马来西亚Muda河流域太阳辐射干预下的极端径流响应

《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Responses of streamflow extremes under solar radiation modification in the Muda River Basin, Malaysia

　　

研究区域：本研究聚焦于马来西亚Muda河流域（MRB），该流域是热带流域，对马来西亚半岛北部的水供应和稻田灌溉至关重要。研究重点：太阳辐射干预（SRM）对热带流域的影响在很大程度上仍未得到充分探索。本研究采用经过校准的SWAT+模型，该模型由来自GeoMIP6预测的经偏差校正的降水和温度驱动，在SSP2–4.5、SSP5–8.5、G6solar和G6sulfur四种情景下，评估了SRM对MRB中极端径流和干湿急转（DWAA）的影响。该区域的新水文见解：未来的水文响应主要表现为极端径流的加剧和季节性重新分布，而年径流在不同气候情景下表现出对比鲜明的响应。在东北季风期间，径流普遍减少，而在西南季风期间则增加。在所有情景下，高流量频率和最大径流预计都会增加，其中SSP5–8.5情景下的增幅最大。尽管相对于SSP5–8.5，SRM情景缓和了平均径流的变化，但它们并未持续削弱水文极端事件。此外，DWAA分析揭示了相对稳定的过渡滞后期，但湿润阶段强度存在显著的空间变异性，下游地区预计会出现更急剧的干旱后响应。总体而言，SRM情景反映了MRB中复杂、空间异质的水文响应。未来的研究应考虑不同的SRM部署策略，并将这些评估扩展到包括多灾害风险和复合事件。

**论文解读：马来西亚Muda河流域太阳辐射干预下的极端径流响应**

**研究背景与问题**

人类活动导致全球变暖，改变了地球气候系统，在全球和区域尺度上加剧了水循环（IPCC，2023；Li等，2024）。水文过程的改变，如降雨异常加剧和干旱期延长，通过水资源短缺、作物减产和极端事件频发威胁着全球社区。特别是降雨格局和大气需求的转变日益体现在径流动态变化中，直接影响了流域尺度的水资源可用性和洪水风险（Bhunya等，2021；IPCC，2023）。因此，理解径流格局如何响应气候变化对于制定有效的适应策略至关重要。

然而，当前研究存在若干不足。首先，许多研究仍分别评估干旱和洪水特征，限制了对气候变化如何重塑径流变异性全貌的理解（Barendrecht等，2024）。其次，近年来研究强调水文气候极端事件可能快速连续发生，即干旱条件之后突然出现强降雨或洪水事件，这种现象被称为干湿急转（DWAA）（Sarigil等，2024）。这种复合行为对水资源管理构成重大挑战，但DWAA在流域尺度水文模型框架中的表征仍然有限，特别是在统一的分析方法中关联低流量和高流量阈值方面。第三，在气候变化研究中，太阳辐射干预（SRM）作为一种潜在的气候干预手段被日益讨论，但关于SRM如何影响水文极端事件和过渡动态的评估仍然有限（Tang等，2026）。

在热带季风地区，如东南亚，水文系统强烈受控于显著的降雨季节性和高年内变异性。流域经历明显的湿季和干季，对降雨强度和分布的变化响应迅速（Das等，2022；Plink-Bj?rklund，2015）。因此，低流量和高流量条件经常在同一水文年内出现，增加了水文状态间急转的风险。然而，区域研究主要关注单一水文气候指标，如降雨趋势、径流变异性或洪水频率，未能将低流量、高流量和过渡动态整合在一个统一框架内（Ali等，2025；Brunner等，2021；Peng等，2025）。

马来西亚Muda河流域（MRB）是一个气候敏感且对农业至关重要的流域，支撑着马来西亚最大的稻米产区。现有研究主要关注土地利用变化、降雨趋势、洪水制图或径流特征，经常未整合多情景气候预测或研究极端径流（Jaafar等，2023；Lee等，2025；Tan等，2024；Wan Abdullah Zubir等，2025；Zhang等，2020）。虽然基于过程的流域水文模型如SWAT+已被广泛用于模拟流域响应，但其在SRM情景下评估低流量和高流量条件及其过渡动态的应用仍然有限。

**研究内容与结论**

本研究旨在考察气候变化如何改变MRB中的极端径流和过渡行为。具体目标包括：评估在SSP2–4.5、SSP5–8.5、G6solar和G6sulfur四种情景下，基于多模式集合的年和季节性径流变化；评估基于百分位阈值（Q10和Q90）以及年最大流量（Qmax）的极端径流变化；通过定义时间窗口内阈值超越事件，考察从低流量到高流量条件的快速转变，即DWAA。

主要结论包括：未来水文变化主要表现为极端径流加剧和季节性重新分布，而非年径流量的改变。在东北季风（NEM）期间径流普遍减少，而在西南季风（SWM）期间增加。所有情景下高流量频率和最大径流均预计增加，其中SSP5–8.5情景增幅最大。尽管SRM情景相对于SSP5–8.5缓和了平均径流的变化，但未能持续削弱水文极端事件。DWAA分析揭示了相对稳定的过渡滞后期，但湿润阶段强度存在显著的空间变异性，下游地区干旱后响应更为剧烈。

**研究意义**

本研究首次在热带流域中整合评估了SRM对极端径流和干湿急转动态的影响，为理解气候干预措施对水文系统的复杂影响提供了新的见解。研究结果表明，SRM并非均匀地降低水文风险，流域尺度的响应强烈依赖于实施路径，强调了在热带季风流域进一步评估SRM对水文极端事件影响的必要性。

**主要技术方法**

研究人员主要采用以下关键技术方法：1) 采用经过校准和验证的SWAT+模型（Soil and Water Assessment Tool Plus，一种基于过程的流域水文模型）模拟MRB的水文过程，模型输入驱动于经偏差校正的降水和温度数据；2) 应用GeoMIP6（Geoengineering Model Intercomparison Project，地球工程模型比对项目）框架下的四个全球气候模型（GCMs）集合，包括CNRM-ESM2-1、IPSL-CM6A-LR、MPI-ESM1-2-LR和UKESM1-0-LL，涵盖四种情景（SSP2–4.5、SSP5–8.5、G6solar和G6sulfur）；3) 采用百分位阈值方法定义低流量（Q10，第10百分位）和高流量（Q90，第90百分位）条件，并分析年最大流量（Qmax）；4) 应用干湿急转（DWAA）分析方法，识别在10天内从低流量到高流量条件的快速转变。

**研究结果**

**3.1. 各情景和站点的径流动态**

年径流结果表明，未来年径流强烈依赖于情景。SSP2–4.5和G6solar情景下年径流维持或略有增加，而SSP5–8.5和G6sulfur情景下年径流呈下降趋势，其中SSP5–8.5情景降幅最大。所有站点变化方向一致，但Jambatan Syed Omar站径流幅度最大，趋势信号最强。

季节性径流分析显示，所有情景下东北季风（NEM）期间径流呈下降趋势，而西南季风（SWM）期间径流增加。SSP2–4.5和G6solar情景下过渡季（IM1和IM2）径流略有增加，而SSP5–8.5和G6sulfur情景下则呈下降趋势。这表明，未来气候变化将改变MRB径流的季节分布，加剧季节性不均。

**3.2. 未来气候情景下的极端径流**

低流量日数（Q10）分析显示，G6sulfur情景下约2060年后低流量日数增加，而G6solar情景则与历史时期相当。高流量日数（Q90）在所有未来情景下均增加，SSP5–8.5情景下增幅最大。年最大日流量（Qmax）在所有情景下均表现出更高的变异性和更频繁的极端峰值，SSP5–8.5情景下峰值流量持续更高且更易变。SRM情景相对于SSP5–8.5缓和了峰值流量幅度，但未来变异性仍大于历史时期。

**3.3. 干湿急转（DWAA）**

DWAA特征结果显示，Jambatan Syed Omar站通常表现出最长的过渡滞后期，但湿润阶段强度较低。Kuala Pegang站表现出最显著的DWAA行为，G6sulfur情景下湿润阶段强度最高（>4）。总体而言，过渡滞后期与湿润阶段强度之间没有一致关系，表明湿润阶段响应幅度在不同情景和地点间差异显著。

**3.4. 极端径流和DWAA行为的空间变化**

Q10的空间分布显示，在SSP2–4.5和SSP5–8.5情景下，流域大部分地区Q10增大，而G6sulfur情景下中期至后期Q10大面积减少。Q90的变化相对较小且空间均匀，大部分情景下略有增加。年Qmax在所有情景和时期均显示出持续的正向变化，主要河道沿线的增幅最大。DWAA平均过渡滞后的空间分布表现出中等空间变异性，但情景和时期之间差异有限。

**讨论与结论**

讨论部分指出，MRB中预测的水文响应表明，气候变化的影响更多地由径流变异性、时间和流态不对称性的变化主导，而非总径流量的简单增减。所有情景下径流减少的NEM和增加的SWM表明，未来水文变化主要受年内径流分布转变驱动。SRM路径之间的比较进一步表明，全球温度稳定化并不一定导致水文恢复。G6solar一般维持径流特征更接近SSP2–4.5，而G6sulfur则与年径流下降和季节性恢复较弱相关。不同流态之间的对比响应表明，未来水文风险可能主要由极端事件的变化而非平均条件主导。DWAA分析表明，相对稳定的过渡滞后期表明未来DWAA行为更多地受湿润阶段强度控制，而非转变速度本身。

研究结论：本研究评估了太阳辐射管理（SRM）对马来西亚Muda河流域（MRB）极端径流和干湿急转（DWAA）动态的影响。结果表明，未来水文变化主要表现为极端径流加剧和季节性重新分布，而非年径流量的改变。东北季风（NEM）期间径流普遍减少，西南季风（SWM）期间增加。极端径流在不同流态下表现出对比响应。低流量幅度（Q10）对气候情景更敏感，在G6sulfur情景下显著减少，而高流量（Q90）在所有情景下增加但情景间差异较小。相比之下，年最大流量（Qmax）在所有情景下一致增加，表明峰值流量条件的稳健加剧。DWAA分析表明，过渡时间在各情景下相对稳定，但湿润阶段强度存在显著空间变异性，尤其是在下游地区，表明对急变水文过渡的敏感性增加。SRM情景之间的比较表明，温度稳定化不一定导致水文稳定化。尽管G6solar相对于SSP5–8.5一般缓和了水文响应，但G6sulfur与低流量幅度更大减少和更大空间变异性相关，表明SRM对水文的影响强烈依赖于部署策略。