黃河流域未來陸地水儲量時空演變趨勢

王宇航 楊肖麗 吳凡 黃怡婷 張晗碩

摘 要：在氣候變化和人類活動影響下，流域水循環(huán)發(fā)生了顯著變化，水資源保護形勢愈加嚴峻。為解決黃河流域陸地水儲量難監(jiān)測的問題，利用ＧＲＡＣＥ 數(shù)據(jù)和可變下滲容量（ＶＩＣ）模型預(yù)測黃河流域２０３０—２１００ 年陸地水儲量變化，剖析氣候變化對陸地水儲量的影響機制。研究表明：１）利用ＧＲＡＣＥ 數(shù)據(jù)和ＶＩＣ 模型通過組分相加法計算的陸地水儲量變化一致性較強，能很好模擬黃河流域陸地水儲量時空演變特征；２）２０３０—２１００ 年黃河流域陸地水儲量呈現(xiàn)不顯著的增加趨勢，ＳＳＰ５８５ 情景陸地水儲量的增加幅度最大；３）預(yù)測期黃河流域降水量、氣溫和蒸散發(fā)量均比歷史時期上升，預(yù)測期黃河源區(qū)和蘭州附近的徑流深比歷史期減小，雖然預(yù)測期黃河流域整體陸地水儲量呈現(xiàn)不顯著增加趨勢，但僅內(nèi)蒙古部分地區(qū)陸地水儲量增加。

關(guān)鍵詞：陸地水儲量；ＧＲＡＣＥ；ＶＩＣ 模型；黃河流域

中圖分類號：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．０１３

引用格式：王宇航，楊肖麗，吳凡，等．黃河流域未來陸地水儲量時空演變趨勢［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（５）：８０－８４，９７．

０ 引言

黃河流域是我國重要的經(jīng)濟地帶，也是人口活動的聚集地，是我國高質(zhì)量發(fā)展的重要區(qū)域［１］ 。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人類活動的加劇，黃河流域水資源供需矛盾不斷累積［２］ ，產(chǎn)生河道斷流、冰川凍土融化、水土流失、湖泊縮小等生態(tài)環(huán)境問題。

陸地水儲量是指地表和地下的所有水量，包括地表水、土壤水、地下水、冠層水、冰雪等［３］ 。作為水循環(huán)的一部分，陸地水儲量與降水、徑流、蒸散發(fā)密切相關(guān)，對維持水量平衡和水資源的可持續(xù)利用至關(guān)重要［４－５］ ，準確估算陸地水儲量有助于了解氣候變化、預(yù)警自然災(zāi)害，并為水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。陸地水儲量的觀測數(shù)據(jù)相對稀缺，學(xué)者們常采用水量平衡法將降水量減去蒸散發(fā)量和徑流量或者采用組分相加法將陸地水儲量各個組分相加計算陸地水儲量變化量［６］ 。ＧＲＡＣＥ （Ｇｒａｖｉｔｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｐｅｒｉ?ｍｅｎｔ）衛(wèi)星為監(jiān)測陸地水儲量提供了新方法，并在估算陸地水儲量方面表現(xiàn)出良好性能［７－９］ 。但ＧＲＡＣＥ衛(wèi)星于２００２ 年發(fā)射，數(shù)據(jù)集時間系列有限，無法有效估算長時期的陸地水儲量。Ｋｏｎｇ 等［１０］ 基于觀測的水文氣象數(shù)據(jù)和ＧＲＡＣＥ 數(shù)據(jù)，分析了自然因素和人類活動對１９８２—２０１９ 年中國陸地水儲量變化的影響，證明了利用水量平衡法計算的陸地水儲量變化具有可靠性。Ｄｅｎｇ 等［１１］ 采用多種再分析數(shù)據(jù)比較了基于水文要素計算的陸地水儲量變化和２００２—２０１３ 年ＧＲＡＣＥ數(shù)據(jù)計算的陸地水儲量變化的差異，發(fā)現(xiàn)利用組分求和法計算的陸地水儲量變化與ＧＲＡＣＥ 數(shù)據(jù)的一致性更好。雖然水文模型在模擬陸地水儲量方面已顯示出一定的可靠性［１２－１４］ ，但是未來氣候變化難以準確預(yù)測，因此關(guān)于未來陸地水儲量變化的預(yù)測研究仍然相對有限。美國國家航空航天局發(fā)布的ＮＥＸ－ＧＤＤＰ 數(shù)據(jù)集顯著提升了氣候模型的空間分辨率、歷史時期平均值與極值的估算準確度和預(yù)測未來氣候變化的能力［１５］ 。Ｚｈａｏ 等［１４］ 將ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ５ 數(shù)據(jù)集的１０個模式進行加權(quán)平均獲得多模式集合數(shù)據(jù)，用來驅(qū)動可變下滲容量（ＶＩＣ）模型，預(yù)測升溫１．５ ℃和２．０ ℃時西江流域徑流量和降水量的變化特征， 結(jié)果表明ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ５ 數(shù)據(jù)集在西江流域具有較高的可靠性。Ｗｕ 等［１６］ 對ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ６ 數(shù)據(jù)集的１６個氣候模型在中國的模擬性能進行評估，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)集可以很好再現(xiàn)歷史降水量和溫度的空間分布情況，并且在模擬氣候變暖趨勢方面表現(xiàn)良好。

本文采用ＧＲＡＣＥ 數(shù)據(jù)對ＶＩＣ 模型模擬陸地水儲量變化的能力進行評估，研究ＧＲＡＣＥ 數(shù)據(jù)和水文模型的差異性，用ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ６ 數(shù)據(jù)集驅(qū)動ＶＩＣ模型，預(yù)估黃河流域的陸地水儲量變化趨勢，分析未來降水和氣溫變化對陸地水儲量的影響。