由于人类活动导致的气候模式变化和变暖，全球干旱的频率、持续时间和强度都在增加。这些变化威胁到了水资源安全、粮食生产和自然生态系统的维护（Dhupper等人，2026年）。在区域和地方层面，气候变化加剧了干旱的影响，对水资源、农业生产和社会经济稳定性造成了压力，尤其是在半干旱景观和复杂地形流域中，脆弱性被放大（Safari等人，2025年）。干旱是一种水文气候极端事件，会造成严重的负面影响。例如，在半干旱和地形复杂的流域中，农业系统受到破坏，生态系统服务退化，社会经济不稳定加剧（Panda等人，2026年）。来自干旱易发地区的最新证据进一步表明，长期降水量不足和温度升高导致了西亚主要流域的严重水资源短缺和生计受到的严重影响（Ataei等人，2026年）。了解气象、水文和生态学不同领域中的干旱动态对于设计具有气候适应性的水资源管理和生态系统适应策略至关重要。
南里海盆地（SCB）从高山到沿海的梯度显著，降水量从阿尔博兹山脉的每年800毫米以上到内陆的不到250毫米不等，且广泛存在灌溉农业，这使得该地区具有水文气候异质性（Aghajanloo和Almalou，2024年）。区域水文气候条件取决于里海水分通量、西风和西伯利亚高压系统的相互作用（Klaho等人，2026年）。这些现象导致湿润-干燥周期在空间和时间尺度上的不同步。大规模的遥相关现象，如北大西洋涛动（NAO），影响南北方向的降水量分布（Klaho等人，2026年）。此外，沿海地下水缓冲作用、内陆补给延迟以及人类活动（如水坝调节和土地利用变化）也影响干旱的持续性。所有这些因素都导致了干旱的空间破碎性和时间不规律性（Zhang等人，2026年）。因此，SCB可以被视为一个由气象、水文和生态过程复杂相互关联的自然-人类系统（Hoseini等人，2025年）。最新证据表明，这种耦合系统中干旱压力的放大导致了南里海沿岸严重的生态后果，包括被指定为拉姆萨尔公约保护区的湿地生态系统的退化和部分崩溃，这是由于淡水流入减少、地下水枯竭和长期土壤水分不足所致（Dastigerdi等人，2026年）。尽管许多研究调查了伊朗和SCB地区的干旱变化，但导致气象干旱转化为水文和生态干旱的因素在空间和时间上仍不够清晰。先前的研究表明，在伊朗北部，气象干旱和农业干旱之间存在时间延迟（Klaho等人，2026年），并且降水量长期减少与气候变暖有关（Mohammadi等人，2025年）。此外，基于卫星的研究揭示了湿润的马赞德兰省和半干旱的戈勒斯坦省之间在干旱暴露和植被响应方面的显著差异（Jahanbakhsh和Akhoondzadeh，2025年），表明该地区存在明显的气候和生态梯度。这些梯度加剧了沿海湿地和低地生态系统对持续干旱条件的脆弱性，加速了水文恢复能力有限的地区的生态退化（Dragomir和Florescu，2024年）。然而，大气异常如何影响土壤水分动态和蒸散作用，进而影响水文和生态干旱的具体机制仍不清楚。大多数现有的干旱评估研究依赖于单独的干旱指标，这些指标通常独立应用或基于低分辨率数据集（例如≥0.5°），限制了它们表征子流域内空间变异性的能力。此外，地表和地下过程之间的相互作用尚未得到充分认识（Roshan等人，2024年）。已经记录了包括厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北大西洋涛动（NAO）和印度洋偶极子（IOD）在内的遥相关现象对区域水文气候变异性的影响（Safaei等人，2025年）；然而，它们对SCB流域尺度上干旱持续性和恢复的影响仍需系统评估。已经开发了多种干旱指数来考虑不同的水文气候方面。标准化降水量蒸散指数（SPEI）结合了降水量和温度驱动的蒸散作用，是衡量气象干旱的强有力指标（Panda等人，2026年）。标准化径流指数（SRI）基于水流变化指示水文干旱（Wang等人，2026年），归一化植被指数（NDVI）作为卫星衍生的植被健康代理指标（Meng等人，2026年）。然而，由于领域特定敏感性和延迟效应，这些指标之间的差异往往阻碍了跨领域的解释。因此，多指标整合是获得一致的全流域评估的唯一方法。
SCB的研究提高了对区域干旱变异性和其气候驱动因素的理解（例如，Dastigerdi等人，2026年）。然而，大多数研究受到以下限制：（i）缺乏一个综合框架来捕捉气象、水文和生态指标之间的同时和延迟相互作用；（ii）空间分辨率不足以表示子流域的异质性。这些限制阻碍了在流域层面理解干旱传播和建立有效的早期预警系统。
因此，主成分分析（PCA）是一种统计上严谨且物理上可解释的方法，可以整合各种干旱指标，突出主要的相关性模式，并减少冗余（Raziei等人，2025年）。与复杂的机器学习方法相比，PCA保持了过程的开放性，并允许结果随时间进行比较，这对于涵盖数十年的水文气候研究非常重要（He等人，2025年）。这一特性使其成为一个强大且可解释的工具，可用于建立主要干旱模式与大规模驱动因素（如遥相关、陆海反馈和地下水缓冲）之间的联系。我们的假设是，由于地形控制和地下水资源储存，水文和植被变化（土壤湿度、地下水和植被状况）滞后于大气变化，这调节了干旱影响的时间和程度。这种延迟响应在半干旱和山区已有记录，地形和土壤水分保持作用驱动了从气象干旱到水文干旱和生态干旱的异步进展（Zhang等人，2026年；Zhou等人，2026年）。这些延迟的大小及其空间变异性预计会影响干旱传播和生态系统恢复，从而影响SCB的早期预警和气候适应性规划。
本研究旨在（i）确定1985-2024年间SCB的主要时空干旱模式，（ii）通过PCA整合多领域干旱指标以得出干旱综合指数（CDI），（iii）量化连接气象、水文和生态领域的延迟传播机制。该研究解决了缺乏一个综合的、流域尺度的、对时间延迟敏感的框架来表征异质水文气候条件下干旱传播的问题。这是首次在SCB范围内进行的全流域多指标干旱动态评估。分析依赖于多十年的网格化气候数据集、基于径流的水文指标和卫星衍生的NDVI，结合延迟分析，以实现跨领域的一致比较。所提出的基于PCA的降维框架有助于识别主要的水文气候干旱成分，并支持干旱发生、持续性和恢复的空间明确表征。所提出的方法为将大气异常与地形复杂流域中的水文和生态干旱响应联系起来提供了可转移的基础。
