張永強(qiáng)等人在Nature Geoscience發(fā)文：更精準(zhǔn)量化全球水循環(huán)分量，更新傳統(tǒng)水循環(huán)示意圖
水是地球表層系統(tǒng)的核心要素，是鏈接各圈層的關(guān)鍵紐帶。然而，全球水循環(huán)的量化尤其是河川流量與蒸散發(fā)的準(zhǔn)確劃分，長(zhǎng)期受限于模型誤差與觀測(cè)不足，導(dǎo)致對(duì)未來(lái)水資源變化的預(yù)測(cè)存在高度不確定性。為破解這一難題，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張永強(qiáng)研究員聯(lián)合國(guó)內(nèi)、國(guó)際團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地融合大流域河川徑流觀測(cè)數(shù)據(jù)與地球系統(tǒng)模型，系統(tǒng)重構(gòu)了全球水循環(huán)各分量的分配比例與未來(lái)趨勢(shì)。
研究采用“涌現(xiàn)約束”方法，結(jié)合全球50條大型河流1980–2014年的實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)，對(duì)多個(gè)地球系統(tǒng)模型進(jìn)行校正。結(jié)果顯示，該時(shí)期全球陸地河川流量為39.1±5.4×103km3 yr-1，徑流系數(shù)為0.35±0.03 ，顯著低于以往多數(shù)研究的估計(jì)（圖1）；陸地蒸散發(fā)量為73.4±6.2×103km3 yr-1。這表明此前許多模型系統(tǒng)性高估了全球河川流量。研究進(jìn)一步將河川流量劃分為地表流與地下基流，發(fā)現(xiàn)約66%的河源來(lái)自地下水貢獻(xiàn)；在蒸散發(fā)中，作物蒸騰占比約12.3%，量化了農(nóng)業(yè)用水對(duì)全球水循環(huán)的影響（圖2）。尤為重要的是，該研究基于最新數(shù)據(jù)繪制了全球水循環(huán)示意圖，不僅涵蓋降水、蒸散發(fā)、徑流等傳統(tǒng)組分，更明確了地下水流、人類用水、植被蒸騰等關(guān)鍵過(guò)程的占比，對(duì)教科書中長(zhǎng)期使用的水循環(huán)示意圖進(jìn)行了重要的更新與補(bǔ)充。
在未來(lái)氣候變化情景下，經(jīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)校正的預(yù)測(cè)表明，全球每升溫1°C，河川流量將增加7.8±5.5mm yr-1，較未經(jīng)校正的模型平均值低9.3%，不確定性降低約66%（圖3）。這表明當(dāng)前氣候模型可能高估了未來(lái)河川流量的增長(zhǎng)幅度，尤其是在加入灌溉、水庫(kù)調(diào)節(jié)等人為影響后，實(shí)際可用水資源的增長(zhǎng)可能更為有限。
該成果于2026年1月9日在線發(fā)表于《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）。中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張永強(qiáng)研究員為論文第一作者和唯一通訊作者。合作團(tuán)隊(duì)包括奧地利維也納科技大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科工組織、美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)波茨坦大學(xué)、武漢大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）等機(jī)構(gòu)的多名學(xué)者。
研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部領(lǐng)軍人才計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等支持。
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論文信息：Zhang Yongqiang, Bl?schl Günter, Wei Haoshan, Kong Dongdong, Ma Ning, Wagener Thorsten, Tian Jing, Xia Jun, Li Congcong, Wang Longhao, Chiew Francis H.S., Leung L. Ruby, Liu Xingcai, Zheng Hongxing, Zhang Xuanze, Liu Changming. Overestimation of past and future increases in global river flow by Earth system models. Nature Geoscience. 2026.
?論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01897-9
圖1 | 全球徑流估算及其涌現(xiàn)約束。?歷史時(shí)期（1980–2014年）分析。a，地球系統(tǒng)模型模擬的徑流系數(shù)（陸地徑流Q除以陸地降水P）（ESMs；均值±1標(biāo)準(zhǔn)差，黑色星標(biāo)與藍(lán)線表示）、涌現(xiàn)約束方法估算值（EC，橙色）及文獻(xiàn)報(bào)道的陸面模型估算值（綠色）。b，EC方法所得的全球水循環(huán)分量（均值±不確定性，橙色）與文獻(xiàn)報(bào)道的陸面模型估算值（均值±1標(biāo)準(zhǔn)差，綠色）。c，全球徑流系數(shù)的涌現(xiàn)約束。d，陸地徑流Q的涌現(xiàn)約束。圖c和d的約束基于50個(gè)主要河流流域的觀測(cè)數(shù)據(jù)得出（垂直橙色陰影表示不確定性）；水平陰影區(qū)表示沿平均估計(jì)值（藍(lán)色回歸線）的不確定性。每個(gè)點(diǎn)代表單個(gè)ESM對(duì)流域與全球結(jié)果的比較。e，分析所用的50個(gè)河流流域位置，其總流域面積占全球陸地面積的26.9%。
圖2 | 基于涌現(xiàn)約束方法的全球水循環(huán)分解。?歷史時(shí)期（1980–2014年）分量以黑色和白色表示；SSP2-4.5情景下未來(lái)預(yù)估（2051–2100年）以紅色表示。白色段表示不同下墊面類型對(duì)陸地總蒸散發(fā)的貢獻(xiàn)。
圖3 | 氣候變化下全球水循環(huán)分量的變化。?對(duì)比地球系統(tǒng)模型（ESMs，藍(lán)色）與涌現(xiàn)約束（EC，橙色）方法的預(yù)估結(jié)果。a，SSP2-4.5情景下歷史時(shí)期（1980–2014年）與未來(lái)時(shí)期（2051–2100年）間的變化。b，同a，但為SSP5-8.5情景。c，每升溫1℃的水循環(huán)分量變化。量化豎線表示不確定性。
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