被对干旱的响应关系，但干旱对植被生理过程的影响(即植被的干旱脆弱性)研究相对缺乏；牧草受干旱影响后的生物量缩减过程研究也有待跟进。

(2)干旱对牧民经济的影响。干旱通过收、支变化影响牧民的经济状况(图2)。首先，干旱会导致牧民收入减少。干旱引发的草场退化/作物产量下降，饲草产出量减少，使牲畜得不到足够的自然食物补给，进而降低畜产量，使奶制品、羊绒等畜产品品质下降，造成牧民收入减少，高脆弱性区域牧户收入的90.9%都来自畜牧业，这种链条式的影响可导致牧区人均收入缩减5.177～7.765万元[33]。其次，干旱也会增加牧民的日常开支。牧民为降低干旱对牲畜的影响，增加饲草料的采购、机电取水等，从而增加生产支出。饲草料方面，植被生长季(5—9月)因干旱需额外供应饲草料，100只规模的羊群，则需增加费用23.94万元；进一步考虑人畜饮用水，额外开支将增加至28.94万元[34]。调研发现，牧区贫困(牧户收入缩减)，干旱的影响占42.66%，由干旱导致的草场退化占45.57%[35]。

图2 牧区干旱的经济影响Fig.2 Economic impacts of drought in pastoral areas

由此可以发现，内蒙古干旱从增加牧户开支和缩减牧户收入两个维度诱发牧区贫困风险，降低了牧民抵御自然灾害的能力。尽管研究者们从收入和支出角度对牧区干旱的社会经济影响链条进行了梳理，但系统性的微观量化研究还不够。在明晰干旱影响路径的基础上，进一步开展不同影响途径的量化测度及配套防御策略设计的研究是未来的研究重点。

(3)干旱对农业的影响。本区域干旱对农业生产的影响研究相对较少，相关研究可追溯到1997年，为测度干旱对农业生产的危害，甄江红从孕灾、旱情、灾情角度，设计了一种旱灾农业影响综合评价模型[36]，尽管其属于一种宏观统计方法，仅能从县域尺度表征干旱的影响，但对内蒙古早期农业干旱防御提供了基础性参考。此后，近20年内蒙古农业干旱领域的研究处于零星散发状态，相关成果甚少，主要从农业干旱监测预测模型的研发[37-38]、抗旱种质资源鉴定[39]等方面开展探索。其中，抗旱种质资源作为区域抗旱的农业硬工程，郭富国等对黍稷、谷子等7类品种的187份种质资源进行抗旱鉴定，筛选出了56份具有抗旱性能的种质资源[39]；很好回答了“在干旱危险性长期不变或微弱变化的前提下，如何实现区域干旱的适应问题”，研究具有深远的意义。近5年来，内蒙古农业干旱研究逐步受到关注，典型农作物不同生育期受旱评估方面有了长足的进展，研究发现内蒙古中部地区玉米的水分亏损指数在播种-七叶期和乳熟-成熟期分别按照每年0.146 mm和0.168 mm的趋势降低，即缺水状态逐步缓解，而七叶期-抽雄-乳熟期则存在水分亏损指数增加的趋势[40]，类似方式也被应用在内蒙古春小麦的气候区划研究中[41]，这些可为设计不同种植模式提供参考；农业干旱管理方面，郭浩从农户与政府对抗旱目标一致性角度，采用风险防范协同一致理论，明确农户受干旱扰动的决策变化(80%的农户选择适应环境变化的作物，20%的农户选择经济作物)，进而设计的农户与政府协同御旱路径[42]，可为提升区域微观综合风险防范水平等提供重要科学参考。

尽管本区域关于干旱对农业生产的影响研究较少，但近几年相关成果质量较高，理论价值显著。从理论探索转向实际应用，则还有很长的路。

5 内蒙古干旱监测研究

内蒙古地区干旱监测的相关研究起步早，成果多，主要包括干旱监测模型与系统的开发、干旱指数应用两类(图3)。

(注：适用区域、适用时间均为前人文献所述；评判效果的标准为:时空特征描述的准确性、研究者的使用次数；★★★★★为时空特征描述较为准确且使用次数高；★☆☆☆☆为时空特征描述不太准确且使用次数低)图3 内蒙古干旱监测方法概况Fig.3 Drought monitoring methods in Inner Mongolia

干旱监测系统主要分为历史干旱检索、干旱动态监测和未来干旱预警[43]，已在气象、水利、农业等部门使用，效果较好，尤其是对生长季(4—7月)干旱的实时监测，能及时准确的供生产生活决策。干旱监测模型则通过遥感数据和气象干旱指标进行建模，并以实际干旱进行验证，效果较好[44]；但受干旱复杂性影响，部分季节的监测与预警存在误差。

自2004年始至今，研究者们共采用了近20种干旱指标监测内蒙古干旱。该过程经历了由单一气象干旱指数(降水量[45])到降水量与土壤湿润度双指标结合，再到综合气象干旱指数的演变。干旱指数应用中，通常进行多种干旱指数在内蒙古不同区域[46]、不同生长期[47]的适用性对比。研究发现，由于四季植被覆盖的差异，不同季节需采用地面观测及卫星遥感监测结合方式[46]，以获得较为准确结论，通常采用的干旱指数包括标准化降水指数(SPI)[16]、K指数(K)[48]、综合气象干旱指数(CI)[49]、降水距平百分率(Pa)[14]、帕默尔指数(PDSI)[50]、土壤相对湿度指数[46]、相对湿润指数(M)[51]、Z指数和连续无雨日[52]等。

作者对比所查阅的文献(表1)，发现各种干旱指数的适用性尚无定论，依据文献中对干旱指数准确性的描述和各指数的使用频次，初步认为在全区具有普适性的干旱指数包括SPI、CI、Pa和K指数，能很好进行植被生长期监测的干旱指数包括VSWI、TCI和VCI等。上述研究所开发和使用的干旱监测与预警系统、干旱指数，从不同视角呈现了内蒙古地区的干旱特征；但受内蒙古内部下垫面差异性影响，从定量定性综合分析层面，遴选能够精准表达本区域干旱状况的干旱指数与监测预警系统，将是未来潜在的工作。

表1 干旱监测指数在内蒙古的运用与适宜性总结Table 1 Application and suitability of the drought monitoring index in Inner Mongolia

续表1

6 内蒙古旱灾风险评估与防控研究

内蒙古干旱风险研究始于21世纪，虽起步晚、成果少，但起点高、成果参考价值大。研究者常采用多元指标、地理信息技术等进行风险区划，并辅以行政管理措施，实现干旱风险管理。尽管起步的时候，内蒙古干旱风险评估与区划就从量化研究开始，但量化因子的周全性有待考虑，例如：孙振蓉和付丽娟等从致灾因子的危险性和承灾体的脆弱性角度[68-69]，选取9个指标因子，通过无量纲化的指数法与赋权法，进行了干旱风险的测度，但采用自然断点法进行风险分级时，未明确给出区域风险指数，仅从空间上呈现了区域干旱风险的差异性。在早期区域防灾减灾投入效果不明显的前提下，这种评估具有参考价值。

随着国家对区域防灾减灾能力重视和投入的增加，在区域致灾危险性没有显著变化的前提下，从风险管控原理的角度，区域灾害风险存在下降的趋势。新阶段下，忽略承灾体暴露性和区域减灾能力的风险区划，离真实风险尚存差距。因此，近些年，研究者在评估内蒙古干旱相关风险时，整体构架上开始遵循灾害风险科学的基本理论，从干旱致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个模块进行风险的综合测评[70-72]：(1)共性的特点是4个模块以及最终的综合风险的分级分区，都是采用自然断点法，其结果具有较好的统计学意义。(2)差异性更多是在指标选取、权重设立、风险等级划分上。比较有代表性的研究例如：同样评估内蒙古牧区(草原)干旱风险评估，乌兰选用了13个指标，综合专家打分法、熵权系数法和层次分析法确定各指标的权重，最后采用4级自然断点法评估了内蒙古干旱风险[70]；而张存厚则仅选用了8个指标，采用综合权值法给各指标赋予权值，最后的干旱风险区划是3级分级[71]。两者所选评估指标中，仅有一个指标相同，即植被覆盖状况(NDVI)，这表明在开展干旱综合风险评估时，指标选取的随机性较大；尽管4个模块的权重差异微弱，但未展示风险指数阈值区间的4级和3级风险区划，各评估结果之间的可比性较差。在面向特定用途的干旱评估中，其指标选择则更加精细和具有指向性，例如：高红霞等评估马铃薯的干旱风险，虽然也是从致灾因子危险性等4个模块入手，但评估指标则更适用于马铃薯，在设立4个模块权值时，更侧重防灾减灾能力，其权值高达0.32[72]，而乌兰和张存厚的研究中，其权值仅0.081和0.0789[70-72]。正是这种差异的存在，导致各评估结果之间存在相悖的现象，例如：乌兰等认为鄂尔多斯中部和东北部风险较高[70]，张厚存等认为鄂尔多斯南部风险较高[71]。当然，大部分研究者的结果相对较为一致(表2)。

综上，为使内蒙古干旱风险评估的结果具有可比较性，提高风险评估的准确性，未来很有必要设计一套面向不同用途的干旱风险评估行业规范标准，解决指标选取类型与数据、权值范围、风险分级数量与阈值标度等问题。因此，本区域的干旱灾害风险研究仍道阻且长。

7 结论与展望

本文通过梳理内蒙古干旱近20年300多篇相关文献，发现研究者已围绕时空演变规律、形成机理、自然与社会影响、监测与预警、风险管理等6个方面对内蒙古的干旱进行了细致的研究。这些研究发现内蒙古的降水整体呈轻微缩减的趋势，东部干旱范围持续扩大，尽管中西部干旱在减弱，但局部区域却在增加；在蒸散发缩减的幅度高于降水缩幅的趋势下，“内蒙古干旱比较严重”的感知可能源于极端降水增加加剧长期缺水的现状，以及水资源供需的长期不匹配；干旱导致植被返青推迟和生长期提前结束，进而链条式(取水、舍饲等增加开支，畜牧系列产品缩减收入)地影响牧户的经济收益，也会导致农户为适应气候变化而调整作物结构；为防范和化解干旱风险，区域干旱防灾减灾能力和干旱适应策略逐步成为研究的重点。

尽管内蒙古的干旱研究取得了一些成果，也仍有许多需深度挖掘的方向。首先，随着科技创新的不断推进，为使干旱监测更加精准，预警更加及时，决策方案更加可靠可操作，设计研发集气候观测、植被生长监测、区域水资源动态均衡等多功能于一体的面向特定用途的“空-天-地”干旱监测预警系统，可能是潜在方向之一。其次，为使区域干旱风险评估具有科学依据和可对比性，设计面向不同承灾体及综合的干旱风险评估指标体系，尤其指标的选取、权重的标定都应该进一步规范化与合理化，进而提高干旱风险评估结果的可靠性。此外，为使防灾减灾的投入更加精准，精细化测算干旱的经济损失，尤其涉及干旱损失的动态累计过程，值得重点探究。现有宏观经济统计模型，都无法揭示干旱经济损失的逐步形成过程。测度干旱对生物量损失的累计过程，其难点在于需系统性的梳理干旱导致根茎叶的缩减过程，并通过情景实验测试的方式标定参数，所需周期长、模拟难度大等。最后，在机理问题和需要量化的问题得以解决后，配套的干旱防御策略，尤其是建立起一套完备的用于实际管理的干旱风险管理策略效果评价机制则是未来研究的最终落脚点。