气候变化下北半球中高纬度地区海洋-陆地水可用性盈余的连续迁移机制及其影响

推荐：研究人员针对气候变化背景下海洋-陆地水可用性盈余（OWASs）的迁移机制展开研究，通过特征追踪方法发现北半球中高纬度地区（NMHL）的OWASs具有更长的持续性、更广的范围和更强的强度，并揭示其与大西洋遥相关和太平洋环流变化的关联。研究预测未来在SSP585情景下，OWASs特征将显著增强，主要由热力学过程驱动。这一发现不仅有助于理解气候变化对水循环的影响，也为应对极端水文事件提供了科学依据。

　　

随着全球气候变暖，水循环过程正在发生显著变化，极端水文事件频发成为人类面临的重大挑战。陆地水可用性（即降水减蒸发，PME）是维系生态系统和社会经济发展的关键资源，但其动态变化机制尚未完全阐明。尽管已有研究揭示了海洋水汽对陆地水文极端事件的贡献，但水可用性盈余是否直接从海洋连续迁移至陆地，以及气候变化如何影响这一过程，仍缺乏系统认知。

为解答这一问题，研究人员利用连贯特征追踪方法，首次定义了海洋-陆地水可用性盈余（OWASs），即大气淡水（PME）从海洋到陆地的时空连续迁移现象。通过分析ERA5再分析数据（1961–2020）和CMIP6多模型模拟（1921–2100），研究发现过去几十年中，北半球中高纬度地区（NMHL，48°N以上）的OWASs表现出比陆地起源事件更长的持续时间（+133.3%）、更广的覆盖范围（+649.0%）和更高的强度。这些迁移与季节性大西洋遥相关和太平洋环流变化密切相关。在SSP585情景下，这两个过程将进一步增强，导致NMHL地区OWASs的频率、持续时间、强度和范围分别增加111%、181%、194%和1225%，其中热力学响应是主要驱动因素。

研究采用了三项关键技术方法：（1）基于标准化水可用性指数（SWAI>0.8）和连贯特征追踪算法识别OWASs；（2）利用CMIP6多模型和CanESM5大集合量化人为强迫（如温室气体GHG和气溶胶AER）的影响；（3）通过大气水汽收支诊断分解热力学与动力学的贡献。

主要研究结果

1. 1.

   历史OWASs对人为强迫的响应：GHG导致的增暖使全球49.1%–59.9%陆地区域的OWASs特征增强，其中NMHL响应最为显著。

2. 2.

   NMHL的OWASs迁移路径：发现两条主要路径——北大西洋通过遥相关影响欧亚大陆，以及北太平洋通过环流变化影响北美西部。

3. 3.

   未来OWASs的强化：2071–2100年，NMHL的OWASs风险等级最高，约6.38亿人口将暴露于相关风险，可能加剧洪涝灾害。

结论与意义

该研究首次系统揭示了OWASs的迁移规律及其气候驱动机制，提出热力学过程（如增暖增强的大气持水能力）是未来OWASs强化的核心因素。这一发现为理解全球水循环变异提供了新视角，对水资源管理、灾害防控具有重要指导意义。例如，NMHL地区需警惕OWASs引发的陆地水储量（TWS）盈余事件，这些事件虽可能缓解长期干旱，但也会增加突发性洪涝风险。研究发表于《科学进展》（SCIENCE ADVANCES），为应对气候变化下的水文极端事件提供了关键科学依据。