本文来源：公众号知天象
研究背景
异常天气条件引起的极端水文事件往往会导致生命财产的突然损失。不幸的是，这些事件在区域和全球范围内发生的频率越来越高，在不断变化的环境中造成的损害也越来越大。土地利用和土地覆盖变化(LULCC)，如城市化、森林管理和农业实践，已被证明通过对径流产生和路径特征的影响，对水循环产生显著影响，从而改变与洪水和干旱相关的这些极端事件。因此，研究LULCC对洪涝干旱的调节作用是水文研究的一个重要课题，可以为认识环境变化下的防洪减灾和干旱适应提供科学依据。
主要内容
该文旨在利用最新的CMIP6气候模式实验和LSM的耦合框架，量化LULCC引起的水文极端事件的变化。研究关注的是长三角地区的极端降雨、洪水和干旱。研究将LULCC的水文效应分为两部分，即全球LULCC对气候变量(如降雨)的影响，以及局部LULCC对产流过程的影响。研究包括三个目标：（1）量化全球LULCC对区域极端降雨的影响；（2）综合评价LULCC及其气候反馈对洪水的影响；（3）研究不同城市化阶段下LULCC与气候变化的交互作用对突发性干旱的影响。
研究方法
1、气候模拟的偏差校正
为了保持每个ESM的内部变率并保持不同情景的可比性，研究采用偏倚校正方法来最小化原位观测与地球系统模式模拟之间的每日气象变量的平均值和变率差异。
其中SBC(t)和Sraw(t)分别表示地球系统模型输出的偏差校正变量和原始变量。σo,ref和σs,ref分别表示参考期内观测值的标准差和模型日输出值。Oref和Sref分别是参考期内观测值和模式日输出值的时间平均值。
2、土地利用和土地覆盖数据集的降尺度
本文采用基于当前实际土地利用模式密度函数的空间降尺度方法对LUH2数据集进行分析。假设土地利用类型从网格中心向外围扩散。为中心网格分配更高的权重，然后根据权重矩阵从中心到外围分配土地利用和覆盖类型。对于每个LUH2网格t，每种土地利用类型i的每个RESDC单元j的相对密度可定义为：
其中，pi,j,k是土地利用类型i的j单元格的密度，其计算方法为土地利用总面积i与窗口k的比值。窗口k是一个以j单元格为中心的正方形。R是窗口k的半径，2 × R + 1表示移动窗口的正方形宽度。这里的网格(0.25°)表示LUH2数据集的每个单元，单元格(1km)表示RESDC土地利用图的每个单元。
采用小比例尺方法获取1990、1995、2000、2005、2010和2015年LUH2的精细比例尺土地利用和土地覆盖图。研究估计了缩小后的土地利用图与RESDC土地利用图之间的总体精度系数，该系数是通过将缩小后的土地利用图中正确分类值的数量(与RESDC土地利用图相比)相加，然后除以总价值来计算的。各土地利用/土地覆盖类型的空间分布非常一致，总体精度超过0.70，表明降尺度方法的性能良好。因此，应用降尺度方法获得了整个时期(即1851-2014年)1 km分辨率的土地利用和土地覆盖重建数据。
3、水文模拟的设置
该研究基于变入渗能力(VIC)模型进行了水文模拟。VIC是一个基于物理的水文模型，解决了水和能量的全面平衡。与其他水文模型不同，其特征主要表现为植被异质性、多土层变入渗、基流非线性等。对于产流过程，VIC模型采用变入渗能力曲线将降水划分为每个单元的径流和入渗。该模型在以往的径流模拟研究中已被成功地广泛采用和干旱监测。
重要图表
研究结果
该文综合评价了1851-2014年长三角地区土地利用/土地覆被变化及其气候反馈对水文极端事件的影响。评估基于不同土地利用/土地覆盖数据集的分布式水文模拟和LUMIP试验的气候强迫对比。主要结论如下：
（1）1851 - 2014年土地利用/土地覆被变化增加了长三角洲地区年最大日降雨量(P1DAY)。在三个发展阶段，P1DAY与全球LULCC的相对增幅在1.41% ~ 3.9%之间，平均值为2.76%。LULCC诱导的P1DAY变化具有空间异质性，但降水正异常主要分布在城市带，这与以往长三角城市群降水增强效应的研究结果一致。
（2）局地LULCC在3个不同阶段平均R1DAY增加0.05 ~ 0.14%，局地LULCC及其全球气候反馈的综合影响导致局地LULCC平均R1DAY增加3.01 ~ 7.18%。其综合影响几乎是LULCC单独影响的33倍。这是由于与不透水地区同时分布的正降水异常，共同增加了长三角地区极端径流的可能性。
（3）突发性干旱的发生频率增加是由于LULCC和气候反馈的共同作用，而局部的LULCC在改变突发性干旱的机制中并不起重要作用。
特别是LULCC及其气候反馈的影响使快速城市化阶段的突发性干旱增加了34.12%，主要归因于其与热浪和极端降水亏缺事件的关联效应。
（4）LULCC有增加平均流量、高流量和低流量的趋势，尤其是城市主导型流域的流量。与仅考虑局地LULCC对产流过程影响的情景相比，LULCC和气候反馈的联合作用导致平均流量和高流量的增加，从而导致洪水的增加。
研究结果强调了“在线”水文模拟的重要性，除了地表过程外，还考虑了陆地-大气相互作用，以预测水文极端事件的变化。土地利用/土地覆盖变化对水文过程的影响不仅体现在其对径流生成机制(即入渗过程)的直接影响上，而且体现在其通过陆地-大气相互作用对区域气候的间接影响上。在离线水文模拟中，间接影响往往被忽略。
小编说
该文题目为“Climate feedbacks associated with land-use and land-cover change on hydrological extremes over the Yangtze River Delta Region, China”，于2023年发表于Journal of Hydrology 期刊，影响因子6.4，Q1。量化土地利用和土地覆盖变化(LULCC)如何驱动极端事件，是在不断变化的环境中为适应规划提供信息的一个优先事项。
引用：Qiang W,Xitian C,Jinyun T, et al. Climate feedbacks associated with land-use and land-cover change on hydrological extremes over the Yangtze River Delta Region, China[J]. Journal of Hydrology,2023,623.
转自：“生态遥感前沿”微信公众号
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