利用一种新颖的GRACE/GFO数据间隙填充方法，对珠江流域的水文干旱情况进行持续监测

《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Continuous monitoring of hydrological droughts in the Pearl River basin using a novel GRACE/GFO gap-filling method

珠江流域水文学干旱监测中，基于GRACE/GFO数据融合与新型间隙填补方法，分析2002-2023年时空演变特征及驱动机制。方法创新性地引入时间变量替代长期趋势处理，结合降水、气温、土壤湿度和机器学习模型，有效填补11个月数据缺口。研究发现流域共14次干旱事件，GFO期新增5次，其中2020-2022年两次极端干旱（D2）呈东扩趋势，验证显示该方法与Palmer（PCC=0.77）及SPEI（PCC=0.83）高度一致，揭示降水 deficits（GRACE期）与高温复合驱动（GFO期）的差异化影响。研究为粤港澳大湾区水资源管理提供时空动态监测依据

　　在2002年至2023年期间，珠江流域经历了频繁且空间分布不均的水文干旱。这些干旱事件的特征与驱动因素的变化密切相关，特别是在气候条件变化以及人类活动的影响下。由于GRACE（重力恢复与气候实验）和GRACE Follow-On（GFO）任务之间存在11个月的数据空白，这给连续监测带来了挑战。为了弥补这一数据缺口，研究人员提出了一种新的填补方法，结合了降水、气温、土壤水分存储和时间（按月度划分）作为驱动变量，从而更准确地反映干旱的时空演变特征。该方法在珠江流域的应用显示了其在干旱识别和量化方面的可靠性，同时也揭示了干旱事件在该地区的动态变化。

珠江流域是中国第三大流域，其水文干旱现象与流域内的气候条件密切相关。尽管该地区属于湿润区域，但降水在空间和时间上的不均匀分布导致了干旱的发生。此外，珠江流域为珠江三角洲地区提供主要的水资源支持，包括多个大城市如香港、澳门、广州、深圳、珠海、佛山、惠州、东莞、中山、江门和肇庆。因此，对珠江流域水文干旱进行持续监测对于水资源的可持续管理和合理利用至关重要。

为了提高水文干旱监测的准确性，研究团队采用了一种新的数据填补方法，该方法能够有效地处理GRACE与GFO任务之间的数据缺口。这种方法结合了降水、气温、土壤水分存储和时间作为驱动因素，通过建立这些变量与水文干旱之间的关系模型，对缺失的数据进行了重建。通过使用多种机器学习方法，如多元线性回归（MLR），研究人员对填补方法的性能进行了评估，并与传统的“移除-恢复”策略进行了比较。结果表明，该填补方法在干旱识别和量化方面表现出更高的准确性，特别是在考虑人类活动对水文变化的影响方面。

通过填补后的GRACE/GFO数据，研究团队识别出了14次珠江流域的水文干旱事件，其中9次发生在GRACE任务期间，主要由持续的降水不足引起；另外5次则发生在GFO任务期间，这些事件受到降水不足和长期高温的共同影响。值得注意的是，有一个干旱事件始于GRACE与GFO任务之间的数据空白期，并延续至GFO任务开始后，这进一步凸显了填补数据缺口的重要性。同时，研究还发现，近年来的干旱事件呈现出向东加剧的趋势，表明珠江流域东部子流域对干旱更加敏感。

在干旱识别过程中，研究团队使用了两种传统的干旱指数——自校准Palmer干旱严重度指数（scPDSI）和标准化降水蒸散发指数（SPEI）对填补后的数据进行验证。这些指数能够有效反映干旱的发生及其强度。结果表明，填补后的数据与传统干旱指数之间存在高度一致性，进一步验证了该方法在干旱监测中的可靠性。

此外，研究团队还对干旱事件的驱动因素进行了深入分析，包括降水和气温的变化。结果显示，降水不足是珠江流域水文干旱的主要驱动因素，而长期高温则在GFO任务期间对干旱事件的形成起到了重要作用。这些发现为珠江流域的水资源管理和干旱应对策略提供了重要的科学依据。

研究团队还探讨了观测数据长度对干旱识别的影响。由于GRACE/GFO数据填补后的时序长度仅为22年，而通常计算气候基准期需要至少30年，因此在干旱识别过程中可能会存在一定的偏差。通过比较不同时间段的重建数据，研究发现这种偏差相对较小，不会显著影响干旱事件的识别结果。因此，尽管数据长度较短，但填补后的GRACE/GFO数据仍然能够提供可靠的干旱信息。

研究的局限性包括填补方法假设了GRACE/GFO数据与驱动变量之间的关系是稳定的，但实际中，由于土地利用变化或极端气候事件，这种关系可能会发生变化。此外，虽然时间变量被用来捕捉长期的人类活动影响，但它无法完全反映复杂的水利工程或跨流域调水等具体的人类干预措施。因此，未来的研究可以进一步探索更全面的人类活动数据，以提高干旱识别的准确性。

综上所述，该研究提出了一个有效的GRACE/GFO数据填补方法，为珠江流域的水文干旱监测、干旱应对和水资源管理提供了重要的科学支持。通过填补数据缺口，研究人员能够更全面地了解珠江流域的干旱动态，从而为制定更有效的水资源管理政策提供依据。