近日，水建学院流域水文模拟与水旱灾害防治学科团队粟晓玲教授指导青年教师武连洲、博士研究生张特、吴海江在复合气候极端事件监测和风险评估以及水文干旱模拟预警方面取得新进展，课题组系列研究成果分别以“Compound climate extremes over the globe during 1951–2021: Changes in risk and driving factors”、“Identification of dynamic drought propagation from a nonstationary perspective and its application to drought warnings”、“ Challenges of Typical Inter-basin Water Transfer Projects in China: Anticipated Impacts of Climate Change on Streamflow and Hydrological Drought under CMIP6”为题发表于《Journal of Hydrology》。
图1. 2050~2099年暖季预估高温干旱复合极端事件和高温湿涝复合极端事件的发生频率（AGU Newsroom网页宣传报道图片）
复合气候事件的可靠监测是理解其形成机制和减少其不利影响的先决条件之一。发表于《Journal of Hydrology》的研究工作通过使用1951~2021年CRU逐月的降水和温度观测数据，在计算BDHI和BPHI时基于阈值0将标准化降水指数SPI序列和标准化温度指数STI序列划分为不同的组合子序列，以便可以充分地考虑各子序列之间的相关性（即相依性悖论）。通过对比现有的复合事件指数在监测2016年和2021年暖季的复合气候事件发现，标准化复合事件指数SCEI和标准化干热事件指数SDHI分别高估和低估了这两个典型年份高温干旱复合事件的严重程度（如欧洲和非洲南部），而BDHI可以更好地捕捉到全球高温干旱复合事件的空间分布情况。同样地，BPHI可以很好地表征全球高温湿涝复合事件的严重程度，如2021年暖季美国东部、欧洲西部和亚洲东部的高温湿涝复合事件。该研究可为复合气候极端事件的可靠监测以及风险规避等提供有价值的参考，同时也强调了决策者和利益相关者需要制定更有力的适应策略以减轻复合气候极端加剧的风险。
图2. 不同概率情景下预警阈值的欧氏距离(a)及ROC曲线(b)
气候变化和人类活动改变了天然水循环特征，导致干旱传递过程表现出非一致性，以往的理论方法难以满足变化环境下精确干旱预警的需求。针对干旱传递非一致性及预警阈值确定的主观性问题，发表于《Journal of Hydrology》的研究工作将大气涛动指数和人类活动指数作为协变量，基于GAMLSS模型和时变Copula建立了气象干旱和水文干旱指数间的非平稳联合分布，并通过ROC曲线优选了不同概率水平下的干旱预警阈值。研究结果表明，1934~2012年黄河流域上游的耐旱能力在水库供水期和蓄水期分别呈上升和下降趋势。20%的条件概率为确定预警阈值的最优标准（图2a）。非平稳框架下的预警阈值的命中率提升至88%，误报率降低至24%，提供了更准确的干旱预警结果（图2b）。该研究可为变化环境下的干旱传递和干旱预警提供理论依据，同时也强调了将水文过程的非一致性纳入水文学相关理论方法的必要性。
图3. 水源区及受水区水文干旱频率变化
跨流域调水工程对缺水地区的经济发展至关重要，然而变化环境下水量减少和频繁的干旱会不同程度影响工程运行。发表于《Journal of Hydrology》的研究基于CMIP6数据、水文模型、标准化径流指数，系统分析了陕西省引汉济渭工程未来的径流和水文干旱变化规律，并进一步揭示了空间复合水文干旱的响应特征。结果表明，在SSP245和SSP585情景下受水区和水源区年均径流呈现减小趋势，减幅约3.0~8.1亿m³；在SSP585情景下，受水区和水源区的水文干旱频率都可能增加，特别是在夏季（图3）。受气候变化影响，受水区水文干旱事件历时、烈度和峰度预计会加剧，而水源区所受影响相对较小。除4月份外，其他月份发生空间复合型水文干旱频率预计上升。研究为变化环境下引汉济渭工程适应性管理政策制定奠定了基础。
以上研究得到了国家自然科学基金项目（52079111、51879222和52109035）和水利部重大科技项目（SKS-2022018）的资助。
论文原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.130387
编辑：张晴
终审：徐海
