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摘要

2023年初，一系列强烈的气河风暴缓解了加利福尼亚州的历史性干旱，但地下水恢复的空间和时间范围仍然知之甚少。我们利用地震背景噪声干涉测量技术追踪了大洛杉矶地区二十年地下水的变化。得到的地震水文图揭示了地下水和地表水干旱的不同表现：尽管2023年湿润季节地表和近地表水储量几乎完全恢复，但自2006年以来失去的地下水只有大约25%得到恢复。从十年尺度来看，我们发现在50米深度以下的含水层中有大量枯竭，仅有限的风暴相关恢复。我们的分析强调了使用高分辨率工具（如地震感应）监测深含水层的必要性，以更全面地评估总水资源短缺情况。

相关研究的重要性

• 理解地下水恢复情况：
  研究有助于了解在极端天气事件后地下水恢复的空间和时间范围。
  提供了对自然补给机制在补充地下水储量方面的有效性的见解。
• 水资源管理：
  研究结果对于应对极端天气事件和长期干旱的水资源管理策略至关重要。
  强调了监测深含水层以全面评估总水资源短缺的必要性。
• 气候适应性：
  研究结果为气候适应性策略提供了信息，识别了表层水库的局限性和地下水水库的重要性。
  支持发展增强地下水储存和管理的政策。

前人相关研究及不足

• 地下水监测：
• 传统方法如井数据昂贵且空间分布稀疏，无法捕捉含水层的异质性。
• 例子：点尺度井数据不足以进行流域尺度分析。
• 遥感技术：
• 卫星遥感和航空调查提供了有价值的数据，但可能缺乏必要的时空分辨率。
• 例子：GRACE和GRACE-FO任务提供的空间分辨率较低，时间分辨率为每月一次。
• 水文模型：
• 模型通常依赖于假设和简化，可能无法准确反映实际情况。
• 例子：简化的水量平衡模型可能无法考虑复杂的水文地质结构。

本文使用的数据和方法

• 数据：
• 地震数据：由南加州地震网络的68个站点记录。
• 重力数据：来自GRACE和GRACE-FO任务。
• 水文数据：包括降水、地下水井数据、GPS测量、水文模拟等。
• 方法：
• 地震干涉测量：使用先进技术测量地震速度的微小变化。
• 地震水文图：推导出以追踪深度处水储量的变化。
• 垂直地震水文图（VSHs）：用于理解含水层动态的垂直变化。

研究结果

• 地下水恢复：
• 2023年地表和近地表水储量几乎完全恢复。
• 自2006年以来失去的地下水只有大约25%得到恢复。
• 50米深度以下的含水层中有大量枯竭，仅有限的风暴相关恢复。
• 深度分布：
• 地下水损失范围广泛，最大达到约500米深度处的季节性变化的450%以上。
• 2023年恢复量约为季节性变化的120%。
• 空间变化：
• 在圣加布里埃尔盆地西部和惠提尔狭隘附近，浅层到中层含水层的地下水补给显著。

创新点、贡献和不足

• 创新点：
• 高分辨率地震感应：提供了详细的地下水动态深度剖面。
• 深度依赖的地震干旱指数（Seismic-DI）：一种新的工具，用于量化地下水干旱状况。
• 贡献：
• 提供了对极端天气事件后地下水恢复情况的全面评估。
• 强调了监测深含水层以全面了解水资源短缺的必要性。
• 提供了一种新的工具（Seismic-DI），用于高时空分辨率的地下水干旱监测。
• 不足：
• 研究主要集中在大洛杉矶地区，其发现可能不适用于其他地区。
• 地震数据可能无法捕捉高度异质性含水层中地下水动态的所有复杂性。
• 需要在不同的水文地质设置中进一步验证和校准Seismic-DI。