JH-华北平原农业骤旱和缓旱的三维识别与归因-河海大学吕海深团队最新成果

理解农业干旱的时空演变及其气象驱动因素，对于制定有效的早期预警系统至关重要。然而，传统的干旱指数难以充分表征干旱事件的时空传播特征，这掩盖了骤旱与缓旱在成因驱动因素上的差异，尤其是在干旱起始阶段。本研究提出了一种创新的三维框架，整合DBSCAN时空聚类与局部转移熵（LTE），以厘清关键气象因子在不同阶段的具体贡献，并阐明华北平原（NCP）干旱起始与加速的物理机制。通过应用该框架，研究重建了1951至2023年间的155个农业干旱事件。这些事件的平均起始速度为每候7.9个百分位，平均最大影响面积为75,000平方公里，且在过去70年间，华北平原的干旱影响面积呈现出每年458.31平方公里的扩张趋势。LTE分析识别出降水亏缺是华北平原干旱发生的主要驱动因素，尽管缓旱与骤旱的加速机制存在差异，但降水亏缺贡献了总信息流的46%。骤旱的快速增强是由起始阶段水汽通量散度（r=0.57）和气温（r=0.40）的显著异常所驱动（p<0.05），而缓旱则主要受长期降水亏缺控制。这些截然不同的路径凸显了骤旱与缓旱演变过程中根本不同的物理过程。

农业干旱的时空强化特征：基于1951–2023年重建的155个三维农业干旱事件，研究发现华北平原的干旱影响面积以每年458.31 km²的速率显著扩张。时间上，干旱发生窗口从传统的夏季（7–8月）向仲秋（10月）和晚春（4–5月）延伸，表明区域干旱正朝着更加互联、持续时间更长的方向发展。

骤旱与缓旱的形态学分异。两类干旱在空间分布和动态特征上呈现显著差异：骤旱：高强度（18–24%）、空间聚集性强（热点位于西北和南部地区）、恢复迅速（通常<15候），但传播受限（距离短30 km）；缓旱：强度较低（<18%）、空间分布分散（集中在南部和西南部）、持续时间长（常>20候），且传播距离更远。1991年后，西北华北平原成为骤旱的频发热点。

驱动机制的物理分异：降水亏缺是两类干旱的共同主导因素，贡献总信息流的46%，但对缓旱的控制更为直接。两者的加速机制截然不同：骤旱：由短期热力和大气动力学异常驱动，起始阶段的水汽通量散度（r = 0.57）和温度异常（r = 0.40, p < 0.05）是快速增强的关键；缓旱：主要由长期累积降水亏缺控制，对温度等能量因子的敏感性较低。

因果影响的时效特征：气象因子的因果作用具有显著的时效依赖性：温度、净辐射和水汽通量散度在2候滞后时与干旱起始速度显著相关，但随滞后期延长至4–10候，其影响迅速衰减。相反，随时间尺度延长，累积降水亏缺的因果贡献逐渐凸显，成为控制干旱发展的主要约束。

地下水与下垫面的调制作用：地下水埋深与气象驱动因子的解释力呈显著正空间相关（莫兰指数0.05–0.23）。地下水埋深较大的区域（北部、东北部及南部部分区域）对温度和水汽通量散度异常更为敏感，骤旱发生风险显著增加。地形（太行山前丘陵）和土壤特性（如沙姜黑土的裂隙性、潮土的质地）通过调节土壤水分记忆和地下水毛细上升，进一步加剧了干旱类型的空间异质性。

Ding, Y., Lü, H., Zhu, Y., Yagci, A. L., Gou, Q., Su, J., Cheng, J., Yao, Y., Liu, W., Liu, J., & Fu, Y. (2026). Three-dimensional identification and attribution of flash and slow agricultural droughts in the North China Plain. Journal of Hydrology, 135030. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.135030