清華新聞網(wǎng)5月30日電 近日，清華大學(xué)水利水電工程系楊雨亭副教授課題組發(fā)文，系統(tǒng)地揭示了河川徑流過(guò)程對(duì)降雪變化的復(fù)雜響應(yīng)機(jī)理，闡明了冬季降雪減少對(duì)徑流季節(jié)性的影響規(guī)律。
高山/高原/高緯度寒冷地區(qū)是氣候變化的敏感區(qū)，其升溫幅度顯著高于全球平均水平，導(dǎo)致冰凍圈要素退化顯著，強(qiáng)烈影響區(qū)域水文過(guò)程。雪是冰凍圈的重要組成部分，由融雪產(chǎn)生的徑流為世界超1/6的人口提供了賴(lài)以生存的淡水資源。隨著全球氣候演變加劇，寒區(qū)積雪出現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，對(duì)人類(lèi)水資源管理、糧食安全保障和水旱災(zāi)害防治等帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。然而，學(xué)界對(duì)于降雪減少如何影響河川徑流過(guò)程仍未形成全球共識(shí)，針對(duì)不同地區(qū)的研究結(jié)論存在較大差異。
研究基于北半球3000余個(gè)受降雪影響流域的長(zhǎng)期（1950-2020）水文氣象觀(guān)測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，冬季降雪減少導(dǎo)致春季融雪時(shí)間普遍提前、降水質(zhì)心時(shí)間推后。由于不同流域徑流發(fā)生時(shí)間對(duì)融雪和降水的敏感性存在差異，在降雪比例較高的流域，冬季降雪減少導(dǎo)致徑流提前；而在降雪比例較低的流域，冬季降雪減少導(dǎo)致徑流推后。上述兩種相反的變化趨勢(shì)存在一個(gè)降雪比例閾值，即多年平均降雪比例約為40%，該閾值對(duì)應(yīng)的平均海拔高度約為1500米。研究還發(fā)現(xiàn)降雪減少導(dǎo)致暖季徑流和年徑流峰值顯著下降，從而降低了徑流的季節(jié)變異性。同時(shí)，降雪減少增強(qiáng)了徑流的季節(jié)變異性與徑流質(zhì)心發(fā)生時(shí)間在年際間的波動(dòng)。該研究系統(tǒng)揭示了氣候變暖背景下融雪徑流響應(yīng)規(guī)律，改寫(xiě)了“降雪減少、融雪提前、徑流提前”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為全球升溫背景下降雪減少對(duì)徑流過(guò)程的影響提供了新的機(jī)理認(rèn)識(shí)。
圖1.徑流季節(jié)性與多年平均降雪比例的關(guān)系
圖2.徑流質(zhì)心時(shí)間受冬季降雪減少的影響
研究結(jié)果還凸顯了全球及地區(qū)水資源管理所面臨的挑戰(zhàn)，對(duì)確保水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。持續(xù)升溫可能會(huì)導(dǎo)致積雪較多的地區(qū)經(jīng)歷更加頻繁的春季洪水，而在積雪稀少的地區(qū)，春季洪水發(fā)生頻率與強(qiáng)度則可能出現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí)，冬季降雪減少將導(dǎo)致夏秋季節(jié)徑流量下降、干旱風(fēng)險(xiǎn)上升，對(duì)供水、糧食安全及水電能源生產(chǎn)等方面構(gòu)成威脅。此外，徑流季節(jié)性的年際波動(dòng)增加意味著徑流季節(jié)性預(yù)報(bào)難度加大、不確定性上升，這將給水資源的季節(jié)性預(yù)測(cè)與管理帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。為此，論文作者指出，有必要對(duì)受降雪影響地區(qū)的水資源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和管理進(jìn)行重新評(píng)估，制定靈活且有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略，以適應(yīng)氣候變化對(duì)區(qū)域水文循環(huán)帶來(lái)的影響，確保水資源的長(zhǎng)期安全與可持續(xù)利用。
5月29日，相關(guān)研究成果以“在降雪減少的世界中水流的季節(jié)性變化”（Streamflow seasonality in a snow-dwindling world）為題，發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。
清華大學(xué)水利水電工程系2020級(jí)博士生韓俊太、博士畢業(yè)生劉紫微為論文共同第一作者，楊雨亭為論文通訊作者。論文合作者包括英國(guó)布魯斯托大學(xué)教授羅斯·伍茲（Ross Woods），澳大利亞聯(lián)邦科工組織研究員蒂姆·麥克維卡爾（Tim McVicar），清華大學(xué)水利系教授楊大文，助理研究員王泰華，2021級(jí)博士生侯穎，博士后郭禹含、李昶明。
研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金黃河專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目，科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目以及云南省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07299-y
供稿：水利系
題圖設(shè)計(jì)：李柳依
編輯：李華山
審核：郭玲
