联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告指出，2011—2020年全球地表平均温度较工业化前水平高出1.1 ℃（IPCC，2021），预计到本世纪中期，气候系统的变暖仍将持续，气候变化带来的不利影响和潜在风险将持续加剧。自20世纪中期以来气候变化已经明显改变了全球水循环过程，干旱事件的频率和强度均呈增加态势，极端干旱事件更加频繁（IPCC，2022）。在全球增暖背景下，我国干旱灾害的严重程度、持续时间和影响范围均呈增加趋势（薛亮等，2023），干旱强度具有“南强北弱”的分布特征，南方地区受干旱灾害影响更大（陈逸骁等，2024）。极端干旱事件频发将使河口咸潮入侵的形势日趋严峻（林中源等，2023），咸潮上溯已经成为威胁沿海城市可持续发展的重大环境问题，流域干旱对河口咸潮入侵的影响是生态环境领域重点研究的问题之一（刘明清等，2013；Tully et al.，2019）。一些学者基于数理统计模型（陈水森等，2007；An et al.， 2009；Cai et al.， 2015）、数值模拟（刘祖发等，2016；张钊汇等，2024）、机器学习算法（Lal and Datta，2018；卢鹏宇等，2020；El Bilali et al.，2021；Tran et al.，2022）开展了河口咸潮影响因素、形成机理及动力机制等方面的研究，揭示了河口咸潮上溯规律及其水动力学机制。在影响河口咸潮的诸多因素中，因径流量丰枯变化对咸淡水混合过程具有主控作用，已成为当前研究的重点。因此，许多研究围绕此因素开展，建立了咸潮-径流经验响应模式（侯成程和朱建荣，2013；陈子燊等，2015；黄锐贞等，2017；梁靖习等，2024），并已广泛应用于咸潮应急调度与预警管理。针对珠江流域干旱与珠江口咸潮叠加的环境问题，有研究分析了极端干旱条件下珠江口咸潮上溯对径流过程的响应规律，明确了咸潮上溯的时空变化特征（刘悦忆等，2022；杨芳等，2023），并基于神经网络深度学习等方法构建了咸潮上溯的预测模型，识别了珠江口上游来水的风险和咸潮入侵的临界流量（涂新军等，2022；位帅等，2025）。但前人研究多数侧重于短期或者某个极端水文气象干旱事件对咸潮入侵的影响评估，较少从长期变化角度探讨咸潮与干旱复合事件风险变化及其对气候变化的响应，尤其是对不同气候变化情景下未来珠江口咸潮入侵风险探讨不足。

珠江口是我国人口最密集、经济最发达的地区之一，也是我国受咸潮影响较严重的三大河口之一（李文善等，2019）。珠江河口咸潮多发生在冬季或干旱季节，一般为每年9月至翌年3月。20世纪80年代以来，随着城市化进程加速发展，珠江口咸潮影响范围越来越广（刘金贵等，2023），严重影响工农业生产及居民生活，已成为威胁粤港澳大湾区城市用水安全的“心腹大患”。21世纪初，珠江河口咸潮灾害入侵强度和持续时间远超往年同期水平（孔兰等，2011）。气候变暖背景下，珠江流域干旱的频率、空间范围和严重程度在21世纪将持续增加（张灵等，2024），引发珠江口咸潮加剧。磨刀门水道是珠江流域的主要入海通道之一，是中山、珠海、澳门三地主要淡水源地。21世纪以来，磨刀门水道咸潮发生频率增加，咸潮上溯距离增加了10~15 km，如2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年、2011—2012年、2019—2020年、2022—2023年枯水期咸潮均上溯至稔益水厂以上，且2011—2012年上溯至中山古镇水厂以上（位帅等，2025）。持续的咸潮入侵使得磨刀门沿岸许多取水口盐度超标，由此引起的淡水资源短缺对粤港澳大湾区经济社会发展造成了十分不利的影响。因此，本文以珠江口磨刀门水道为研究对象，构建咸潮与干旱复合事件风险评估模型，分析咸潮与干旱发生的时滞关系，探讨咸潮与干旱复合事件风险对气候变化的响应规律，对粤港澳大湾区城市水资源保障体系建设、城市供水风险评估以及供水系统规划设计具有重要的参考价值。

磨刀门水道位于广东省中南部，是珠江八大出海口之一，为西江下游干流，北起广东省江门市新会区大鳌镇百顷头，流经中山市与新会区、斗门区边界，南接珠海市交杯沙水道石栏洲入海，径流量约占珠江入海总流量的27%。

选取西江流域广东段19个气象站（图1）（上游站点：封开、德庆、高要、四会、云浮、郁南、罗定、新兴；下游站点：广州、番禺、花都、南海、顺德、三水、鹤山、新会、中山、珠海、斗门）1970—2024年逐日气温、降水量观测数据（来源于广东省气象局），以及2010—2023年珠海广昌泵站逐时含氯度数据（来源于珠海市水务局及《南海区海洋灾害公报》）。

气候变化预估数据来源于国家气候中心，基于第六次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6，CMIP6）中4个全球模式（BCC-CSM2-MR、MPI-ESM1-2-LR、IPSL-CM6A-LR和MIROC-ES2L）驱动区域气候模式（RegCM5）得到中国高分辨率气候变化预估数据集，数据空间分辨率为0.2°×0.2°，时间范围为1995—2099年，气候要素包括逐日气温、降水等。本文选取中等排放情景（SSP2-4.5）下广东西江流域气候变化预估数据进行分析。

采用前期降水指数（Antecedent Precipitation Index，API）和常年平均相对湿润度指数构建逐日气象干旱指数（DI），可表征逐日气象干旱强度，清晰刻画气象干旱的发生、发展和结束过程，具体公式如下：

式中：DI_i为第i日干旱指数，其数值越小表示越干旱；SAPI_i是第i日前期降水指数的标准化变量（袁文平和周广胜，2004；刘晓梅等，2009；王春林等，2012）；API_i为第i日前期降水指数，P_i为当日降水量，单位为mm；k为衰减系数，取经验值0.955（王春林等，2014）；$\overline{{M}_{i}}$为第i日30 a（1981—2010年）平均相对湿润指数，表征某地常年平均干湿程度及其年变化，由历史同期30 a（1981—2010年）逐日平均降水和潜在蒸散量计算（段海来等，2014）；$\overline{{P}_{i}}$、$\overline{\mathrm{P}{\mathrm{E}}_{i}}$分别为第i日30 a（1981—2010年）平均降水量、平均潜在蒸散量，单位均为mm。为增强$\overline{{M}_{i}}$年变化曲线的平滑性，对$\overline{{M}_{i}}$做2次30 d滑动平均处理，$\overline{{M}_{i}}$理论范围为-1~∝，为避免因为$\overline{\mathrm{P}{\mathrm{E}}_{i}}$接近于0时导致$\overline{{M}_{i}}$趋于∝，当$\overline{{M}_{i}}$>0时采用双曲线正切函数[公式（4）]约束$\overline{{M}_{i}}$值，使其变化范围为[-1，1]。

咸潮与干旱的发生和发展有十分密切的滞后关系，本文在广昌泵站逐日含氯度与西江流域广东段代表气象站点逐日干旱指数相关性分析基础上，采用自然指数函数拟合建立咸潮与干旱复合事件风险评估模型，具体公式如下：

式中：CI_GC为含氯度，单位为mg·L^-1；DI_n为超前n天的平均干旱指数；a、b为常数。河流水中的盐度达到或超过250 mg·L^-1的咸潮被认为是自然灾害（朱瑞等，2025），由非线性风险评估模型即可确定咸潮灾害发生的超前n天平均干旱指数阈值。为更好说明气候变化对咸潮入侵的影响，采用触发咸潮的干旱指数出现概率来表征咸潮与干旱复合事件风险指数，并作为评估咸潮入侵和干旱双重威胁的量化指标，具体公式如下：

式中：R为咸潮与干旱复合事件风险指数，单位为%；D为触发咸潮干旱指数阈值的总日数，n为样本总日数。

为明确西江流域广东段干旱指数与河口咸潮发生的时滞关系，利用珠海广昌泵站逐日含氯度与西江流域不同气象站1~15 d滑动平均干旱指数开展相关性分析（图2），结果显示，含氯度与西江流域各气象站干旱指数呈显著的负相关（通过0.01的显著性检验），表明干旱发生发展将导致咸潮入侵。逐日含氯度与各站超前7~10 d的平均干旱指数相关系数最大，其中番禺和鹤山2站超前7 d的相关系数最大，罗定、花都、顺德、南海、新会、中山、斗门、珠海8站超前8 d的相关系数最大，高要、四会、云浮、新兴、广州、三水6站超前9 d的相关系数最大，德庆、封开、郁南3站超前10 d的相关系数最大。总体来看，广东西江流域上游段站点以超前9~10 d的相关系数最大，下游站点以超前7~8 d的相关系数最大。

由图2还可以看出，超前8 d的平均干旱指数与咸潮入侵关系最密切，因此通过广昌泵站逐日含氯度与西江流域广东段超前8 d的平均干旱指数建立非线性风险评估模型（F检验，p<0.01），具体公式如下：

式中：CI_GC为含氯度，单位：mg·L^-1；DI₈为超前8 d的平均干旱指数。由此可确定咸潮灾害发生超前8 d的平均干旱指数阈值为DI₈≤-0.69。为验证模型的合理性，利用2017—2023年42次咸潮过程进行验证，过程次数预测准确率为81.4%。

图3为1970—2024年珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数的日变化。可以看出，珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数呈“U”型变化，汛期（4—10月）风险指数较低，非汛期（11月至次年3月）风险指数较高，11月上旬至次年1月中旬咸潮与干旱复合事件风险指数呈波动增加趋势，1月下旬开始风险指数呈波动下降趋势。总体来看，12月中旬至次年1月底珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数最高，风险指数在30%以上，需提前做好水资源科学配置。

图4为1970—2024年珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数及其累积距平年际变化。可以看出，珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数总体呈波动增加趋势，增加速率约2.1%·（10 a）^-1（通过α=0.001的显著性检验），其中咸潮与干旱复合事件风险指数高值前十中有8 a发生在2000年之后。珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数在2004年前后发生突变现象，20世纪70年代初至21世纪初呈持续减少趋势，21世纪初之后呈持续增加趋势。说明21世纪初以来珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险明显增加，严重危害区域城市供水安全。

珠江口咸潮主要发生在枯水期（10月至次年3月），统计周期设定为当年7月1日至次年6月30日（以7月1日为第1天，次年6月30日为第365天）。7月1日后，若西江流域广东段连续8 d滑动平均干旱指数稳定小于等于-0.69（即DI₈≤-0.69），其首次出现日期即为珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件的过程开始日期；当该指数连续8 d滑动平均稳定大于-0.69时（即DI₈>-0.69），对应出现日期为过程结束日期。1970—2024年珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件过程平均开始日期为11月29日，平均结束日期为3月9日。图5为1970—2024年珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件过程开始日期和结束日期年际变化。可以看出，咸潮与干旱复合事件过程开始日期呈提前趋势，约以8.3 d·（10 a）^-1的速率提前；结束日期呈推迟趋势，约以11.6 d·（10 a）^-1的速率推迟。说明咸潮与干旱复合事件活跃期呈延长趋势，且21世纪初以来这一特征尤为明显。

为分析珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数的未来变化趋势，以2001—2020年为预估分析基准期，将未来预估时段分为近期（2021—2040年）、中期（2041—2060年）和21世纪末（2080—2099年），并在中等温室气体排放情景（SSP2-4.5）下，开展DI≤-0.69对应日数的预估（图6）。相比2001—2020年，未来不同时期西江流域广东段DI≤-0.69的日数空间分布呈现明显区域差异性：近期（2021—2040年）总体呈现“西增东减”的趋势；中期（2041—2060年）和21世纪末（2080—2099年）干旱日数空间分布呈一致性变化，除珠江口西岸地区减少外，其他地区均呈增加趋势，且增幅自东向西增加。未来（2025—2099年）西江流域广东段上游地区年干旱日数呈增加趋势，增幅在5.0%以上，其中德庆、郁南、新兴、云浮增幅超17.0%；珠江口西岸地区年干旱日数呈减少趋势，其中斗门、珠海减少最明显，减幅在5.0%以上。总体来看，西江流域广东段年干旱日数呈增加趋势，平均增加6.0%，因此未来干旱日数增加将加剧珠江口磨刀门咸潮入侵。

从未来气候变化情景下珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数日变化趋势（图7）来看，与近20 a（2001—2020年）相比，近期（2021—2040年）秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）、春季（3—5月）的风险指数将分别变化16.9%、-3.4%、3.8%（正值为增加、负值为减少）；中期（2041—2060年）秋季、冬季、春季风险指数将分别增加21.2%、15.5%、19.9%；21世纪末（2080—2099年）秋季、冬季、春季风险指数将分别增加23.8%、15.5%、21.8%。从各月来看，近期10月和11月风险指数增加较为明显，分别增加20.3%、27.0%，12月和1月有减少趋势，分别减少2.3%、8.9%；中期11月、1月、4月和5月风险指数增加明显，增加18.4%~47.8%，其中11月最大；21世纪末10月、11月以及1—5月风险指数增加较为明显，增加19.1%~34.2%，其中11月最大。总体来看，未来近期秋冬季、中期冬春季、21世纪末秋冬春季咸潮与干旱复合事件风险指数增加明显，尤其11月增加最显著。

从2025—2099年珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数年际变化（图8）来看，该风险指数总体呈现波动增加趋势，增加速率约0.7%·（10 a）^-1。从该风险指数10 a滑动平均变化趋势来看，21世纪50年代初前后存在由增到减的变化，21世纪70年代存在由减到增的变化，即21世纪20年代到50年初代呈增加趋势，50年初代至70年代初呈减少趋势，70年代初至21世纪末大体呈增加趋势。

相较于2001—2020年，未来气候变化情景下珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数近期（2021—2040年）将增加1.9%、中期（2041—2060年）将增加8.4%、21世纪末（2080—2099年）将增加9.6%（表1）；预估近期咸潮与干旱复合事件过程开始和结束日期分别提前10 d和推迟9 d、中期分别提前18 d和推迟23 d、21世纪末分别提前14 d和推迟19 d。总体来看，在未来气候变化情景下，咸潮与干旱复合事件风险指数的增加比例呈“21世纪末最高、中期次之、近期最低”的特征；而事件的开始日期提前量与结束日期推迟量均以中期最多，21世纪末次之，近期最少。因此，21世纪末咸潮与干旱复合事件风险最大，中期咸潮与干旱复合事件活跃时期最长，未来秋冬春持续发生咸潮与干旱复合事件的风险将增大。

随着全球气候变化和水循环的改变，我国南方湿润区的干旱灾害近年呈现上升趋势。珠江流域位于热带和亚热带季风区，降水年际变化较大、季节不稳定性较强，杜尧东等（2014）研究表明未来不同时段（2020年代、2050年代、2080年代）珠江流域的年平均降水量和降水频率均呈减少趋势，其中春季和冬季减少最明显。从珠江流域干旱时空变化来看，极端干旱事件呈现频率增加、持续时间延长、强度增强等特征。张灵等（2024）研究表明，珠江流域秋季干旱化趋势明显，干旱事件频发且跨季节干旱尤为突出，主要表现为秋冬连旱及秋冬春连旱，其中1997年以后秋冬春连旱的发生频率明显上升。在RCP4.5和RCP8.5情景下，珠江流域干旱的严重性分别增加14.8%和15.3%，历时分别增加16.8%和11.5%（李军等，2021）；基于CMIP6不同气候模式的研究也表明未来珠江流域干旱呈现增加趋势，且辐射强迫的增加会引发更多的重旱事件（王天等，2022）。珠江流域枯季干旱日数增多、强度增强，进而加剧珠江口咸潮问题。1996年以来，珠江口磨刀门水道咸潮超标的天数和日超标时长均呈显著上升趋势（孔兰等，2011）；21世纪后，流域严重咸潮入侵频次从每7 a 1次缩短至每3 a 1次（位帅等，2025），这与本文研究结果基本一致。未来气候变化情景下，咸潮与干旱复合事件持续时间延长，珠江口“旱上加咸”风险将进一步凸显，其对粤港澳大湾区的供水安全和经济社会可持续发展构成更大挑战。

基于标准化前期降水指数建立逐日干旱监测指标，明确了珠江口磨刀门咸潮与西江流域广东段干旱的滞后关系，建立了广昌泵站超前8 d平均干旱指数阈值指标，风险预警时间提前量远长于基于径流量的3 d（Lin et al.， 2019），对磨刀门咸潮入侵有较好的指示意义。目前我国气象预报可用天数稳定在8 d左右，因此基于流域干旱的咸潮入侵风险预警基本可行。针对咸潮活动的规律及其对干旱的响应以及由此引发的资源安全和环境问题，通过运用咸潮与干旱复合事件风险评估模型对珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险进行了计算、评价和预测，揭示了气候变化背景下珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险演变规律，可为干旱情况下珠江口咸潮的高效调控提供技术突破方向。

本文建立的咸潮与干旱复合事件风险评估模型也存在一定的缺陷，统计分析只能揭示统计意义上显著的关联特征，并不能解决机理和机制问题，需要从水动力学作用机制方面进一步论证。咸潮入侵受多种环境因素影响，且存在复杂的交互作用，而仅考虑干旱效应的影响，得到的研究结果还难以有效指导咸潮防控工作，必须综合考虑其他因子，如上游来水、海平面上升、潮汐、区域供水、河口工程措施等，才能客观反映其入侵特征及变化规律。建议强化水文、气象等多部门协同合作，加强气候变化对珠江口咸潮的影响评估和适应策略研究，全力保障粤港澳大湾区供水安全。

干旱强度与咸潮活动存在非线性正相关，两者具有良好的时滞关系，珠江口磨刀门水道含氯度与西江流域广东段超前8 d平均干旱指数具有显著相关性（通过0.01的显著性检验），咸潮入侵对应的流域干旱指数阈值为DI₈≤-0.69，开展基于流域干旱指数阈值的珠江口咸潮入侵风险预警基本可行。

珠江口磨刀门在11月至翌年3月（流域枯季）的咸潮与干旱复合事件风险指数较高，其中12月中旬至次年1月底风险指数最高，超过30%。未来中等排放情景（SSP2-4.5）下，不同时段（近期、远期、21世纪末）秋季咸潮与干旱复合事件风险指数增加趋势明显，尤其11月增加最显著；同时，咸潮与干旱复合事件风险跨季节风险呈增加趋势，未来秋冬春持续发生咸潮与干旱复合事件风险的概率明显增大。

1970—2024年珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数总体呈现波动增加趋势，并在21世纪初发生了明显的突变现象，近20 a来，咸潮与干旱复合事件风险指数明显增加，开始日期呈提前趋势，结束日期呈现推迟趋势，咸潮与干旱复合事件风险持续时间延长。未来中等排放情景（SSP2-4.5）下，珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险指数持续呈增加趋势，其中21世纪50年代和80年代是咸潮与干旱复合事件风险的两个高峰期。相比近20 a（2001—2020年），近期、中期、21世纪末咸潮与干旱复合事件风险指数将分别增加1.9%、8.4%、9.6%，不同时段开始日期将提前10 d以上，结束日期将推迟9 d以上，珠江口磨刀门咸潮与干旱复合事件风险持续时间延长、强度增强。