在2017年和2019年春季汛期期间，魁北克南部多个地区遭遇了异常的洪峰流量，造成了数亿美元的财产损失。本文的分析旨在记录与魁北克南部省份范围内这些洪水相关的大尺度水文气象条件。主要结果表明，在这两年的春季汛期中，有17%的研究流域报告了破纪录的流量。2017年有8%的流域报告了前所未有的高流量，其中有三个流域在2019年再次打破了其自身记录。这些洪水主要由超过第95百分位数150%以上的强降雨事件引发。这些降雨事件加速了积雪融化，融雪量超过第95百分位数的200%以上，为全省带来了异常甚至极端的水量输入。峰值流量较高的流域通常具有较小的流域面积和较高的闪烁性（Flashiness）。另一方面，受调控的流域峰值流量相对较低。
本研究旨在全面记录2017年和2019年春季发生于加拿大魁北克南部的洪水事件。此前的研究，如Lin等人对2017年洪水预测模型的评估、Teufel等人对渥太华河流域洪水驱动因素的分析以及Benoit等人对该流域2017和2019年洪水水文气象因素的研究，主要关注特定流域，缺乏对魁北克南部整体的综合分析。因此，本研究旨在填补这一空白，通过分析大尺度的水文气象条件，理解导致这两次异常高水位事件的全过程。
为开展研究，研究人员使用了两大类数据：气象数据和水文数据。气象数据包括通过普通克里金法（Ordinary Kriging）插值获得的降水与气温网格，以及利用人工神经网络和HYDROTEL积雪模型（Snowpack Model, HSM）结合空间化粒子滤波方法生成的雪水当量（Snow Water Equivalent, SWE）和融雪网格。水文数据则包括来自魁北克省环境部（MELCCFP）数据库的197个站点的日均流量数据，最终选取了123个在2017和2019年春季汛期有完整数据的流域进行分析。此外，研究还使用了ERA5再分析数据的大气位势高度与温度资料，以及ERA5-Land再分析的土壤湿度数据。研究区域覆盖了北纬53°以南的魁北克南部，涉及8个水文区。
研究从分析2017和2019年冬春季的大气条件开始。通过分析500 hPa、850 hPa、900 hPa和1000 hPa四个高度层的位势高度和温度异常图，发现这两年春季的强降水事件均由自西南向东北移动的低压系统（Low-pressure systems）引发，这些系统携带来自墨西哥湾和大西洋的暖湿气流。例如，2017年4月6日和5月6日的强降水，以及2019年3月30日、4月19日和5月9日的强降水，都与这样的天气系统直接相关。
研究人员接着分析了积雪融化动力学，重点关注最大雪水当量（SWEmax）、融雪季开始日期（对应SWEmax日期）和融雪速率三个因素。结果显示，2017年在纬度49°N以南的大部分地区，SWEmax比30年平均值高10-40毫米；2019年该区域的SWEmax则比平均值高20-80毫米。尽管2019年融雪开始时间比正常日期晚约一到两周，但在魁北克省南部的许多地区，其融雪速率仍高于常年。
随后，研究对123个流域的春季峰值流量进行了特征分析。结果表明，2017年有16%的流域在4月6日观测到峰值，2019年有28%的流域在4月19-20日观测到峰值。在这两年中，分别有超过92%（2017年）和82%（2019年）的流域的日常融雪峰值超过了第95百分位数。降雨量虽不如融雪极端，但也有约59%（2017年）和46%（2019年）的流域日降雨峰值超过了第95百分位数。在这些事件期间，几乎所有的流域土壤饱和度都超过了80%。
将这两年的洪水与其他年份比较发现，特定洪水排放量（单位面积流量）与流域面积的对数呈负相关。17%的流域在2017年和2019年的洪峰流量均创下自有测量记录以来的最高值，其中10个流域在2017年创下纪录，3个流域在2019年再次打破了自己的2017年纪录。例如，蒙特利尔的草原河（Rivière des Prairies，站点043301）在2017年记录到最高日流量，在2019年记录到第二高值。
研究进一步探讨了影响峰值流量的其他因素。结果显示，峰值流量与流域面积、闪烁指数（Flashiness index）、基流指数（Baseflow index）以及流域水域面积百分比存在相关性。流域面积较小、闪烁指数较高、基流指数较低以及水域面积占比较小的流域，通常出现更高的峰值流量。同时，分析发现受调控（Regulated）的流域，其峰值流量分布明显不同，多数受调控流域的峰值流量低于15毫米/天，表明大坝管理在一定程度上控制了洪峰。
最后，研究人员专门分析了人口密集的蒙特利尔大都会区。结果表明，该地区的高水位主要由圣劳伦斯河（Saint Lawrence River）小型子流域的水位快速上涨，以及渥太华河（Ottawa River）和安大略湖（Lake Ontario）极高的排放量共同导致。渥太华河上的卡里隆大坝（Carillon Dam）在2017年5月9日和2019年5月1日均观测到创纪录的出流。国际联合委员会（IJC）指出，由于2017和2019年异常潮湿的条件，任何调节计划都无法完全防止洪水。
综上所述，研究结论是：2017年和2019年魁北克南部的春季洪水主要由春季一系列强烈的降雨事件驱动，这些事件由伴随暖湿气团的低压系统带来，并显著加速了积雪融化。降雨与融雪的叠加效应产生了极端的水量输入，超出了土壤的吸收能力，导致许多河流出现极端流量。流域的物理特征（如面积、水域比例）和水文特征（如闪烁性、基流指数）与洪峰流量大小相关。人类活动（如大坝调控）对降低部分流域的洪峰起到了一定作用。
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