第三極融水主導流域未來徑流呈現(xiàn)不同變化
第三極是地球上除了南極和北極之外冰川分布最多的地區(qū)（總面積約10萬km2），隨著氣候快速變暖，冰川的加速消融引發(fā)了人們對下游農(nóng)業(yè)、生態(tài)和社會供水的擔憂。然而，冰川融水的重要性在第三極各個流域并不一致。第三極超過50%以上的冰川集中分布在西天山-帕米爾-喀剌昆侖-興都庫什-西喜馬拉雅山。相較位于青藏高原東南部主要受季風影響的流域（如黃河源、瀾滄江-湄公河上游等），冰雪融水對受西風主導且下游干旱的西部流域具有更重要的水資源意義。但是該地區(qū)歷史徑流特征及未來水資源變化尚未得到充分的量化和評估，已有研究存在較大爭議。高山區(qū)地面氣象觀測數(shù)據(jù)的缺乏、模型中對冰川水文過程描述的不足以及不同氣候模式間對未來氣候變化情景預估的巨大差異，是阻礙充分理解高山區(qū)冰川流域徑流過程及未來水資源演化的主要因素。
針對以上關鍵科學問題，第二次青藏科考任務二、中國科學院青藏高原研究所環(huán)境變化與多圈層過程團隊及合作者選取位于第三極地區(qū)西部的錫爾河、阿姆河、印度河和葉爾羌河的上游（圖1）為研究區(qū)，系統(tǒng)研究這四個流域當下的徑流特征、未來可供水量、季節(jié)變化和水文干濕極值的演化。基于經(jīng)過矯正的歷史氣象數(shù)據(jù)、驗證后的冰川水文模型、降尺度和誤差矯正后的22個GCM模式，研究結果表明，不同流域的徑流特征（圖1）在很大程度上決定各流域徑流對未來氣候變化的不同響應：1.在印度河、葉爾羌河和阿姆河，本世紀末之前（RCP8.5情景下）由于降雨徑流和冰川徑流的共同增加，流域年總徑流將持續(xù)呈增加趨勢，冰川徑流仍將是印度河和葉爾羌河全年和旱季徑流的重要水源（圖2）；由于冰川徑流的疊加，阿姆河和印度河未來存在洪水增加的風險（圖3）。2.在錫爾河，由于春季融雪提前和冰川作用減弱，年總徑流量在本世紀中期之后將呈現(xiàn)減少趨勢，徑流補給將更加依賴降雨（圖2）；同時未來洪峰出現(xiàn)時間將在春季提前1個月，夏季徑流量將顯著減少（16-30%），極端洪水（主要在春季）和干旱（主要在夏季）的頻率和強度將同時增加（圖3-4），進一步加深該國際河流上下游的水資源分配沖突。該研究結果進一步表明，各流域將出現(xiàn)洪水或干旱的潛在風險，但仍有時間在最壞的情形到來之前采取應對舉措。
上述研究成果近期以“Contrasting fate of western Third Pole's water resources under 21st century climate change”為題，在線發(fā)表于《Earth's Future》，第一作者和通訊作者為中國科學院青藏高原研究所蘇鳳閣研究員。此外，該研究中使用的錫爾河和阿姆河流域降水和氣溫數(shù)據(jù)的矯正、重建和模型驗證的研究成果，以“Runoff regime, change, and attribution in the upper Syr Darya and Amu Darya, Central Asia”為題在《Journal of Hydrometeorology》在線發(fā)表。
以上研究獲得第二次青藏高原綜合科學考察研究專項（2019QZKK0201）、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA20060202）、國家自然科學基金等聯(lián)合資助。
論文信息及鏈接：
Su*, F. G., Pritchard, H. D., Yao, T. D., Huang, J. H., Ou, T. H., Meng, F. C, Sun, H., Li, Y., Xu, B. Q.,Zhu, M. L., & Chen，D. L. (2022). Contrasting fate of western Third Pole’s water resources under 21st century climate change. Earth’s Future. https://doi.org/10.1029/2022EF002776
Huang, J. H., Su*, F. G, Yao, T. D., & Sun, H. (2022). Runoff regime, change, and attribution in the upper Syr Darya and Amu Darya, Central Asia. Journal of Hydrometeorology.https://doi.org/10.1175/JHM-D-22-0036.1
圖1 錫爾河、阿姆河、印度河和葉爾羌河上游歷史時期（1971-2000）月均降水、溫度及月徑流組分特征
圖2 錫爾河、阿姆河、印度河和葉爾羌河上游未來（1970-2099）總徑流及徑流組分演化
圖3 錫爾河、阿姆河、印度河和葉爾羌河上游未來（1971-2099）不同重現(xiàn)期下極端洪水變化
圖4 錫爾河、阿姆河、印度河和葉爾羌河上游未來（1970-2099）最大連續(xù)干旱天數(shù)和累積缺水量變化