气候变化下积雪变化对水电潜力的影响及其全球评估

本研究针对气候变化下积雪动态改变对水电潜力(HP)的定量影响这一关键科学问题，利用ISIMIP2a/2b多模型径流数据与CaMa-Flood河道模型，首次系统评估了1971-2010年全球水电潜力（GHP 59.39 PWh，THP 3.92-24.90 PWh），揭示积雪融水贡献率（11%-20%）的下降趋势及弹性机制，为雪域地区水资源与能源规划提供科学依据。

　　

在全球气候变暖背景下，积雪作为冷区河流的重要水源正经历显著变化，这对依赖积雪融水的水电系统构成严峻挑战。尽管水电(Hydropower, HP)是可再生能源的主力军（占全球发电量16%），但关于积雪变化如何影响水电潜力(Hydropower Potential, HP)的全球定量研究仍属空白。现有区域研究显示，北美落基山脉积雪减少导致夏季发电短缺，欧洲阿尔卑斯山区水电出力下降，但缺乏系统性评估。更棘手的是，全球水电潜力估算存在巨大差异（52.25-127.57 PWh），主要源于径流(Q)数据的不确定性。这种认知缺口严重制约了雪域地区应对气候变化的能源战略制定。

中国青海省科学技术厅资助的研究团队通过整合ISIMIP2a/2b四个全球水文模型的径流数据，耦合高精度CaMa-Flood河道模型，首次实现了积雪变化对水电潜力的多维度解析。研究采用1971-2010年历史数据与SSP1-2.6情景延伸至2023年的模拟，通过弹性系数量化峰值积雪水当量(Snow Water Equivalent, SWE)与HP的响应关系，并结合实际水电产量(Hydroelectricity Production, HEP)评估各国风险与开发潜力。

关键技术包括：(1) ISIMIP2a/2b多模型径流集合分析；(2) CaMa-Flood模型河道水力计算；(3) 基于SWE的弹性系数算法；(4) 全球水电潜力分级评估体系（含Gross GHP与Technical THP）；(5) 40年趋势的Mann-Kendall检验。

全球水电潜力及其趋势
研究测得1971-2010年全球年均GHP为59.39 PWh，与Xu等(2023)的57.58 PWh高度吻合。亚洲贡献最大(23.05 PWh，占38.81%)，非洲(13.11 PWh)与南美次之。THP因流量可靠性分级呈现3.92-24.90 PWh的宽幅波动，凸显技术约束的影响。

积雪融水对水电潜力的贡献
全球HP中11%-20%直接源自积雪融水，但78.3%的雪域流域呈现显著下降趋势（p<0.05）。北欧降幅最大（年均-0.12%），而中亚部分流域因降雨补偿出现THP增长。

HP对峰值SWE的弹性
弹性分析揭示GHP普遍随SWE减少而下降（弹性系数0.21-0.43），但THP在37%研究区域逆势上升，主因冷季降雨增加改善供电稳定性。这种"弹性分化"现象在北美西部与阿尔卑斯山区尤为显著。

水电风险与未开发潜力
基于HEP数据，研究识别出瑞士、挪威等国有较高气候风险（现有电站位于SWE锐减区），而刚果、秘鲁等国保有超80%未开发THP，中国未开发率达42.3%。

这项发表于《Journal of Hydrology》的研究开创性地构建了积雪-HP的全球关联框架，揭示出三个核心机制：(1) 积雪减少通过降低夏季基流威胁GHP；(2) 降雨-积雪转化改变季节性分配，部分抵消THP损失；(3) 弹性系数空间异质性预示区域适应性策略需差异化。这些发现不仅解释了Zhou等(2015)与Lehner等(2005)的HP估值差异（部分源于积雪模块精度），更为《巴黎协定》下的能源转型提供了雪域特异性方案——例如北欧需加强水库调节能力，而中亚可优化混合能源配比。研究团队特别指出，当前全球仍有40%以上水电潜力待开发，但必须纳入积雪变化的长期影响评估，这对实现"双碳"目标具有战略意义。