《自然—地球科学》：张永强等精准量化全球水循环分量，更新传统水循环示意图

水是地球表层系统的核心要素，是链接各圈层的关键纽带。然而，全球水循环的量化尤其是河川流量与蒸散发的准确划分，长期受限于模型误差与观测不足，导致对未来水资源变化的预测存在高度不确定性。为破解这一难题，中国科学院地理科学与资源研究所张永强研究员联合国内、国际团队，创新性地融合大流域河川径流观测数据与地球系统模型，系统重构了全球水循环各分量的分配比例与未来趋势。

北京时间2026年1月9日，该成果以“Overestimation of past and future increases in global river flow by Earth system models”为题在线发表于《自然—地球科学》（Nature Geoscience）。中国科学院地理科学与资源研究所张永强研究员为论文第一作者和唯一通讯作者。

研究采用“涌现约束”方法，结合全球50条大型河流1980–2014年的实测径流数据，对多个地球系统模型进行校正。结果显示，该时期全球陆地河川流量为39.1±5.4×103 km3 yr-1，径流系数为 0.35±0.03，显著低于以往多数研究的估计；陆地蒸散发量为73.4±6.2×103 km3 yr-1。这表明此前许多模型系统性高估了全球河川流量。研究进一步将河川流量划分为地表流与地下基流，发现约66%的河源来自地下水贡献；在蒸散发中，作物蒸腾占比约12.3%，量化了农业用水对全球水循环的影响（图1）。尤为重要的是，该研究基于最新数据绘制了全球水循环示意图，不仅涵盖降水、蒸散发、径流等传统组分，更明确了地下水流、人类用水、植被蒸腾等关键过程的占比，对教科书中长期使用的水循环示意图进行了重要的更新与补充。

图1 基于涌现约束方法的全球水循环分解。 历史时期（1980–2014年）分量以黑色和白色表示；SSP2-4.5情景下未来预估（2051–2100年）以红色表示。白色段表示不同下垫面类型对陆地总蒸散发的贡献。

在未来气候变化情景下，经观测数据校正的预测表明，全球每升温1°C，河川流量将增加7.8±5.5mm yr-1，较未经校正的模型平均值低9.3%，不确定性降低约66%（图2）。这表明当前气候模型可能高估了未来河川流量的增长幅度，尤其是在加入灌溉、水库调节等人为影响后，实际可用水资源的增长可能更为有限。

图2 气候变化下全球水循环分量的变化。 对比地球系统模型（ESMs，蓝色）与涌现约束（EC，橙色）方法的预估结果。a，SSP2-4.5情景下历史时期（1980–2014年）与未来时期（2051–2100年）间的变化。b，同a，但为SSP5-8.5情景。c，每升温1℃的水循环分量变化。量化竖线表示不确定性。

合作团队包括奥地利维也纳科技大学、澳大利亚联邦科工组织、美国太平洋西北国家实验室、德国波茨坦大学、武汉大学、中国地质大学（武汉）等机构的多名学者。

研究获国家自然科学基金（42330506、42361144709）、科技部领军人才计划、中国科学院国际团队项目等支持。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41561-025-01897-9

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