气候变化对热带与亚热带流域径流的潜在影响对比研究及适应性管理策略

本综述采用统一的HEC-HMS水文模型与线性缩放法（LSM）偏差校正技术，对比分析了斯里兰卡热带流域（UNW）和美国弗吉尼亚亚热带流域（UJW）在SSP 2-4.5（RCP 4.5）和SSP 5-8.5（RCP 8.5）情景下的未来径流响应。研究发现热带流域年径流可能增长56.53%，而亚热带流域呈现下降趋势，凸显了气候带特异性水文响应机制，为差异化水资源适应性策略（如洪水调控、干旱预警）提供了关键科学依据。

　　

Highlight

这些对比强调了针对特定区域的适应性策略、排放减缓以及解决模型不确定性的必要性，以实现有效的长期水资源管理。

Introduction

气候变化显著改变地表径流和河道流量，影响热带和亚热带流域的水资源可用性（Ferraz等，2024；Hund等，2021；Joyal等，2023；Ouyang等，2022；Ismael，2024）。具有强降水季节性的区域尤其容易受到降雨、温度和极端事件变化的冲击（Wang和Liu，2023；Erten-Unal等，2023）。全球范围内，极端降水预计将加剧（Groisman等，2005），增加与经济损失、死亡和社会动荡相关的严重水流频率（Reboita等，2022；Mikhailova等，2023；Balzter等，2023；Ismael等，2024）。有效的水资源管理需要理解未来气候对水文学的影响（Yira等，2017；Muerth等，2013；Piani等，2010）。人类驱动的气候变化增加了全球淡水变异性，预计50年内径流变化范围从-96%到+212%，同时水文极端事件更加剧烈（K?resdotter等，2022）。应对这些风险需要长期、系统的适应策略（Park等，2025）。

气候变化对热带和亚热带地区水资源的影响各不相同，受当地气候、土地利用和生态系统的影响，凸显了区域特定适应的必要性（Xu等，2005；Riflan等，2022；Geirinhas等，2023）。大多数研究遵循一个建模框架，涉及GCM输出、降尺度、偏差校正和水文建模，模型选择取决于流域特定因素，如大小、地形和气候。López等，2023分析了西班牙Igeldo–Gipuzkoa的长期降水（1927–2016），发现除冬季最大值增加外，年度无重大变化。Chakilu等，2023使用RCP 8.5预测，降雨变异性将在未来时间线内加剧塔纳湖盆地的低流量和高流量。在热带Dingan河流域，气候和土地利用变化预计将导致每十年升温0.24–0.50°C，耕地扩张约4–5%伴随森林损失4–5%，径流变化-3.8%至+18.2%，在不同SSP情景下湿季流量更早且更集中（Xue等，2024）。在西非Volta盆地，经偏差校正的气候预测显示2020s、2050s和2080s年降水量减少，雨季时间偏移，干旱更频繁和持久，RCP 8.5下最高温度上升达4°C，表明对水、农业和能源系统的风险加剧（Yeboah等，2022）。Mandal等，2021在Subarnarekha河流域使用SWAT，预测2030–2080年季风流量增加100–200%，作物生物量下降2–3%，强调适应需求。Vera等，2020预测厄瓜多尔海岸降水、温度（高达2.8°C）和蒸散量（高达60%）增加，导致水资源增加19%，但与作物需水存在差距，需改进灌溉。CORDEX-AFRICA预测显示，Ziway子流域年径流在RCP 4.5和RCP 8.5下到世纪末将增加，而干季流量预计下降，尽管湿季更湿，但过度取水加剧水资源短缺（Musie等，2020）。在摩洛哥西北亚热带Loukkos流域，SWAT模型预测82%的气候模型表明径流下降，最大减少预计在2071–2100 under RCP 8.5/SSP 5-8.5（RCP 8.5），尽管模型性能良好，但凸显未来水管理严峻挑战（Acharki等，2023）。多项研究表明，气候变化预计将显著减少干旱亚热带地区的可再生地表和地下水资源可用性（Wubneh等，2023；MacAlister和Subramanyam，2018）。Eccles等，2019的综述预测南亚、东南亚和西亚马逊河区更多河流洪水，呼吁在拉丁美洲、非洲和城市化地区进一步研究，特别是非平稳洪水风险和先进建模。

GCM-RCM预测携带显著不确定性，常在降水和气候变量上存在偏差，限制其直接用于影响评估（Ayugi等，2020）。这些模型通常在温带区域表现更好，因为热带降水主要为对流性，表征较差（Maraun等，2010；Kotlarski等，2014）。因此，应用偏差校正方法对于使预测与观测分布对齐至关重要（Reiter等，2016；Mendez等，2022）。热带和亚热带流域，由独特的生态和水文条件塑造，对气候胁迫响应不同。

降雨-径流模型广泛用于洪水预报、干旱评估、水质/量分析以及评估对气候情景的水文响应（Sood和Smakhtin，2015；Liu等，2018）。HEC-HMS是模拟变化气候和土地利用情景下流域水文的常用工具。然而，大多数先前气候变化影响评估专注于单一气候带内的单个流域，常使用不同模型或偏差校正方法，限制了跨区域直接可比性。这创造了知识空白，关于对比气候设置下流域在相似气候强迫下的响应。本研究借鉴两个先前HEC-HMS应用，评估气候变化对热带（斯里兰卡）和亚热带（美国弗吉尼亚）流域径流的影响（Chathuranika等，2022；Chathuranika和Ismael，评审中）。通过应用统一建模框架和一致偏差校正方法到两个区域，该分析提供了少数方法学上可比的跨热带和亚热带气候评估。通过此比较分析，它检验气候驱动的降水和径流变化，识别共享趋势、独特挑战和区域适应需求。对水循环动态的更深入理解对于制定有效适应和减缓策略至关重要（Wohl等，2012）。本研究通过其跨气候比较框架、一致方法设计、多情景多时期评估做出原创贡献，共同推进可操作知识用于气候韧性水资源管理。

Conclusions

本比较分析突出了UNW和UJW的热带和亚热带流域气候变化影响的对比。未来预测显示亚热带UJW年降水量显著下降，SSP 2-4.5（RCP 4.5）和SSP 5-8.5（RCP 8.5）下分别减少8.19%和14.63%，而热带NRB预计同期增加10.87%和10.63%。这些趋势表明UJW将面临更严峻的水资源挑战，而UNW需应对增加的洪水风险。