文章信息：Qianhan Wu, Linghong Ke,Jida Wang, Tamlin M. Pavelsky, George H. Allen, Yongwei Sheng, Xuejun Duan, Yunqiang Zhu, Jin Wu, Lei Wang, Kai Liu, Tan Chen, Wensong Zhang,Chenyu Fan, Bin Yong & Chunqiao Song. (2023). Satellites reveal hotspots of global river extent change. Nature Communications, 14, 1587. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37061-3.
阅读笔记：王舜奕，2020级博士生
阅读时间：2023年2月12日
研究背景：
1.河流变化：河流的自然平衡受到了广泛的人为压力和持续的气候变化的威胁。随着经济和社会发展需求的不断增加，水坝建设、水产养殖和灌溉等人为干扰导致河道发生大规模、快速的变化。为了应对气候变化和人类干扰，世界上的河流在流量和泥沙状况上表现出高度的时空变异性，导致严重的环境、生态、经济和社会问题。
2.河流流态技术研究：全球尺度上的长期河流流态变化还没有得到充分的研究，部分原因是识别和绘制河道地图在技术上具有挑战性。在研究与水库相关的宽度变化时，没有明确将水库相关的变化与河流宽度的其他变化分开。
研究结论：
1.河流形态动态：全球约五分之一(按面积计算为19.6%)的河流表现出活跃的形态动态。再分支河流的流行与低水面坡度、宽阔的漫滩、松散的沉积基质和净沉积物储存有关。特别是发源于亚洲高山地区的河流，上游高程落差大，泥沙通量大，可能对中下游曲流或辫状河道的形成和迁移产生影响。
2.全球河流因新水坝而变宽：与大坝相关的水膨胀与流域总河流面积的比率量化了大坝扩大效应的程度，这种影响在亚洲的发展中国家(如中国、印度、越南、马来西亚、缅甸和老挝)、南美洲(如巴西)以及东非和西非(如苏丹、埃塞俄比亚)具有空间多样性和显著性。全球范围内，大坝建设成为河流拓宽信号的主要贡献者，增加的河流面积占全球增加的河流面积的31.9%(不包括形态动态流域)
3.河流流态变化对气候和人为强迫的响应：全球范围内6级流域平均流态变化显著增加(中度增加)的面积比例为9.0%(8.6%)，高于显著减少(中度减少)的面积比例4.8%(7.4%)。同时，70.2%的河流区域水域范围相对稳定。这些全球统计数据表明，河道拓宽或河流流量增加是过去几十年的突出特征。
通过使用净增加的相对幅度(增加和减少之间的面积差除以河流总面积)的度量来检索显着的河流变化热点。气候因素和人为因素在这些热点地区的河流流量变化中起着不同的作用。气候变化，特别是降水和蒸散发的变化，在很大程度上决定了区域水平衡和河流流量的变化，气候变暖导致的冰川融化或永久冻土融化加剧也可能促进了这些以永久冻土和/或冰川高覆盖为特征的地区的河流流量上升。人类活动对干旱和半干旱地区狭窄河道的明显影响。
4.发达地区河面稳定：发达地区，如西北欧国家(如芬兰、瑞典)和北美(如加拿大、美国)的河道比东南亚发展中地区(如缅甸、中国)和南美(如玻利维亚、玻利维亚)的河道更稳定。流域河道稳定性与人类主要栖息地夜间光照强度之间存在良好的空间相关性;稳定河流区域的百分比通常随着夜间光照强度的增加而增加。
研究方法：
1.OCI地图：通过平均来自gsw数据库23的两个时期(1984年3月16日至1999年12月31日和2000年1月1日至2018年12月31日)的同源月对得出的所有地表水发生差异而绘制，反映了水覆盖频率变化的不同方向和幅度。
2.热点地区气候变量变化分析：利用多来源降水和实际蒸散发产品分析了1984 - 2018年正热点和负热点的气候变量变化。
三种降水数据：1.ERA5-Land (ERA5L) 0.1°× 0.1°的月再分析数据集(https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp# !/dataset/reanalysis- ERA5-Land -monthly-means)；2.0.5°× 0.5°空间分辨率的气候研究单元网格时间序列(CRU TS, v4.04)(可通过https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/hrg/)获得；3.0.25°× 0.25°的多源加权集合降水(MSWEP, v2.8)数据集(可通过http://www.gloh2o.org/mswep/)获得。
蒸发数据：1.ERA5L, terracliate -一个高空间分辨率(1/24°，~4公里)的月气候和气候水平衡数据集(可通过https://www.climatologylab.org/terraclimate获得)。html)；2.0.25°× 0.25°grid31的全球陆地蒸发阿姆斯特丹模型(GLEAM, v3.6)数据集(可通过https://www.gleam获得)。
图 新建大坝导致河道拓宽(r型)
注：a图扩大的水域面积(淹没频率显著增加的地区)与流域河流总面积的比率。下插图(从左到右)是世界上四个典型的巨型水坝，Serra de Mesa大坝(巴西)、Alqueva大坝(葡萄牙)、上Atbara和Setit大坝综合体(苏丹)和三峡大坝(中国)。b各县(区)因新建水坝而扩大的河流总面积统计。c各大陆因筑坝而增加的河流面积与其他类型的扩张(h型)的比较。
图 1984-1999 - 2000-2018年h型河流(不含m型(形态动态)和r型(新建水库型河流)的水位变化
图 25个特大河流流域的水域变化
注：a增长百分比(PI)。b下降百分比(PD)。c一般稳定河流面积的百分比。
图 河流范围变化热点
注：a-d蓝色轮廓为净增加为正的四个最大热点，e-h红色轮廓为净减少为负的热点，绿色圆圈表示放大地图在标记热点区域内的位置。
图 8个河流变化热点的降水(P)和蒸散(E)异常时间序列
注：红色实线表示时间序列拟合的线性趋势(趋势显著性的p值)。虚线表示第一个纪元(1984-1999)和最近一个纪元(2000-2018)的平均值。灰色阴影表示根据模型间标准差的不确定性
图 稳定河道范围分布及其与夜间光照强度的关系
注：底部插图显示了河流面积最大的50个县中PGS最高的前15个国家/地区和最低的国家/地区。左图插图显示了人口密度大于1人/ km2的每个流域与夜间灯光相关的PGS统计数据。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37061-3#citeas
