GRL:全球干旱流域与湿润流域陆地水储量变化的差异性研究

发布日期:2021-01-05 来源: 字体:[ ]
  理解全球干旱流域和湿润流域的陆地水储量变化(ΔS)对于解决流域尺度的水量平衡问题至关重要,但目前人们对其了解仍不够清晰。中科院青藏高原所环境变化与多圈层过程团队王磊研究员等,结合GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)、GLDAS(Global Land Data Assimilation System)和WGHM(WaterGAP Global Hydrology Model)等产品,采用去趋势分析法研究了全球197个流域(面积大于5万平方公里)不同水分状况下的陆地水储量变化。
  GLDAS、WGHM以及几乎所有的GRACE产品都表明,剔除气候变化和人类活动影响的干扰后,在年际和多年时间尺度上,干旱流域ΔS均值和标准差波动很小,可忽略不计。干旱流域ΔS多年均值在0.02-0.07毫米/年之间,而湿润流域ΔS多年均值在0.03-1.02毫米/年之间。此外,研究还将多种水文气象变量作为水分状况指标,通过多种水文气象变量的多年均值与流域内ΔS多年均值以及标准差的分析发现(图2),去趋势后的土壤水分、蒸散发、降水以及比湿的多年均值与ΔS多年均值、标准差呈显著正相关关系。
图1. (a) 2003-2015年期间,197个全球流域的标准化降水蒸散发指数多年均值的空间分布。面积大于50,000 km2的全球流域下载自15" SRTM-derived HydroSHEDS数据集。蓝色流域代表正值,黄色流域代表负值。(b)流域内SPEI多年均值和流域内ΔS多年均值的回归拟合。其中流域内ΔS多年均值为2003-2015年期间,197个流域10个GRACE产品和1个GLDAS产品的平均值。每个点代表一个流域,红色曲线代表回归拟合结果。(c)与(b)示意相近,但纵坐标为流域内ΔS的标准差。
图2. 相关系数图
(a) 表示水文气象变量与流域ΔS多年均值的相关系数。(b)与(a)示意相近,但表示水文气象变量与流域ΔS多年标准差的相关系数。
CLSM-SoilMoist-P、CLSM-SoilMoist-RZ、CLSM-SoilMoist-S、ET、PET、tmp、pcp和SH分别为GLDAS产品的剖面土壤水分、根区土壤水分和表层土壤水分、蒸散发量、潜在蒸散发量、温度、降水量和比湿。
  研究表明,干旱流域中土壤水变化(ΔSM)ΔS的贡献明显大于湿润流域,而干旱流域中地下水储量变化(ΔGWS)对ΔS的贡献与湿润流域相较无显著区别,即ΔGWSΔS的贡献不受不同水分条件控制。该研究有利于开展全球不同流域的水量平衡研究,有助于全球变化背景下的水循环研究,获得国家自然科学基金(91747201)和中国科学院战略先导专项课题(XDA19070301)支持。
图3. (a)流域内SPEI多年均值和ΔSM对ΔS贡献的回归拟合。(b)与(a)示意相近,但为流域内SPEI多年均值和ΔGWS对ΔS贡献的回归拟合。(c-f) 四个水储量组分变化对ΔS贡献的空间分布。
四幅图显示了流域SPEI值的范围:(c)小于- 0.5;(d)小于- 0.1且大于- 0.5;(e)小于 0.1且大于- 0.1;(f)大于0.1。
  论文引用:Baoyi Hu, Lei Wang*, Xiuping Li, Jing Zhou, Yun Pan. (2020). Divergent changes in terrestrial water storage across global arid and humid basins. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL091069. https://doi.org/10.1029/2020GL091069