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刘小莽课题组在Nature Geoscience发文揭示全球河川径流超过一半来自地下水维持的基流
2024-07-24 | 【  【关闭】
 地下水是水循环的关键组成部分,其向河道补给的基流是河川径流的重要来源,基流在水资源供给、夏季河流水温调节、为鱼类提供全年性栖息地等生态系统服务方面有重要作用。此外,由于地表水和地下水中的污染物浓度不一样,地下水维持的基流大小直接影响河流的污染物浓度。

基流的形成涉及到降水入渗、包气带水分运移、潜水层地下水向河道补给等过程,一般用水化学示踪方法来观测基流。然而,水化学示踪方法费时费力,难以在全球开展大范围的观测;而水文模型、陆面模型、地球系统模型等机理模型通常简化地下水模拟,导致全球基流指数的估算存在较大争议:美国普林斯顿大学的研究认为全球基流指数为71%;全球陆面数据同化系统的Noah陆面模式计算的全球基流指数为86%IPCC第六次评估报告认为全球基流指数不超过28%

基于此,中国科学院地理科学与资源研究所刘小莽研究组整合了全球1.55万个流域的逐日径流观测数据,构建了基于观测约束的全球基流指数估算方法,在三条有水化学示踪剂观测的河流(亚马逊河、密苏里河、科罗拉多河),验证了方法的可靠性。研究得到全球基流指数为59%( ± 7%),这表明IPCC第六次评估报告的全球水循环通量图(图8.1b)低估了地下水在全球水循环中的重要作用。

IPCC最新的模式比较计划(CMIP6)中,50个地球系统模式模拟的全球基流指数差异较大,基流指数从12%94%不等。基于观测数据和可解释的机器学习方法,发现土壤与基岩属性是基流指数空间分布差异的首要影响因素,可以解释基流指数空间差异的31%;而大部分地球系统模式认为降水量是首要影响因素。地球系统模式大多不能模拟土壤大孔隙流在渗透中的关键作用。此外,许多地球系统模式对于水文地质条件的简化处理,也可能导致模拟与实际的水文要素存在偏差。未来,可从以下三个方面改进地球系统模式的地下水模拟:增加土壤大孔隙快速水分下渗的过程表达、改善地下水与植被间的相互作用模拟、加强含水层导水系数的空间异质性表征。

该研究成果近期发表于Nature Geoscience,第一作者为地理资源所博士生谢佳鑫,通讯作者为刘小莽研究员,还有来自美国加州大学圣芭芭拉分校、荷兰阿姆斯特丹自由大学、德国马普研究所的合作研究人员。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金的共同支持。

论文信息:

Xie Jiaxin, Liu Xiaomang*, Scott Jasechko, Wouter Berghuijs, Wang Kaiwen, Liu Changming, Markus Reichstein, Martin Jung, Sujan Koirala. (2024). Majority of global river flow sustained by groundwaterNature Geoscience.

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41561-024-01483-5


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