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NSP热文分享|Nature Climate Change:气候变化威胁着青藏高原的陆地储水

2022/9/30 17:20:05  阅读:73 发布者:

简讯:

青藏高原(TP)是全球主要的水塔,分析其陆地储水量(TWS)变化对于满足其下游亚洲人民的水源需求具有重要意义。本文结合TPTWS历史数据以自底向上与自顶向下的方式去定量分析气候变化对TWS的影响,发现TWS变化(TWSC)反映冰川消融,湖泊扩张以及地下水减少之间的竞争效应,并预测分析了TP不同流域在未来可能产生的水源供给状况。本文由清华大学龙笛教授团队整理,现已成功于Nature Climate Change发表。

1.研究背景:

TP作为亚洲水塔,为约两亿人提供洁净的水源,而TWS是水文运输的重要组分,易受极端气候影响,因此分析TP区域TWSC对于评估全球水塔脆弱性具有重要意义。但受复杂的地形与大气环流限制,之前的工作未对TP开展充分地研究。

在过去的二十年里,气候变化引起冰川消融、湖泊扩张以及冻土退化等多种TWSC现象,如图一所示,但是已有研究仅分析这些现象的某一子集,缺乏对TWSC的全面分析。幸运的是,新型遥感研究方法GRACE的发展为解决这一难题,提供了前所未有机遇,但是该方法对于某些基础假设极度敏感,这导致该地区TWSC研究一直未形成统一结果,进而限制了TWSC对政府决策的指导。

1 TP上的湖泊、冰川和主要流域

2.研究内容:

1)基于GRACE框架使用自顶向下与自底向上的研究方法,实现机器学习与多源数据、陆表模型和全球气候变化模型的结合,完成气候变化对TPTWS的影响分析。

2)研究TWSC的气候响应机制,评估21世纪中叶亚洲区域可能存在的由蓄水变化导致的供水危机,以初步尝试揭示亚洲主要流域用水安全的潜在威胁。

3.研究结果:

12002-2020年间TPTWSC

实验发现已有的四种GRACE自顶向下的观测方式CSR-MCSR-SHJPL-M以及JPL-SH在评估TWSC时具有较大的差异,如图二所示,但JPL-M与自底向上的实验结果能实现良好的吻合,因此,本文将JPL-M与自底向上方法相结合以开展TWSC分析。

2002-2017年,TPTWS平均以10.2 GT/yr的速度减少,其中TP外流区域TWS15.8GT/yr速度减少,而内流区域TWS5.6GT/yr速度增加。TWS减少是由于冰川退化与地下水枯竭,而TWS增加是因为湖泊扩张与冰川质量增加。

2 .蓄水量变化的组成部分贡献和一致性

2)在气候变化影响下2021-2060TWSC

在中等强度胁迫场景下,至21世纪中叶TP区域TWS下降趋势将显著降低,而阿姆河和印度河流域可能会继续遭受TWS损失,因此未来水资源面临最大威胁的区域是冰川主导的阿姆河和印度河流域。为解释气候驱动因素对未来TWS变化的综合影响,本文对降水量、温度和地表短波辐射等因素进行分析,如图三所示。实验结果显示21世纪初期至中期TP降水量较稳定,但在雅鲁藏布江区域降水量将会增加,而恒河,湄公河流域降水量将会减少。就温度而言,整个TP将会面临变暖趋势,这将导致阿姆河流域冰川出现更大损失。相较于前两种影响因子,地形短波辐射则依然稳定。

3.蓄水量和气候驱动因素的重建和预测变化

3)未来水资源供给的潜在威胁

水源供给主要来自自然降水与现有水储量补给,TPTWS为下游水源供应提供了一个有效的缓冲,本文基于此定量分析上游供水改变对下游的影响,如图四所示。在恒河-布拉马普特拉河、萨尔温江-湄公河和扬子江流域,下游自然降水可以满足下游地区的总需水量。这意味着,在这些流域中,上游水塔的储量变化可能不会严重威胁下游水的可用性。然而,阿姆河和印度河流域可能高度依赖上游储量,因为自然降水无法满足人口稠密下游地区的用水需求,这表明未来这两地水资源短缺危机将被加剧。相对于这两个流域,虽然黄河流域同样依赖于上游供水,但是该流域上游蓄水量呈现增加趋势,该地区未来水资源供需依然保持稳定。

4.亚洲主要流域的水需求和供水能力预计变化。

4.研究意义:

1)本文通过研究气候对TP区域TWSC的影响,实现了对高山淡水水文过程的分析。

2)本文研究发现气候变化使外流盆地TWS枯竭,内流TWS增加,这反映冰川消退与生成、冻土退化,湖泊扩张之间的动态竞争。

3TWSC各组分的贡献往往被忽略,但是本文通过数据驱动的方式改善了传统水文模型的局限。

4)本文虽然使用的基础数据相对于预测数据数据量较少,但是实现初步的TWS变化趋势分析,成功得出未来TP下游的风险区域。

5.引用格式:

Li, X., Long, D., Scanlon, B.R. et al. Climate change threatens terrestrial water storage over the Tibetan Plateau. Nat. Clim. Chang. 12, 801807 (2022). https://doi.org/10.1038/s41558-022-01443-0

转自:“科研圈内人”微信公众号

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