干旱通常指某一地区因气候变化、地形地貌、海陆分布等多因素综合作用导致的随机性水分收支不平衡现象（黄春艳，2021）。受全球变暖与人类活动等影响，干旱事件的强度与频次持续增加（张强等，2024），对区域水资源、旱区植被生长、农业生产及经济发展已构成严重威胁。在此背景下，深入理解干旱的形成机制与演变规律，对干旱预警与防灾减灾具有重要的科学价值和现实意义。

干旱分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱，气象干旱是其他三种类型干旱发生的基础（Dikshit et al.，2021）。因此，系统研究气象干旱的时空演变特征，是认识干旱成因、把握干旱发展规律的关键切入点。受地形、气候、海陆位置等影响，干旱的时空特征呈现明显的区域分异（赵海燕等，2021）。河西走廊及周边地区位于我国西北干旱半干旱区，是重要的生态安全屏障，也是荒漠化最严重的区域之一。该区域生态环境脆弱，对干旱变化高度敏感，干旱导致的农业与经济损失尤为突出（Guo et al.，2018）。开展该区域气象干旱演变规律研究，有助于理解区域干旱链式响应过程，揭示气候变化背景下“水-生态-人类”系统的脆弱性与适应机制，对区域可持续发展具有重要支撑作用。

学术界普遍采用干旱指数定量评估干旱。常用指数包括帕尔默干旱指数（Palmer Drought Severity Index，PDSI）、标准化降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）及标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）等。针对SPI仅考虑降水，PDSI计算复杂且主观性较强等局限，Vicente-Serrano等（2010）提出的SPEI综合考虑了降水、温度及地表蒸散发对干旱变化的影响，兼具多时间尺度特征，已在西北、西南、华北等地得到广泛应用与验证（庄少伟等，2013；石朋等，2023）。整体来看，我国北方干旱半干旱区普遍呈现气候暖干化特征（胡子瑛等，2018；朱飙等，2023），新疆、黄河流域等地均识别出干旱程度加重趋势（陈仕豪等，2024；陆建涛等，2025）。但基于不同时序长度气象观测资料在河西走廊及周边地区的干旱演变规律研究尚存分歧：有的发现该区域干旱呈显著减弱趋势（薛华柱等，2022）；有的发现干旱呈加剧态势，且以轻、中旱为主，中旱发生频率显著高于西北其他区域（苏天鑫等，2025）。在空间格局上，特旱风险从黄土高原西部向祁连山地及河西走廊西段、民勤等地转移（李敏等，2025）。河西走廊及周边地区东西空间跨度大，南部祁连山区与北部荒漠区、东部绿洲区与西部戈壁区气候差异显著，而已有研究对区域内部异质性关注不足，缺乏基于气候相似性与差异性的精细化分区研究，对各等级干旱空间分异及其气候响应差异探讨不足，制约了分级抗旱策略的制定。

因此，本文选取河西走廊及周边地区为研究区，依据区域气候异同特征进行子区划分，利用SPEI表征各分区气象干旱频率的时空变化与强度特征，分析不同等级干旱的空间分异规律，旨在突破以往研究对该区域干旱整体性、均质化认识的局限，为分区精准抗旱、水资源优化配置及差异化生态与农业管理提供科学参考。

如图1所示，采用广义甘肃河西地区范畴，涵盖河西走廊平原及南部祁连山北麓山地为研究区，在行政区划中包括武威市、金昌市、张掖市、嘉峪关市和酒泉市。该区域是地处青藏高原与蒙古高原之间的狭长地带，气候属典型的温带大陆性干旱气候，年均降水量不足200 mm，而蒸发量高达1 500~2 500 mm，干旱特征显著。依据水热条件、地形及地理位置差异，将研究区划分为河西西北部、河西东部及祁连山区3个子区，祁连山区呈现明显“低温高湿”的高山气候特征，而河西西北部与河西东部虽同属暖干气候区且海拔相近，但因地理位置不同，其水汽输送条件和局地气候响应仍存差异。

（1）地形数据来源于地理空间数据云ASTER GDEM数据集，空间分辨率为30 m。（2）气象数据来源于中国气象局国家气象信息中心，选取1961—2020年逐月降水量和气温资料。综合气象站点分布的均匀性、代表性及资料完整性，挑选出17个有效气象站点（图1）用于研究区气候波动和干旱演变分析。

先采用Thornthwaite法（Lieth and Box，1972）计算潜在蒸散发，再基于Vicente-Serrano等（2010）提出的标准化降水蒸散指数公式计算1961—2020年17个气象站点月、季、年尺度的SPEI值，分别为SPEI-1、SPEI-3、SPEI-12，分析研究区干湿演变规律。依据国家标准《气象干旱等级》（全国气候与气候变化标准化技术委员会，2017）划分干旱等级：SPEI>-0.5为无旱，-1.0<SPEI≤-0.5为轻旱，-1.5<SPEI≤-1.0为中旱，-2.0<SPEI≤-1.5为重旱，SPEI≤-2.0为特旱。

游程理论是分析时间序列的一种方法，通过查找连续出现同类事件的次数和持续时间，衡量序列中特定事件的强度（杨好周等，2013）。干旱事件定义如下：SPEI≤-0.5的当月为干旱过程的开始时间，且连续2个月及以上SPEI≤-0.5时认定为一次干旱事件，其强度为历时内各月SPEI绝对值之和与历时的比值。对于持续1个月的干旱，仅在SPEI<-1.5时认定为一次干旱事件，强度取当月绝对值。若相邻两次干旱事件的间隔期为1个月，且间隔期内-0.5<SPEI<0.5，则合并为一次干旱事件，强度为合并期内SPEI绝对值之和与总历时之比；若SPEI≥0.5，则视为两次独立干旱事件。利用干旱频率评估时间序列内发生干旱的频繁程度（李敏等，2025）。

Mann-kendall检验（简称M-K检验）是一种非参数的统计检验方法，其样本不需要遵从一定的分布，亦不受少数异常值的干扰，常用于确定气候突变年份，主要优点是突变时间明确（王婷婷等，2016；刘维成等，2017；陈坤等，2018）。本文给定显著性水平α=0.05，则临界值为±1.96，如果UF（原气象序列）值大于0，表明序列上升，小于0则表示下降；若超过临界值，说明上升或下降趋势显著。当UF和UB（反向气象序列）两条曲线出现交点，并且交点介于两个临界值之间，交点所对应的时间即为突变时间（张勃等，2010）。

反距离加权插值法基于观测站点与待估栅格点的欧氏距离分配插值权重，是干旱指数空间可视化常用的插值方法（陈锋等，2016；Ma et al.，2024）。该方法可将离散站点SPEI转换为全域连续栅格，刻画干旱空间分异特征；相较克里金插值法可保留站点干湿极端值，适配多等级干旱空间识别；无需协变量、计算稳定可复现，便于多时段干旱对比（Ly et al.，2011）。因此基于ArcGIS完成多时间尺度SPEI插值制图，可直观呈现不同时段干旱频率空间分布规律。

此外，在进行气候变化趋势分析时，还运用到一元线性回归和相关分析等方法。

对各子区内气象站点的气温观测数据进行区域平均处理，发现河西东部多年平均气温最高，达8.5 ℃，祁连山区最低，为4.3 ℃。从图2可见：河西东部与河西西北部逐年平均气温较为接近，祁连山区相对较低；近60 a河西走廊及周边地区气温呈显著升高趋势，3个子区增温速率存在差异，由高到低依次为河西东部、祁连山区、河西西北部，对应的气候倾向率分别为0.42、0.38、0.32 ℃·（10 a）^-1，均通过0.05的显著性检验。1961—2020年，河西东部累计升温约2.5 ℃，祁连山区升温约2.3 ℃，河西西北部升温约1.9 ℃

基于Mann-kendall突变检验分析（图3）表明，1961—1965年各子区年均气温处于小幅波动期；1966—1986年为持续降温阶段；20世纪90年代以来气温呈显著上升趋势，且增温强度超过显著性水平临界值。河西西北部、祁连山区、河西东部的气温突变年份依次是1996、1994、1996年；突变后区域年均气温显著升高，突变前后年均气温差值为1.13~1.57 ℃。祁连山区气温在突变前后均存在显著的线性变化趋势，表明该区域增温过程具有渐进性和持续性；而河西东部与河西西北部在突变前后均无显著趋势，说明其增温主要表现为突变前后的均值跃升，而非阶段内的持续上升。

综上，1961—2020年河西走廊及周边区域经历了显著的升温过程，其中河西东部和祁连山区的升温幅度高于河西西北部，区域增温响应存在明显差异。

图4是1961—2020年研究区3个子区年降水量的年际变化。可以看出，祁连山区年降水量最为丰沛，历年降水量为196.2~421.5 mm；河西东部次之，年降水量为66.6~217.3 mm；河西西北部年降水量最少（39.8~148.7 mm）。从变化趋势来看，河西西北部与河西东部的年降水量线性趋势均未通过0.05的显著性检验，说明近60 a来该区域年降水量无显著增加趋势；祁连山区年降水量的增速为9.1 mm·（10 a）^-1，且通过0.05的显著性检验，表明该区域降水呈显著增多态势。

基于Mann-kendall突变检验分析（图5）表明，各子区年降水量整体呈周期性波动增加特征，各区域UF统计量整体为正，表现为降水增多态势。其中仅祁连山区部分时段UF值突破0.05显著性水平临界值，降水增加趋势显著；河西西北部、河西东部UF值未达临界值，降水增幅微弱且趋势不显著。各子区存在多个潜在突变年份：河西西北部降水量UF和UB在1963、1968、1982、2012等年份存在交点，河西东部在1964、1973、1993等年份存在交点，但均无统计显著性，仅为序列的波动交叉；而祁连山区在1978年交点显著，在2010年后降水呈显著增多趋势。突变差异分析表明：祁连山区突变后降水均值上升，但其突变前后分段趋势均不显著，而河西西北部和河西东部均无有效突变。

综合气温与降水的分析可知：河西西北部和河西东部气候平均态特征相似，均表现为气温偏高、降水偏少，而祁连山区气温最低、降水最多。从长期演变趋势来看，祁连山区呈显著升温和降水增多的暖湿化趋势；近60 a研究区增温显著，气温突变发生在1995年前后，降水突变特征不显著，整体呈暖湿化演变趋势，湿化强度存在明显空间分异。

图6是1961—2020年各子区SPEI-12随时间的变化。整体来看，祁连山区、河西西北部与河西东部的SPEI-12波动具有较好同步性，各子区均表现出明显的干湿交替特征。研究时段内发生多次干旱事件，以20世纪60年代初、90年代初及21世纪初与2020年的干旱过程较为突出。各子区SPEI-12变化虽大致同步，但干旱强度和持续时间存在差异：河西西北部在20世纪70—80年代干旱频发，90年代后干旱有所缓和，以轻度干旱为主；祁连山区干湿交替格局相对稳定，SPEI-12正值普遍高于其他子区，表明水分条件较好，但干湿振荡幅度大，极端干湿事件突出；河西东部自20世纪90年代起干旱化趋势逐步显现，2000年以后SPEI-12负值出现频次增加，干旱持续时间延长。

对3个子区年尺度干旱指数（SPEI-12）进行M-K突变检验（图7），可以看出河西西北部干湿趋势在1987年出现阶段性转型，从20世纪后期的弱湿润转变为21世纪初的弱干旱化趋势；尽管干旱化趋势未达到统计学显著水平，但1998年后近10 a的干旱化倾向，对区域水资源安全构成潜在威胁。祁连山区整体干旱程度为减轻态势，1961—1973年UF曲线快速抬升，湿润进程增速较快；20世纪70年代中期为关键转折点，转折之后UF曲线维持在较高值区间，整体呈变湿趋势。河西东部年尺度干旱演变经历了早期（1970年前）湿润态势增强、后期回落，1990年后干湿交替波动的变化特征。UF和UB曲线在各子区均出现多个交点，识别出河西西北部、祁连山区和河西东部的潜在转折年份依次为1983、1976、1963年；各子区的演化趋势均未通过显著性检验，突变前后干旱指数均值差异微弱，区域干湿变化以阶段性波动为主要特征。

基于游程理论方法识别干旱事件，表1统计了3个子区1961—2020年多时间尺度干旱频次。结果表明，河西西北部月尺度干旱频次在研究区内最高（81.8次），随时间尺度延长，干旱频次降幅较大，年尺度干旱频次降至24.9次，说明该区域短时气象干旱频发，但持续性相对较弱。祁连山区月、季尺度干旱频次分别为66.0、60.5次，短期、季节性干旱较为常见；年尺度干旱频次（25.8次）为研究区最高，表明祁连山区持续性长期干旱风险突出。河西东部月尺度干旱频次为53.5次，短时干旱发生频次低于其他区域；季节尺度干旱频次上升至58.0次，反映该区域的干旱发展可能存在季节滞后特征；年尺度干旱频次在3个子区中最低，表明持续性干旱发生风险相对偏小。

通过计算各站点多时间尺度干旱频次分析发现（表略），各子区月、季尺度干旱频次相近，干旱时空演化特征高度相似。考虑到SPEI-1对月尺度水分亏缺响应敏感，SPEI-12可表征长期水分累积效应，二者时间尺度互补。为减少重复分析，选取SPEI-1和SPEI-12开展干旱频率时空分异特征研究。

从图8月尺度不同等级干旱频率在不同时段的空间分布看出，轻旱集中分布于河西西北部，自西向东频率逐步降低，20世纪末以后轻旱趋于常态化。河西东部轻旱频率先升后降，表明21世纪后轻旱有所缓解。祁连山区西部轻旱呈高值区，但因缺乏实测站点，插值结果受河西西北部站点数据主导，存在插值偏差，不具备区域代表性。因此祁连山区干旱频率分布特征以中、东部实况为主，可以看出该区域轻旱频率较低，仅乌鞘岭偏高。中旱频率在河西西北部呈先升后降的趋势；河西东部和祁连山区永昌、山丹等地自2001年后中旱频率有所增加。重旱与特旱频率均以祁连山区为最高，21世纪起河西西北部、东部开始出现特旱事件，表明极端干旱风险逐步显现。

从图9年尺度不同等级干旱频率在不同时段的空间分布看出，研究区轻旱频率在1981—2000年达到峰值，21世纪后略有降低。河西西北部长期受轻旱影响，轻旱发生频率较高（大于25％）；中旱频率长期稳定在低值区间（小于10％），重、特旱事件少有发生。河西东部轻旱频率低于河西西北部，但中旱发生频率较河西西北部更高，其中武威中旱频率先降后升，民勤中旱频率持续下降；特旱事件在2001—2020年发生频率增加。祁连山区中、东部轻旱发生频率较其他区域偏低，但中旱频率常年偏高（8％~17％），而且2001—2020年特旱频率增加，表明区域干旱事件强度增强。

结合月、年尺度不同等级干旱频率在不同时段空间分布特征发现，祁连山区作为河西走廊的高海拔湿润带，尽管中、东部干旱发生频率较低，但不同等级干旱的年代际演变表明山区干旱胁迫逐步加剧。局地站点轻旱频率存在明显高值中心，如乌鞘岭自1981年以来轻旱频率大于24%，显著高于山区平均水平；中、重旱呈局地加剧特征，2001—2020年永昌中旱频率达19%，山丹、古浪等地在同期亦维持偏高的中旱频率，各站点全时段均有重旱发生，乌鞘岭重旱频率持续上升至27%；特旱风险居全区首位，肃南、民乐等站点常年观测到特旱记录，21世纪后山区各站点均出现特旱事件。该演变趋势对山区生态系统稳定及河西走廊下游水资源补给带来潜在风险。

综上所述，河西西北部以高频次轻旱为主，河西东部中、特旱的干旱风险更高，祁连山区中、东部干旱发生频次较低，但特旱增加趋势最为突出；21世纪以来祁连山区与河西东部普遍出现特旱现象，极端干旱风险向外扩张，表征研究区干旱等级正由常态化轻旱逐步向特旱转变。

本研究发现20世纪90年代以来，河西走廊及周边地区气温快速上升，祁连山区降水呈显著增多趋势，其余区域降水表现为弱增加态势，区域气候整体呈现暖湿化演变特征。这与施雅风等（2002）提出的西北气候在20世纪80年代中后期（以1987年为关键转折年）开始由暖干向暖湿转型，此后气温持续升高、降水与径流整体增加，进入暖湿化阶段的观点一致，后续研究同样佐证了该气候转型事实（贾文雄等，2010）。河西走廊及周边地区干旱胁迫是趋于缓解还是加剧?现有研究仍存分歧（薛华柱等，2022；苏天鑫等，2025）。本研究通过分区分析发现，这种分歧可能源于区域内部异质性的忽略。河西西北部呈弱干旱化倾向，河西东部干湿状态长期保持平稳，祁连山区整体呈湿润趋势但极端干旱风险加剧。因此，将研究区作为单一整体开展干旱趋势研判，极易忽略分区差异，难以刻画干旱时空演变的真实格局。

河西走廊及周边地区干旱演变阶段特征与黄土高原、华北平原存在显著差异。黄土高原干旱胁迫自20世纪90年代后呈显著加剧趋势（孙艺杰等，2019），而河西东部自20世纪80年代以来则进入干旱趋势相对稳定的阶段，体现了不同气候系统驱动下干旱响应的区域差异性。河西西北部20世纪90年代前后出现的干湿转型，与西北地区气候转型研究提出的气候“拐点”认识相吻合（李栋梁等，2003）；但本研究发现该转折尚未通过显著性检验，表明该区域的干旱演变趋势有待长期监测与持续验证。

本研究发现，研究区干旱演变不仅表现为干旱频率的变化，部分区域更呈现中、特旱频率不断增加的特征。已有诸多研究指出，在全球变暖背景下，干旱等级的变化比频次变化更具威胁性（Dai，2013；Trenberth et al.，2014）。针对河西走廊及周边地区，现有研究多关注干旱时空演变规律（田瀚文等，2023），而本研究进一步揭示了区域干旱等级出现系统性跃迁特征，表明该地区干旱风险正由“频发型”向“强度型”转变。因此，传统的以干旱频次为核心的预警指标可能低估灾害风险，需引入干旱等级作为辅助判断依据，这一认识可为区域干旱预警与风险管控提供理论支撑。

祁连山区干旱持续加剧，削弱了山区水热条件原有的补偿关系，表明河西走廊上游水源涵养功能正在受到不利影响。祁连山区降水量虽以9.1 mm·（10 a）^-1的速率显著增加，但同期升温速率高达0.38 ℃·（10 a）^-1，远超0.18 ℃·（10 a）^-1全球平均水平（IPCC，2021）。升温从两方面加剧水分亏缺：一方面，升温显著提升潜在蒸散量，研究表明祁连山北坡潜在蒸散发增速为14.1 mm·（10 a）^-1，中西部蒸散发增速为12~18 mm·（10 a）^-1，降水增量不足以弥补蒸发消耗，水分收支持续失衡（马亚丽等，2024）。2000年后蒸散发增速加快，降水增湿效应明显减弱，山区轻、中旱频次同步上升（张强等，2024）。另一方面，升温加速冰雪消融，削弱流域水文调节能力。冰川、积雪是内陆河径流的核心补给源，气候变暖造成冰川持续亏损、积雪缩减、消融期提前（孙美平等，2015；潘保田等，2021）。短期融水可抬升径流，使长期固态水储量衰减，导致干旱年份缺少冰雪补给缓冲，特旱风险上升；同时冻土退化会破坏土层隔水结构，增大水分下渗损失，加剧山区季节性水分亏缺（王生廷等，2015）。此外，祁连山区地形复杂，地形强迫与局地环流共同作用，使得长期干旱对气候变化响应更为敏感。

本研究存在以下局限性：第一，研究区气象站点分布不均，尤其祁连山西段站点稀少。复杂山地、站点稀疏条件下反距离加权插值易产生空间平滑偏差，使得干旱空间模拟结果存在不确定性。后续可结合欧洲中期天气预报中心ERA5再分析格点资料，采用地形分层插值方法减小山区插值误差，优化干旱空间模拟效果。第二，研究通过Thornthwaite公式估算潜在蒸散发构建SPEI。该模型仅依托气温构建经验关系，忽略风速、辐射、相对湿度等干旱区蒸发主控因子，会系统性低估河西走廊干旱区大气蒸发需求（马亚丽等，2024），造成研究区SPEI整体偏高。但该偏差属于全域一致性偏移，SPEI标准化处理可消除统一均值偏差，不会改变各分区SPEI时序波动特征及区域干湿状况的对比关系（McEvoy et al.，2013）。因此，本文得到的多时间尺度干旱分异特征、空间格局定性结论可靠；但在解读祁连山、河西东部中旱以及上等级干旱频率的定量结果时，需考虑潜在蒸散发（Potential Evapoteanspiration，PET）估算方法带来的数值弱化效应。后续可结合多套PET算法开展敏感性分析，深化极端干旱特征定量研究。第三，本研究时段截止至2020年，未能涵盖近期的极端干旱事件，干旱趋势分析的时效性有待通过延长时序进一步完善。

未来研究可结合高分辨率气候模式预估产品与陆面过程数值模拟，深入探究干旱演变的多要素协同机制及其对水资源系统的综合影响。同时，应加强祁连山区冰川、积雪、冻土等固态水源的长期监测，构建“固态水-液态水-生态需水”相耦合的水资源评估模型，为河西走廊及周边地区可持续发展提供更精准的科学依据。

本研究基于1961—2020年17个气象站点逐月观测数据，采用气候倾向率、M-K突变检验及多时间尺度SPEI，系统分析了河西走廊及周边3个子区（河西西北部、河西东部、祁连山区）的气候基本特征及干旱演变规律，得到如下主要结论。

（1）1961—2020年河西走廊及周边地区呈暖湿化趋势，水热变化空间分异显著。河西东部与西北部气温较高、降水较少，气候特征相近；祁连山区为全区相对湿润区。全区气温显著上升，增温速率表现为河西东部[0.42 ℃·（10 a）^-1]>祁连山区[0.38 ℃·（10 a）^-1]>河西西北部[0.32 ℃·（10 a）^-1]，气温突变集中发生于1995年前后。仅祁连山区降水量以9.1 mm·（10 a）^-1的速率显著增加，河西西北部与东部降水增幅微弱且未通过显著性检验，降水序列无显著突变信号。

（2）各分区干旱演变具有显著的阶段性特征。河西东部自20世纪80年代后干湿趋势趋于平稳，年尺度上无明显干湿倾向。河西西北部在1990年前后由弱湿润转为弱干旱趋势（未通过显著性检验）。祁连山区整体维持湿润化趋势，但极端干旱事件频发，呈现长期湿润化与短期干旱事件并存的特征。

（3）干旱演变存在多时间尺度干旱等级的变化。时间尺度上，河西西北部为短期响应型，对短期降水波动敏感；祁连山区及河西东部为累积响应型，易发展为中长期干旱。干旱等级发生显著调整：20世纪末轻旱高发，进入21世纪后中、重旱和特旱频率显著上升，呈现“轻旱普及、中旱扩张、特旱显现”的演变特征。

（4）不同等级干旱空间分布差异明显。河西西北部干旱状态相对稳定，常年以轻旱为主，未出现明显的干旱等级跃升。河西东部及祁连山区21世纪初以来中、特旱事件显著增加。值得关注的是，祁连山区高等级干旱频率持续增加，特旱已在肃南、山丹等站点出现，干旱胁迫呈山区加剧特征。据此需实施分区差异化水资源管控，强化山区干旱动态监测与预警，将山区水源涵养纳入流域水资源统一调配，以应对干旱风险带来的不确定性。