中科院地理所张永强研究员团队：未来全球径流下降幅度超过以往预估

原文发表于2023年3月《自然-水》

Future global streamflow declines are probably more severe than previously estimated

随着社会经济发展、人口增长以及淡水资源空间分布不均等因素，全球超过30亿人口面临水资源短缺问题。已有研究预计，在未来气候持续增暖情景下，全球水资源紧缺形势将更加严峻。然而，当前依赖于地球系统模式预测全球或区域水资源（包括径流变化）仍然存在非常大的不确定性，不同地球系统模式对同一地区的径流变化预测往往不一致，甚至出现相反的预测结果。尽管目前的地球系统模式是基于物理过程的最新认识开发而来的，但是模型中存在的地表-地下水循环过程认识不足、参数化不准确、未考虑流域尺度变换等多种因素将显著影响全球或区域径流变化预测的可信度。

针对上述问题，中国科学院地理科学与资源研究所张永强研究员等人在《自然-水》2023年3月刊报道了一种基于径流弹性系数法预测径流变化的新框架。利用全球9505个未受强人类活动扰动流域的径流观测数据，该预报框架以观测的降水、潜在蒸散发以及流域水储量变化作为驱动，可解释全球75%流域中超过80%的年径流变化（图1）。在此基础上，研究人员分别用两种机器学习方法将基于观测数据驱动的径流弹性系数扩展到覆盖全球的90多万个流域上，有效避免了地球系统模式对地表径流数据同化能力不足、且模拟结果空间非均一性刻画能力弱等问题，从而构建了基于观测数据驱动的径流弹性系数法预测径流变化新框架。

利用该框架，研究人员重新估算了未来中高排放情景下（SSP2-4.5和SSP5-8.5）全球径流的变化量及其空间分布，并和基于地球系统模式集合预测估算的全球径流变化进行比较。发现未来30年地球系统模型明显高估全球径流的增加量（图2），在北半球中高纬、南半球干旱半干旱等大部分地区的径流将比模型结果下降更快，而在中国南方、日本等地区的径流将出现增加。在模型预测径流显著下降的亚马逊雨林和径流显著增加的刚果盆地雨林，基于观测驱动的径流弹性系数法预测结果都在变化幅度上减缓（图3）。归因分析发现地球系统模型估算未来降水增加导致的径流增幅更大，蒸散发增加的幅度更小，即蒸散发对辐射和水汽传输以及植被的变绿的响应敏感性低，因此整体上高估全球径流的增加。

本研究揭示了地球系统模型估算的全球未来径流量增加可能过于乐观，未来全球径流水资源量比全球模型预估量要小，但存在明显的区域差异，在北半球中高纬和南半球干旱半干旱地区水资源量很可能会进一步恶化。本文的研究聚焦了区域和全球水循环研究的核心即径流水资源量的估算，虽然取得了新的认知，但还有许多未解的科学问题需要进一步发掘。研究团队希望进一步量化地球系统模式中气孔导度模式中大气CO₂浓度增加导致的蒸散发低估和径流量高估量，以及如何进一步提升未来水文极值（洪水和干旱径流）变化的预估能力。此外，目前的全球径流站点分布很不均匀，观测站点多集中于北美、欧洲和澳大利亚等发达国家和地区，有效增加发展中国家径流站点的全球代表性毫无疑问将进一步提升全球径流量的模拟和预估能力。