Page 120 - 2023年第54卷第12期

我国大部分地区处于季风气候影响区，是一个干旱灾害频发的国家 ［１２］ ，干旱灾害发生次数占所有
自然灾害的 １?３左右 ［１３］ 。在气候变暖和人类活动加剧的背景下，干旱的形成和发展过程已逐步由单一
的 “自然” 因素驱动过渡至 “自然—人为” 因素的联合驱动 ［１４ － １５］ ，基于一致性假设的水文频率计算
理论和方法面临挑战 ［１６］ 。在一些气候变化或人类活动影响强度较大的研究区域，传统的干旱评估方法
难以合理地刻画实际的水文干旱过程 ［１７］ 。如何改进现有干旱评估方法以适应环境变化条件，实现非平
稳干旱过程的准确评估，是目前干旱研究领域的热点与难点。
目前，针对非平稳标准化径流指数开展的水文干旱评估研究较多，主要通过使用由 Ｒｉｇｂｙ等 ［１８］ 提
出的基于 位 置、尺 度 和 形 状 参 数 的 广 义 可 加 模 型 （Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄａｄｄｉｔｉｖｅｍｏｄｅｌｆｏｒｌｏｃａｔｉｏｎ， ｓｃａｌｅａｎｄ
ｓｈａｐｅ ，ＧＡＭＬＳＳ），以时间因子 ［１９ － ２０］ 、气候因子或者水库指数 ［２１ － ２２］ 等作为协变量，开展非平稳径流拟
合，进而构建非平稳标准化径流指数。ＧＡＭＬＳＳ模型基于传统的广义线性模型（ＧＬＭ）和广义可加模型
（ ＧＡＭ）发展而来，具有丰富的概率函数分布族，使得时变矩法的应用更为灵活，可用于描述序列位
置、尺度和形状等参数的时变特征 ［１８］ ，能够实现分布函数参数随外部协变量（譬如时间因子）变化而
变化的概率拟合 ［２１］ 。Ｚｏｕ等 ［２０］ 以时间因子作为协变量，基于 ＧＡＭＬＳＳ模型构建了非平稳标准化径流
指数，量化了气候变化和人类活动对渭河流域水文干旱的影响。Ｗａｎｇ等 ［２１］ 通过引入大尺度气候因子
和水库指数，并结合 ＧＡＭＬＳＳ模型构建了非平稳标准化径流指数，实现了气候变化和水库调节影响下
的非平稳水文干旱评估。
相比之下，针对阈值法开展的非平稳水文干旱评估研究则较少。Ｗａｎｄｅｒｓ等 ［１０］ 通过改进传统阈值
方法，提出了瞬态可变阈值法，分析了未来不同排放情景下全球范围内的水文干旱过程。但该方法主
要适用于未来时期的水文干旱评估，需要从至少 ３０年的历史径流数据组成的滑动窗口中提取阈值，
且无法考虑径流突变的影响，较难应用于历史时期及现阶段的非平稳水文干旱评估。值得注意的是，
完全自适应噪声集合经验模态分解法 ［２３］ （ＣｏｍｐｌｅｔｅＥｎｓｅｍｂｌｅＥｍｐｉｒｉｃａｌＭｏｄｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗｉｔｈＡｄａｐｔｉｖｅ
Ｎｏｉｓｅ，ＣＥＥＭＤＡＮ），作为一种时间序列分析工具，凭借其对复杂水文变量的信息解析能力，在非平稳
时间序列的分析和模拟研究中得到推广和应用，为从非平稳径流序列中获取非平稳阈值继而开展非平
稳水文干旱评估提供了可能。张金萍等 ［２４］ 运用基于 ＣＥＥＭＤＡＮ方法的 “分解 － 预测 － 重构” 模式对黄
河源区的实测年径流序列开展预测，有效提高了预测精度。王天等 ［２５］ 基于 ＣＥＥＭＤＡＮ算法，对气象干
旱指数及干旱特征进行分解，揭示了珠江流域未来情景下气象干旱的非平稳时空演变规律。
近年来，由于气候变化和人类活动的影响，位于我国北方的渭河流域频繁遭受旱灾侵扰 ［２６］ 。针对
该区域开展非平稳水文干旱研究，有助于为变化环境下的流域干旱灾害防治提供理论指导。基于此，
本文以渭河流域为例，采用 ＧＡＭＬＳＳ模型和 ＣＥＥＭＤＡＮ算法分别构建考虑径流过程非平稳变化的时变
标准化径流指数（ ＳＳＩ ）和时变阈值序列（ＴＬ ），开展非平稳水文干旱评估。进一步结合标准化降水
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指数和历史记载干旱事件验证两种非平稳水文干旱评估方法的合理性。

２ 研究区域与数据来源

２．１ 研究区概况 渭河（图 １）是黄河最大的一级支流，发源于甘肃省渭源县鸟鼠山，干流自西向东依
［１］
次流经甘肃、宁夏和陕西三省（自治区），于陕西省潼关县汇入黄河，全长 ８００多 ｋｍ 。渭河流域地
势西高东低，海拔高程变幅较大（３２６～３７３３ｍ）。本研究选取渭河流域华县水文站（１０９°４６′Ｅ、３４°３５′Ｎ）以
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上区域作为研究区，集水面积约 １０．６万ｋｍ 。同时，选取渭河流域中游控制站咸阳水文站以上区域作
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为本研究的子区域，集水面积约为 ４．７万ｋｍ 。根据 １９６１—２０２０年的气象水文资料，渭河流域（华县水
文站以上控制区域）多年平均降水量 ５６７．７ｍｍ，年内分配不均，６—９月的降水量占年降水总量的 ６５％
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以上。流域多年平均气温 ８．６℃，多年平均径流量 ６３．４７亿ｍ （折合径流深为 ５９．９ｍｍ）。
２．２ 研究数据及来源 本研究使用的数据包括：① 国家气象局提供的研究区域范围内及临近周边的
２４个气象站和 ６２个雨量站 １９６１—２０２０年数据，包括日平均气温和日降水量。采用泰森多边形法推求
咸阳及华县水文站控制区流域面平均气温及降水量；② 摘自 《水文年鉴》 中渭河流域咸阳和华县水

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