温度是如何从因果关系上影响短期径流响应的？来自英国、中欧和澳大利亚1604个流域的证据

《Journal of Hydrology》：How does temperature causally influence short-term streamflow response? Evidence from 1604 catchments across the UK, Central Europe, and Australia

　　

Hossein Abbasizadeh|Petr Maca|Urmi Ninad|Martin Hanel

摘要

温度通过与降水量及水文过程的相互作用，成为影响径流的关键气候因素。目前对于温度对径流的影响研究主要集中于长期平均变化、降水量变化或极端事件方面，而其在较长历史记录中的短期因果效应仍不明确。本研究探讨了在1604个涵盖不同水文气候区域的流域中，温度在几天内的即时因果效应。我们利用PCMCIplus因果发现算法，分析了来自中欧、英国和澳大利亚的大规模流域的30年（1985–2015年）每日温度、降水量和径流数据。为量化温度对径流的非线性因果效应，我们采用了最优调整集方法。该方法识别出了25种温度对应的径流响应类型（Q$$T），并将其分为8个主要类别。研究结果显示，即便由不同机制驱动，不同柯本-盖格气候区域也可能会出现相似的Q$$T响应模式。此外，在各个气候区域内也存在显著的空间异质性，这体现了在流域尺度上温度、降水量和径流之间复杂的因果关系。土壤导电性、雪的比例以及地形特征是影响Q$$T变化的主要因素。主要位于中欧、海拔较高且雪比例较大的流域，往往会对气温上升呈现正面的径流响应，这是因为融雪和水存储起到了重要的调控作用。温度对径流的影响在不同时间尺度上也存在差异。在滞后时间为0时，较高温度导致的径流减少现象（$$）更为明显，这说明蒸散作用和大气水分需求起了更强的调控作用；而在较长的滞后时间内，则是以与结冰相关的过程为主。相反，对气温上升的正面径流响应（$$）通常出现在较长的滞后时间内，这可能反映了融雪和流域水存储释放过程的延迟。不过，这类受滞后时间影响的特性在不同水文气候区域和流域条件下差异很大。热带流域在不同滞后时间下的有效温度最为稳定，而干旱、寒冷和温带流域则表现出更大的变异性。