Multivariate analysis of compound hydroclimatic extremes in snow-fed sub-catchments: an application for climate-resilient water management of Narayani Basin, Nepal

方法

用月降水、流量、遥感土壤湿度和历史记录，结合ΔSPI阈值敏感性分析、回归与PCA

发现

ΔSPI阈值1.25最优；积雪与水库调节分别主导高寒和调节流域的旱转涝响应，降水异常不足以解释转变。

机会点

可将ΔSPI-ΔSSI-ΔSWDI框架迁移至农业流域，量化土壤水分前期条件对旱涝急转下作物风险的调控。

复合水文气候极端事件因其复杂且非线性的水文影响，对全球水资源管理构成挑战。干旱转洪水（Drought-to-Flood，DtF）事件发生于持续干旱期之后紧随快速湿润异常之时，其影响与常规洪水截然不同。此类事件在多种水文气候环境中均有发生；在异质性融雪补给流域中，DtF行为受降水变异性、前期土壤湿度条件、积雪过程以及水库调度（如存在）的调控。本研究利用月降水数据（17个站点）、流量数据（6个水文站）、遥感土壤湿度数据及历史旱涝记录，考察了尼泊尔纳拉亚尼河流域六个子流域的DtF转换过程。历史DtF事件采用月标准化降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）信号进行拟合，并对三个ΔSPI阈值（1.0、1.25和1.5）进行敏感性分析，确定1.25为区分有效DtF转换的最优标准。经校准的ΔSPI框架可识别DtF事件，并将ΔSPI–ΔSSI回归与ΔSPI、ΔSSI和ΔSWDI的多变量主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）相结合，以探究耦合水文气候控制机制及过程级DtF动态。结果表明，不同水文气候 regime 之间存在显著空间差异。高度融雪主导的Budhi Gandaki在积雪期表现出微弱或相反的ΔSPI–ΔSSI响应，随后在融雪期降雨–径流耦合增强（R²高达0.96）。中度融雪影响的子流域呈现混合降雨–径流响应（R² = 0.02–0.79），反映了融雪与降雨贡献的差异；而雨养且受水库调控的Tadi Khola和Rapti在季风前水库蓄水期表现出微弱响应（R² = 0.001–0.96），并在水库泄水期转为强烈的季风耦合（R² = 0.75–1.00）。PCA显示，PC1解释了ΔSPI–ΔSSI–ΔSWDI联合方差的40%–100%，在解耦期降水、流量与土壤湿度的载荷方向相反，而在水文耦合增强期ΔSPI–ΔSSI载荷趋于一致。这些模式表明，海拔和积雪消融时序调控融雪影响型转换，而前期土壤湿度条件和水库运行控制调控系统中的DtF行为，凸显了仅凭降水异常不足以解释观测到的转换过程。所提出的框架提供了一种