基于复杂网络的地表与根区土壤湿度干旱时空动态研究

《Journal of Hydro-environment Research》：Spatiotemporal dynamics of surface and rootzone soil moisture droughts

本文采用复杂网络（CN）框架，结合事件同步（ES）技术，系统分析了美国本土（CONUS）夏季地表（SSM）与根区（RZSM）土壤湿度干旱的传播路径与空间协同性，揭示了中西部作为干旱枢纽的关键作用及西向东的传播模式，为干旱预警与农业水资源管理提供了新视角。

　　

数据和方法

本研究使用国家气候评估-陆地数据同化系统（NCA-LDAS）数据集，该数据集提供了1979年至2016年美国本土每日网格化的降水、温度和土壤湿度（SM）记录。原始数据空间分辨率为0.125°×0.125°（约12公里），为降低计算成本并促进大规模网络和事件分析的高效并行处理，将其重采样至0.25°×0.25°分辨率。

美国本土土壤湿度干旱驱动因子的空间格局

我们分析了夏季（6月至8月）高峰期间影响美国本土土壤湿度干旱关键因子的空间分布，如图2所示。这些因子包括夏季降水和温度、地表与根区土壤湿度异常以及土壤质地。识别这些空间格局有助于理解影响土壤湿度干旱极端事件严重性和持续性的水文气候及土壤相关条件。

夏季降水在美国本土表现出显著的空间变异性...

讨论

本研究利用复杂网络框架考察了美国本土夏季地表（SSM）和根区（RZSM）土壤湿度干旱的空间格局与传播。通过事件同步（ES）构建了无向和有向网络，以捕捉土壤湿度干旱极端事件的共现性和时间序列。关键网络指标包括度中心性、中介中心性、特征向量中心性、平均同步距离和同配性...

结论与展望

本研究采用复杂网络框架探究了美国本土夏季地表（SSM）和根区（RZSM）土壤湿度干旱极端事件的时空动态。通过事件同步，我们构建了无向和有向网络，并评估了多种网络指标以识别干旱同步和传播的区域热点。中西部地区在两层土壤中均持续表现为土壤湿度干旱的主要枢纽，显示出较高的中心性值...