黄河流域未来陆地水储量时空演变趋势

王宇航 杨肖丽 吴凡 黄怡婷 张晗硕

摘 要：在气候变化和人类活动影响下，流域水循环发生了显著变化，水资源保护形势愈加严峻。为解决黄河流域陆地水储量难监测的问题，利用ＧＲＡＣＥ 数据和可变下渗容量（ＶＩＣ）模型预测黄河流域２０３０—２１００ 年陆地水储量变化，剖析气候变化对陆地水储量的影响机制。研究表明：１）利用ＧＲＡＣＥ 数据和ＶＩＣ 模型通过组分相加法计算的陆地水储量变化一致性较强，能很好模拟黄河流域陆地水储量时空演变特征；２）２０３０—２１００ 年黄河流域陆地水储量呈现不显著的增加趋势，ＳＳＰ５８５ 情景陆地水储量的增加幅度最大；３）预测期黄河流域降水量、气温和蒸散发量均比历史时期上升，预测期黄河源区和兰州附近的径流深比历史期减小，虽然预测期黄河流域整体陆地水储量呈现不显著增加趋势，但仅内蒙古部分地区陆地水储量增加。

关键词：陆地水储量；ＧＲＡＣＥ；ＶＩＣ 模型；黄河流域

中图分类号：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．０１３

引用格式：王宇航，杨肖丽，吴凡，等．黄河流域未来陆地水储量时空演变趋势［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（５）：８０－８４，９７．

０ 引言

黄河流域是我国重要的经济地带，也是人口活动的聚集地，是我国高质量发展的重要区域［１］ 。随着社会经济的发展和人类活动的加剧，黄河流域水资源供需矛盾不断累积［２］ ，产生河道断流、冰川冻土融化、水土流失、湖泊缩小等生态环境问题。

陆地水储量是指地表和地下的所有水量，包括地表水、土壤水、地下水、冠层水、冰雪等［３］ 。作为水循环的一部分，陆地水储量与降水、径流、蒸散发密切相关，对维持水量平衡和水资源的可持续利用至关重要［４－５］ ，准确估算陆地水储量有助于了解气候变化、预警自然灾害，并为水资源管理提供科学依据。陆地水储量的观测数据相对稀缺，学者们常采用水量平衡法将降水量减去蒸散发量和径流量或者采用组分相加法将陆地水储量各个组分相加计算陆地水储量变化量［６］ 。ＧＲＡＣＥ （Ｇｒａｖｉｔｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｐｅｒｉ?ｍｅｎｔ）卫星为监测陆地水储量提供了新方法，并在估算陆地水储量方面表现出良好性能［７－９］ 。但ＧＲＡＣＥ卫星于２００２ 年发射，数据集时间系列有限，无法有效估算长时期的陆地水储量。Ｋｏｎｇ 等［１０］ 基于观测的水文气象数据和ＧＲＡＣＥ 数据，分析了自然因素和人类活动对１９８２—２０１９ 年中国陆地水储量变化的影响，证明了利用水量平衡法计算的陆地水储量变化具有可靠性。Ｄｅｎｇ 等［１１］ 采用多种再分析数据比较了基于水文要素计算的陆地水储量变化和２００２—２０１３ 年ＧＲＡＣＥ数据计算的陆地水储量变化的差异，发现利用组分求和法计算的陆地水储量变化与ＧＲＡＣＥ 数据的一致性更好。虽然水文模型在模拟陆地水储量方面已显示出一定的可靠性［１２－１４］ ，但是未来气候变化难以准确预测，因此关于未来陆地水储量变化的预测研究仍然相对有限。美国国家航空航天局发布的ＮＥＸ－ＧＤＤＰ 数据集显著提升了气候模型的空间分辨率、历史时期平均值与极值的估算准确度和预测未来气候变化的能力［１５］ 。Ｚｈａｏ 等［１４］ 将ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ５ 数据集的１０个模式进行加权平均获得多模式集合数据，用来驱动可变下渗容量（ＶＩＣ）模型，预测升温１．５ ℃和２．０ ℃时西江流域径流量和降水量的变化特征， 结果表明ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ５ 数据集在西江流域具有较高的可靠性。Ｗｕ 等［１６］ 对ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ６ 数据集的１６个气候模型在中国的模拟性能进行评估，发现该数据集可以很好再现历史降水量和温度的空间分布情况，并且在模拟气候变暖趋势方面表现良好。

本文采用ＧＲＡＣＥ 数据对ＶＩＣ 模型模拟陆地水储量变化的能力进行评估，研究ＧＲＡＣＥ 数据和水文模型的差异性，用ＮＥＸ－ＧＤＤＰ－ＣＭＩＰ６ 数据集驱动ＶＩＣ模型，预估黄河流域的陆地水储量变化趋势，分析未来降水和气温变化对陆地水储量的影响。