文章信息：Shuzhe Huang, Siqi Wang, Yuan Gan, Chao Wang, Daniel E. Horton, Chuxuan Li, Xiang Zhang, Dev Niyogi, Jun Xia, & Nengcheng Chen. (2024). Widespread global exacerbation of extreme drought induced by urbanization. Nature Cities: 1–13. https://doi.org/10.1038/s44284-024-00102-z
整理人：杨文，2023级硕士生
整理时间：2024年8月12日
Abstract: Urbanization exerts considerable impact on ecological, environmental and meteorological processes and systems. However, the effects of urbanization on local drought remain under-explored. Here we characterize the effects of urbanization on drought across the world’s cities using global weather station observations. We find that drought severity has increased at ~36% of global sites, while the extreme (less than a fifth) Standardized Precipitation Evapotranspiration Index has increased at ~43% of the city sites globally. We investigate the primary driving mechanisms behind drought exacerbation using physics-based weather research and forecasting model simulations. We find that urbanization induced warmer and drier urban environments, which has suppressed light rainfall and aggravated extreme local drought conditions. Furthermore, mid-twenty-first century CMIP6 projections indicate that nearly 57 and 70% of urban regions would consistently suffer exacerbated drought severity and extreme Standardized Precipitation Evapotranspiration Index due to urban expansion. Our findings highlight cities causing rainfall extremes and call for heightened attention to urban drought preparedness in the face of continued urbanization, population growth and climate change.
摘要：城市化对生态、环境和气象过程有显著影响，但其对当地干旱条件的影响仍未得到充分研究。本研究通过全球气象站观测数据，分析了城市化对全球城市干旱的影响。结果显示，全球约36%的城市地点的干旱严重程度有所增加，而标准化降水蒸散指数（SPEI）表明大约43%的城市地点经历了更极端的干旱状况。通过基于物理的天气研究与预报模式（WRF）模拟，研究探讨了导致干旱加剧的主要机制。结果表明，城市化导致了城市环境变得更暖、更干，抑制了小雨量的降水，并加剧了极端干旱条件。此外，来自第六次耦合模式比较计划（CMIP6）的21世纪中叶预测显示，由于城市扩张，近57%的城市地区将持续经历更严重的干旱，70%的城市地区将面临更极端的SPEI条件。研究结果强调了城市在影响降水极端现象中的作用，呼吁在持续的城市化、人口增长和气候变化面前，需加强城市干旱防备。
图 城市化对不同干旱指标的影响
a，b，以 100 km 城乡缓冲区为阈值，六个干旱指标下不同类型城市化效应（UE）对气象站（a）和城市（b）的比例。蓝色、橙色和红色柱状图分别表示具有统计显著负效应（负UE）、统计显著正效应（正UE）和无显著效应的气象站或城市。c–f，城市化效应对全球各气象站和城市极端SPEI（标准化降水蒸散指数）和干旱严重程度的空间分布。子图展示了城市化效应的统计分布情况。这里，负效应（负UE）表示城市化加剧干旱条件，而正效应（正UE）表示城市化缓解干旱状况。具体包括：极端SPEI在气象站的分布（c）、极端SPEI在城市的分布（d）、干旱严重程度在气象站的分布（e）和干旱严重程度在城市的分布（f）。g，基于城市尺度数据，城市化效应对不同气候带中极端SPEI和干旱严重程度的影响。负效应和正效应分别可视化显示。
图 基于WRF模拟的城市化导致的极端SPEI和干旱严重程度的百分比变化
为深入了解城市化对局部干旱发展的影响，我们在各大洲的六个城市群进行了WRF（天气研究与预报模式）模拟，这些城市群包括亚洲的长三角城市群（YRD）、欧洲的马德里城市群（MAD）、北美的伊利诺伊-威斯康星-印第安纳（IWI）城市群、南美的圣保罗城市群（SP）、非洲的开普敦城市群（CT）以及澳大利亚的新南威尔士（NSW）城市群。a，显示了六个选定区域的位置和城市发展情况。b，展示了每个区域的极端SPEI和干旱严重程度的变化率的空间分布和箱线图。变化率定义为在城市化（URB）情景下相较于非城市化（NOURB）情景下干旱指标的相对变化。正的变化表示由于城市化导致干旱指标恶化。灰色背景代表主要的城市区域，虚线表示州或省的边界。箱线图中的变化率对应于在灰色背景区域内计算的干旱指标。对于每个箱线图，箱体的中心线代表中位数，下边缘和上边缘线分别表示25%和75%的分位数。胡须的下限和上限代表最小值和最大值，范围基于1.5倍的四分位距。
图 未来城市化对不同IPCC-AR6地区局部干旱发展的影响预测
在基于月度标准化降水蒸散指数（SPEI）的分析中，中心地图展示了每个IPCC-AR6地区的位置和范围。在每个子图中，左侧轴分别显示了城市（蓝线）和农村（橙线）地区SPEI的时间变化趋势。这里，月度SPEI是基于三种HighResMIP模型的集合平均值计算的。右侧面板中的柱状图表示了相应的城市或农村序列的趋势，这些趋势是通过Sen's斜率计算的。通过Mann–Kendall趋势检验的柱状图用斜线表示。所选的IPCC-AR6地区包括西北美洲（WNA）、中北美洲（CNA）、东北美洲（ENA）、北中美洲（NCA）、南中美洲（SCA）、加勒比地区（CAR）、西北南美洲（NWS）、北南美洲（NSA）、东北南美洲（NES）、西南南美洲（SWS）、南美洲季风区（SAM）、东南南美洲（SES）、北欧（NEU）、西欧和中欧（WCE）、东欧（EEU）、地中海地区（MED）、西非（WAF）、中非（CAF）、东非南部（SEAF）、东南非洲（ESAF）、西西伯利亚（WSB）、东西伯利亚（ESB）、西亚和中亚（WCA）、东亚和中亚（ECA）、东亚（EAS）、阿拉伯半岛（ARP）、南亚（SAS）、东南亚（SEA）、东澳大利亚（EAU）和南澳大利亚（SAU）。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s44284-024-00102-z
