卫星与模型观测结合评估气候变化对地中海高山盆地地下水变化的影响

本研究针对地中海高山盆地Alto Genil流域，评估了气候变化对气象、农业、水文和运营干旱的影响。研究人员通过生成未来气候情景（2071-2100年），应用包含Témez降雨径流模型、融雪模型、CROPWAT和Aquatool的模型链，采用标准化降水指数（SPI）方法分析干旱传播。结果表明，未来降水减少27%，温度上升6.6°C，农业需水增加23%，干旱将更频繁、严重和持久，尤其在依赖积雪的子流域。研究强调了积雪减少对水资源的调控功能影响，为依赖积雪的地中海高山盆地的适应策略制定提供了科学依据。

　　

在地中海这片被科学家们称为"气候变化热点"的区域，水资源管理正面临着前所未有的挑战。随着全球气温的持续上升，干旱事件变得越来越频繁和严重，而高山盆地作为重要的"水塔"，其积雪融水对下游地区的供水具有至关重要的调节作用。西班牙南部的阿尔托赫尼尔盆地（Alto Genil Basin）正是一个典型的地中海高山区域，这里的积雪资源不仅支撑着当地的农业灌溉和城市供水，还维系着独特的生态系统平衡。

然而，气候变化正在打破这种脆弱的平衡。温度升高导致积雪减少，降水模式改变影响着水资源的时间和空间分布，而日益增长的用水需求更是雪上加霜。面对这一严峻形势，西班牙地质调查局（IGME）的研究团队开展了一项创新性研究，旨在全面评估气候变化对该盆地不同类型干旱的影响及其传播机制。这项研究发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上，为理解气候变化下高山盆地水资源响应提供了重要见解。

研究人员采用了多模型耦合的研究方法，主要包括：基于CORDEX项目的区域气候模型生成未来气候情景；结合Témez降雨径流模型和温度指数融雪模型（TIM）模拟水文过程；运用CROPWAT模型估算农业需水；通过Aquatool管理模型评估系统运行状况；并采用标准化降水指数（SPI）方法分析四种类型的干旱（气象、农业、水文和运营干旱）。研究还通过聚类分析确定了均匀的水文气候区，以深入探讨干旱的空间传播特征。

4.1 未来气候情景的生成

研究结果显示，与历史时期（1950-2005年）相比，未来情景（2071-2100年）下阿尔托赫尼尔盆地的年平均降水量将从579.4毫米降至421.5毫米（E1情景）和424.8毫米（E2情景），降幅达27%。同时，年平均温度将从11.2°C上升至17.8°C，升高6.6°C。这种"降水减少、温度升高"的组合将对水资源系统产生深远影响。

4.2 气候情景的传播：融合融雪的建模框架

水文模拟结果表明，所有水文气候区的径流量在未来情景下均出现普遍减少。例如，在历史情景下，7区和2区的峰值流量分别达到10.8 hm3和9.8 hm3，而在E1未来情景下分别降至4 hm3和3.6 hm3。更重要的是，在具有积雪特征的1、2、4和5区，水文过程发生了显著变化：历史情景下因春季融雪导致的4-6月流量高峰，在未来情景下提前至2-3月（E1）和1-3月（E2），表明积雪区域正从雪主导型向雨主导型转变。

农业需水估算显示，未来情景下年平均消耗性需求（农业+城市）将增加56.93 hm3（E1）和55.61 hm3（E2），增幅达23%。水资源管理模拟表明，在无抽水限制（NLP）情景下，全盆地的平均体积保证率将从历史期的97.1%降至90.1%（E1）和91.8%（E2）；而在有限抽水（LP）情景下，保证率进一步下降至81.4%（E1）和84.7%（E2）。同时，地下水开采量将从历史期的68.04 hm3/年大幅增加至150.36 hm3/年（NLPE1）和136.97 hm3/年（NLPE2）。

4.3 以积雪主导子流域为重点的干旱传播比较评估

干旱分析揭示了令人担忧的趋势。在积雪区域，所有类型的干旱（气象、农业、水文和运营干旱）的频率、持续时间、强度和量级在未来情景下均显著增加。以卡纳莱斯子流域（HCA 2）为例，气象干旱的数量在E1和E2情景下分别增加95和241个单位；农业干旱的平均持续时间分别增加448和809个月；水文干旱的平均量级分别增加824和612个单位；运营干旱的强度在LPE1情景下增加275个单位。

4.4 气象干旱与运营干旱的相关性分析

相关性分析发现，在整个阿尔托赫尼尔盆地，气象干旱与运营干旱之间的最大相关性时间从历史情景下的7个月缩短至未来情景（LPE1E2）下的6个月。在卡纳莱斯子流域（HCA 2）也观察到类似的变化（从7个月缩短至6个月）。同时，两者之间的相关性强度显著增强：在整个盆地，最大R2从0.41上升至0.67；在卡纳莱斯子流域，从0.26上升至0.42。这表明系统的响应时间缩短，脆弱性增加。

研究结论与意义

这项研究通过创新的集成分析方法，揭示了气候变化对地中海高山盆地水资源系统的深远影响。研究结果表明，未来水资源可用性将显著减少，而农业需水则大幅增加，导致供需矛盾加剧。干旱事件将变得更加频繁、持久和严重，特别是在依赖积雪的子流域。积雪减少和从雪到雨的制度转变将破坏水资源的季节性可用性，削弱盆地的调节功能。

更重要的是，气象干旱与运营干旱之间相关性的增强和响应时间的缩短，意味着管理者必须更早地启动应急措施。这一发现为制定适应性策略提供了关键的时间窗口信息。研究强调，当前的水资源管理策略可能难以应对未来的挑战，需要采取更加灵活的适应性管理方法，包括加强监测预警、优化水资源配置、发展节水技术等。

这项研究的创新之处在于首次对地中海高山盆地进行了综合性的干旱传播分析，特别关注了积雪组分在早期识别适应性策略中的作用。研究成果不仅对阿尔托赫尼尔盆地的水资源管理具有直接指导意义，也为全球类似气候条件下的高山盆地应对气候变化提供了重要参考。然而，由于未来情景预测中存在的不确定性，研究人员建议将这种自上而下的分析与自下而上的方法相结合，整合当地知识，以更全面地评估适应性措施的效果。