从本质上讲, 这五类干旱并不是相互独立的, 它们反映的是从干旱发生到产生灾害或影响的链状传递过程, 五类干旱实际上就是干旱传递到不同阶段的具体表现。即使出现了气象干旱, 如果不再向下传递也不一定会发生农业干旱、生态干旱、水文干旱和社会经济干旱。任何单一干旱类型只是从不同侧面描述了干旱的影响特征, 并不能全面反映干旱灾害特征^{[ 2, 3, 4, 5, 6]}。

如图1所示, 气象干旱发生后, 在合适的条件下, 会向农业干旱、生态干旱和水文干旱并行传递, 当农业干旱、生态干旱和水文干旱发展到一定程度后又会向社会经济干旱传递。农业干旱、生态干旱和水文干旱一般是并行发展的。但在依靠河流或水库灌溉的地区, 水文干旱可能要更早一些, 它发生后再向农业干旱和生态干旱传递。而且, 农业干旱、生态干旱、水文干旱的内部过程也存在明显的传递过程^{[ 28, 29]}。比如。农业干旱内部是最先由土壤干旱传递到作物生理干旱, 再由作物生理干旱传递到作物生态干旱, 最后由作物生态干旱传递到粮食产量形成；生态干旱内部也有类似的传递过程；而水文干旱内部则最先由积雪干旱传递到冰川干旱, 再由冰川积雪干旱传递到河流干旱, 由河流干旱传递到水库干旱, 最后由水库干旱传递到水资源减少。当然, 在较小流域, 水文干旱内部不一定要经过冰川和积雪干旱传递过程, 可最先直接由河流干旱传递到水库干旱, 再由水库干旱传递到水资源减少。对农业和生态干旱而言, 如果干旱在传递到作物生理干旱或植被生理干旱之前就缓解, 基本上对作物机体没有实质破环, 不会有本质性灾害影响。但如果传递到作物或植被生理干旱阶段, 灾害影响就是必然的了, 而且越往后传递灾害的影响越难以逆转^{[ 18, 19, 20, 21, 22, 23]}。

正是由于干旱灾害的这种逐阶传递特征, 可以原则上根据干旱灾害的传递规律对干旱灾害进行早期预警。具体而言, 可以由气象干旱监测对农业干旱、生态干旱和水文干旱进行早期预警, 由农业干旱、生态干旱和水文干旱监测对社会经济干旱进行早期预警。在一定程度上, 还可以通过水文干旱监测对农业干旱和生态干旱进行早期预警。而且, 还可以根据农业干旱、生态干旱和水文干旱内部的发展规律, 通过监测其内部的前期发展阶段来进行早期预警。比如, 在农业干旱内部, 可以通过监测土壤干旱来预警作物生理干旱, 由作物生理干旱监测来预警作物生态干旱, 由作物生态干旱监测来预警作物产量损失。同样, 在水文干旱内部, 也可以由高山积雪监测来预警高山冰川干旱, 由积雪和冰川监测来预警河流干旱, 由河流流量监测来预警水库干旱, 由水库和河流流量监测来预警水资源减少情况^{[ 28, 29]}。

因此, 对干旱监测而言, 不仅需要通过分析干旱程度和频率来区分干旱的等级, 还需要通过针对其影响的对象区分其类型和发展进程。气象干旱一般比较容易通过降水发生强度和频率区分其等级, 而对农业干旱、生态干旱、水文干旱和社会经济干旱的概率和强度确定要复杂的多, 需要对气象干旱影响农业、生态、水文和社会经济的特征和规律具有深刻认识。仅就农业干旱而言, 其干旱影响程度不仅取决于降水量和降水期及气温环境, 还取决于农业系统的脆弱性等干旱向下传递的环境条件^{[ 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29]}。

由于农业或生态系统的水文条件不同, 气象干旱向农业或生态干旱传递的进程常常会有三种典型情况出现：①对雨养农业或生态系统而言, 水分储存的主要形式是根区附件土壤水分或临近的毛细上升水, 它们只能帮助农作物或自然植被渡过几周长的干旱期。所以, 干旱向下传递得很快, 仅短期气象干旱就对农业和生态比较致命。②对有小型水库的灌溉农业或生态系统而言, 由于全年周期性水分蓄存的贡献, 可以渡过几个月的较长干旱期, 即使在有效降雨结束后仍然可以使生长季节延长几周。所以, 干旱向下传递得相对比较慢, 短期气象干旱对农业和生态并无大碍。③对有大型水库或上游有大量冰川和积雪可以提供足够径流的农业或生态系统而言, 如果水库和土壤水储存比较充分, 一般只有历史罕见的多年连续干旱才会对农业和生产有本质的影响。所以, 气象干旱向下传递得更慢, 即使连续几年的气象干旱也可能不会有显著灾害。这主要是由于水库或冰雪的储水深度比平均年蒸发量要大好几倍, 从而使跨年水分储存贡献占据主导地位所发挥的作用, 西北干旱区绿洲农业生态系统实际上就属于这种情况^{[ 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29]}。

图1

Fig.1

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	图1 干旱的传递过程及其相互作用Fig.1 Drought transfer processes and interactions

可见, 对旱作农业系统即雨养农业系统而言, 几个关键时期的降雨量及作物生长季节的第一场透雨可能就是干旱是否发展的关键^{[ 30]}。对于灌溉农业系统而言, 生长季节前几个月或几年的长期降雨量及农业系统存储水分的时间长度可能才是干旱是否发展的关键；对畜牧系统或草原生态系统而言, 放牧周期的关键时段降水及所能动用的土壤水分可能才是干旱是否发展的关键；而对森林生态系统而言, 几年的长期降雨量及地下水埋深可能才是干旱是否发展的关键。

同时, 由于干旱影响对象的生理结构和生态特征不同, 其传递的时间进程也会很不同。对有些水分依赖性较强且根系较浅的植被来说, 可能短期的气象干旱就会表现出显著影响；而对有些水分依赖性不太强的植被来说, 较长期的气象干旱也不会有太大影响；甚至对有些根系很发达的植被来说, 比如有些树木, 由于能够有效利用地下水, 对气象干旱并不太敏感, 反而对地下水位降低等水文干旱更敏感^{[ 14, 15, 16, 17, 18, 19]}。

另外, 气候变化额外增加了干旱问题的复杂性。首先 由于气候变暖对降水的影响, 使衡量降水距平的参考态发生了改变, 比如正常降水量减少将会使干旱的降水量阈值降低。其次, 由于气候变暖对降水量和温度的改变, 改变了干旱发生的频率, 极端干旱事件会有所增加。第三, 气候变化还使干旱传递所依赖的生态环境脆弱性等因素发生了改变, 从而影响了气象干旱向农业干旱、生态干旱和水文干旱传递及发展的进程。一般而言, 气候变暖会加快传递进程。第四, 气候变化还会使干旱分布格局发生改变, 干旱灾害的分布范围会有所扩展。第五, 气候变暖会使干旱灾害发生的时间和地点不确定性增加, 表现出许多反常的时间和空间分布特征, 其发生发展的规律更加难以把握。

在气候变暖背景, 干旱灾害具有一些比较显著的特征^{[ 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]}。主要表现在：①干旱灾害具有蠕变性。与地震和暴雨等突发性灾害不同, 干旱灾害是气候自然波动引起的蠕变性灾害, 它的发展是一个渐变过程, 很难明确区分其时间和空间界限, 其特征也比较模糊和复杂。所以, 对干旱的灾害性往往难以及时察觉, 到发现时一般已十分严重和难以逆转。②干旱灾害具有系统性。干旱灾害系统包括致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力等4 个子系统, 各个子系统又包含着一些次级子系统, 比如, 孕灾环境包括空间、时间及人文社会背景等次级子系统, 而空间子系统又可分为大气环境、水文气象环境以及下垫面环境等多个方面, 它们之间通过物质、能量及信息传递和转换互相耦合, 其整体过程具有比较系统的内在驱动、反馈、发展和变化机制。③干旱灾害具有非线性。从混沌理论来看, 系统状态处于分叉点时即使小的扰动都可能会引起非线性变化, 放大其效应。干旱灾害系统由于其随机性、动态性和多层次结构及各子系统间的关联性, 蕴含着多重互动与耦合关系, 任意一个子系统的变化都可能会逐渐累积、放大和突变, 并波及和牵动其他子系统连锁反映, 具有明显的非线性特征^{[ 24]}。这也是干旱灾害多样性、奇异性及复杂性的根源。④干旱灾害具有不可逆性。这一方面表现在干旱灾害虽然发展比较缓慢, 但解除却要快得多, 也许只要有一场透雨就很快可以结束, 甚至会出现旱涝急转, 这是由于蒸散的约束性特征^{[ 31]}和降水的发散性特征共同作用的必然结果；干旱灾害的不可逆性还表现在干旱一旦发展为灾害就会逐渐渗透和蔓延到社会经济的各个方面^{[ 32]}, 到那时再多的降水也难以挽回损失。⑤⑥干旱灾害具有多尺度性。干旱灾害是个多时间尺度和多空间尺度的科学问题^{[ 33]}。由于降水和大气水分循环具有短期异常、年循环、年际波动、年代际异常和长期气候变化等不同时间尺度, 干旱灾害也会表现出短期干旱、季节性干旱、干旱年、年代性干旱和干旱化趋势等不同时间尺度特征。一般, 季节性性干旱是周期性发生的, 短期干旱经常发生, 干旱年会时而出现, 年代性干旱则比较罕见。一般, 年代性干旱和干旱化趋势的灾害性最强, 尤其是多时间尺度迭加在一起的干旱往往是灾难性的。同时, 干旱的发生和发展也往往表现在不同空间尺度上, 地形和土地利用等局地因素引起的干旱尺度范围往往较小, 而气候系统内部变率引起的干旱空间尺度也一般只能达到区域尺度, 外强迫引起的干旱往往可以达到洲际空间尺度, 而天文因素和全球变暖引起的干旱可能会达到全球尺度。另外, 干旱的空间尺度有时也是动态的, 随着干旱的发展, 其空间尺度可能会由局地尺度发展为区域尺度。不仅如此, 干旱还往往随环流异常信号传递而扩展, 或从生态环境相对脆弱的地区开始爆发而后再向周边扩散。⑥干旱灾害具有衍生性。干旱灾害通常并非独立发生, 而是在干旱灾害发生后会诱发或衍生出沙尘暴、土地荒漠化和风蚀等其他自然灾害^{[ 34]}, 这些自然灾害之间彼此相互作用, 会形成复杂的以干旱为主导的灾害群。⑦干旱灾害具有很强的社会性。干旱灾害损失涉及农业、水文、社会经济以及生态环境等许多方面, 社会关联性强, 社会影响面大, 社会关注度高。

实际上, 从干旱灾害危机管理转向干旱灾害风险管理是一项比较艰巨的任务, 不仅需要建立一套干旱灾害风险管理体系, 而且还必须形成一系列以干旱灾害风险评估能力为基础的预防措施。其复杂性在于干旱灾害风险是一个受多因素控制的综合性指标, 它包含了干旱致灾因子、干旱承灾体、干旱孕灾环境和干旱防灾能力等主要因素及其相互作用的影响。

从本质上讲, 降水和温度是最主要的干旱致灾因子, 它不仅是干旱灾害风险的主导因素, 也是干旱灾害风险中最活跃的因子, 直接控制着干旱灾害风险的分布格局和发展趋势。干旱孕灾环境是干旱灾害风险形成的环境条件, 能够对干旱灾害风险性起到缩小或放大的作用。一般, 稳定性较差、抗干扰能力较低及容易传递干旱信息的孕灾环境其干旱灾害风险性会更显著, 生态环境脆弱带大多是干旱灾害的高风险区。干旱承灾体是干旱灾害的作用主体和风险对象, 是指暴露在干旱危险之下的生命、财产和人类生活环境。一般, 暴露在干旱危险区概率较高及自身适应性较差和恢复能力较弱的承灾体, 其干旱灾害风险较大。干旱防灾能力是干旱灾害风险中的主观作用力, 是人类主动干预干旱灾害能力的表现。相比较而言, 干旱承灾体和孕灾环境是干旱灾害风险中相对比较被动和稳定的因素, 干旱防灾能力是干旱灾害风险中相对比较主动和活跃的因素, 而干旱致灾因子虽然是受自然因子变化控制的被动因素, 但却是十分活跃和波动性很强的因素。

如图2所示, 干旱致灾因子、干旱承灾体、干旱孕灾环境和干旱防灾能力等影响干旱灾害风险性的四种主要因素可以分别由干旱灾害致灾因子危险性、承灾体的暴露度和脆弱性、孕灾环境的敏感性和防灾能力的可靠性等来表征和度量, 其中干旱致灾因子危险性与气象干旱的发生频率、强度和持续时间有关；干旱承灾体暴露度与暴露在干旱危险区的生命和财产数量和时间有关, 干旱承灾体脆弱性与承灾体自身的耐旱性和恢复力有关；孕灾环境敏感性与干旱危险区的植被状况、地理条件、土壤性质和水文环境有关；干旱防灾能力可靠性则与干旱危险区的抗旱资金投入、抗旱防旱技术水平、公众教育水平和社会对干旱的关注度等有关。

图2

Fig.2

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	图2 干旱灾害风险要素之间的关系及其受气候变暖的影响Fig.2 The relation between the factors of the drought disaster risk and the effect of climate warming on them

然而, 干旱灾害风险影响要素之间并不是独立的, 它们之间存在一定程度的相互作用关系, 并且它们还会不同程度受到气候变暖的作用。所以, 干旱气象灾害风险的形成过程其实是一个比较复杂的过程。图2表明, 干旱致灾因子即气象干旱的频率和强度能够在一定程度上影响干旱灾害承灾体、孕灾环境和防灾能力, 导致承灾体和孕灾环境发生变异和防灾能力发生改变。一般而言, 随着干旱频率和程度加重, 干旱承灾体会更脆弱, 孕灾环境会更敏感, 而防灾能力会有所提高。不仅如此, 气候变暖也会影响到干旱灾害风险性的四种主要因素, 而且影响程度在不断加剧。总体来看, 气候变暖会使气象干旱更加频发和加重, 使承灾体的暴露度和脆弱性增加, 使孕灾环境的敏感性加大, 这些都会增强干旱灾害的风险性。不过, 气候变暖可能会在一定程度上通过影响社会对干旱的关注程度来间接提高干旱防灾能力, 从而对干旱灾害风险性起到一定抑制作用。

即使我们对影响干旱灾害风险性的因素有了比较清楚的认识, 但要科学、准确、及时地评估干旱灾害风险仍然是件不容易的事情。从图3给出的气候变暖背景下干旱灾害风险分析评估技术流程图可以看出, 干旱灾害风险评估不仅需要依赖3S技术, 而且还要用到气象、水文、农业、生态及干旱灾情和社会经济数据等多种资料, 尤其要获得比较可靠的干旱灾情和社会经济数据是比较困难的。并且, 我们在开展干旱灾害风险评估前, 还必须充分了解干旱变化趋势和突变特征及气候变暖的规律等前提条件。

图3

Fig 3

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	图3 气候变暖背景下干旱灾害风险分析评估技术流程Fig 3 The flow chart of drought disaster risk analyses and assessment under climate warming background

在此基础上, 我们需要用多种先进的分析方法或模型来综合分析干旱致灾因子危险性、干旱承灾体脆弱性（暴露度）、干旱孕灾环境敏感性和干旱防灾能力可靠性的特征, 从而确定出干旱危险性阈值及脆弱性（暴露度）、敏感性和防灾可靠性指标。并通过对各种因子物理机制及影响规律的认识, 建立估算干旱危险性、承灾体脆弱性（暴露度）、孕灾环境敏感性和防灾能力可靠性的物理模型, 模型不仅要反映内在固有因素的作用, 还要包含气候变暖和人类活动等外强迫因素的影响。然后, 再根据四种主要因素的贡献和作用特征, 进一步构建干旱灾害风险性模型。这部分是干旱灾害风险评估的关键技术环节, 也是科学问题最突出的部分。

建立了干旱灾害风险评估模型之后, 进而分析干旱灾害风险性的空间分布特征及变化规律和发展趋势。

在气候变暖背景下, 由于自然环境时刻发生着变化, 干旱灾害风险的最大特点就是动态性和空间格局的不稳定性, 这需要对干旱灾害风险的各种因素及时进行动态分析和科学调控。正是由于气候变化和人类活动造成了干旱灾害风险的动态性, 干旱灾害风险性中反映气候变化和人类活动影响的“风险系数”贡献会比较突出^{[35, 36]}, 并与其本身变化趋势相互影响, 使干旱脆弱区的固有弱点进一步暴露出来。

干旱灾害风险评估的重要性在于可以对干旱灾害及早进行风险预警, 并科学指导个体、社会和政府采取针对性的应对措施, 以实现通过干旱灾害风险管理更加有效减缓干旱灾害影响的目的。按照UNISDR2009版“减轻灾害风险术语”的定义, 干旱灾害风险管理(DRM)实际上是一个包括行政指导和组织机构作用的发挥、干旱防御政策、策略和措施的实施及干旱灾害应对能力的提高等在内的系统化过程, 也是通过预防、减缓和防备等行为和措施避免、减少或转移干旱灾害不利影响的综合实践行为。其核心在于以经济和社会效益最大化为基本原则, 对干旱灾害进行科学有效地分类防御。对风险性程度一般的干旱, 可以采取干旱灾害损失保险、抗旱技术应用、公众干旱防范意识提高、饮食结构多元化及社会救济制度建立等日常性措施, 并直接纳入农业制度之中, 由个体农户和家庭的常规策略来应对。对干旱的高风险区, 则需要采取风险管理和危机管理相结合的方式, 启动各级地方政府或国家干旱灾害防御预案, 动用社会和国家力量来帮助高风险地区防御干旱灾害, 由公共风险防御方式来处理。对风险性超出预警能力的意外性严重干旱, 则需要采取应急性危机管理模式, 临时启动地方政府甚至国家或国际救援机制, 调动社会、国家和国际资源来共同救援干旱灾害地区, 一般要以社会和国家为应对主体。

干旱灾害危机管理主要着重于灾害发生时的应急救援或灾后的恢复与重建, 而旱灾风险管理则应该强调从准备、预测和早期预警到应对和恢复等干旱灾害防御全程的重视。当前, 应该将干旱灾害风险管理主流理念融入到干旱灾害防御规划和实践活动中, 加强地方、国家、区域和全球的合作, 提高公众对干旱的认识和防备能力, 制定抗旱政策和策略, 并将政府和个人综合保险及财政战略纳入干旱灾害防御计划, 建立干旱灾害紧急救助机制和安全联络网。尤其, 要将抗旱救灾与防备和适应相结合, 推行保护和修复森林等具有增强干旱适应性潜力和减缓干旱不利影响的土地管理行为；要将抗旱政策与可持续发展政策相结合, 降低社会、经济和环境对干旱影响的敏感性；并且由于环境条件不断变化, 应对干旱灾害风险进行持续的和动态化的管理。

干旱灾害风险管理的目标不仅要使干旱灾害风险的总成本对整个国家或大多数人来说是最小的, 而且还应该对不同社会角色均具有激励性, 引导全社会采取整体利益最大化和经济最优化的抗旱措施^{[ 37, 38, 39, 40]}。不恰当的干旱风险管理要么只对某些社会成员具有激励性, 而违背了社会共同利益, 社会成员往往采取高风险行为方式, 让政府或社会承担其冒险行为的后果；要么, 由于没有干旱灾害风险分担机制, 每个社会成员都过于谨慎以避免干旱风险, 生产方式缺少创新精神和创造力, 从而导致总体收益降低。

随着人类抗旱经验的积累和抗旱技术的发展, 已经可以在很大程度上通过采取有效的措施来应对或适应干旱, 以达到预防和减轻干旱灾害的目的。目前, 防御干旱灾害的主要措施有：①实施干旱灾害风险管理, 有效降低干旱灾害风险。干旱灾害风险管理在干旱发生前就已进行预测、早期警报、准备、预防等工作, 对降低随后而来的干旱影响更加有效。②建立科学有效的干旱指数, 定量监测干旱灾害的范围和程度, 及时开展针对性的应对行动。虽然目前还没有哪个单一干旱指数能够十分令人满意地监测干旱强度和危害, 但我们至少能够知道在哪种情况下那种干旱指数比其他干旱指数更适合。例如, Palmer干旱指数适用于地形一致的大平原地区, 而在多山地区则需要与地表水供应指数相结合才会有效。 ③发展干旱预测和评估方法, 准确预测干旱发生的时间和地点, 客观评估干旱的影响程度, 采取恰当的干旱灾害预防措施。应该对干旱进行旬、月、季、年和年代等不同时间区间的预测, 并与干旱监测预警无缝隙衔接。④构建国家统一的干旱灾害综合信息系统, 提高对干旱灾害的反应速度和统一行动能力。该系统能够充分集中全国监测、预报、灾情和其他数据信息资源, 对干旱灾害进行综合预测、追踪、评估和应对, 并开展针对干旱灾害的国民教育和网络互动。⑤加强水利工程建设, 科学调配水资源。可以通过建库蓄水, 对水资源实现时间调控；通过跨流域调水, 对水资源实现空间调配；通过地下水开发, 对水资源实现结构调整, 将近期不能直接利用的地下水转化为可以直接使用的地表水。⑥开展人工增雨和露水收集工程, 科学开发空中云水资源。大气中的云水资源只有小部分被转化为降水或露水, 可以通过开展人工增雨和露水收集工程, 提高大气中云水转化为降水和露水的比例, 从而增加可利用水资源总量。⑦发展新的灌溉和耕作技术, 提高水资源利用效率。可以通过发展喷灌、滴灌、覆膜、沟垄、套种及控制播种等技术措施^{[ 8]}, 有效提高水资源的利用效率, 甚至可以将无效水资源转化为有效水资源。⑧开发生物抗旱技术, 增强对干旱灾害的适应能力。培育能够在极端干旱条件下存活并生长的转基因植物, 提高作物或生态植被的抗旱能力。科学家已经研究出缓慢枯萎性的高级大豆品种, 其在干旱条件下比传统品种产量高141—282L。⑨完善以客观评估干旱灾损为依据的干旱灾害救援制度。该制度既对受灾地区恢复生产和稳定生活起到实质性的保障和机理作用, 又对利用制度漏洞或技术缺陷骗取国家救灾物质和资金的行为起到限制作用。

风险控制是应对和防御干旱灾害的重要措施。可以通过实施干旱灾害风险管理, 采取干旱风险评估、缓解、转移、分担和应急准备等一系列措施^{[ 41]}, 减少脆弱性, 提高适应能力, 有效控制干旱风险, 实现对干旱灾害管理从被动向主动、从救灾向防灾、从临时应急向全程防御的系统转变。针对干旱灾害风险形成的特点, 干旱灾害风险控制有如下主要策略和步骤：①制定科学合理的干旱灾害风险管理规划, 保证风险管理政策的有效性和执行力及财务预算的早期响应能力。 比如, 成立由具有政治影响力单位牵头的、由部委、民间团体及利益相关单位组成的干旱防御联盟, 并建立相应的制度和机制确保其持续性和运行效果。②建立干旱灾害风险分析与评估系统, 提高对干旱灾害风险的早期预警水平, 为采取针对性的防御措施提供科学依据。③有效影响干旱致灾因子。通过增强人工增雨能力和提高露水利用水平, 减少气象干旱的频率和强度, 从而降低干旱危险程度。④综合提高干旱承灾体的抗旱机能。通过开发抗旱植物品种, 提高对干旱的适应性；通过实施产业多样化战略, 减少社会经济的干旱脆弱性；通过退耕或移民工程等措施减少干旱承灾体的暴露度；通过改变作物生长期缩短干旱承灾体的暴露时间。⑤科学改善干旱孕灾环境的条件。通过改善生态环境, 降低无效蒸散量, 提高水分涵养能力；通过改进水文条件, 增强水资源综合保障能力；通过改进土壤条件, 提高土壤保墒能力。这些方面都能够有效降低干旱孕灾环境的敏感性。⑥多方面增强干旱防灾能力。可以通过提高政府和社会重视程度、加强干旱减灾防灾技术开发、加大抗旱工程建设、提高公众抗旱科学素养等多方面措施来提高干旱防灾水平。⑦建立干旱灾害风险共担和转移制度。干旱灾害风险共担制度可以降低个体的干旱灾害风险性, 干旱灾害风险转移制度可以降低短期的干旱灾害风险性, 从而提高全社会整体对干旱灾害风险的承担能力。