引言
城市内涝是全球城市面临的一个持久挑战，日益受到气候变化和城市化进程的加剧影响（Berndtsson et al., 2019, Huong and Pathirana, 2013）。如今，全球超过一半的人口居住在城市中（联合国人居署 [UN-Habitat], 2024），不透水表面覆盖率正在增加，随之而来的是洪水风险暴露度的增加。用不透水表面和快速排水的工程排水系统取代透水景观，减少了下渗，加速了径流，缩短了响应时间，并增加了流量和峰值流量（Fletcher et al., 2024, Fletcher et al., 2013, Leopold, 1968）。这些水文变化加剧了城市内涝风险，对基础设施、财产和公共安全构成重大威胁（Hallegatte et al., 2013, 联合国减灾署，2021）。
降水是城市径流产生的主要驱动因素，随着气候变暖正在发生显著变化（Masson-Delmotte et al., 2021, Sun et al., 2021）。大气变暖使大气持水能力每升温 1°C 增加约 7%，导致更强烈的极端降水事件（Trenberth et al., 2003）。因此，自 20 世纪 50 年代以来，大多数大陆地区的强降水事件（HPEs）（Armon et al., 2020）变得更加频繁和强烈（Masson-Delmotte et al., 2021），全球湿日降水量第 60 百分位以上（界定强降水和极强日降水）的日降水量有所增加（Markonis et al., 2019）。气候模型预测这种增强将持续（Giorgi et al., 2019, Wasko et al., 2021）。由此导致的极端降水增加预计将引发更严重的城市内涝事件（Hosseinzadehtalaei et al., 2021, Liu et al., 2023, Trenberth, 1999, Zhou et al., 2018）。
虽然预计气候变化会增加 HPEs 的频率和强度，但许多地区同时在年尺度和事件尺度上经历总降水量的减少（Alpert et al., 2002, Armon et al., 2022, Masson-Delmotte et al., 2021, Prein et al., 2017, Rinat et al., 2026, Wasko et al., 2021）。降水极端性增加与降水总量减少的这种组合，我们称之为“矛盾的降水趋势”，是本研究的重点。这一趋势对径流产生的一般影响以及对城市径流动力的具体影响尚不明确。更高的降水强度超过下渗能力并迅速填满可用的水储存（地表凹陷处的临时水滞留），加速了径流。相反，减少的降水总量使土壤变干并消耗事件之间及事件内部的水储存，增强了下渗能力和可用的水储存，从而抑制了径流产生（Rinat et al., 2026）。在城市中，这种抑制作用可能受到不透水表面的强烈制约（Miller and Hess, 2017）。然而，在存在透水表面的地方，对土壤湿度和水储存的敏感性依然存在（Hettiarachchi et al., 2019），并随城市形态和密度而变化。
北美（Hettiarachchi et al., 2018, Huq and Abdul-Aziz, 2021）、欧洲（Kaspersen et al., 2017, Laux et al., 2025）和亚洲（Zhou et al., 2018）的研究表明，气候变化和城市发展增加了洪水位深、径流量和人口暴露度（Kaspersen et al., 2017, Miller and Hutchins, 2017, Schreider et al., 2000）。然而，这些评估主要集中在降雨强度和总量的同时增加上，因此并未解决这些信号发生分歧的情况。例如，Hettiarachchi 等人（2018）研究了风暴时间模式的变化如何影响城市内涝风险，但这是在降雨强度和总量都增加的情况下，而不是显示相悖的趋势。在此基础上，Hettiarachchi 等人（2019）证明前期土壤湿度和初始储存条件调节城市内涝风险，尽管依赖的是历史代理。Wasko 等人（2021）发现了一种模式，即在全球自然流域中，洪水频率降低而罕见洪水频率增加。Rinat 等人（2026）展示了矛盾降水趋势的水文影响，表明在地中海流域，城市化可以抵消减少的降雨总量对洪水的抑制作用。总之，这些研究推进了对变化中的降水模式水文响应的理解。然而，它们依赖于历史观测或自然和农村流域，留下了关于城市化流域的关键空白。因此，在完全城市化环境中，不透水表面占主导地位且排水基础设施控制径流产生的情况下，对矛盾降水趋势的水文响应仍然未知。
此外，鉴于城市环境中异质的土地利用模式，准确捕捉这些水文过程需要高分辨率降水数据，以充分捕捉 HPEs 的影响（Salvadore et al., 2015）。近年来，水科学领域的计算进展，包括数据挖掘、机器学习和受物理启发的优化，支持了对复杂城市水文挑战的分析（Chen et al., 2026, Samadi-Koucheksaraee and Chu, 2024, Shirvani-Hosseini et al., 2022）。然而，明确隔离驱动城市径流对矛盾降水趋势响应的物理机制，仍然需要高分辨率、基于物理的水文建模。
在本研究中，我们明确解决了对矛盾的降水趋势的城市水文响应理解上的空白，使用了一种构建于全球、区域和流域三个层级的多尺度方法框架，比较了 20 世纪末和 21 世纪末的气候条件。我们专注于矛盾的降水趋势，其特征是极端性增加的同时总量减少。在全球尺度上，我们比较了年最大日降水趋势与年降水总量趋势。在区域和流域尺度上，我们分析了 HPEs，并比较了短时与长时最大降水强度趋势，以及风暴总量。使用耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）气候预测进行了全球尺度分析的降水趋势分析，并使用对流尺度天气研究与预报（WRF）（Skamarock et al., 2008）模型模拟了区域和流域尺度的 HPEs 降水趋势分析。这些分析为表征东地中海地区和一个位于该区域内的城市地中海流域 HPEs 降水强度和结构的变化提供了基础。使用校准的城市径流模型在流域尺度评估了水文响应。该框架能够将降水气候变化驱动的变化（强迫）与其城市水文响应联系起来，为将见解推广到在气候变化下面临类似矛盾降水趋势的城市提供了基础。
