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流动的水有一个独特的角色在支持全球生物多样性,生物地球化学循环和人类社会gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。尽管永久河道很容易被识别的重要性,患病率,价值和命运non-perennial河流和小溪,定期停止流动往往被忽视,如果不是被忽略gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。这个疏忽导致退化的主要来源的水和数百万人的生活gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。我们预测,水不再流沿着51-60每年至少有一天世界上每分钱的河流长度,证明non-perennial河流和小溪的规则,而不是例外。利用全球信息的水文、气候、地质和周边土地覆盖的地球河流网络,我们表明,non-perennial河流发生在所有的气候和生物群落,在每一个大陆。我们的研究结果挑战假设支撑基础河概念在科学学科gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。充分理解和管理世界上流动的水域,其生物多样性和功能的完整性,需要转变对河流的一个新的概念模型,包括间歇流。通过映射的分布non-perennial河流和小溪,我们提供一个踏脚石淡水科学解决这一大挑战。gydF4y2Ba
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全球河流网络数据集和相关的属性信息每条河流达到,hydro-environmental属性,预测间歇和相关的二进制的概率就像以及这项研究的主要结果是可用的gydF4y2Bahttps://doi.org/10.6084/m9.figshare.14633022gydF4y2Ba。可以使用数据集一起发布的源代码(参见代码可用性)重新计算的主要研究结果更新的数据和参数。从全球径流流速及流水量时间序列数据中心在总结格式。每日记录在数据存储库由于授权问题,但都是免费在书面请求gydF4y2Bahttps://www.bafg.de/GRDC/EN/Home/homepage_node.htmlgydF4y2Ba。支持这项研究的原始数据都是免费在扩展数据图及其来源进行了总结。gydF4y2Ba7 bgydF4y2Ba。gydF4y2Ba源数据gydF4y2Ba本文提供的。gydF4y2Ba
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确认gydF4y2Ba
我们感谢Elrick t和麦吉尔大学地理信息中心为我们提供高性能计算资源,和全球径流数据中心(GRDC)为我们提供全球流水量测量数据。这项研究提供了部分资金由加拿大自然科学和工程研究理事会(文学士林祖嘉漫画,,M.L.M., NSERC Discovery grants RGPIN/341992-2013 and RGPIN/04541-2019); McGill University (M.L.M., Tomlinson Fellowship), Montreal, Quebec, Canada; H2gydF4y2Ba学校(M.L.M. O 'Lyon博士,Doctoral Fellowship, ANR-17-EURE-0018), Lyon, France; T.D., N.L., H.P. and T.T. were supported by the DRYvER project (http://www.dryver.eu/gydF4y2Ba),它已经收到了欧盟的资助下地平线2020研究和创新计划资助协议。869226年。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者和联系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
信用(贡献者角色分类):conceptualization-T.D。,文学士,K.T.,M.L.M.; methodology—M.L.M., B.L., T.S., C.C., N.L.; data curation—M.L.M., B.L., C.C., C.W., T.S., H.P.; software, validation, visualization—M.L.M.; formal analysis—M.L.M., C.C.; writing original draft—M.L.M., T.D., B.L.; writing, review and editing—all authors; project administration and supervision—M.L.M., B.L., T.D.; funding acquisition—B.L., T.D., M.L.M.
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
同行审查的信息gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba谢谢克里斯汀Jaeger,格鲁吉亚Papacharalampous,另,匿名的,审稿人(s)为他们的贡献的同行评审工作。同行审查报告。gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。gydF4y2Ba
扩展数据数据和表gydF4y2Ba
扩展数据图1全球流行的忿怒和至少一个零流量月平均每年。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba全球气候区分布在这项研究中使用。全球环境提供的数据分层(一族)gydF4y2Ba32gydF4y2Ba。gydF4y2BabgydF4y2Ba,河流流量预测的概率的间歇,定义为至少一个零流量月(30天)平均每年在全球河流和溪流网络gydF4y2Ba27gydF4y2Ba。0.5的平均概率阈值被用来确定每个到达的二进制流间歇类。gydF4y2BacgydF4y2Ba全球流行IRES与至少一个零流量月(30天)平均每年在气候区和流速及流水量大小类(基于长期平均归化放电)。注意,在稀疏的地区训练数据,模型结果可以从表中所示的结果大大不同gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,作为底层随机森林和外推模型独立开发。没有站在北极气候区1和北极2,和几个站在极其寒冷和潮湿的(1和2),在酷热和干旱的气候条件下(占全球3%的河流和溪流一起长度)。行排序的顺序表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和表一样的脚注gydF4y2Ba1gydF4y2Ba适用。映射软件:ArcMap (ESRI)。gydF4y2Ba
扩展数据图2交叉验证结果的分布。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba、地图的空间旨在预测精度流间歇流水量测量站。看到补充图。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba空间分布的交叉验证折交叉验证过程和细节。这里显示的分类错误并不一定出现在最后的预测但说明模型的预测能力为每个地区间歇流类,如果地区被排除在训练集。例如,它表明该模型将无法预测在法国和西班牙北部西部IRES的存在(插图ii,黑暗的红点),或在印度西部(插图3)没有训练站在这些地区。gydF4y2BabgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaegydF4y2Ba,周期性预测残差和测量站的特点和环境变量。均值周期性预测剩余(IPR)之间的区别是间歇流的平均预测概率(在三个交叉验证折叠和两个重复)和观察到的流间歇测量站(1 = non-perennial, 0 =常年)。总的来说,预测错误和不确定性减少数量的增加记录年测量站以及流域和间歇流的程度(平均年度零流量的天数和流停止事件)的相应的到达。映射软件:ArcMap (ESRI)。gydF4y2Ba
扩展数据图3比较全球预测国家IRES的地图在美国和澳大利亚。gydF4y2Ba
的比较gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba美国国家水文学数据集(NHDPlus中等分辨率)gydF4y2BadgydF4y2Ba澳大利亚的水文地理空间结构,我们的模型预测基于两个阈值的间歇流动,每年≥1天零流量(gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba),或≥1零流量月(30天)每年(gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba),平均。只有河流和小溪加≥0.1米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba美国所示(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BacgydF4y2Ba)和排水面积≥10公里gydF4y2Ba2gydF4y2Ba澳大利亚(gydF4y2BadgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba)。美国参考数据描绘了19 - 22%的河流和小溪的长度作为non-perennial,取决于到达没有间歇流动状态是假定为多年生或删除;我们的估计范围从51%(≥1零流量每年天)到36%(≥1零流量月/年)。我们假设其余差距IRES患病率可归因于我们模型的趋势overpredict间歇整个美国东部和间歇的根据会计大中型河流由国家数据集。澳大利亚的参考数据集描述了91%的河流和小溪的长度non-perennial;我们的估计范围从95%(≥1零流量每年天)到92%(≥1零流量月/年)。看到扩展数据图。gydF4y2Ba7 bgydF4y2Ba对数据来源。映射软件:ArcMap (ESRI)。gydF4y2Ba
扩展数据图4比较全局预测国家的地图IRES在巴西,阿根廷,和法国。gydF4y2Ba
的比较gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba巴西,连续制图基础(BC250),gydF4y2BadgydF4y2Ba,阿根廷水文网络,gydF4y2BaggydF4y2Ba模型预测法国Snelder et al。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,我们的模型预测基于两个阈值流间歇,每年≥1天零流量(gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba,gydF4y2BahgydF4y2Ba)或≥1零流量月(30天)(每年gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba),平均。在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2BadgydF4y2Ba,只有一阶流(通过网络分析)是在视觉上区分(细,半透明的线),由于缺乏watercourse-size属性在巴西和阿根廷的数据集。在gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba,只有河流和小溪加≥0.1米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba所示。Snelder et al。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba预测,17%的河流和小溪的长度在法国non-perennial。我们预测,14%是non-perennial。这轻微的差异可能是由于不同间歇流的定义:Snelder et al。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba机密电台≥1天零流量流速及流水量记录忿怒而我们使用一个阈值每年1天零流量的水流记录。看到扩展数据图。gydF4y2Ba7 bgydF4y2Ba对数据来源。映射软件:ArcMap (ESRI)。gydF4y2Ba
扩展数据图5定量比较流的预测流行间歇和国家的估计。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba,法国进行了比较(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba),美国(gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba),澳大利亚(gydF4y2BaegydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba),两个阈值的基础上的周期性流动,要么≥1天零流量每年(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba)或≥1零流量月(30天)(每年gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba),平均。酒吧的映射的河流和小溪加< 0.1米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(法国和美国)是灰色的,因为他们并不包括在计算汇总统计。插图图在gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba展示河网总长度(对数转换的比较gydF4y2BaygydF4y2Ba轴)的差异可以解释一些周期性的对预测的流行程度的差别。gydF4y2Ba
扩展数据图6对比全球预测的实地观测停止流动。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba地图显示个人RiverATLAS到达法国及其预测的准确性(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),美国西北太平洋(gydF4y2BabgydF4y2Ba)。在相同的地图绘制地图。法国(gydF4y2BangydF4y2Ba= 2297):平衡精度= 0.59,分类精度= 51%,敏感性为24%,特异性为94%。美国西北太平洋(gydF4y2BangydF4y2Ba= 3725):平衡精度= 0.47,分类精度= 80%,敏感性为10%,特异性为83%。看到扩展数据图。gydF4y2Ba7 bgydF4y2Ba对数据来源。映射软件:ArcMap (ESRI)。gydF4y2Ba
扩展数据图7研究设计的概述和主要数据源。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba,图建模工作流。gydF4y2BabgydF4y2Ba、主要数据源用于模型开发、预测、诊断和比较。数据来源:全球径流数据中心gydF4y2Ba53gydF4y2Ba,做等。gydF4y2Ba54gydF4y2Ba,Gudmundsson等。gydF4y2Ba55gydF4y2Ba,的左翼等。gydF4y2Ba27gydF4y2Ba,Snelder等。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,未等。gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba单丝,淡2012 - 2019gydF4y2Ba101年gydF4y2Ba、国家水文数据gydF4y2Ba102年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba103年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba104年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba105年gydF4y2Ba,WorldPopgydF4y2Ba90年gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
扩展数据图8空间和环境分布模型中使用的流水量测量站培训和交叉验证。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba测量站(gydF4y2BangydF4y2Ba= 5615)长期以来被认为(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)如果他们的流速及流水量记录包括每年小于零流量的一天,平均来说,在他们的记录,或non-perennial (gydF4y2BabgydF4y2Ba)如果他们包括至少一天零流量,每年平均至少一天零流量每20年移动窗口在他们记录。电台满足这两个条件gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba也不gydF4y2BabgydF4y2Ba被排除在外。暗点象征长河流记录。只有测量站流速及流水量时间序列生成至少10年被包含在这一分析,排除与超过20年失踪的日子。gydF4y2BacgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BapgydF4y2Ba,14 hydro-environmental变量分配值流速及流水量测量站用于模型培训/测试(紫色,gydF4y2BangydF4y2Ba= 5615)和所有的全球河流网络(蓝色,gydF4y2BangydF4y2Ba= 6.2×10gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。情节展示经验概率分布密度函数(也就是说,每个密度函数下的面积等于1)对所有变量,除了气候区(gydF4y2BaggydF4y2Ba)的相对频率分布。所有的变量都是在总平均流域上游的倾点与每个测量站或河,分别。看到扩展数据表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba变量的描述和扩展数据图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba的描述气候区。没有站对北极气候区1和北极2。映射软件:R统计软件(R核心团队)。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
这个文件包含部分I-VI补充信息,补充表S1-S3 S1-S8补充数据,和补充引用。部分包括:比较模型的预测和先前估计的全球流行间歇性河流和短暂的流(我节),附加信息的预处理和验证输入数据(测量站和放电数据在第二节中,国家水文数据集和当地实际的视觉观察流间歇第六节),和技术文档模型开发和诊断(部分III-V)。gydF4y2Ba
补充表1gydF4y2Ba
预测全球流行间歇性河流和短暂的气候区,流流速及流水量大小类的陆地生物群落,淡水主要生境类型,和国家。gydF4y2Ba
源数据gydF4y2Ba
权利和权限gydF4y2Ba
关于这篇文章gydF4y2Ba
引用这篇文章gydF4y2Ba
送信者,马丁雷纳,B。,Cockburn, C.et al。gydF4y2Ba全球流行non-perennial河流和小溪。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba594年gydF4y2Ba,391 - 397 (2021)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 021 - 03565 - 5gydF4y2Ba
收到了gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
接受gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
发表gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
发行日期gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
DOIgydF4y2Ba:gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586 - 021 - 03565 - 5gydF4y2Ba
本文引用的gydF4y2Ba
虚拟景观尺度恢复改变渠道帮助我们理解影响的程度来指导未来的生态系统管理gydF4y2Ba
中记录gydF4y2Ba(2023)gydF4y2Ba
严禁损失由于城市扩张在过去三十年中国大型城市gydF4y2Ba
科学报告gydF4y2Ba(2022)gydF4y2Ba
利用Sentinel-2数据集评估流间歇性non-perennial河流gydF4y2Ba
科学报告gydF4y2Ba(2022)gydF4y2Ba
干燥的未知生物地球化学影响河流和小溪gydF4y2Ba
自然通讯gydF4y2Ba(2022)gydF4y2Ba
自然和人为因素驱动大型淡水鱼入侵gydF4y2Ba
科学报告gydF4y2Ba(2022)gydF4y2Ba
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