利用传统和创新方法解读西孟加拉邦的时空降雨动态及其远距离关联：水文气候压力加剧的证据

《Scientific Reports》：Deciphering spatiotemporal rainfall dynamics and tele-connections of West Bengal using conventional and innovative approaches: evidence of rising hydro-climatic stress

　　

摘要

降水主要受印度次大陆季风风系的影响。这种固有的降雨变异性给在雨养农业条件下制定适当的水资源管理决策带来了重大挑战。在西孟加拉邦（WB），由于其独特的地理位置和多样的气候条件，这种复杂性进一步加剧。为了揭示WB在季节性和年度尺度上的长期降雨变异性，研究人员使用传统和创新方法分析了1990年至2019年的时空降雨趋势。研究显示，与次喜马拉雅地区（SHWB）的降雨量相比，恒河盆地的WB在季风前、季风期间和全年降雨量分别减少了47-55%，降雨量负偏差（PDR）为73-78%。相反，WB在冬季和季风后季节的降雨量增加了5-12%，降雨量正偏差（PDR）为52%。直到2000-2004年，WB的季节性和年度降雨量一直呈现稳定正向异常，之后转为负异常并持续下降。这种变化在年际降雨变异性中也得到了证实，其中北部山区和覆盖SHWB大部分地区的特莱-泰斯塔冲积区的降雨模式最为稳定。相比之下，恒河冲积区、沿海盐碱区和起伏的红土及红壤区的降雨量变化较大，存在明显亏损。研究人员使用Mann–Kendall（MK）检验、改进的MK检验（mMK）、Sen斜率估计器以及创新趋势分析（ITA）方法对季节性和年度降雨趋势进行了分析和比较。ITA方法检测出WB 78-95%的地区的降雨量呈显著下降趋势（p<0.05或p<0.01），其中沿海盐碱区（Medinipur-East）、文迪亚冲积区（Dinajpur-Dakshin）、北部山区（Darjeeling）和文迪亚冲积区（Dinajpur-Dakshin）在季风前、季风期间、季风后和全年期间的降雨量下降最为明显。相比之下，特莱-泰斯塔冲积区的贾尔派古里（Jalpaiguri）地区表现出持续的降雨量增加趋势。通过比较不同的趋势分析方法，发现ITA在识别隐藏的降雨时间序列趋势方面比MK、mMK或Sen斜率估计器更为敏感。利用ITA得出的降雨斜率对各地区进行时空聚类后，发现5个主要聚类：第1聚类（包括文迪亚冲积区、北部山区部分地区和沿海盐碱区）的降雨斜率下降最为明显；第5聚类包含最多地区（11个），主要分布在恒河冲积区和起伏的红土及红壤区。从2000年开始的每个十年，季风降雨量均呈现下降趋势，降雨量负异常值增加，这凸显了该地区的气候脆弱性，即水文气候压力的上升。此外，我们还基于最新理论探讨了时空降雨变化及其潜在影响和适应策略。厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）指数，特别是Ni?o 3.4、ONI、MEI和DMI，对西孟加拉邦的季节性降雨变异性有显著影响，但总体下降趋势表明，即使发生拉尼娜现象，也可能无法完全抵消厄尔尼诺引发的干旱风险。本研究的结果将有助于战略规划，减轻气候变化的影响，并帮助政策制定者和利益相关者优化水资源利用。