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高纬/高海拔寒冷区对气候变化敏感，这些区域的冰雪动态已然随着全球升温而改变，随之将引起区域水循环等一系列过程的转变。积雪是冰冻圈重要组分，融雪变化可改变径流动态，关系到融雪补给径流区的生态和季节水资源安全。2024年5月29日，在Nature发表的一篇文章显示，清华大学团队发现，随着降雪量的减少，径流量及其季节变化在不同流域内将存在复杂响应，这将可能改变传统认知，即：“降雪越少、积雪提前融化，径流提前”。
图1 1950-2020年流域降雪占比和径流季节变化的时空格局。a，年平均降雪分数的空间分布。b，年均流量时间的空间分布（径流质心，CTQ）。c，年均季节性流量变化的空间分布（径流集中指数，QCI）。d，年降雪占比趋势。e，年CTQ趋势。f，年QCI趋势
基于对北半球3049个受雪影响的流域在1950-2020年流量测量的分析，表明平均降雪组分比例（snow fraction，fs）调节了对降雪组分比例减少的季节性响应。具体而言：
（1）季节径流变化随降雪组分比例降低而减少
年总径流量减少的情况下，由于暖季融雪补给减少及可能的蒸发增加，暖季径流占比下降。冷季径流变化机制更复杂。降雪占比下降通常与季节性降水延迟有关，这意味着寒冷季节降水减少，然而蒸发量增加和融雪速率降低也可能减少冷季径流，这些相反的影响似乎大相抵消，在冷季径流中产生了边际净变化。
（2）降雪减少不总引起径流提前
前一项结论似乎在北美西部更常见。更低的fs与径流提前的关系通常在空间上持续存在，但并不总是随着时间而存在。径流季节变化的进展主要发生在fs相对较高的流域（例如北美西部），而在fs较低的流域观察到径流季节变化的延迟，主要是由于季节性降水延迟。此外，fs随海拔升高而增加，因此沿海拔梯度同样观察到径流季节变化与fs下降的明显对比，主要在较高（较低）海拔的流域显示季节径流提前（延迟）。随着气候的持续变暖，预计未来控制降雨/积雪动态（主导径流特征）的海拔阈值将上升。
（3）降雪减少导致径流季节变化的年际变率增加
随着fs在空间和时间上的降低，径流质心和径流集中度的年际变化变得更大，并且越来越多地受到降水质心和降水集中指数（PCI）的控制。气候模型预测，全球平均陆地降水量的年际变率将以每度4-5%的速度增加，这表明在未来变暖下，径流季节性的年际变率将进一步放大。
图2 径流季节性与多年平均降雪比例的关系。a，3049个流域年均fs与年平均径流时间（CTQ）的关系。b，年均fs与年平均流量季节变化（以QCI表示）之间的关系。c，不同水文年不同流域的季节性径流过程。
图3 径流质心时间受冬季降雪减少的影响。a，两个10年期间水文年月平均流量的比较，每6组集水区的fs最高（蓝色）和最低（红色）。b， CTQ对降水时间（εCTQ_CTP）和融化开始日期（εCTQ_MOD）的敏感性。c，降水时间（融化开始日期）和fs（εCTP_fs和εMOD_fs）之间线性回归的斜率直方图。
图4 fs下降对径流季节性年际变率的影响
（4）意义
春季洪水的频率可能主要在高平均fs流域增加，而在相对较低的流域，春季洪水可能会减少。①冷季径流的细微变化加上暖季径流的大幅下降意味着随fs下降，融雪洪水的规模会降低——这一现象已经在全球范围内记录在河流洪水变化的评估中。②暖季径流减少表明夏季和/或秋季干旱的风险较高，可能对水/粮食安全、生态系统健康和水力发电的广泛方面产生不利影响。③径流季节性年际变化增加意味着季节径流机制的不确定性增加及随之的径流变化预测难度增加，从而对季节和年际水资源规划和管理提出进一步挑战。
参考文献：
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发表于 2024-6-1 13:10
