Quantifying land use heterogeneity on drought conditions for mitigation strategies development in the Dongjiang River Basin, China

Abstract

Les modifications de l'utilisation des terres et de la couverture (LUCC) invariables dans l'espace ne conviennent pas à la gestion des conditions de sécheresse non stationnaires. Par conséquent, l'élaboration d'un cadre spatialement variable pour la gestion des ressources foncières est nécessaire. Dans cette étude, le bassin de la rivière Dongjiang dans le sud de la Chine est utilisé pour illustrer l'importance de l'hétérogénéité spatiale dans l'optimisation de l'aménagement du territoire pour atténuer les risques de sécheresse. En utilisant ERA5 qui est la 5ème grande réanalyse atmosphérique du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme, nous avons calculé l'indice de ruissellement normalisé (ISR) pour quantifier la sécheresse hydrologique de 1992 à 2018. En outre, sur la base du produit d'utilisation des terres de l'Initiative sur le changement climatique, l'analyse en composantes principales pondérée géographiquement a été utilisée pour identifier les types de terres les plus dominants au cours de la même période. Ensuite, nous avons utilisé l'analyse des points chauds émergents pour caractériser l'évolution spatio-temporelle des LUCC et ISR historiques. Les coefficients spatialement variables des modèles de régression pondérés géographiquement et temporellement ont été utilisés pour révéler les relations empiriques entre les types de terres et L'ISR. Les résultats ont indiqué que les terres cultivées pluviales avec une couverture herbacée, des tresses et des arbustes en mosaïque, des arbustes et des prairies étaient quatre types de terres ayant des corrélations statistiques avec les conditions de sécheresse sur 27 ans. De plus, depuis 2003, la DRB devenait plus sèche, et les régions du nord ont généralement connu une sécheresse hydrologique plus sévère que le sud. Plus important encore, nous avons proposé des stratégies d'utilisation des terres spécifiques à la région pour réduire les risques de sécheresse. À l'échelle du bassin, nous avons recommandé 1) d'augmenter les terres arables herbacées pluviales et 2) de réduire les mosaïques et les arbustes. À l'échelle du sous-bassin, il a été suggéré que l'étendue des arbustes et des prairies augmentait dans la DRB du nord, mais diminuait dans le sud. La planification de l'utilisation des terres spécifique à la région, y compris les emplacements, les échelles et les stratégies appropriés, contribuera à la gestion des LUCC « universels » actuels. Il est suggéré aux planificateurs d'intégrer les caractéristiques spatiales dans le futur LUCC pour la gestion hydrologique régionale.Los cambios de uso y cobertura de la tierra (LUCC) espacialmente invariantes no son adecuados para manejar condiciones de sequía no estacionarias. Por lo tanto, es necesario desarrollar un marco espacialmente variable para la gestión de los recursos de la tierra. En este estudio, la cuenca del río Dongjiang en el sur de China se utiliza para ejemplificar la importancia de la heterogeneidad espacial en la optimización de la planificación territorial para mitigar los riesgos de sequía. Utilizando ERA5, que es el quinto gran reanálisis atmosférico del Centro Europeo de Previsión Meteorológica a Medio Plazo, calculamos el Índice Estandarizado de Escorrentía (SRI) para cuantificar la sequía hidrológica durante 1992 a 2018. Además, con base en el producto de uso de la tierra de la Iniciativa de Cambio Climático, se utilizó el Análisis de Componentes Principales Geográficamente Ponderados para identificar los tipos de tierra más dominantes en el mismo período. Luego, utilizamos el Análisis de Puntos Calientes Emergentes para caracterizar la evolución espaciotemporal de LUCC y SRI históricos. Los coeficientes espacialmente variables de los modelos de regresión ponderada geográfica y temporalmente se utilizaron para revelar las relaciones empíricas entre los tipos de tierra y el SRI. Los resultados indicaron que las tierras de cultivo de secano con cobertura herbácea, árboles y arbustos en mosaico, matorrales y pastizales eran cuatro tipos de tierras que tenían correlaciones estadísticas con las condiciones de sequía durante 27 años. Además, desde 2003, la DRB se estaba volviendo más seca y las áreas del norte generalmente experimentaban una sequía hidrológica más severa que el sur. Más importante aún, propusimos estrategias de uso de la tierra específicas de la región para la reducción del riesgo de sequía. A escala de cuenca, recomendamos 1) aumentar las tierras de cultivo herbáceas de secano y 2) reducir los árboles y arbustos de mosaico. A escala de subcuenca, se sugirió que las extensiones de arbustos y pastizales aumentaran en el DRB del norte, pero se redujeran en el sur. La planificación del uso de la tierra específica de la región, incluidas las ubicaciones, escalas y estrategias adecuadas, contribuirá a manejar el LUCC actual de "talla única". Se sugiere a los planificadores integrar las características espaciales en el futuro LUCC para la gestión hidrológica regional.Spatially-invariant land use and cover changes (LUCC) are not suitable for managing non-stationary drought conditions. Therefore, developing a spatially varying framework for managing land resources is necessary. In this study, the Dongjiang River Basin in South China is used to exemplify the significance of spatial heterogeneity in land planning optimization for mitigating drought risks. Using ERA5 that is the 5th major atmospheric reanalysis from the European Centre for Medium-Range Weather Forecast, we computed the Standardized Runoff Index (SRI) to quantify the hydrologic drought during 1992 to 2018. Also, based on Climate Change Initiative land use product, The Geographically Weighted Principal Component Analysis was used to identify the most dominant land types in the same period. Then, we used the Emerging Hot Spots Analysis to characterize the spatiotemporal evolution of historical LUCC and SRI. The spatially varying coefficients of Geographically and Temporally Weighted Regression models were used to reveal the empirical relationships between land types and the SRI. Results indicated that rainfed cropland with herbaceous cover, mosaic tress and shrub, shrubland, and grassland were four land types having statistical correlations with drought conditions over 27 years. Moreover, since 2003, the DRB was becoming drier, and the northern areas generally experienced severer hydrologic drought than the south. More importantly, we proposed region-specific land-use strategies for drought risk reductions. At a basin scale, we recommended to 1) increase rainfed herbaceous cropland and 2) reduce mosaic tree and shrub. At a sub-basin scale, the extents of shrub and grassland were suggested to increase in the northern DRB but to reduce in the south. Region-specific land use planning, including suitable locations, scales, and strategies, will contribute to handling current 'one-size-fits-all' LUCC. Planners are suggested to integrate spatial characteristics into future LUCC for regional hydrologic management.استخدامات الأراضي وتغييرات التغطية غير المتغيرة مكانيًا (LUCC) ليست مناسبة لإدارة ظروف الجفاف غير الثابتة. لذلك، من الضروري وضع إطار متنوع مكانيًا لإدارة موارد الأراضي. في هذه الدراسة، يستخدم حوض نهر دونغجيانغ في جنوب الصين لتجسيد أهمية عدم التجانس المكاني في تحسين تخطيط الأراضي للتخفيف من مخاطر الجفاف. باستخدام ERA5 وهو خامس عملية إعادة تحليل رئيسية للغلاف الجوي من المركز الأوروبي لتنبؤات الطقس متوسطة المدى، قمنا بحساب مؤشر الجريان السطحي الموحد (SRI) لتحديد كمية الجفاف الهيدرولوجي خلال الفترة من 1992 إلى 2018. أيضًا، استنادًا إلى منتج استخدام الأراضي الخاص بمبادرة تغير المناخ، تم استخدام تحليل المكون الرئيسي المرجح جغرافيًا لتحديد أكثر أنواع الأراضي هيمنة في نفس الفترة. بعد ذلك، استخدمنا تحليل النقاط الساخنة الناشئة لتوصيف التطور المكاني والزماني لـ LUCC التاريخي و SRI. تم استخدام المعاملات المتغيرة مكانيًا لنماذج الانحدار المرجحة جغرافيًا وزمانيًا للكشف عن العلاقات التجريبية بين أنواع الأراضي و SRI. أشارت النتائج إلى أن الأراضي الزراعية البعلية ذات الغطاء العشبي، وشجر الفسيفساء والشجيرات، والشجيرات، والمراعي كانت أربعة أنواع من الأراضي لها ارتباطات إحصائية مع ظروف الجفاف على مدى 27 عامًا. علاوة على ذلك، منذ عام 2003، أصبح مجلس مراجعة المنازعات أكثر جفافًا، وعانت المناطق الشمالية عمومًا من جفاف هيدرولوجي أكثر شدة من الجنوب. والأهم من ذلك، أننا اقترحنا استراتيجيات استخدام الأراضي الخاصة بكل منطقة للحد من مخاطر الجفاف. على نطاق الحوض، أوصينا بـ 1) زيادة الأراضي الزراعية العشبية البعلية و 2) تقليل شجرة الفسيفساء والشجيرات. على نطاق الحوض الفرعي، تم اقتراح زيادة مساحات الشجيرات والمراعي في DRB الشمالي ولكن لتقليلها في الجنوب. سيساهم تخطيط استخدام الأراضي الخاص بالمنطقة، بما في ذلك المواقع والمقاييس والاستراتيجيات المناسبة، في التعامل مع LUCC الحالي "مقاس واحد يناسب الجميع". يُقترح على المخططين دمج الخصائص المكانية في LUCC المستقبلية للإدارة الهيدرولوجية الإقليمية.