《高处无援：美国东南部法国宽河长达约300年的极端水文记录》

《Journal of the Indian Chemical Society》：High and dry: A ～300-year record of hydrologic extremes from the French Broad River in the southeastern U.S.

长期水文极端事件分析揭示法国堡河流域洪水频率和规模自19世纪以来下降，而干旱严重性在过去百年中增加。通过沉积物与树木年轮数据重建，结合贝叶斯频率模型，发现极端洪水与干旱受ENSO和NAO振荡驱动，且历史最大洪水（1791年）远超近年记录。研究强调需纳入古洪水数据以提高风险评估精度。

　　在这项研究中，科学家们对美国东南部法语宽河流域（French Broad River Basin）的极端水文事件进行了深入分析，包括洪水和干旱。研究团队结合了河流水文数据与基于树轮的古洪水数据，同时还利用了仪器记录的现代水文数据，以揭示该地区长期的极端水文事件变化趋势。法语宽河流域位于美国东南部，是一个气候条件多变的区域，受到多种气象和气候现象的影响，如厄尔尼诺南方涛动（ENSO）、大西洋副热带高压（Bermuda High）以及热带气旋（如飓风）等。这些因素共同作用，使得该流域在不同季节和不同时间尺度上都可能出现极端水文事件。

### 极端水文事件的定义与研究意义

极端洪水通常指那些具有较低年超期概率（Annual Exceedance Probability, AEP）的洪峰，如AEP小于或等于1%的洪水事件。而干旱则通常被定义为季节性降水不足导致的水资源短缺现象。研究团队在本研究中主要关注的是夏季干旱，而不是其他类型的干旱（如气象干旱或农业干旱）。通过将洪水和干旱的极端事件结合起来进行研究，有助于更全面地理解这些事件之间的相互作用及其对生态系统和社会的影响。

洪水和干旱虽然在形成机制上有所不同，但它们都对人类社会和生态环境产生重大影响。洪水可能导致严重的财产损失和人员伤亡，而干旱则可能影响农业生产、水资源供应和生态系统的健康。因此，了解这些极端水文事件的频率和强度变化，对于制定有效的水文管理策略和灾害预防措施至关重要。

### 洪水与干旱的长期变化趋势

研究发现，由于仪器记录的短期性，洪水和干旱在流速记录中往往被低估。通过结合古洪水数据和现代仪器数据，研究团队构建了一个跨越1734年至2024年的百年尺度的极端水文事件记录，这是美国东南部首个此类研究。数据显示，洪水和干旱的频率和强度在不同时间尺度上存在显著变化。

在1800年代之后，洪水的频率和强度有所下降，而干旱的严重性则在近一个世纪显著增加。这意味着，仅依赖现代仪器记录的洪水频率分析可能会低估洪水风险，尤其是在极端洪水事件较为罕见的情况下。同时，干旱和极端洪水都可能在年和十年的时间尺度上发生，这种模式可能预示着该地区未来可能出现频繁的极端水文事件序列。

### 洪水的形成机制

研究团队利用沉积物核心的粒径数据来重建过去的洪水事件。沉积物的粒径通常与洪水的强度有关，较大的粒径沉积通常意味着更高的流速。通过对沉积物核心进行分析，研究人员能够识别出多个洪水事件，并估计其历史流速。结果显示，1791年的洪水是该地区记录中最大的洪水之一，其年超期概率仅为0.0025，远低于2024年飓风“海伦”（Helene）引发的洪水的0.02年超期概率。

此外，研究还发现，极端洪水通常由罕见且强烈的气象事件引起，如强降水或极端气候条件。这些事件可能与厄尔尼诺现象或大西洋副热带高压的异常变化有关。例如，大西洋副热带高压的西移可能带来较为干燥的夏季，而东移则可能带来较为湿润的春季，这种季节性的降水变化可能导致极端洪水和干旱的交替出现。

### 干旱的识别与分析

为了识别干旱事件，研究团队利用了重建的夏季流速数据和现代仪器记录。通过设定阈值，他们能够确定干旱的持续时间和严重程度。研究发现，干旱的严重性在20世纪初显著增加，尤其是1909年之后的干旱事件更为频繁且强度更大。尽管夏季流速在近一个世纪总体呈现上升趋势，但干旱的严重性却在增强，这可能与大西洋副热带高压的长期增强有关。

### 气候驱动因素

研究还探讨了洪水和干旱的长期变化是否与气候模式有关。例如，厄尔尼诺现象和大西洋副热带高压的变化可能影响流域的降水模式，从而导致洪水和干旱的交替出现。此外，研究发现，洪水和干旱在不同时间尺度上存在显著的周期性变化，这与这些气候模式的长期变化相吻合。

### 研究方法与数据

为了重建极端洪水事件，研究团队在DT3A地点进行了沉积物核心采样，并结合了树轮数据、放射性同位素测年和光致发光测年等方法来确定沉积物层的年代。通过对沉积物粒径和年代数据的分析，他们能够识别出多个洪水事件，并估算其历史流速。此外，为了识别干旱事件，他们利用了重建的夏季流速数据和现代仪器记录，并通过统计方法分析了干旱的频率和严重性。

研究团队还使用了贝叶斯方法进行洪水频率分析，结合了仪器记录和古洪水数据，以提高洪水预测的准确性。这种方法有助于减少模型的不确定性，并提供更可靠的洪水设计流量。通过这种方法，研究人员发现，将古洪水数据纳入分析可以显著降低洪水频率模型的可信区间，从而提高对极端洪水风险的评估。

### 研究结果与讨论

研究结果显示，洪水和干旱在不同时间尺度上都存在显著的波动。特别是，1791年的洪水被认为是该地区历史上最严重的洪水之一，其年超期概率仅为0.0025，即每400年发生一次。相比之下，2024年的飓风“海伦”引发的洪水年超期概率为0.02，意味着每50年发生一次。这一发现表明，仅依赖现代仪器记录的洪水频率分析可能会低估洪水风险，尤其是在极端洪水事件较为罕见的情况下。

此外，研究还发现，洪水和干旱在时间上存在一定的关联性。例如，某些极端洪水事件可能紧接着干旱事件发生，这种模式可能与大西洋副热带高压的季节性迁移有关。研究还指出，极端洪水和干旱的频率和强度变化可能与全球气候变化有关，尤其是在过去几个世纪中，气候的波动性增加可能加剧了这些极端水文事件的发生。

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究取得了重要进展，但仍然存在一些局限性。例如，古洪水数据的分辨率可能较低，且受沉积物来源和沉积过程的影响，某些事件可能未能被准确识别。此外，由于数据量有限，直接归因于特定气候模式的极端水文事件仍存在一定困难。

为了克服这些局限性，未来的研究可以扩大数据范围，收集更多流域内的古洪水和干旱数据。同时，可以结合更多的气候模式和遥感数据，以提高对极端水文事件成因的解释能力。此外，研究团队还建议，未来的洪水频率分析应更多地纳入古洪水数据，以提高对极端洪水风险的评估精度。

### 研究的意义与应用

本研究的结果对洪水和干旱的管理具有重要的现实意义。首先，它揭示了洪水和干旱在时间上的交替出现模式，这对于制定长期的水文管理策略至关重要。其次，研究强调了古洪水数据在提高洪水频率模型精度方面的重要性，尤其是在仪器记录不足的地区。最后，研究还指出，极端水文事件的频率和强度变化可能与全球气候变化密切相关，因此，理解这些变化对于应对未来的水文挑战具有重要意义。

综上所述，本研究通过结合多种古水文数据和现代仪器数据，揭示了法语宽河流域在长期尺度上的极端水文事件变化趋势。研究结果不仅有助于理解该地区洪水和干旱的形成机制，也为未来的水文管理提供了重要的参考依据。