1961-2022年中国大陆干湿急转事件动态特征研究：基于日尺度土壤湿度与降水融合的新型识别方法

针对传统干湿急转(DWAA)研究过度依赖月尺度降水数据、忽视土壤湿度整合导致农业区预测精度不足的问题，中国科学院团队创新性融合日尺度土壤湿度(SSMI)与降水(SWAP)数据，揭示了中国八大分区DWAA事件的时空异质性特征及大气环流驱动机制。研究发现南方地区事件频率最高(24.8次/站)，夏季占比达35.5%，并识别出AMO指数与事件频率显著相关(r=0.64)，为极端水文事件预警提供了新方法。

　　

在全球气候变化背景下，干湿急转(DWAA)事件作为一种"先旱后涝"的复合型极端气候现象，正对农业生产、水资源管理和社会经济稳定构成日益严峻的挑战。传统研究存在两大瓶颈：一是过度依赖月尺度降水指标，难以捕捉单月内发生的快速转变；二是忽视土壤湿度这一直接反映陆地干湿状态的关键参数。特别是在季风气候主导的中国，这种局限性导致农业区和生态脆弱区的预测存在显著偏差。

为突破这些限制，中国科学院团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表研究，创新性地将日尺度土壤湿度(Standardized Soil Moisture Index, SSMI)与降水数据(Standardized Weighted Average of Precipitation, SWAP)相融合，构建了新的DWAA识别体系。研究整合1961-2022年间2474个气象站点观测与ERA5再分析数据，系统揭示了中国大陆DWAA事件的时空演变规律及其大气驱动机制。

关键技术方法
研究采用多源数据融合策略：1)基于站点降水与ERA5-Land土壤湿度(0-7cm)数据，分别构建SSMI和SWAP指数；2)定义DWAA事件需满足干旱期SSMI<-0.5持续≥15天，湿润期SWAP>0.5持续≥5天，且转换间隔<5天；3)通过Pettitt突变点检验分析时序特征；4)采用合成分析法解析500hPa位势高度场和850hPa水汽通量等大气环流要素；5)运用滑动窗口相关分析气候指数(AMO/AO/PDO等)与DWAA的关联性。

主要研究结果

3.1 中国大陆DWAA空间分布特征
空间分析显示DWAA呈现显著区域异质性：北方(N)、中部(C)和南方(S)地区事件频率最高(>28次)，其中S区站均频率达24.8次；而西部干旱区(WAS)和青藏高原(QT)频率最低(7.8-8.6次)。强度特征则呈反向格局，东北(NE)和东部干旱区(EA)强度值最高(2.807-2.811)，可能与这些地区更极端的干湿对比有关。值得注意的是，S区事件持续时间最长(52.8天)，而西南(SW)区转变速率最快(0.221)，反映不同区域的水文响应机制存在本质差异。

3.2 DWAA时间变化趋势
62年时序分析揭示三大显著趋势：1)频率以0.002次/站/年(p<0.001)递增，2004年后增速加剧；2)强度每十年增加0.035(p<0.001)，1995年发生突变；3)持续时间延长0.07天/年(p<0.05)。季节尺度上，夏季事件占比高达35.5%，冬季仅16.7%，但冬季的强度增长趋势最显著(斜率0.0056)，暗示寒冷季节的水文极端化正在加速。

3.3 大气环流背景分析
以2021年5-6月典型事件为例，合成分析揭示三维大气重构：1)850hPa层中国大部位势高度降低26.9gpm，鄂霍次克海高压增强35.7gpm，形成1.53gpm/纬度的经向梯度；2)500hPa罗斯贝波在50°N附近产生127.6gpm的脊和-62.6gpm的槽；3)250hPa出现强度达135.3gpm的偶极子模态。水汽通量分析显示，湿润期南中国海至长江流域出现0.006-0.012kg/(m·s)的显著正异常，构成"旱区水汽输送走廊"。

3.4 气候指数关联性
滑动窗口相关表明：大西洋多年代际振荡(AMO)与频率呈最强正相关(r=0.64，18月窗口)，而太平洋年代际振荡(PDO)呈持续负相关。值得注意的是，3-6个月短时间窗口的相关性普遍较弱，说明DWAA更受年代际气候模态调控而非短期天气波动。

结论与意义
该研究通过创新方法体系首次揭示：1)中国DWAA存在"东频西强、南长北快"的空间分异；2)1990年代中期以来呈现"频次增多、强度增大、历时延长"三位一体增强趋势；3)大气环流三维重构与水汽输送路径转变是核心驱动机制。这些发现不仅为理解复合型水文极端事件提供了新视角，其研发的日尺度识别框架更可直接应用于农业干旱-洪涝早期预警系统。特别是揭示的AMO-DWAA遥相关关系，为跨半球气候预测提供了理论依据。未来需重点关注季风边缘区(N区)这类对环流变化高度敏感的区域，其DWAA风险可能在气候变暖背景下进一步放大。

研究也存在若干局限：ERA5土壤湿度在复杂地形区的准确性有待验证；站点分布西疏东密可能影响区域对比；对人为活动与自然变率的相对贡献仍需量化。这些为后续研究指明了方向——发展耦合气候模式与人类活动评估的预测模型，将是应对日益复杂的干湿急转挑战的关键路径。