气候变化对伍兹湖流域水文及磷负荷的影响：基于全球变暖情景的SWAT模型预测

本研究针对气候变化对跨边界伍兹湖流域(LoW)水文和非点源总磷(NPS TP)的影响，首次建立CanSWAT模型结合CMIP6多GCM情景分析。结果显示在+1.5-3.0°C全球平均升温下，前寒武纪地盾区冬季/春季径流增加7.3-36.6%，磷负荷最高提升117.6%，而夏季显著降低，为跨境水域营养管理提供重要决策依据。

　　

随着全球气候变暖加剧，北美五大湖区域的伍兹湖(Lake of the Woods, LoW)正面临严峻生态挑战。这个横跨加拿大和美国边境的69,250平方公里流域，近年来频繁爆发季节性藻华，且藻类群落逐渐向产毒菌种转变。监测数据显示，尽管自1970年代以来流域营养盐输入显著降低，但蓝藻水华频率和强度仍在增加，这暗示气候变化可能通过改变湖泊热分层和沉积物内源磷释放，间接加剧了富营养化进程。面对这一跨境环境问题，加拿大环境与气候变化部等机构的研究人员开展了开创性研究，成果发表在《Journal of Great Lakes Research》上。

研究团队首次构建了LoW流域的CanSWAT（加拿大版土壤和水评估工具）模型，整合了7个CMIP6全球气候模型在两种共享社会经济路径(SSP2-4.5和SSP5-8.5)下的降尺度气候预测数据。通过N维多元偏差校正方法(MBCn)处理气候数据，采用PADDS算法自动校准模型参数，并运用Mann-Kendall趋势检验分析1980-210年的水文变化。研究特别关注政策相关的+1.5至+3.0°C全球平均升温(GMT)情景，对比1980-2010基准期数据。

研究结果揭示了显著的区域差异：在前寒武纪地盾区，+1.5-3.0°C升温下冬季/春季径流增加7.3-36.6%，非点源磷(NPS TP)负荷激增1.5-117.6%；而在冰川湖床形成的Agassiz区，相应季节径流增加7.5-31.7%，磷负荷变化为-1.6至81.4%。夏季则呈现相反趋势，两区域径流减少3.0-18.8%，磷负荷降低0.01-20.1%。值得注意的是，Rainy河年际NPS TP变化幅度较小(-1.8至3.1%)，但存在明显的季节性转移——冬季/春季磷负荷增加3.5-26.8%，而夏季/秋季减少0.01-14.8%。

模型预测显示，Agassiz区湿地可能发挥关键缓冲作用。该区占流域面积30%的湿地网络，在+3.0°C情景下使年径流和磷负荷分别降低1.8%和2.7%，印证了湿地生态系统对气候变化的适应价值。相比之下，Lower Rainy流域的农业子流域(如Sturgeon、La Vallee)春季磷负荷激增19.5-73.6%，凸显农业用地在非生长季的营养盐流失风险。

这项研究创新性地从政策相关温度阈值视角评估气候影响，证实了跨境流域水文响应的空间异质性。研究成果为制定适应气候变化的营养管理策略提供了科学依据：一方面需要加强冬季/春季农业最佳管理实践(BMP)，另一方面应重点保护湿地生态功能。该模型框架还可应用于其他寒冷地区流域的气候韧性评估，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的清洁水源目标具有重要实践意义。