《自然-气候变化》气候变化威胁青藏高原陆地蓄水量

Xueying Li et al., in 2022 Nature Climate Change

青藏高原（TP）作为亚洲的水塔，满足了近20亿人的大部分水需求。独特的高海拔地形和以季风和高空西风为主的大气环流为该地区带来了宝贵的淡水资源。陆地储水量（TWS）包括所有形式的地表水和地下水，在水文运输和水可用性等方面至关重要。但TWS对气候变化高度敏感，易受极端气候的影响。整个青藏高原的长期TWS变化主要是由冰川质量平衡、湖泊体积变化和地下水变化引起。过去二十几年中，气候逐渐变暖且湿润，青藏高原的TWS也发生了明显变化。尽管TWS的变化是全球水塔脆弱性的一个关键指标，过去的研究受限于观测和模拟的不确定性，仍未充分探索历史气候和未来气候对TWS的影响。且以往研究大多仅限于TWS的一部分（如，冰川质量或湖水储存），或使用单种方法对其进行量化（如，观测分析、遥感建模或诊断分析）。在过去二十几年中，GRACE和GRACE‒FO卫星产品逐渐成熟，为大规模量化TWS的变化提供了前所未有的机会。

本文旨在探究历史气候和未来气候对青藏高原TWS变化的影响，研究区域包括7个外流盆地和5个内流盆地。该研究结合自上而下（基于GRACE卫星数据）和自下而上（基于TWS的3个组分，冰川、湖泊和地下水）的方法，发现GRACE JPL Mascons水储量反演结果具有较高的可靠度。将该数据与陆面模型（LSM）和全球气候模型的结果相结合，采用机器学习建模，量化了本世纪初至中叶（2002‒2060年）的青藏高原TWS变化，并从温度、降水和地表短波辐射三个方面探讨其背后的气候机制。在此基础上，该研究还探究了未来青藏高原水资源的供需关系。

研究结果表明，2002‒2017年间青藏高原的TWS以约 100亿m³/yr的速度下降，但青藏高原外流区（约160亿m³/yr下降）和内流区（约56亿m³/yr上升）的变化存在显著差异（图1）。TWS下降主要由南部兴都库什‒喜马拉雅‒念青唐古拉山脉的冰川后退、怒江‒澜沧江流域土壤和地下水储量下降导致；TWS的上升则主要由湖泊扩张、喀喇昆仑‒西昆仑山冰川质量增加引起（图2）。

图1 青藏高原的湖泊、冰川和主要河流流域

图2 各组分对TWS变化的贡献

基于机器学习的未来预测结果发现，在中等共享社会经济路径‒典型浓度路径组合情景下（SSP2‒4.5），到21世纪中期，大多数青藏高原盆地的TWS下降幅度将大大减少，但阿姆河和印度河盆地可能继续经历持续的TWS损失，成为未来TWS短缺的热点地区（图3）。虽然总体上青藏高原未来的TWS下降趋势将变缓，水储量可能达到“新平衡”，但未来的TWS损失仍显著，达2300亿m³。这些变化主要受到降水、温度和表面短波辐射的综合影响。在21世纪初至中期期间，中国太平洋地区大部分地区的年降水量稳定，恒河‒雅鲁藏布江和萨尔温‒湄公河地区水量有所增长（图3e）。整个青藏高原出现变暖趋势，没有显著热点（图3f），但阿姆河流域和印度河流域可能对气候变暖更加敏感。

图3 反演和预测未来TWS变化和及其气候驱动因素

为探究TWS变化对水资源供需方面的影响，作者考虑了两种水源，即自然供水能力（NSC，定义为降水减去实际蒸散量）和储存供水能力（SSC，定义为上游地区的TWS）。研究结果发现，阿姆河及印度河流域未来的NSC略有下降，SSC分别下降约120%和80%（图4），但其工业和生活用水需求均在增加，说明这两个盆地可能成为“亚洲水塔”水资源短缺最严重的地区。黄河流域虽然也依赖于上游供水，但气候变化下上游的供水能力有所提高，使得未来黄河流域的水资源供需平衡较为稳定。

图4 亚洲主要流域需水和供水能力变化预估结果

最后文章也提到，TWS变化不仅影响了水的可用性，还影响了自然灾害风险（例如，冰川塌陷和冰湖溃决），影响着下游人口密集地区的水资源分配。本文探究了全球变暖和西风‒季风协同作用下青藏高原TWS多时空尺度的变化，为高山淡水供应的水文过程提供了更深的认识，对制定气候适应性决策具有重要参考价值。

转载于《气象学家》公众号。