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近年来，全球沿海地区咸潮入侵威胁淡水供应。研究人员在高排放情景（SSP3 - 7.0）下，对 18 个河口开展咸潮入侵研究。结果显示多数河口未来咸潮入侵增加，海平面上升（RSLR）影响更大。该研究为应对咸潮威胁提供依据。
在全球气候变化的大背景下，沿海地区的生态环境和人类生活正面临着诸多挑战，其中咸潮入侵对淡水供应的威胁愈发严峻。河口作为海洋与河流的交汇地带，是半封闭的水体区域，兼具重要的地质和生态价值，全球约 69% 的大城市都坐落于此。然而，近年来世界各地频繁出现严重的咸潮入侵事件。例如，2023 年美国新奥尔良在历史罕见的干旱期间，为防止密西西比河被咸潮入侵污染城市饮用水源，美国陆军工程兵团紧急建造了防咸潮设施；2018 年和 2022 年荷兰的莱茵 - 默兹河口也遭遇严重干旱，导致长时间的咸潮入侵，影响了淡水取水，2018 年荷兰霍兰斯?艾塞尔河口的氯化物浓度连续 75 天超过饮用水标准两倍。
众多气候研究表明，到 21 世纪末，干旱的频率和强度预计将增加，同时海平面上升（SLR）也会使河口加深。河流流量减少会降低盐分输出，而海平面上升则会增强河口环流、降低河流流速，进而增加盐分输入。此外，海平面上升导致的水深增加还会改变沿海地区的潮汐幅度，对盐度产生不同影响。在分层河口（交换流主导区域），较大的潮汐幅度会减弱河口环流，减少咸潮入侵；而在充分混合河口（潮汐扩散主导区域），较高的潮汐幅度会增强潮汐扩散，增加咸潮入侵。海洋盐度增加、海洋表面应力增强等因素也会进一步推动咸潮向内陆入侵。
尽管此前已有研究利用数值模型对气候变化下咸潮入侵的潜在风险进行了量化，但大多只关注单一驱动因素，如河流流量或海平面上升，这使得人们难以全面了解气候变化对未来咸潮入侵的影响，也无法准确量化各驱动因素的贡献。部分考虑河流流量和海平面上升两个因素的研究，也仅针对个别河口，缺乏对未来咸潮入侵事件统计特性变化的量化分析。
为了解决这些问题，荷兰乌得勒支大学（Utrecht University）等多个研究机构的研究人员 Jiyong Lee、Bouke Biemond 等开展了一项针对全球河口咸潮入侵的研究。他们在高排放情景（Shared Socioeconomic Pathway，SSP3 - 7.0）下，对全球 18 个河口进行研究，量化了河流流量和相对海平面上升（RSLR[1]，包括绝对海平面上升（ASLR）和垂直陆地运动（VLM）的影响）对未来咸潮入侵变化的复合贡献。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为深入理解全球河口咸潮入侵变化提供了重要依据。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用社区地球系统模型 2 大集合模拟结果（CESM - LE2）获取所选河口到 2100 年在高排放情景下的每日河流流量数据，并通过分位数映射（QDM）方法对模型数据进行偏差校正；其次，通过后处理 CESM - LE2 结果估计区域 ASLR，并利用相关数据量化所选河口的 VLM，从而计算 RSLR；最后，使用二维垂直（2DV）咸潮入侵模型计算咸潮入侵长度，并通过不同时间尺度的盐度测量数据对模型进行校准。
河流流量预测
研究人员首先探究了 21 世纪末预计河流流量的空间变异性。以低流量（定义为年日河流流量的第 10 百分位数 Q10 ）为例，CESM - LE2 模型预测显示，北美洲南部、南美洲北部和南部、欧洲西部和南部、非洲西部和南部、东南亚部分沿海地区以及澳大利亚西部和东部等地的低流量预计将减少；而北美洲北部东西海岸、南美洲中东地区、北欧、非洲中部和东部、东南亚部分沿海地区以及澳大利亚中部等地的低流量预计将增加。对于所选河口，北美和南美的大多数河口河流流量统计指标（第 10、50 和 90 百分位数）预计将增加，南欧和非洲的河口则显示未来河流流量指标下降，西欧和南部非洲的一些河口极端河流流量指标还呈现相反的符号变化（ΔQ10?<0 且 ΔQ90?>0 ），这意味着气候变暖将增强河流流量的季节性变化。
相对海平面上升（RSLR）
RSLR 由 ASLR 和 VLM 决定。研究人员量化了未来区域δHA（ASLR 引起的水深变化）的预测，包括水柱因热膨胀（Steric）、冰川融化（Glaciers、格陵兰岛和南极洲）以及动态海平面变化（DSL）的贡献。在北大西洋发现了δHA的偶极子模式，这与热量和淡水通量增加导致大西洋经向翻转环流（AMOC）减弱有关。考虑区域 VLM 后，研究人员发现加拿大和北欧的陆地隆起归因于冰川均衡调整（GIA）反弹，而美国东海岸和西欧的陆地沉降主要与 GIA 前缘隆起塌陷有关。对所有研究河口而言，热膨胀是水面上升的主要贡献因素，多数河口冰川和南极洲的贡献次之，格陵兰岛的贡献相对较小。除美国海岸和泰国外，VLM 对δHR（RSLR 引起的水深变化）的贡献小于 15%。
咸潮入侵长度预测
结合未来河流流量和 RSLR 的量化变化，研究人员使用 2DV 咸潮入侵模型计算了所选河口的咸潮入侵长度。结果表明，在北美、南美和东非的部分河口，由于河流流量增加，咸潮入侵减少（ΔX90? 和 ΔX50?<0 ）；而其他河口因河流流量减少，咸潮入侵增加（ΔX90? 和 ΔX50?>0 ）。与早期研究相比，该研究中河流流量变化对咸潮入侵长度相对增加幅度较小，这是因为采用了更先进的考虑河口宽度变化的咸潮入侵模型。ASLR 会使咸潮入侵长度持续增加，考虑 VLM 后，未来咸潮入侵增加幅度变化不大，表明 VLM 对未来咸潮入侵长度变化的贡献不显著。总体上，RSLR 对未来咸潮入侵长度的影响超过河流流量变化的影响。研究还计算了极端咸潮入侵事件的重现期和重现水平变化，发现多数河口未来 100 年重现水平增加，极端事件重现期缩短，意味着当前被视为极端的咸潮入侵事件在未来气候变化下将更频繁发生。
研究表明，在高排放情景（SSP3 - 7.0）下，全球多数河口未来咸潮入侵将加剧，18 个研究河口中有 89% 的河口年 90th百分位数咸潮入侵长度预计增加 1.3% - 18.2%（中位数为 9.1%），83% 的河口未来 100 年咸潮入侵事件的重现水平预计增加 3.2% - 25.2%（中位数为 10.2%）。通过系统分解河流流量和水深变化对未来咸潮入侵长度的影响，研究人员发现 RSLR 导致的水深增加对咸潮入侵长度增加的贡献约为河流流量减少贡献的两倍。
该研究成果具有重要意义，未来河口咸潮入侵加剧将给沿海地区带来诸多社会经济挑战。咸潮入侵更频繁地向上游推进，会增加淡水取水被污染的风险；盐度增加和咸潮入侵长度延长会影响农业生产，降低作物产量或迫使农民种植耐盐品种；饮用水盐度升高还会增加心血管和肾脏健康问题的风险。若不能及时适应这些变化，可能导致重大经济损失和粮食短缺。
然而，该研究也存在一定局限性。虽然提供了全球尺度上水深和河流流量变化对咸潮入侵影响的视角，但在未来预测方面仍有改进空间。纳入实际的底部地形、考虑河口局部沉积和侵蚀速率以及人为用水调节等因素，将有助于更准确地量化河口咸潮入侵过程。此外，该研究主要关注相对较大的中纬度河口，未来需要更多的数据共享和建模工作，以全面了解其他河口的咸潮入侵过程。
总体而言，这项研究为全球河口咸潮入侵研究提供了重要参考，有助于科研人员、政策制定者和相关利益者更好地认识气候变化对河口生态系统和人类社会的影响，为制定有效的应对策略提供科学依据。
注：
[1] RSLR：Relative Sea - Level Rise，相对海平面上升，考虑了垂直陆地运动（VLM），用于量化河口有效水深的变化。
