科学研究

【科技自立自强】西安交大-南信大科研人员研究在降雨模式变化下流域水文响应的空间分异机制方面取得新发现

来源：交大新闻网日期：2024-01-30 08:58 浏览量：

全球气候变化深刻影响水文过程，尤其变暖会强化水循环，加剧旱涝灾害，从而威胁水安全和生态安全。近几十年来，中国西南地区（如云南、贵州）干旱和东南地区（如广西、广东）洪涝灾害频发，对农业、生态和社会经济造成了巨大损失，引起了国家和社会的高度关注。

图1 2009/2010年西南地区特大干旱（左图）；2020年8月强降雨致河水漫上广西蒙山街道（右图）

作为珠江流域主体的西江，发源于云贵高原，流经云南、贵州、广西、广东，注入南海。尽管西江流域干旱与洪涝都和降水变化有关，但在流域降水模式变化一致的情况下，为什么干旱与洪涝在上下游却呈现相反的变化趋势？阐明该科学问题的研究论文Rising rainfall intensity induces spatially divergent hydrological changes within a large river basin于2024年1月27日在线发表于《自然通讯》（Nature Communications）上。论文第一作者是西安交通大学吴一平教授，通讯作者是南京信息工程大学周国逸教授，论文第二作者是博士生阴晓伟，西安交通大学全球环境变化研究院为论文第一单位。该研究详细阐述了半个多世纪以来西江流域降水模式的变化特征及干湿演化机制，首次发现了降雨强度和地形相互作用造成了水文变化的空间分异机制，即降雨强度增强同时加剧了西江上游（西南地区）干旱和下游（东南地区）洪涝风险。

该文主要作者们当年在研究鼎湖山东沟流域（面积约613公顷）水文过程时最初注意到相似现象。尽管植被和年降雨量未发生显著变化，但在降雨强度增加的背景下该流域却出现了“上游变干，易发生干旱；下游浅层地下水位上升，易发生洪涝”的现象（Global Change Biology, Zhou et al., 2011）。当时他们推测这种水文现象或许也存在于更大尺度的流域。西安交通大学和南京信息工程大学联合团队通过多年的深入探索，基于长期观测资料并利用他们改进的水文过程模型，揭示了西江流域（面积约35万平方公里）降雨模式变化及水文时空响应特征：在年降雨量无明显变化的情况下，降雨强度、无雨天数及最大连续干天显著增加，而小雨量、小雨天数及最大连续湿天显著减少；降雨模式变化导致上游地区产水量和地表快速径流量显著减少，水资源短缺日益加剧；下游地区产水量和地表快速径流量增加，洪水风险更加严峻。

图2 西江流域关键水文变量时空演化趋势（左图）；西江流域干旱指数分布及驱动因子分析（右图）

科研团队通过一系列模拟试验深入解析了降水模式变化下不同尺度（坡面、水文响应单元、子流域及区域）的水文响应机制。研究表明上下游地区的两个典型小流域的水文响应存在共性：高坡度地区变得更加干燥，而低坡度地区则变得更加湿润。由于西江流域上下游地形差异显著—上游高地较多，总体较为陡峭，而下游低地较多，总体较为平缓。因此，上游地区以变干效应为主，下游地区以变湿效应为主，从而揭示了降水增强和地形差异共同导致西江流域上下游地区两种截然相反的水文效应。