《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Spatiotemporal heterogeneity and mechanisms of mountain-outlet runoff change on the northern slope of the Qilian Mountains during 1960–2020
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研究区域为中国西北祁连山北坡的五大主要出山流域：石羊河（SY）、黑河（HH）、北大河（BD）、疏勒河（SL）和党河（DH）。本研究利用水文、气象、大气环流、冰川和积雪数据，分析了1960–2020年出山径流变化的时空异质性及其统计关联路径。采用最优参数地理探测
研究区域为中国西北祁连山北坡的五大主要出山流域：石羊河（SY）、黑河（HH）、北大河（BD）、疏勒河（SL）和党河（DH）。本研究利用水文、气象、大气环流、冰川和积雪数据，分析了1960–2020年出山径流变化的时空异质性及其统计关联路径。采用最优参数地理探测器（OPGD）和偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）识别主导解释因子以及大气环流、气象因子、冰川积雪储水量（GSWS）与径流（Q）之间的统计路径。结果表明，2000–2020年的平均径流比1960–1999年高2.8%–58.8%，各流域的突变年份介于1987–2009年之间。长期显著增加趋势仅出现在黑河（HH）、疏勒河（SL）和党河（DH）。气温和降水是与径流变化相关的主要气象因子。石羊河（SY）和黑河（HH）的径流与降水关联更密切，而疏勒河（SL）和党河（DH）的径流与气温关联更密切，在北大河（BD）中两者的解释力相当。大气环流通过气温、降水和冰川积雪储水量（GSWS）与径流存在统计关联。降水→径流（Q）路径在石羊河（SY）、黑河（HH）和北大河（BD）中更强，而气温→冰川积雪储水量（GSWS）→径流（Q）路径在疏勒河（SL）和党河（DH）中更为突出。这些发现有助于解释区域特定的径流异质性，并支持差异化的水资源管理。
一、研究背景与科学问题
水文循环将大气圈、冰冻圈和陆面过程紧密联系，调控着地球系统中水与能量的再分配。在全球变暖背景下，大气环流格局持续调整，区域水文气候条件发生显著变化，径流过程随之改变，水文对气候变化的响应成为重要研究课题。对于干旱寒冷山区，由山地降水、融雪和冰川融水共同补给的出山径流是下游绿洲的主要水源，其变化直接影响区域水资源配置和社会经济发展。
祁连山北坡是中国西北干旱区内陆河典型的山地水源区，孕育了石羊河、黑河、北大河、疏勒河和党河等多个重要内陆河流域。这些流域虽然同属一个山地水源区，但在气候条件、补给机制和下垫面状况上存在差异，为比较流域间出山径流变化提供了天然实验场。径流的形成与降水、冰川融水、融雪以及复杂下垫面条件密切相关。持续变暖延长了消融期，促进了水相转变，加速了冰川和积雪条件的变化，可能进一步强化流域间出山径流的差异。
然而，以往研究往往依赖短期观测记录、单一流域分析或单一驱动因子的归因，长期跨流域径流变化差异及其与多解释因子之间的联系仍认识不足。大气环流、局地气象因子与冰川积雪变化常被分开研究，其与径流的综合统计关联尚未被充分量化。对于中国西北干旱区内陆河流域，主导环流因子仍存争议，部分研究强调亚洲夏季风的作用，另一些则突出亚洲西风急流和南亚高压的控制作用。因此，开展跨流域、多因子、长时段的综合研究十分必要。
二、研究内容与主要结论
该研究聚焦祁连山北坡五大流域，整合水文、气象、大气环流、冰川和积雪等多源数据，旨在揭示出山径流变化的时空异质性，识别与径流变化相关的关键解释因子，并刻画大气环流、局地气象因子、冰川积雪储水量（GSWS）与径流之间的统计直接和间接关联。研究发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。
研究得出以下主要结论：2000–2020年各流域平均径流较1960–1999年增加2.8%–58.8%，但各流域突变年份差异明显，介于1987–2009年之间；长期显著增加趋势仅出现在黑河（HH）、疏勒河（SL）和党河（DH）。气温和降水是与径流变化相关的主要气象因子，但不同流域的主导因子不同：石羊河（SY）和黑河（HH）径流与降水关联更密切，疏勒河（SL）和党河（DH）径流与气温关联更密切，北大河（BD）中两者解释力相当。大气环流通过气温、降水和冰川积雪储水量（GSWS）与径流形成统计关联，其中降水→径流（Q）路径在石羊河（SY）、黑河（HH）和北大河（BD）中更强，而气温→冰川积雪储水量（GSWS）→径流（Q）路径在疏勒河（SL）和党河（DH）中更为突出。这些发现有助于解释区域特定的径流异质性，为差异化水资源管理提供科学支撑。
三、主要技术方法
研究人员采用逐步统计框架开展分析。首先利用Pettitt检验和Mann–Kendall检验分别检测径流序列的突变点和单调趋势；随后应用集合经验模态分解（EEMD）分析径流的多时间尺度变率；采用最优参数地理探测器（OPGD）量化主要因子及其交互作用的解释力；最后运用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）检验大气环流、局地气象因子、冰川积雪条件与径流之间的统计关联。数据来源包括甘肃省水文水资源局的水文观测数据、国家气象科学数据中心的气象数据、NOAA及国家气候中心的大气环流指数，以及中国两次冰川编目和积雪水当量、积雪覆盖面积、冰川积雪储水量（GSWS）等冰冻圈数据。径流突变点检测、趋势分析基于1960–2020年年度径流序列，多尺度分析和因子归因基于1990–2016年月尺度数据。
四、研究结果
径流变化的时空异质性。 基于1960–2020年年度径流序列的Pettitt检验和Mann–Kendall检验表明，2000–2020年各流域平均径流较1960–1999年增加2.8%–58.8%，各流域突变年份介于1987–2009年之间，长期显著增加趋势仅出现在黑河（HH）、疏勒河（SL）和党河（DH），表明径流变化存在明显的流域间差异。
多时间尺度径流变率。 基于1990–2016年月径流序列的EEMD分解显示，径流包含季节、年际、年代际和多年际长期趋势等多尺度振荡分量，不同流域各尺度分量的贡献和相位存在差异，反映了径流变化的复杂性。
气象因子与径流的关联。 基于1990–2016年月尺度数据的OPGD分析表明，气温和降水是与径流变化相关的主要气象因子，但各流域主导因子不同。石羊河（SY）和黑河（HH）中降水解释力更强，疏勒河（SL）和党河（DH）中气温解释力更强，北大河（BD）中两者解释力相当。交互作用检测表明，因子间的联合解释力普遍高于单因子。
大气环流与径流的关联。 将EEMD重构的各尺度径流分量与环流指数匹配后进行OPGD分析，结果显示大气环流因子与径流在不同时间尺度上存在统计关联，且不同流域主导环流因子存在差异，但大气环流主要通过影响气温、降水和冰川积雪储水量（GSWS）间接作用于径流。
统计路径模型。 基于1990–2015年月尺度数据的PLS-SEM分析表明，气温、降水和冰川积雪储水量（GSWS）与径流（Q）存在直接统计关联，大气环流（LSC）通过气温和降水间接关联径流，气温和降水还通过冰川积雪储水量（GSWS）间接关联径流。降水→径流（Q）路径在石羊河（SY）、黑河（HH）和北大河（BD）中更强，而气温→冰川积雪储水量（GSWS）→径流（Q）路径在疏勒河（SL）和党河（DH）中更为突出。
五、讨论与结论
讨论部分指出，不同流域径流变化的主导气象因子和统计路径存在显著差异，这与各流域的气候背景、冰川覆盖程度和补给结构密切相关。东部流域（石羊河（SY）、黑河（HH））降水补给占主导，西部流域（疏勒河（SL）、党河（DH））气温驱动的冰川积雪融水贡献更为突出，北大河（BD）则处于过渡状态。大气环流通过调节热量和水汽输送影响区域水文气候条件，进而与径流变化形成统计关联。这些发现强调了在流域尺度上开展差异化水资源管理的重要性。
研究结论认为，1960–2020年祁连山北坡出山径流总体呈增加趋势，但各流域的突变时间、变化幅度和主导因子存在显著时空异质性。气温和降水是与径流变化相关的主要气象因子，大气环流通过气温、降水和冰川积雪储水量（GSWS）间接关联径流。不同流域的径流形成机制和统计路径不同，研究结果支持针对各流域特点制定差异化的水资源管理策略。
