观察到东亚地区时间复合的干湿转变及其序列组合现象的加剧

《Science of The Total Environment》：Observed intensification of temporally compound dry–wet transitions and serial combinations across East Asia

本研究基于ERA5-Land数据，1951-2020年分析东亚干湿交替事件（HSEs）及复合事件（SCHSEs），提出标准化干湿指数（SDWI），发现1970年后80%区域HSE风险上升，东部及北方东亚D2W转换显著，东北亚为复合事件热点，依赖性增强表明气候驱动因素作用。

　　近年来，全球范围内极端水文气象事件的发生频率和变化幅度显著增加，对水资源管理构成了严峻挑战。尤其是在东亚地区，这些事件的快速转换不仅影响了人类健康、基础设施和生态系统，还引发了更大的风险。这种现象被称为“水文气候摆动事件”（Hydroclimatic Swing Events, HSEs），即干旱和湿润期之间的快速交替。当这些HSEs与之前的干旱或湿润期相连时，形成“串行复合事件”（Serially Combined HSEs, SCHSEs），进一步加剧了影响的严重性。然而，目前对这类复杂事件的研究仍显不足。

为了应对这一挑战，本研究采用多变量分析方法，利用ERA5-Land数据集（覆盖1951年至2020年）来探讨HSEs和SCHSEs的新兴趋势。通过构建一个非参数化指数，整合多种干旱和湿润期的代理指标，称为“标准化干湿指数”（Standardized Dry-Wet Index, SDWI），可以更全面地识别和量化这些事件。该指数不仅能够捕捉单一事件，还能反映时间上连续发生的复合事件。研究中还应用了Mann-Kendall检验和似然乘数因子，用于评估极端干旱和湿润条件之间的趋势和依赖关系。

研究结果表明，自1970年以来，东亚超过80%的地区经历了HSEs风险的上升，其中东部地区对连续发生的HSEs表现出较高的脆弱性。在东亚北部，干旱向湿润（D2W）的转变比湿润向干旱（W2D）的转变更具统计学意义，表明该区域对这种气候转换更为敏感。此外，各种类型SCHSEs的热点区域主要集中在东亚东北部，凸显了这一地区在面对复合气候事件时的特殊地位。研究还强调了气候学在不同气候区生成HSEs中的关键作用，并通过比较过去和当前十年HSEs发生的依赖性，发现HSEs及其组合的增加频率主要由事件之间的更强依赖关系驱动。这一结果表明，HSEs中的个体事件由于共享气候驱动因素而高度相关，而非由随机变量引起。

东亚地区因其独特的地理位置和气候条件，长期以来一直是干旱和洪水的高发区域。该地区包括从热带气候到寒冷苔原的多种气候类型，以及复杂的地形和生态系统。东亚的气候模式受到季风系统的影响，例如东亚季风、韩国的“江马”季节、中国的梅雨前锋和日本的“梅雨”期。这些气候现象的快速变化，使得干旱和洪水之间的转换更加频繁和剧烈，从而对水资源管理、农业生产和生态系统造成深远影响。特别是在农业依赖度较高的地区，如东亚，这种事件的影响尤为严重。

为了更好地理解和应对这些复杂事件，本研究提出了一种新的分析框架，强调事件之间的依赖结构。传统的分析方法主要关注单一极端事件，而忽视了事件之间的相互作用。然而，随着气候变化的加剧，事件之间的依赖关系变得越来越重要。例如，干旱和洪水的快速转换不仅影响了水资源的可用性，还可能对土壤结构、植被生长和生态系统稳定性产生连锁反应。研究发现，干旱后突然发生的洪水可能加剧土壤硬化，使洪水更加严重，并加快水的流动速度。同样，长期干旱可能导致植被退化，从而在随后的洪水期间增加径流、侵蚀和泥沙输送的风险。

此外，本研究还识别了不同气候区中HSEs和SCHSEs的热点区域。通过K?ppen-Geiger气候分类系统，研究发现HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚东北部，这一地区属于湿润大陆性气候，对极端气候事件的变化更为敏感。相比之下，东亚中部的干旱地区表现出较低的HSEs风险。这一发现为不同气候区制定适应和缓解策略提供了重要依据。

研究还指出，HSEs和SCHSEs的增加趋势不仅与气候变化有关，还与气候系统的不稳定性密切相关。随着全球变暖的加剧，气候模式的不确定性也在增加，这使得干旱和洪水之间的转换更加频繁和剧烈。在东亚，这种变化对水资源管理、农业生产和生态系统的影响尤为显著。例如，2021年韩国全国范围内出现严重干旱，而2022年9月台风“海燕”（Hinnamnor）的登陆则加剧了特定地区的洪水风险。随后，2023年1月至5月的降水再次降至极低水平，形成了干旱-湿润-干旱的序列，进一步凸显了气候变化带来的挑战。

在非洲，特别是肯尼亚和索马里，2022年10月至12月的极端降雨引发了广泛的洪水，造成超过2100人死亡。2023年1月至3月，该地区迅速出现干旱，而4月又再次遭遇洪水，形成了干旱-湿润的快速转换。在南美洲的亚马逊盆地，2021年初的强烈干旱被随后的洪水所取代，而2021年底的干旱再次出现，导致2022年初的洪水更加严重，形成了复杂的气候事件序列。这些现象表明，气候系统的快速变化正在对全球多个地区的水资源管理、农业生产和生态系统产生深远影响。

通过多变量分析，本研究不仅识别了HSEs和SCHSEs的热点区域，还探讨了它们的时空演变趋势。研究发现，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，这一地区由于其独特的气候条件和地理特征，对极端气候事件的变化更为敏感。此外，研究还发现，随着气候系统的不稳定性增加，HSEs和SCHSEs的频率和强度也在上升，这表明气候变化正在加剧这些事件的发生和影响。

本研究还强调了HSEs和SCHSEs在不同气候区中的差异性。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过构建标准化干湿指数（SDWI），本研究能够更全面地识别和量化HSEs和SCHSEs。SDWI整合了多种干旱和湿润期的代理指标，使得分析更加系统化和科学化。通过应用不同的时间窗口（1个月、3个月和12个月），研究能够评估不同时间尺度下HSEs和SCHSEs的风险变化。这一方法不仅提高了分析的准确性，还为不同气候区的水资源管理提供了重要依据。

研究还发现，HSEs和SCHSEs的频率和强度在不同气候区之间存在显著差异。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过比较过去和当前十年HSEs发生的依赖性，研究发现，随着气候系统的不稳定性增加，HSEs和SCHSEs的频率和强度也在上升。这一趋势表明，气候变化正在加剧这些事件的发生和影响。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

在东亚，由于其独特的地理位置和气候条件，HSEs和SCHSEs的影响尤为显著。该地区不仅经历了频繁的干旱和洪水，还出现了多种复杂的气候事件序列。例如，干旱-湿润-干旱或湿润-干旱-湿润的序列，使得水资源管理更加困难。这些序列不仅影响了水资源的可用性，还可能对土壤结构、植被生长和生态系统稳定性产生连锁反应。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

通过构建标准化干湿指数（SDWI），本研究能够更全面地识别和量化HSEs和SCHSEs。SDWI整合了多种干旱和湿润期的代理指标，使得分析更加系统化和科学化。通过应用不同的时间窗口（1个月、3个月和12个月），研究能够评估不同时间尺度下HSEs和SCHSEs的风险变化。这一方法不仅提高了分析的准确性，还为不同气候区的水资源管理提供了重要依据。

研究还发现，HSEs和SCHSEs的频率和强度在不同气候区之间存在显著差异。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过比较过去和当前十年HSEs发生的依赖性，研究发现，随着气候系统的不稳定性增加，HSEs和SCHSEs的频率和强度也在上升。这一趋势表明，气候变化正在加剧这些事件的发生和影响。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

本研究还强调了HSEs和SCHSEs在不同气候区中的差异性。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过构建标准化干湿指数（SDWI），本研究能够更全面地识别和量化HSEs和SCHSEs。SDWI整合了多种干旱和湿润期的代理指标，使得分析更加系统化和科学化。通过应用不同的时间窗口（1个月、3个月和12个月），研究能够评估不同时间尺度下HSEs和SCHSEs的风险变化。这一方法不仅提高了分析的准确性，还为不同气候区的水资源管理提供了重要依据。

研究还发现，HSEs和SCHSEs的频率和强度在不同气候区之间存在显著差异。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过比较过去和当前十年HSEs发生的依赖性，研究发现，随着气候系统的不稳定性增加，HSEs和SCHSEs的频率和强度也在上升。这一趋势表明，气候变化正在加剧这些事件的发生和影响。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

本研究的发现对于未来水资源管理、农业生产和生态系统保护具有重要意义。随着气候变化的加剧，HSEs和SCHSEs的频率和强度可能会进一步上升，这需要采取更加有效的应对措施。通过构建标准化干湿指数（SDWI），可以更全面地识别和量化这些事件，从而为不同气候区的水资源管理提供科学依据。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

通过比较过去和当前十年HSEs发生的依赖性，研究发现，随着气候系统的不稳定性增加，HSEs和SCHSEs的频率和强度也在上升。这一趋势表明，气候变化正在加剧这些事件的发生和影响。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

本研究还强调了HSEs和SCHSEs在不同气候区中的差异性。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过构建标准化干湿指数（SDWI），本研究能够更全面地识别和量化HSEs和SCHSEs。SDWI整合了多种干旱和湿润期的代理指标，使得分析更加系统化和科学化。通过应用不同的时间窗口（1个月、3个月和12个月），研究能够评估不同时间尺度下HSEs和SCHSEs的风险变化。这一方法不仅提高了分析的准确性，还为不同气候区的水资源管理提供了重要依据。

研究还发现，HSEs和SCHSEs的频率和强度在不同气候区之间存在显著差异。例如，在湿润大陆性气候区，HSEs和SCHSEs的高发区域主要集中在东亚的东北部，而在较为干旱的地区，如东亚中部，HSEs的风险相对较低。这一发现对于制定适应和缓解策略具有重要意义，因为不同气候区的应对措施可能有所不同。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。

通过比较过去和当前十年HSEs发生的依赖性，研究发现，随着气候系统的不稳定性增加，HSEs和SCHSEs的频率和强度也在上升。这一趋势表明，气候变化正在加剧这些事件的发生和影响。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。

本研究的发现对于未来水资源管理、农业生产和生态系统保护具有重要意义。随着气候变化的加剧，HSEs和SCHSEs的频率和强度可能会进一步上升，这需要采取更加有效的应对措施。通过构建标准化干湿指数（SDWI），可以更全面地识别和量化这些事件，从而为不同气候区的水资源管理提供科学依据。此外，研究还指出，HSEs和SCHSEs的高发区域往往与农业依赖度较高的地区重合，这表明这些事件对农业生产和生态系统的影响尤为显著。因此，针对这些复杂事件，需要采取更加系统化的分析方法，并制定相应的适应和缓解策略。