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为解决传统方法无法捕捉地下水响应的时变与空间异质性问题，研究人员开展基于系数加权小波相干分析（CW-WTC）及时空独立成分分析（stICA）的地下水响应研究。发现黑龙江流域响应周期集中于 10-14 个月，时滞呈东北 - 西南分异，揭示降水为主导驱动因子。为水资源管理提供新框架。
地下水作为全球超过 20 亿人口的重要水源，在维持生态平衡和农业灌溉中扮演关键角色。然而，气候变化与过度开采正导致地下水储量下降、湿地退化等一系列环境危机。传统水文研究依赖静态假设，难以捕捉地下水响应降水的时变周期和空间异质性特征，可能引发机制误判。因此，深入解析地下水对降水的动态响应机制，成为应对水资源可持续管理挑战的迫切需求。
中国研究人员针对这一问题，在黑龙江流域开展了一项创新性研究，相关成果发表在《Ecological Indicators》。该研究旨在区分地下水储量对降水补给的时空异质响应模式，量化时变响应周期和时滞特征，并识别关键驱动因素。
研究采用了以下主要技术方法：首先利用 GRACE 卫星数据估算地下水储量异常（GWSA），通过时空独立成分分析（stICA）将 GWSA 分解为 8 个独立响应模式；随后开发系数加权小波相干分析（CW-WTC）方法，从分解模式中识别降水主导的响应模式，量化响应周期和时滞的时空动态；最后结合地理探测器（Geodetector）和 XGBoost-SHAP 模型，分析环境因子对响应特征的驱动作用及协同效应。
3.1 GWSA 响应模式分解
通过 stICA 分解黑龙江流域 GWSA，得到 8 个空间独立成分（sICs）及时序独立成分（tICs）。其中，sIC3 与降水空间分布吻合，tIC3 与降水补给呈显著正相关，但传统相关性分析难以明确降水驱动的响应模式，需进一步通过 CW-WTC 验证。
3.2 降水主导响应模式及时空动态
CW-WTC 分析确定 IC3 为降水主导响应模式，其在 80% 以上流域面积的 8-16 个月周期内与降水显著相干。响应周期集中于 10-14 个月，超 50% 区域呈显著缩短趋势（p<0.01）；时滞呈现东北 - 西南分异，东北为 3 个月，西南达 7-8 个月，99% 区域时滞显著缩短（p<0.01），反映地下水缓冲能力下降。原位数据验证了时滞空间分异的可靠性。
3.3 环境驱动因素分析
Geodetector 显示降水是响应特征的最主要驱动因子（Q 值 0.36-0.55），与土壤类型、含水层介质类型等因子的交互作用显著（平均 Q 值 > 0.7）。XGBoost-SHAP 模型表明，在时滞模型中土壤类型影响超过降水，其与含水层介质的协同作用解释了时滞空间分异，揭示土壤 - 含水层组合对渗透过程的调控机制。
研究揭示了黑龙江流域地下水响应降水的时空动态特征，证实降水主导作用及土壤 - 含水层系统的协同调控机制。时变周期缩短及时滞加速表明地下水系统对气候压力的敏感性增强，加剧干旱和湿地退化风险。该研究开发的 stICA-CW-WTC 框架为量化地下水动态响应提供了新工具，结合驱动分析揭示了响应特征与环境控制的机制关联，为跨边界流域水资源管理、湿地保护及应对气候变化提供了科学依据，有助于制定生态友好型水资源策略，提升地下水系统韧性。
