《Geocarto International》:Assessing groundwater storage dynamics in east coast China under climatic influences: a 24-year watershed-scale evaluation (2000–2024)
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本研究通过探索性回归分析,系统评估了2000-2024年间总降水率(TPR)、地表温度(LST)和蒸散发(EVAPT)对中国东部沿海流域地下水储量(GWS)的综合影响。研究发现多元模型始终优于单变量方法,降水虽是主要补给来源,但其效应正日益受到升温和蒸散发加剧的调节。诊断指标(调整R2、AICc、Jarque-Bera检验、Koenker异方差统计、VIF和Moran's I)证实了模型的有效性,为水资源管理提供了科学依据。
引言
地下水储量(GWS)是水文平衡的基石,对维持工业、农业和生活用水安全至关重要。在东亚沿海流域这一生态与经济重要性并存的区域,地下水面临着水资源短缺、过度开采和气候变异的多重压力。以往研究多采用单变量方法,忽视了温度与蒸散发的交互作用。本研究通过整合降水、地表温度(LST)和蒸散发(EVAPT)的24年时序数据,采用探索性回归模型,旨在揭示气候因子对GWS的协同影响机制。
方法论
数据来源于MODIS、TRMM和GRACE卫星平台,空间分辨率分别为0.25°×0.25°和1°×1°,时间覆盖2000、2010、2020和2024四个基准年。变量经年际聚合后,通过探索性回归分析评估其与GWS的关联。模型优选依据调整R2(AdjR2)、校正Akaike信息准则(AICc)、Jarque-Bera正态性检验、Koenker异方差统计、方差膨胀因子(VIF)和全局Moran's I等诊断指标,确保残差正态性、方差齐性、预测变量独立性及空间随机性。
结果
- 1.
2024年GWS动态
整合模型解释力最强(AdjR2=0.7795),AICc最低(3979.2913)。降水系数降至+0.2755,而LST(-0.2246)和EVAPT(+0.2199)的负向调节作用凸显,反映升温与蒸散发加剧对补给效率的抑制。
- 2.
2020年气候变异影响
AdjR2为0.7642,降水变率导致补给机会减少,高温加剧土壤水分流失,农业扩张进一步放大蒸散发损失。
- 3.
2010年人为压力介入
模型解释方差达78.61%(AdjR2=0.7861),城市化减少下渗,灌溉需求提升,使EVAPT成为关键负向因子。
- 4.
2000年基准状态
GWS相对稳定(AdjR2=0.6240),降水主导补给(系数+0.3229),气候与人为干扰尚未显著。
空间异质性
显示,农业亚流域蒸散发持续偏高,城市区域下渗能力下降;中GWS亏损区与高EVAPT/城市化区域高度重合。
讨论
多元模型一致性优于单变量模型,证实GWS受气候因子交互驱动。降水虽为主要输入,但升温(通过LST)与蒸散发(EVAPT)构成的“气候应力”逐步主导动态变化。人为活动(农业灌溉、城市化)通过改变地表过程间接放大气候效应,需在管理中整合空间异质性策略。
结论
东亚沿海流域GWS的可持续性亟需多因子协同管理。未来研究应引入人口密度、用水强度等人类活动指标,构建气候-人为耦合模型,以提升地下水韧性的预测与管理精度。