气候变暖已经成为国际学界的一致共识。据统计，1961—2020年全球平均气温上升速率为0.18 ℃·（10 a）^-1，特别是20世纪90年代以来增温更显著。随着气候变暖的持续加剧，高温、干旱、洪涝、寒潮等极端气候事件的频次和强度也呈现趋多趋强态势，其中多种极端事件在时间和空间上高度重合的复合型极端事件由于其灾害严重性引起了高度关注（Zscheischler et al.，2018；Mukherjee et al.，2020；Hao，2022）。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告对复合型极端事件评估表明（Lyu et al.，2019；Yu and Zhai，2020a；Yu and Zhai，2020b；IPCC，2021），随着全球变暖不断加剧，复合型极端事件变得更为频繁。而且复合事件的影响远大于单个事件影响总和，有时甚至超过系统的应对能力。仅考虑单一事件，可能会低估其发生概率和风险（马浩等，2020；武新英等，2021；余荣和翟盘茂，2021；梅梅等，2023）。因此，开展复合型极端事件变化规律的研究，对提高区域适应能力，减轻复合事件造成的潜在风险，保障地区经济和社会的可持续发展具有重要意义。黄河上游主要汇流区作为黄河水量的主要汇集区域，其气候变化对黄河水量的影响至关重要。尽管近20 a来该区域呈现暖湿化趋势（Yang et al.，2023；杨金虎等，2023），但降水的增加总量非常有限，而干旱等极端事件并未减少。相反，变暖背景下复合干热事件强度呈增强特征，特别是2021年夏季的高温干旱事件促使兰州、白银、临夏、定西等市出现了重旱，影响范围广、强度大，造成流域径流减少，水资源供给、电力供应以及人畜饮水困难，作物减产，严重影响了人们正常的生活和身体健康（唐懿等，2022；林纾等，2022）。因此，研究黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件的时空特征及其成因，探讨其对流域径流的影响，对于加深对复合干热事件变化规律的认识至关重要。这不仅能够提升复合干热事件短期气候预测的准确率，还能为相关决策气象服务提供科学依据。

黄河上游主要汇流区位于黄河上游中部，海拔落差达2 500 m以上，本文所指的汇流区上至源区末段（郑本兴和王苏民，1996；程捷等，2006），下至甘肃与宁夏交界处，主要包括青海东部和甘肃中部等地区，年平均降水量近300 mm，年平均温度1.5 ℃，实际蒸散发317 mm，境内地形陡峭，降水较黄河源区偏少30%，温度偏高3 ℃（图1）。

气象观测数据为黄河上游主要汇流区25个气象台站（图1）1961—2022年全年逐日最高气温和夏季（6—8月）降水量；水文观测数据来源于黄河水利委员会上游水文水资源局1961—2022年黄河流域兰州站夏季（6—8月）径流观测资料；美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心（National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research，NCEP/NCAR）1961—2022年月平均高度场和风场再分析数据。取1981—2010年要素平均值作为该要素气候态。

为便于研究复合干热事件的变化特征，本文定义了复合干热指数（Compound Dry and Hot Index，CDHI），具体公式如下：

式中：Tsta、Rsta分别为高温日数和降水量标准化值；Tsta-Rsta为复合干热强度项；Tsta+Rsta为干热强度项；1.8-Tsta+Rsta为权重系数。

本文着重分析黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件与多种环流指数之间的相互关系，主要包括西风指数（West Wind Index，WWI）（李万莉等，2008）、东亚夏季风指数（East Asian Summer Monsoon Index，EASMI）（Wang and Fan，1999）、南亚夏季风指数（South Asian Summer Monsoon Index，SASMI）（王可丽等，2001）、高原夏季风指数（Plateau Summer Monsoon Index，PSMI）（汤懋苍等，1979）以及北风指数（Northern Wind Index，NWI）（白肇烨和徐国昌，1988），具体公式如下：

式中：H为500 hPa位势高度场，单位：gpm；λ为70°E—110°E区域内沿纬圈取定的经度数；U850和U200分别为850 hPa和200 hPa区域平均纬向风，单位：m·s^-1。这些指数在当前众多针对西北地区干湿状况的研究中被广泛采用（Zhang et al.，2022）。

集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）方法的原理是对多次分解的测量值进行平均，将适当大小的白噪音添加到原始数据内，以模拟多次观测值，再经过多次计算后对集合进行平均，是经验模态分解方法（Empirical Mode Decomposition，EMD）的改进，本文中加入100组标准差为0.2的白噪声。EEMD方法已得到广泛应用（Huang and Shen，2005；Wu and Huang，2009；毕硕本等，2018），具体方法介绍见Yang等（2023）文献。

本文将某站1961—2022年逐年的日最高温度资料按升序排列，得到逐年的第95个最高温度百分位值，然后将62 a最高温度第95个百分位值的平均值作为该站极端高温事件的阈值。如果该站某日的最高温度超过该阈值，则认为该站该日出现了极端高温事件（陈少勇等，2012）。

经验正交函数分析方法（Empirical Orthogonal Function，EOF）在提取气象场优势信号，反映气象场空间分布特征等方面有其独到之处。此外本文还利用线性倾向估计（魏凤英，2007）进行趋势分析。

从黄河上游主要汇流区1961—2022年夏季高温日数平均空间分布[图2（a）]来看，区域平均约15~21 d，海拔较高的西南段较少，海拔较低的东北段较多，其中甘肃会宁县最多，约21 d，青海河南县最少，不足16 d。从黄河上游主要汇流区1961—2022年夏季降水量平均空间分布[图2（b）]来看，该区域降水量呈现出西南多东北少的分布特征，基本上同高温日数的空间分布相反，其中甘肃景泰县最少，为96.0 mm，而青海河南县最多，为306.0 mm。总体来看，海拔较高的地方高温日数较少，降水量较多，而海拔较低的地方高温日数较多，降水量较少。

表1列出1961—2022年夏季高温日数和降水量EOF分解前10个模态方差贡献率。可以看出，夏季高温日数第一模态的方差贡献率高达77.18%，而第二、第三模态的方差贡献率分别为5.97%、3.65%；夏季降水量第一模态的方差贡献率为26.73%，第二、第三模态的方差贡献率分别为9.78%、6.72%。通过North方法（魏凤英，2007）对夏季高温日数和降水量EOF模态进行显著性检验，发现夏季高温日数仅第一模态信号显著，而降水量仅前两个模态信号显著，即黄河上游主要汇流区夏季高温日数的第一模态和降水量的前两个模态基本能反映出各自的空间分布。

图3为1961—2022年黄河上游主要汇流区夏季高温日数EOF分解的第一模态空间分布及其时间系数（PC1）变化曲线。从第一模态空间分布[图3（a）]来看，该区域高温日数呈一致的空间分布型，相对而言甘肃陇中北部载荷向量较小，陇中南部载荷向量较大。由于第一模态方差贡献率远大于第二模态，因此第一模态基本能够反映该区域夏季高温日数的空间分布特征，即该区域夏季高温日数总体呈一致的分布特征。结合PC1[图3（b）]变化可以看出，黄河上游主要汇流区1961年以来夏季高温日数总体呈增多趋势，1990年之前增加速率较小，而1990年以后表现出显著增多趋势（p<0.05）。

图4为1961—2022年黄河上游主要汇流区夏季降水量前两个模态空间分布及第一模态时间系数变化曲线。从第一模态空间分布[图4（a）]看，同样发现该区域呈一致的空间分布，而且载荷向量自西到东逐渐增加，陇中中部载荷向量较大；从第二模态空间分布[图4（b）]看，空间呈西南与东北反向变化特征，而且汇流区的上游段和下游段分别是负、正载荷向量大值区。同样由于第一模态的方差贡献率明显大于第二模态，因此，第一模态也是黄河上游夏季降水的最主要模态，即黄河上游主要汇流区夏季降水主要以一致分布特征为主。而从PC1变化[图4（c）]可以看出，1961年以来的长期趋势呈波动变化，但2000年以后呈增加趋势，这也同“本世纪以来西北地区东部暖湿化特征”的研究结论（Yang et al.，2021）完全一致，此外还发现1981—2000年夏季降水的变率较之前和之后明显偏小。

根据前文定义的复合干热指数，计算1961—2022年黄河上游主要汇流区夏季复合干热指数，为了检验该指数的合理性，表2列出夏季复合干热指数顺序前5位和逆序前5位年份对应的高温日数和降水量标准化值。可以看出，夏季复合干热指数顺序前5位对应年份高温日数均异常偏多，降水量均异常偏少；逆序前5位对应年份高温日数均异常偏少，降水量均异常偏多。复合干热指数大值年份完全反映了当年高温日数偏多、降水偏少的复合干热事件，利用该指数研究黄河上游主要汇流区夏季的复合干热事件具有一定的可行性。进一步分析发现，当复合干热指数大于2.00时，高温日数均偏多，降水均偏少，因此本文确定复合干热指数大于2.00的年份为复合干热年份。

图5为1961—2022年夏季复合干热指数年际变化。可以看出，1961年以来夏季复合干热指数呈增加趋势，特别是1990年以来增加更显著。1961年以来夏季发生的10次复合干热事件，7次出现在2000年以后，且最强的4次均发生2000年以后。黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件自本世纪以来呈现出多发增强态势。

表3列出夏季复合干热指数EEMD分解的不同时间尺度分量贡献率。可以看出，夏季复合干热指数以3.3 a的年际尺度变化为主，贡献率高达53.17%；趋势项贡献率次之，为26.43%；其次为8.2 a的准年代际尺度，贡献率为11.71%。从基于EEMD分解的夏季复合干热指数不同时间尺度分量变化曲线（图6）可以发现，本世纪以来黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件明显增多。前文分析表明，本世纪以来该区域降水呈现增加趋势，但复合干热事件的发生频率却在增加，为探究原因，对1961—2022年的高温和降水时间序列进行多时间尺度分解，发现高温的主要变化为趋势变化，贡献率为71.1%，年际变化分量的贡献率仅为11.2%，而降水主要受年际变化影响，贡献率为62.9%，趋势项贡献率仅为12.1%，因此可以推断，进入本世纪以来，黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件明显增多，主要是由高温事件的趋势变化分量与降水事件的年际变化分量共同作用所致。

黄河上游主要汇流区位于中纬度地区，同时处于青藏高原东北边缘，这一特殊的地理位置使得该区域的夏季气候受多种环流系统的影响，包括西风、东亚夏季风、南亚夏季风、高原夏季风及北风环流（Wang and Fan，1999；李万莉等，2008； Xun et al.，2012；魏明华，2021）。表4列出EEMD分解前后的黄河上游主要汇流区夏季复合干热指数与环流指数的相关系数。可以发现，EEMD分解前复合干热指数与南亚夏季风环流指数之间存在显著的负相关，而与东亚夏季风、南亚夏季风、高原夏季风及北风指数之间的相关性并不显著。EEMD分解后在年际尺度上复合干热指数与5个环流指数的相关系数均不显著；年代际尺度上复合干热指数仅与高原夏季风指数之间存在显著的正相关；多年代际尺度上与南亚夏季风、西风、东亚夏季风和北风指数相关性更强，其中与北风指数存在显著的正相关，而与西风、东亚夏季风、南亚夏季风指数之间存在显著的负相关。

以上结果表明，同一种环流系统对黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件的影响在不同时间尺度上差异很大，比如高原夏季风环流在年际尺度上几乎没有相关性，但在年代际和多年代际上分别存在显著的正相关和负相关。

为进一步分析黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件的大气环流特征。选择复合干热指数大于3的2021、2006、2010、2002、1971年进行合成分析（图7）。在500 hPa位势高度场上，复合干热事件年份[图7（b）]西太平洋副热带高压较气候态[图7（a）]明显偏西偏强，584 dagpm线北抬至黄河上游主要汇流区，位置较气候态偏北约3个纬距，586 dagpm线西伸至110°E附近，较气候态偏西近5个经距。在500 hPa位势高度距平场上[图7（c）]，整个东亚范围内呈一致的正值。可见，西太平洋副热带高压偏西偏强是导致该区域复合干热事件的原因之一。

图8为夏季复合干热事件年份高低层散度场及风场距平。可以看出，夏季复合干热年份黄河上游主要汇流区上空200 hPa[图8（a）]散度为负值，说明高层气流辐合；600 hPa[图8（b）]散度为正值，说明低层气流辐散，高层辐合，表明垂直环流为下沉运动。此外，在夏季复合干热事件年份600 hPa风场距平[图8（c）]上，蒙古国有一异常的反气旋式环流，黄河上游主要汇流区受反气旋环流底部的异常东风控制，没有异常的西南暖湿气流输送水汽。可见，缺少水汽及异常的下沉运动是该区域复合干热事件发生的又一主要原因。

综上所述，夏季西太平洋副热带高压偏西偏强、缺少异常的西南水汽输送、异常的下沉运动是黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件发生的主要原因。

由1961—2022年黄河兰州段夏季径流量和黄河上游主要汇流区夏季复合干热指数变化（图9）看出，黄河兰州段夏季径流量发生了明显的转折性变化，1961—1997年以16.6×10⁸ m³·（10 a）^-1的速率明显减少，1998—2022年以29.2×10⁸ m³·（10 a）^-1的速率明显增加。

干旱通常意味着降水量不足，而高温则会加速地表水分的蒸发。因此，在大多数情况下，高温和干旱的共同作用会导致径流明显减少。但从黄河上游主要汇流区夏季复合干热指数与黄河兰州段径流量的变化曲线（图9）对比看，二者并没有呈明显的反位相变化，特别是在20世纪90年代末期径流发生了转折性变化，而复合干热指数并没有明显变化。为进一步分析高温、干旱及复合干热事件对径流的影响，表5列出1961—1997年和1998—2022年两个时段高温、降水、复合干热指数分别同黄河兰州段径流量的相关系数。可以看出，两个时段的径流量与复合干热指数均呈明显的负相关。但从高温与降水的主导因子来看，1961—1997年黄河兰州段径流量之所以减少，主要原因是高温事件增多（二者相关系数通过α=0.1的显著性检验），降水的影响并不显著，前文分析发现该时段黄河上游主要汇流区的降水并没有明显的趋势变化。而1998—2022年黄河兰州段径流量增加主要原因是降水增加（二者相关系数通过α=0.01的显著性检验），高温的影响并不显著。因此，黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件的增多会导致黄河兰州段径流量减少，而1998年以来黄河兰州段径流量的增加主要原因是降水增加。

本文基于观测、再分析资料对1961—2022年黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件变化、成因及对径流的影响进行了研究，主要得到以下结论。

1）黄河上游主要汇流区夏季海拔较高的地方高温日数较少，降水量较多，而海拔较低的地方高温日数较多，降水量较少。

2）夏季高温日数EOF分解第一模态方差贡献率高达77.18%，呈一致空间分布，结合时间系数表明1961年以来黄河上游夏季高温日数呈一致增多趋势；夏季降水主要以一致分布特征为主，结合时间系数表明1961年以来黄河上游主要汇流区长期趋势呈一致波动变化，2000年以后呈增加趋势。

3）通过计算1961—2022年黄河上游主要汇流区夏季复合干热指数，发现1961年以来呈增加趋势，特别是1990年以来增加更显著。从复合干热事件的多时间尺度变化来看，夏季复合干热指数主要以3.3 a的年际尺度变化为主，贡献率高达53.17%；趋势项贡献率次之，为26.43%。

4）黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件变化受多环流因子影响，其中在年代际尺度上与高原夏季风显著相关，多年代际尺度上与南亚夏季风、西风、东亚夏季风和北风指数相关性更强。西太平洋副热带高压偏西偏强、异常的下沉运动、反气旋环流底部的异常东风控制，是该区域夏季复合干热事件发生的主要原因。

5）黄河上游主要汇流区夏季复合干热指数与黄河兰州段径流量并未呈明显的反位相变化，1961—1997年黄河兰州段径流量之所以减少，主要是高温事件增多引起，而1998年以来黄河兰州段径流量的增加主要原因是降水增加。

本文仅对黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件的成因从统计角度做了简单分析，但对多环流因子对复合干热事件的影响机理并没有涉及，今后还需通过数值模式做进一步研究。同时还需通过未来情景数据来厘清黄河上游主要汇流区夏季未来复合干热事件的变化趋势，进而为黄河上游的生态保护和高质量发展提供技术支撑。