二十一世纪，随着城市化进程的加速，地球表面发生了前所未有的变化，预计到2050年全球城市人口将达到68% [1]。在中国这个城市化速度最快的国家之一，自1980年以来城市规模扩张了近七倍，将大量农村和城郊地区转变为不透水表面，加剧了人为热排放，并重新定义了建筑环境与大气过程之间的相互作用 [2]、[3]、[4]。这种变化引发了显著的水文极端事件，在城市环境中不再仅仅是单独的干旱或洪水，而常常表现为在压缩时间框架内的快速交替，我们将其称为干湿突变（DWAA） [5]、[6]。DWAA在概念上类似于先前研究中描述的“气候骤变”或“干旱-洪水骤变”事件 [7]。与单独的干旱或洪水事件不同，DWAA的复合性质对城市基础设施、公共健康和水资源安全构成了更大的威胁 [8]、[9]。
最近的全球观测数据显示，DWAA的频率和强度都在增加，特别是在季风区和极地地区 [10]、[11]、[12]、[13]。在中国，2011年的长江干旱-洪水事件和2021年的河南极端天气事件造成了数十亿的经济损失，凸显了现有风险框架的不足 [14]、[15]、[16]。尽管人们逐渐认识到DWAA是一种独特的灾害类型，但城市化在调节这些复合事件中的作用仍缺乏定量研究。以往的研究主要集中在城市化对单独干旱或洪水事件的影响上 [17]、[18]。例如，研究表明城市化加剧了全球近40%城市的局部极端干旱，同时城市化也导致了全球范围内降水变化的不均衡 [19]、[20]、[21]。然而，这些研究并未捕捉到干旱与随后洪水（或反之）在短时间内的耦合现象，这种复合灾害可能引发一系列连锁反应，包括水质恶化和早期预警系统失效 [22]、[23]、[24]。
全球范围内，越来越多的研究开始关注城市地区复合水文气候风险的重要性。在欧洲，大量统计分析表明河流流域中干旱和洪水事件的共现频率增加，这与农业和城市供水的社会经济影响有关 [5]、[25]。在北美，研究开始整合水文和气象数据来评估这些骤变事件，揭示了快速水文气候逆转的热点区域 [26]、[27]。然而，很少有研究系统地量化城市化如何在不同空间尺度上调节城市中的DWAA发生时间和强度。目前关于城市化与DWAA相互作用的研究主要依赖于传统的粗分辨率观测数据或基于站点的观测方法，这些方法无法捕捉城市间和城市内部城市化效应的时空异质性。此外，城市化如何改变DWAA特征的物理机制也尚未得到充分探索，这阻碍了有针对性的适应策略的发展。
填补这些研究空白对于实现可持续发展目标至关重要，包括可持续城市和社区（SDG 11）、清洁水和卫生（SDG 6）以及气候行动（SDG 13） [28]。深入理解快速城市化和气候变化背景下的DWAA将有助于制定适应性管理策略，从绿色基础设施和分散式储水系统到能够应对压缩水文气候时间和放大极端事件的动态早期预警系统。量化城市化对城市范围和城市内部DWAA的影响可以揭示脆弱性热点，并指导有针对性的政策干预 [29]。中国作为全球城市化程度最高、速度最快的国家，同时面临着日益严重的水文气象极端事件，为理解这些动态提供了重要的实验平台。
基于这些背景，我们首次对中国城市在历史时期（1960–2020年）以及未来CMIP6气候预测（2020–2100年）下的城市化对DWAA动态的影响进行了全面的多尺度量化分析。我们使用了高分辨率的气象观测数据，这些数据在城市和1公里像素尺度上进行了聚合，以评估城市扩张如何影响DWAA的特征，特别是干湿突变（D-W）和湿干突变（W-D）的持续时间与强度。为了揭示潜在机制，我们在代表性城市聚居区进行了高分辨率的天气研究与预报（WRF）模拟，探讨了城市化在DWAA事件期间调节大气-水文耦合的物理途径。最后，我们结合人口预测和空间明确的DWAA指标，预测了多种共享社会经济路径（SSPs）下的未来复合风险和人口暴露情况，以识别DWAA可能加剧人类脆弱性的区域。通过结合观测分析、机制建模和基于情景的预测，这项工作为在面临日益严重水文气候极端事件的城市化环境中制定早期预警系统和适应性水资源管理策略提供了重要见解。
