澳大利亚流域尺度降雨间歇性变化及其对水文极端事件的影响研究

本研究针对气候变化下澳大利亚降雨模式变化及其对水资源管理的挑战，通过分析1950-2022年467个水文参考站（HRS）流域的降雨数据，系统评估了降雨间歇性（包括干湿期持续时间、频率和强度）的时空变化趋势。研究发现，澳大利亚降雨间歇性显著增强，南部和东部流域干旱日数增加、湿期缩短，而北部流域呈现湿润化趋势。该研究揭示了降雨事件动态变化对洪水、干旱风险及水资源安全的影响，为气候适应策略提供了关键科学依据。

　　

气候变化正深刻影响着全球水循环过程，而澳大利亚作为全球水文变率最高的地区之一，其降雨模式的改变直接关系到洪水、干旱等极端事件的频率和强度。近年来，澳大利亚南部和东部地区频繁遭遇严重干旱，而北部却出现暴雨增多的现象，这种“干者愈干、湿者愈湿”的分化格局对水资源管理、农业灌溉及生态系统构成了严峻挑战。然而，现有研究多聚焦于固定时间尺度（如日或月降雨量），缺乏从事件尺度（event scale）系统揭示降雨间歇性（rainfall intermittency）变化的研究，尤其是干期（dry spell）和湿期（wet spell）的动态交互如何影响水文响应仍不明确。

为填补这一空白，墨尔本大学基础设施工程系的Steven Thomas、Conrad Wasko等研究人员在《Weather and Climate Extremes》发表论文，首次基于澳大利亚467个水文参考站（Hydrological Reference Stations, HRS）流域的日降雨数据（1950–2022），从流域尺度系统分析了降雨间歇性的时空变化特征。研究通过定义湿日阈值（≥1 mm）识别干湿期事件，并采用Mann-Kendall趋势检验与错误发现率（FDR）控制方法，评估了干湿期持续时间、频率、强度等关键指标的长期变化。

研究方法概要

研究利用澳大利亚水资源可用性计划（AWAP）的网格化日降雨数据，聚合至467个HRS流域尺度进行分析。通过设定湿日阈值（1 mm）识别连续干湿期事件，计算包括年均干日数（DDPY）、干湿期频次（DSPY/WSPY）、平均持续时间（MeDS/MeWS）、最大持续时间和降雨强度等指标。采用Sen’s斜率估算趋势幅度，并通过敏感性分析验证阈值选择、研究时段和自相关性对结果的稳健性。

3.1 气候背景空间分异

澳大利亚降雨间歇性特征呈现显著地域差异：沿海地区干日数较少，内陆干旱区干期最长；南部沿海干湿期频次较高，而西北部单次湿期持续时间最长。这种空间分异与区域气候驱动因子（如副热带高压、季风活动）密切相关。

3.2 间歇性变化全国趋势

全国尺度上，80%的流域湿期持续时间显著缩短（缩短10%–20%），55%的流域干日数增加，且干湿期频次同步上升，表明降雨间歇性整体增强。尽管南部和东部干旱化趋势明显，但干期长度未出现显著变化，暗示干旱化主要通过干期频次增加而非单次干旱延长实现。北部流域则表现为湿期延长、降雨强度增强的湿润化趋势。

3.3 区域特异性变化模式

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  南部与东部流域：冬季降雨减少主导干旱化，表现为湿期缩短、降雨事件更频繁但总量下降，与副热带高压增强导致的天气系统变化一致。
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  北部与西北部：夏季风增强带来更长湿期和更强降雨强度，热带气旋和西北云带活动增加是主要驱动因子。
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  湿热带地区：湿期缩短但频次和强度增加，可能与对流性降雨的“前端加载”效应有关。

3.4 季节性变化特征

季节性分析进一步揭示：西南部冬季干旱化最显著，而东部夏季对流降雨增加导致干湿期频次上升；北部湿润化趋势集中于春夏季节，与季风活动期吻合。

3.5 极端事件间隔变化

高于中位数长度的湿期间隔在南部流域显著延长，但高百分位（如99^th）极端湿期间隔无一致趋势，表明极端事件频率未普遍增加。干期间隔变化同样以中等长度事件为主，凸显日常水文条件变化对水资源管理的潜在影响大于极端事件本身。

讨论与意义

本研究通过并联分析干湿期动态，揭示了降雨间歇性增强对水文极端的双重影响：南部和东部更频繁的短时强降雨可能增加洪涝风险，但土壤干旱化会削弱径流响应；北部更长的湿期则可能加剧洪水威胁。这些变化通过改变土壤湿度前兆条件，进一步调制流域水文响应，例如干旱后突发洪水的“复合事件”风险上升。研究强调，未来水资源规划需结合事件尺度降雨动态，尤其关注中等强度干湿期变化对农业灌溉、水质和生态系统的影响。此外，降雨强度增加与湿期缩短的“矛盾”趋势（如湿热带地区）提示温度-降雨缩放关系（temperature-precipitation scaling）可能驱动了降雨事件结构的重组。

该成果为理解气候变化下水文极端事件的生成机制提供了新视角，并为区域适应性策略的制定奠定了科学基础。