气候变化与社会经济增长加剧了全球大部分地区的水资源危机。然而，地球系统模型对地表可用水（降水减蒸散发）的表述不够充分，直接影响了未来预估的可靠性。因此研究采用一种观测约束手段（涌现约束）对未来全球地表可用水进行约束，以做出更可靠的未来预估。
导 读
全球大部分地区的水资源危机加剧，这迫切要求地球系统模型对地表可用水（降水减蒸散发（Precipitation minus evapotranspiration, PME））的未来变化展开研究。然而目前地球系统模型在模型参数化和物理过程等方面的表述还不够充分，直接影响了未来预估的可靠性。为此，研究基于20个耦合模式比较计划第6阶段（CMIP6）模式和多个观测数据集，采用涌现约束（HEC）方法，对中等和高温室气体排放情景（SSP2-4.5和SSP5-8.5）下全球平均PME的未来变化（ΔPME）进行了约束，以得到更可靠的未来预估结果。研究发现在SSP5-8.5情景下，受约束的PME在未来远期（2070-2099年）比历史基准期（1982-2011年）增加了33.81 ± 13.72 mm，即13% ± 5%。采用 HEC 方法后不确定性范围缩小了24%。本研究不仅揭示了未来全球地表可用水的可靠预估依赖于模式对降水的准确模拟，也为水资源的可持续管理提供了重要参考。
图1 图文摘要
PME的历史趋势表现出较大的空间异质性（图2A）。PME趋势较大的地区主要位于赤道附近的低纬度地区，如亚马逊雨林、非洲雨林、印度、中国东南部和东南亚群岛（图2A）。随着时间的推移和排放情景的增加，各模式模拟PME的不确定性也在增加，不确定性从1950-2014年的12.24 mm增加到2070-2099年的18.84 mm（SSP2-4.5）和25.72 mm（SSP5-8.5）（图2B）。
图2 CMIP6模拟的全球PME历史和未来变化趋势
研究使用涌现约束方法提高基于CMIP6模式预估的PME变化量（ΔPME）的稳健性。研究发现，在SSP5-8.5情景下模拟的远期（2070-2099年）全球平均ΔPME与历史基准期（1982-2011年）全球平均PME趋势之间存在较强的线性关系（图3）。这种关系表明，历史PME趋势较大的模式往往预示着更大的未来ΔPME。同时，SSP5-8.5情景下0-30°N和 0-30°S 区域也存在上述涌现约束关系（图3）。
图3 地表可用水的涌现约束
研究发现未来ΔPME被低估主要是由于CMIP6模式对历史PME趋势的低估造成的。为了进一步探究降水和蒸散发的模拟偏差对PME趋势模拟偏差的影响，研究设计了两组对照实验——计算所有模式的PME趋势，并使用相应的观测资料或气候再分析资料替换其中的降水或蒸散发（图4）。结果表明，使用降水观测资料替换后各模式的PME趋势更接近于PME观测值。因此，与蒸散发相比，CMIP6模拟与观测之间的降水偏差是造成PME趋势模拟偏差的主要原因。
图4 PME趋势的观测替换实验
总结与展望
研究预估全球平均可用水量将会增加，这似乎会缓解未来的用水压力。然而，如何有效利用增加的可用水是一个巨大的挑战。高效用水涉及许多方面，如生活用水、农业灌溉和水利工程等。由于未来情景下极端降水的频率和强度都在增加，表明未来可用水的增加很可能是极端降水事件造成的。因此，如何充分利用有限的水资源，提高用水效率，将是未来水资源研究的关键问题。
责任编辑
朱松岩 爱丁堡大学
桂松涛 山东农业大学
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第2卷第4期以Article发表的“Larger increase in future global terrestrial water availability than projected by CMIP6 models” (投稿: 2024-04-19；接收: 2024-10-10；在线刊出: 2024-11-04)。
DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2024.100097
引用格式：Wu Y., Miao C., Slater L., et al. (2024). Larger increase in future global terrestrial water availability than projected by CMIP6 models. The Innovation Geoscience 2(4): 100097.
作者简介
缪驰远，教育部长江学者特聘教授，国家优青，北京师范大学地理科学学部博士生导师。主要从事气候变化下流域水文响应研究，具体兴趣包括：（1）降水观测、估计与融合；（2）大尺度水文过程模拟与评价；（3）未来气候变化预估及其水文响应。以第一/通讯作者身份在PNAS等期刊发表SCI论文100余篇，论文SCI总引用率达11000余次，15篇SCI论文入选ESI高被引论文，基于WOS的H-index为59。先后获得爱思维尔高被引学者（2021–2024）、AGU Piers J. Sellers Global Environmental Change Mid-Career Award (2022)、中国地理学会科学技术奖—青年科技奖（2019）、中国水土保持学会青年科技奖（2018）等荣誉。
Web：https://geot.bnu.edu.cn/Public/htm/news/5/163.html
往期推荐
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
|
The Innovation 简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
期刊官网：
www.the-innovation.org
期刊投稿（Submission）：
marketing@the-innovation.org
Logo｜期刊标识
See the unseen & change the unchanged
创新是一扇门，我们探索未知；
创新是一道光，我们脑洞大开；
创新是一本书，我们期待惊喜；
创新是一个“1”，我们一路同行。
The Innovation 姊妹刊
The Innovation
赞助单位