前言

干旱以它冷酷无情的本质摧残着人类文明的进步和发展，造成的严重后果并未因如今科学技术的发达而减弱，相反有着变本加厉的趋势。20世纪90年代以来，我国北方干旱化造成的直接经济损失每年在1000亿元以上。据不完全统计，自2009年9月至2010年3月，仅我国西南五省爆发的大规模干旱造成的直接经济损失就高达185亿元。干旱和旱灾从古至今都是人类面临的主要自然灾害。农业极易受干旱的影响，我国农田受旱灾面积占农田总受灾面积的60%，平均每年受旱面积0.215亿hm ² 左右，损失粮食100亿～150亿kg。不仅农业受灾，严重干旱还会对工业生产、城市供水和生态环境产生影响。

本书在收集新疆地区多站点水文、气象、社会、经济及相关数据的基础上，分别计算了多种气象和水文干旱指标，全面分析对比了不同干旱指标的时空变化规律。依据降水和径流特征提取相关干旱变量，采用不同的Copulas函数分析新疆地区气象和水文干旱的多变量频率特征。

本书首先系统对比和总结了干旱指标、干旱预测方法干旱频率分析及气候变化影响等方面的国内外研究现状，其次采用多种干旱指标研究了气象和水文干旱的时空分布规律，探讨了气候变化对干旱严重程度的影响，基于Archimedean Copulas函数进行了多变量干旱频率的时空分析，并采用多维粒子群优化算法和模糊时间序列模型进行了干旱预测。基于上述方法的研究获得了一系列成果。虽然全书涉及与干旱研究相关的不同方面内容，但由于干旱的发生、发展及时空演变规律本身比较复杂，受到大气环流过程、地理、气候、地貌等多因素的影响，因此本书的内容并不全面。

本研究得到了国家重点研发计划（2019YFA0606902）、国家自然科学基金面上项目（52079114）和国家自然科学基金新疆联合基金（U1203182）“气候变化对玛纳斯河流域水文干旱的影响”的资助。硕士研究生李计、邵进、博士研究生陈新国曾先后进行了数据分析和绘图等工作，团队的姚宁博士、陈琼博士、刘峰贵教授和冯浩研究员也为不同章节的撰写和修改做出了重要贡献。中国水利水电出版社的李忠良编辑对书籍的结构、内容、图表等提出了修改建议。全书的统筹规划、章节安排、内容整合、图表和文字编辑、出版等事宜由李毅全面负责。在近年的研究过程中得到了诸多同行专家的支持和帮助，在此表示诚挚的谢意！

本书共分为6章，其中各章内容及分工如下：

第1章：绪论。主要阐述了研究背景，对目前涉及干旱定义、干旱指标及其时空变化和预测的国内外研究进展进行了全面评述，并提出目前关于干旱时空变化及预测研究方面的主要问题。主要完成人是李毅、姚宁、李计、邵进、周牡丹、陈新国、陈琼、刘峰贵、冯浩。

第2章：首先介绍了新疆地区概况，并分析了气候变化对干旱指标中常用的参数参考作物腾发量的影响，在此基础上估算了不同时间尺度下多种干旱指标，研究了气象和水文干旱指标在新疆不同地区的时空变化规律。主要完成人是李毅、姚宁、陈新国、周牡丹、彭灵灵、陈琼、冯浩。

第3章：基于去趋势气象要素和PCA方法重构气象要素，分析了气候变化对干旱严重度的影响。主要完成人是李毅、姚宁、陈新国、冯浩。

第4章：基于多种Archimedean Copulas函数，研究了干旱特征变量的边缘分布模型，并进行了多变量干旱频率时空分析。主要完成人是李计、李毅。

第5章：采用基于粒子群优化算法的模糊C-均值聚类算法构建模糊时间序列新模型，并进行了应用实例分析。主要完成人是邵进、李毅、陈琼。

第6章：对全书的成果进行了总结，并提出了今后研究的主要建议。由李毅、姚宁、陈新国、刘峰贵完成。

热忱欢迎读者们对干旱相关的研究问题与研究组进行各种方式的交流。由于时间和精力有限，本书错误之处在所难免，敬请谅解。

作者
2020年10月