我國基于GRACE和冰川水文模型揭示青藏高原水儲量變化

　　陸地水儲量 TWS（Terrestrial Water Storage）是指儲存在地表以及地下的全部水分，包括積雪、冰川、土壤水、地下水、河流湖泊水以及生物水等，是水循環的重要組成部分。伴隨著全球變暖，青藏高原已經發生的凍土退化、冰川退縮、湖泊擴張等現象將對TWS及水循環產生重要影響，進而影響當地生態環境及區域水資源管理和利用。因此，研究青藏高原陸地水儲量變化及其原因具有重要的科學和現實意義。

　　GRACR (Gravity Recovery and Climate Experiment)重力衛星數據已被廣泛應用于研究青藏高原陸地水儲量的變化特征，但已有工作大多只集中在單個流域，或者在整個高原尺度上卻缺乏對空間不均勻性的探討。在影響水儲量變化的原因分析方面，已有研究多集中在單個分量（比如，湖泊，冰川），缺乏系統分析各水儲量分量對TWS變化影響的研究；同時，在氣象要素對水儲量變化的影響方面，仍缺乏定量和深入的分析。

　　中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心、青藏高原研究所蘇鳳閣研究員課題組及合作者基于GRACE重力衛星數據和帶有冰川模塊的VIC-glacier陸面水文模型，使得分離TWS各分量（e.g., 冰川，積雪，土壤水）成為可能。在此基礎上分析了青藏高原典型地區（長江源區、黃河源區、雅魯藏布江上游、印度河上游、高原內流區和柴達木盆地）2003-2014年間陸地水儲量的時空變化特征，并結合多源數據分別從水儲量分量和氣象要素的角度系統的分析了影響水儲量變化的原因。研究結果表明：1）青藏高原TWS在2003-2014年間呈現高原中北部增加而南部減少的趨勢（圖1）；2）長江和黃河源區在2003-2014年間水儲量呈增加趨勢，主要由降水增加引起，而雅江呈現水儲量減少的趨勢，主要由蒸散增大和降水減少共同作用所致；3）從水儲量分量的角度看，土壤水增加是長江和黃河源區水儲量增加的主要因素，而冰川消融是雅江水儲量減少的主要原因（圖2）； 4）高原水儲量的季節變化主要受大尺度天氣系統和大氣水分收支的調控（圖3）。青藏高原東南部，陸地水儲量從3月到8月持續增加（圖4），與季風系統的發展一致；西北部則從11月到次年4/5月持續增加（圖4），與西風系統的發展一致。本研究基于GRACE和冰川水文模型，分別從氣象要素和水儲量分量的角度，首次系統揭示了2003-2014年間青藏高原各典型地區陸地水儲量的變化特征及可能原因，研究結果有助于更好的理解氣候變化對高原陸地水循環影響，為高原水資源開發利用及下游水資源氣候適應性管理提供科學支撐。

　　該研究得到了國家自然科學基金項目（91747201, 41871057, 41701075）、“泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設”專項（XDA20060202）和中國科學院國際合作局對外合作重點項目（131C11KYSB20160061）的資助。

圖1. 2003–2014年青藏高原陸地水儲量變化（mm/yr）空間分布.

圖2. 2003-2014年長江源區（a）、黃河源區（b）、雅魯藏布江（c）、高原內流區（d）、柴達木盆地（e）、印度河上游（f）基于GRACE的陸地水儲量的月時間序列。紅色和藍色分別代表有冰川（VIC-glacier模型）和無冰川（VIC模型）模擬的長江源區、黃河源區和雅魯藏布江流域的水儲量變化。斜線代表水儲量變化趨勢。

圖 3. 2003-2014年，青藏高原月均大氣整層水汽輻合量（mm，彩色表示）。圖中箭頭代表大氣整層水汽通量場 (kg.m-1.s-1).

圖4. 青藏高原年內各月陸地水儲量變化（mm）的空間分布。