《Atmospheric Research》：Variability and response to climate change of precipitation recycling ratio in the water source conservation area of the upper Yellow River
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•气候变暖加速了黄河上游水源涵养区的 hydrological 循环。•降水再循环率的变化趋势表现出季节性和区域性差异。•年降水再循环率对增温的定量响应为0.031%/°C，对降水的定量响应为?0.016%/mm。引言黄河是中华民族的母亲河。作为流域关键的"水塔"，黄河上游水
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气候变暖加速了黄河上游水源涵养区的 hydrological 循环。
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降水再循环率的变化趋势表现出季节性和区域性差异。
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年降水再循环率对增温的定量响应为0.031%/°C，对降水的定量响应为?0.016%/mm。
引言
黄河是中华民族的母亲河。作为流域关键的"水塔"，黄河上游水源涵养区在维持黄河径流量稳定和保障中下游水资源安全方面发挥着不可替代的作用。该区域位于青藏高原东北部，是黄河主要支流——白河、黑河、黄水和洮河等的发源地。该区域具有独特的高寒气候和复杂的地形条件，降水异质性显著，对全球气候变化高度敏感（Wang等，2000；Chen和Liu，2007；Xu，2015；Gu等，2019）。在过去半个世纪中，在全球变暖的背景下，研究区经历了显著的增温和降水格局变化（Yang等，2023a；Yang等，2023b；Yang等，2025）。这些变化直接改变了区域水文循环过程，并可能对流域水资源的可持续利用产生深远影响。
降水再循环率（PRR）是表征区域水文循环强度和陆气相互作用强度的关键指标，指区域总降水量中由本地蒸发产生的水汽所贡献的比例（Brubaker等，1993；Trenberth，1999）。该指标不仅反映了区域水循环的基本特征，还揭示了陆地生态系统与大气边界层之间水汽交换的耦合强度。在水源涵养区，植被蒸腾和地表蒸发等过程产生的水汽通过大气对流重新形成降水，构成区域水文循环的重要组成部分（Burde和Zangvil，2001；Dominguez等，2006；Dirmeyer等，2009）。因此，准确量化降水再循环率的变化特征有助于深入理解黄河上游水源涵养区（WSCAUYR）水资源的形成机制和演化趋势。
近年来，国内外学者对PRR的估算方法和时空特征进行了广泛研究。Budyko（1974）首次提出了PRR的简单一维估算模型，研究表明前苏联地区的PRR低于20%。Brubaker等（1993）将一维PRR模型扩展为二维版本，并估算了北美和欧洲等地区的该比率。其结果显示，北美的PRR范围为15%至34%，而欧洲的最大值达到31%，出现在6月。Kang等（2004, 2005）采用Eltahir和Bars提出的PRR模型，发现中国长江流域的最大PRR出现在秋季（19%），最小值出现在春季（3%），平均值约为10%。Fu等（2006）揭示1998年长江流域极端降水事件中30%的水汽来源于再循环降水。Hua等（2017）应用动态再循环模型，证明中国干旱和半干旱地区的PRR也呈上升趋势。在青藏高原，Yang和Tang（2022）进一步量化了PRR并识别了不同外部水汽源的相对贡献。Huang等（2024）指出，中国PRR存在明显的区域和季节差异。受蒸发弱限制，干旱和半干旱区的再循环率相对较低；相比之下，湿润区和高原地区的地表蒸发强烈，再循环率超过30%，且对全球变暖的响应表现出显著的空间异质性。
已有若干研究专门调查了黄河源区的PRR，但其估算结果存在相当大的差异。Kang等（2005）估算黄河上游流域的PRR低于15%，全流域平均值约为19%，季节峰值出现在8月（31%）。Li等（2022）报道黄河中上游流域的水汽再循环率约为10.3%–11.8%，源头区的比值远高于其他区域。Zhang等（2026）进一步表明，黄河流域的蒸散发对当地降水贡献约107 mm/yr（约20%），主要来自中上游地区，且与1980–1984年相比，2016–2020年蒸散发增加导致额外降水约11 mm/yr。这些差异结果凸显了对WSCAUYR的PRR长期演化进行系统一致评估的必要性。
尽管已有众多研究调查了中国不同区域的PRR，但相对较少关注高海拔的WSCAUYR。现有针对该区域的估算基于不同的方法和数据集，难以对其长期变异性形成一致的图景。此外，新研究还表明，中国西北地区的降水再循环过程可以显著放大极端降水事件（Zhang等，2023a, Zhang等，2023b）。这进一步突出了研究WSCAUYR的PRR的必要性。然而，降水再循环率如何响应气候变化以及主要气候因素对降水再循环率的相对贡献等科学问题仍有待进一步探索。
鉴于上述情况，本研究以WSCAUYR为研究对象。基于高分辨率再分析数据集和地面观测数据，定量估算1961年至2024年PRR的时空演化特征，分析其对气候变化的响应模式，并量化主要气候驱动因素的相对贡献。研究结果可进一步为评估水源涵养功能演化、制定气候变化适应策略以及实施黄河流域水资源综合管理提供科学依据。
章节摘要
研究区
WSCAUYR指的是黄河兰州断面以上的区域（图1）。作为黄河流域的主要径流产生区，该区域承担着水源涵养、水土保持和生物多样性保护等关键生态功能，在黄河流域的生态保护和高质量发展中发挥着重要作用。该地区点缀着众多沼泽和湖泊，河流网络纵横交错，
WSCAUYR的PRR空间分布
图2展示了1961年至2024年WSCAUID的多年平均年PRR和季节PRR的空间分布和箱线图。如年模式所示（图2a），区域PRR范围为18%至29%，呈现出东部较高、西部较低的空间格局。PRR在高海拔源头区相对较低，而在低海拔的临朐地区较高。这一格局主要归因于较低的温度和较弱的
WSCAUID的PRR空间变化
为阐明WSCAUID的PRR变化特征，图3展示了1961年至2024年年PRR和季节PRR的空间变化特征。就年PRR的时间趋势而言（图3a），研究区各处的趋势存在差异。线性趋势范围为?0.2%/10a至0.26%/10a。大多数区域呈上升趋势，在部分局部地区检测到显著上升趋势（0.05水平显著性检验）。区域平均趋势为0.059%/10a。
WSCAUID的PRR变化归因
由于PRR代表本地蒸发产生的水汽对区域总降水量的贡献比例，蒸发是影响PRR的关键因素。影响蒸发的主要气候因素包括地表净辐射、气温、风速和相对湿度。同时，降水本身在决定PRR方面也起着至关重要的作用。在此背景下，这些主要气候因素对WSCAUID的PRR的相对贡献如何？
WSCAUID的PRR对增温和干湿变化的定量响应
研究表明，中国西北地区的增温和增湿趋势正在增强并向东扩展（Zhang等，2021, Zhang等，2022；Zhang等，2023a, Zhang等，2023b）。本世纪初期，中国西北东部发生了从暖干到暖湿气候的过渡性转变（Ma等，2020；Yang等，2021；Yang等，2023a, Yang等，2023b）。就WSCAUID 1961年至
结论
基于1961年至2024年的ERA5再分析数据和气象站观测数据，本研究分析了WSCAUID的PRR时空格局，探讨了其对气候变化的响应，并对PRR进行了归因分析。主要结论如下：
WSCAUID的年PRR范围为18%至29%，区域和季节差异显著。高海拔区相对较低，低海拔区较高。这一分布
CRediT作者贡献声明
杨金湖：写作——审稿与编辑，写作——原始草稿，可视化，监督，资金获取，正式分析，数据整理，概念构思。 张强：监督，概念构思。 梁卓奇：写作——审稿与编辑，可视化，验证，正式分析，数据整理。 杨博诚：资源。 刘晓云：资源。 严鹏程：数据整理。 王苏萍：资源。
基金资助
本研究得到了国家自然科学基金委员会（42375039）、甘肃省联合研究基金（25JRRA1114）和甘肃省自然科学基金（24JRRA725）的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
杨金湖|张强|梁卓奇|杨博诚|刘晓云|严鹏程|王苏萍
