三维方法评估气象干旱向水文干旱的传播特征及其区域水文响应机制

本研究针对亚洲水塔(AWT)区域水文动态的多年代际变化，通过高分辨率水文-水动力耦合模型(HiGW-MAT/CaMa-Flood)，系统分析了1979-2018年间河流流量、陆地水储量(TWS)、洪水特征等关键参数。研究发现西部流域洪水风险增加60%，恒河地下水贡献达79%，长江-黄河流域地下储水占比超80%，为区域水资源管理提供了重要科学依据。

　　

被称为"亚洲水塔"的第三极地区正面临前所未有的挑战：区域变暖速率达全球平均的3倍，冰川加速消融、径流模式改变、水文极端事件频发，直接影响着20亿人口的供水安全。然而，受制于高海拔地区观测数据匮乏、卫星遥感分辨率有限、传统模型难以捕捉复杂地形效应等因素，学界对这一关键区域的水文响应机制认知仍存在显著空白。

美国密歇根州立大学(Michigan State University)的Saugat Aryal和Yadu Pokhrel团队在《Journal of Hydro-environment Research》发表的研究，创新性地将全球地表模型HiGW-MAT与河漫滩水动力模型CaMa-Flood耦合，实现了5km分辨率的多年代际模拟(1979-2018)，并结合70个水文站观测数据，首次系统揭示了AWT区域水文要素的时空异质性特征。研究采用改进的Mann-Kendall趋势检验、CEEMDAN（完全自适应噪声集合经验模态分解）和CCR（跨相关系数）等方法，量化了气象干旱向水文干旱的三维传播过程。

关键技术包括：1) 3 arc-minute分辨率的水文-水动力耦合建模；2) 洪水属性降尺度至90m(3 arc-second)；3) 多源数据验证体系（地面观测+GRACE卫星TWS数据）；4) 量化分析中整合纳什效率系数(NSE)、Kling-Gupta效率系数(KGE)等性能指标。

【区域水文变化】
西部阿姆河流域呈现显著水文转型，近20年汛期流量由减转增，洪水发生频率上升60%，积雪水当量(SWE)对TWS贡献达41%。中部恒河流域地下水贡献突出(79%)，凸显水资源短缺风险。东部长江-黄河流域展现最强的地下储水优势（分别占78%和83%），其中长江流域河库储水贡献达21%，而东南部湄公河等流域则呈现复杂时空变异特征。

【驱动机制】
三维干旱传播分析显示：1) 西部干旱信号主要通过积雪消融过程传递，滞后时间约3-5个月；2) 中部依赖土壤水-地下水转换，滞后达6-8个月；3) 东部以快速地表径流响应为主（滞后<2个月）。TWS组分分解证实：塔里木盆地41%的TWS变化源于SWE，而恒河-雅鲁藏布江系统79%的TWS波动与地下水动态相关。

这项研究的意义在于：1) 建立了首个覆盖全AWT的多要素水文演变数据库；2) 揭示了干旱传播的维度依赖性（垂直过程主导西部，水平过程主导东部）；3) 提出了"地下水缓冲效应"新认知——恒河流域79%的地下储水贡献使其对气象干旱的抵抗力显著强于依赖地表水的西部流域。这些发现为"一带一路"沿线国家制定差异化的气候适应策略提供了科学基础，特别是对跨境河流协同管理具有重要指导价值。