《Water Security》：Satellite earth observation for recovery from hydrometeorological hazards
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汉娜·K·弗里德里希（Hannah K. Friedrich）|埃克塔·阿加瓦尔（Ekta Aggarwal）|索菲·L·布伊斯（Sophie L. Buijs）|斯里贾·查克拉博蒂（Srija Chakraborty）|凯特琳·A·霍尔（Caitlyn A. Hall）|杨虎（
汉娜·K·弗里德里希（Hannah K. Friedrich）|埃克塔·阿加瓦尔（Ekta Aggarwal）|索菲·L·布伊斯（Sophie L. Buijs）|斯里贾·查克拉博蒂（Srija Chakraborty）|凯特琳·A·霍尔（Caitlyn A. Hall）|杨虎（Yang Hu）|贝丝·特尔曼（Beth Tellman）
美国亚利桑那大学地理、发展与环境学院，图森，亚利桑那州
摘要
水文气象灾害对社会构成巨大风险，无论是作为独立事件，还是作为在空间和时间上相互交织的多种灾害。管理这些风险的关键组成部分是评估灾害后的恢复情况，以指导应对措施并减轻未来影响。基于卫星的地球观测（EO）是绘制灾害影响和恢复过程物理变化的重要数据来源，结合非EO数据，可以更好地理解恢复过程中的定性、功能性、韧性和基于风险的方面。我们总结了通过EO监测到的水文气象灾害后恢复的物理特征，以及整合非EO数据以实现恢复情况量化评估的方法和挑战。大规模的土地覆盖和土地利用类型数据以及植被特征数据可以与聚合的非EO数据集结合使用，但在分析细尺度和时间变化方面作用有限。夜间灯光可以高频监测电力中断和恢复情况，作为恢复的代理指标，并与非EO数据有可靠的实证关联，但这种关系的有效性在不同地点可能存在差异。尽管在建筑损坏评估的建模和图像分辨率方面取得了进展，但对建筑重建的监测却鲜有关注。不一致地使用非EO数据来解释EO数据得出的物理变化，忽视了对功能意图、韧性和风险变化的评估。我们讨论了在应对监测和整合非EO数据挑战的同时，实现更可靠评估的机会。未来的工作需要扩展这种整合，以监测多灾害恢复情况，并捕捉重叠的影响和异步的恢复轨迹，从而降低灾害风险。
引言
水文气象灾害，如极端降雨或热带气旋，对社会构成极端风险，会破坏基础设施和农业，扰乱经济活动、生计和福祉[1]。气候变暖加剧了水文气象事件的强度和频率，并增加了复合或级联灾害事件（如洪水引发的滑坡）的发生概率[2]。同时，城市发展以及分散的风险缓解措施增加了人口和基础设施暴露于水文气象灾害的风险[3]。单一和多重水文气象灾害风险的加剧凸显了记录这些事件后恢复情况的必要性，以便更好地分配资源、评估应对措施并支持风险评估和规划的发展[4]。
基于卫星的地球观测（EO）在灾害管理和风险评估的信息系统中发挥着关键作用[[5], [6]]。政府、人道主义组织和民间社会行为体依赖EO数据来管理灾害并指导预测事件前的预防行动[7]。实际上，EO常用于灾后评估损失以指导应对措施和支持恢复规划，但资金和能力的限制限制了长期恢复情况的监测[8]。尽管在恢复情况的操作监测方面存在不足，但多项研究利用EO在不同传感器类型下的广泛地理覆盖范围和重复采集能力，描述了从清除碎片到电力中断和恢复的各种恢复模式[8]。
与灾害影响不同，恢复是一个高度局部化且多方面的过程，在空间和时间上的进展并不均匀[9]。现有研究表明，EO被用来识别物理条件的变化，作为支持灾害管理的代理指标[10]。本综述更新了EO在绘制与恢复相关的特征方面的应用，特别是针对水文气象灾害，并特别考虑了使用非EO数据来源来补充或验证这些测量结果及其在多灾害情况下的潜在应用。我们提出了一种整合EO和非EO数据的分类方法，以提供恢复结果和趋势的定性解释，功能意图、韧性或风险的评估，从而提高基于EO的恢复和长期规划的有效性。我们指出了未来工作的优势、不足之处以及整合非EO数据来源以支持恢复情况量化评估和监测多灾害事件复合风险的机会。
章节摘录
利用地球观测（EO）定义水文气象灾害后的恢复
灾害恢复过程持续数月至数年，其轨迹往往因灾害类型、受影响资产和当地情况而异[11]。虽然通常被视为回到灾前基线，但恢复过程复杂且具有特定背景[12]。灾害研究人员和实践者越来越认为，恢复并非简单地回到灾前基线，而是一个非线性、不均匀的变化过程，需要纵向分析
EO用于水文气象灾害后恢复的特征绘制
卫星EO用于绘制与水文气象灾害后恢复相关的各种物理特征。我们将这些特征分为四类：土地覆盖和土地利用、植被和农业、电力以及建筑基础设施（表2）。有一些与恢复相关的活动无法通过EO数据来识别，例如企业和学校的关闭情况。虽然卫星EO可以提供一些背景线索，如夜间灯光（NTL）
与非EO数据整合相关的监测限制及传感器权衡
Ghaffarian等人[10]对用于灾害管理的EO代理指标的综述指出，大多数应用仅用于绘制影响，而评估恢复情况的有限研究主要集中在恢复的物理方面。上述提到的最近EO在恢复监测方面的应用展示了这一领域的进展，包括更多地整合非EO数据以生成我们称之为“定性恢复”的总结。然而，关于恢复过程本身的例子仍然很少
多灾害水文气象事件恢复监测的前沿
虽然EO已广泛应用于监测单一灾害事件的恢复情况，但在多灾害背景下——即灾害同时发生、级联或复合的情况下，其潜力尚未得到充分利用（Van Maanen等人，2024年）。鉴于此类复杂事件变得越来越普遍，开发评估多灾害影响和恢复情况的措施是必要的[4]。由于EO能够捕捉不同空间和时间尺度上的变化，因此有潜力开发相关方法
结论
灾害管理界越来越多地采用EO来分诊灾害应对和恢复活动，并支持决策，以减轻水文气象灾害的风险并规划恢复[8]。基于EO的数据类型多样性和日益增强的空间分辨率能力，使得能够及时、准确地监测各种水文气象灾害背景下的恢复过程。
CRediT作者贡献声明
汉娜·K·弗里德里希（Hannah K. Friedrich）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、项目管理、资金筹集。埃克塔·阿加瓦尔（Ekta Aggarwal）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。索菲·L·布伊斯（Sophie L. Buijs）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。斯里贾·查克拉博蒂（Srija Chakraborty）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。凯特琳·A·霍尔（Caitlyn A. Hall）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写
资金来源
弗里德里希的研究得到了NASA未来地球与空间科学和技术资助（#80NSSC22K1558）的支持。布伊斯的研究得到了MYRIAD-EU项目的支持，该项目获得了欧盟“地平线2020”研究与创新计划（授权协议编号101003276）的资助。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：汉娜·K·弗里德里希报告称获得了NASA的财务支持。索菲·L·布伊斯报告称获得了欧盟“地平线2020”框架计划的财务支持。贝丝·特尔曼报告与Floodbase存在关系，包括股权或股票。如果有其他作者，他们声明没有已知的利益冲突
