清華新聞網(wǎng)5月30日電 近日，清華大學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程對降雪變化的復(fù)雜響應(yīng)機理，闡明了冬季降雪減少對徑流季節(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，強烈影響區(qū)域水文過程。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，對人類水資源管理、糧食安全保障和水旱災(zāi)害防治等帶來巨大挑戰(zhàn)。然而，學界對于降雪減少如何影響河川徑流過程仍未形成全球共識，針對不同地區(qū)的研究結(jié)論存在較大差異。
研究基于北半球3000余個受降雪影響流域的長期（1950-2020）水文氣象觀測資料分析發(fā)現(xiàn)，冬季降雪減少導(dǎo)致春季融雪時間普遍提前、降水質(zhì)心時間推后。由于不同流域徑流發(fā)生時間對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存在一個降雪比例閾值，即多年平均降雪比例約為40%，該閾值對應(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，降雪減少增強了徑流的季節(jié)變異性與徑流質(zhì)心發(fā)生時間在年際間的波動。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，改寫了“降雪減少、融雪提前、徑流提前”的傳統(tǒng)認知，為全球升溫背景下降雪減少對徑流過程的影響提供了新的機理認識。
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)生頻率與強度則可能出現(xiàn)下降趨勢。同時，冬季降雪減少將導(dǎo)致夏秋季節(jié)徑流量下降、干旱風險上升，對供水、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)性的年際波動增加意味著徑流季節(jié)性預(yù)報難度加大、不確定性上升，這將給水資源的季節(jié)性預(yù)測與管理帶來更大的挑戰(zhàn)。為此，論文作者指出，有必要對受降雪影響地區(qū)的水資源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和管理進行重新評估，制定靈活且有針對性的應(yīng)對策略，以適應(yīng)氣候變化對區(qū)域水文循環(huán)帶來的影響，確保水資源的長期安全與可持續(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。
清華大學水利水電工程系2020級博士生韓俊太、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布魯斯托大學教授羅斯·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），清華大學水利系教授楊大文，助理研究員王泰華，2021級博士生侯穎，博士后郭禹含、李昶明。
研究得到國家自然科學基金黃河專項項目、面上項目，科技部重點研發(fā)項目以及云南省科技廳重點研發(fā)項目的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07299-y
供稿：水利系
題圖設(shè)計：李柳依
編輯：李華山
審核：郭玲
