东欧中纬度地区河流径流机制对积雪水储量变化的敏感性研究

推荐：本研究针对气候变化下积雪水储量(SWS)变化对河流径流的影响机制不明问题，通过分析1961-2020年东欧低地(EBBL)积雪水文数据，首次提出"设计积雪水储量(dSWS)"概念，揭示SWS每减少10%会导致春季洪峰流量(Qmax)降低6.4%、基流指数(BFI)增加2.3%，为气候变化下流域水资源管理提供量化依据。

　　

在全球气候变暖背景下，季节性积雪作为重要的"天然水库"正经历显著变化，尤其在中纬度低地地区，积雪动态对淡水生态系统和人类活动的双重影响日益凸显。尽管全球已有大量关于积雪与径流关系的研究，但低地积雪区的水文响应机制仍存在认知空白。东欧低地作为典型的温带大陆性气候过渡带，其积雪覆盖持续时间从145天缩短至不足155天，积雪水储量(Snow Water Storage, SWS)的急剧变化如何重塑春季径流特征，成为水文气候学研究的关键科学问题。

华沙大学地理与区域研究学院水文系（University of Warsaw, Department of Hydrology）的Urszula Somorowska团队在《Science of The Total Environment》发表的研究，创新性地将"设计洪水"的计算理念引入积雪水文研究，提出"设计积雪水储量(dSWS)"概念。通过分析1961-2020年间东欧波罗的海-白俄罗斯低地(EBBL)16个流域的积雪水当量(SWE)和径流数据，首次建立了积雪参数与径流特征的定量响应关系。研究采用15天滑动平均的MASH平滑方法处理原始数据，运用曼-肯德尔趋势检验和佩蒂特突变点检测分析长期变化，并通过弹性系数法计算径流对积雪变化的敏感性。

研究结果揭示三个核心发现：

1. 气候变化下的积雪退化：冷季温度以0.41-0.53°C/10年速率上升，积雪水储量(SWS)以189 mm/10年速率下降，积雪持续时间缩短导致融雪速率(ROCswe)显著降低。
2. 径流特征转变：高SWS(9076 mm)对应4.1 mm/d的快速融雪和2.4 mm/d的洪峰流量，而低SWS(2062 mm)仅产生0.7 mm/d融雪和0.9 mm/d洪峰，且基流占比从47%升至66%。
3. 敏感性量化：弹性分析显示SWS每变化10%，洪峰流量(Q_max)响应6.4%，径流上升速率(ROCq)对融雪速率(ROCswe)的弹性系数达1.09，表明径流机制对积雪变化高度敏感。

这项研究的重要意义在于建立了积雪参数与径流响应的普适性量化框架，其创新的dSWS概念为不同流域的横向比较提供了标准化工具。研究发现低地流域的径流组成正从"雪控型"向"雨控型"转变，这种水文情势的改变将直接影响春季水资源可利用量。研究提出的敏感性模型虽然简化了陆地水储存等复杂因素，但其物理机理明确的优势使其成为气候模型与水文实践之间的有效桥梁。随着北极放大效应持续影响中纬度气候，该成果对预测未来水安全风险、优化水库调度策略具有重要指导价值，特别为东欧粮食主产区的农业灌溉规划提供了科学依据。