人类用水活动对全球地表水热通量的影响研究

人类用水活动已经显著地改变了陆面水文过程，然而当前的大尺度陆面水文模型对人类用水活动考虑不足，成为限制采用模型手段描述变化环境下地表水热通量的关键问题之一。本项目拟以全球陆地表层为研究对象，在现有的大尺度陆面水文模型基础上，结合反映人类社会发展水平的全球数据，发展适用于大尺度陆面水文模拟的人类用水活动参数化方案。然后以此为工具，估算人类用水活动对地表水热通量的影响程度，归因地表水热通量近50年间变化幅度的气候变化和人类用水活动贡献，揭示人类用水活动对全球地表水热通量的直接影响，为评估人类用水活动对全球大气系统的影响奠定基础。

本项目研究发展了大尺度陆面水文模型的灌溉参数化方案，评估了改进的陆面水文模型在中国和美国的适用性，提出了考虑地下取水对灌溉模拟的重要性，定量揭示了灌溉对地表水热通量的影响，探讨了气候变化可能给地表水热平衡带来的影响。研究取得以下成果：1）改进灌溉用水活动参数化的陆面水文模型，并将此模型在中国和美国进行了适用性评估，结果表明模型可较好地模拟区域年灌溉量；评估结果显示灌溉会显著影响地表径流，降低地表温度，灌溉影响在干旱年份尤其大。2）改进了陆面水文模型中的灌溉取水过程，评估了地下水灌溉对地表水热通量的影响；不同区域（美国南部平原和中国华北平原）的模拟结果均表明地下水灌溉会显著降低地下水位，增加地表潜热通量。3）指出在不考虑人类取用水活动情况下，大河流域产流变化对全球平均气温变化的敏感性相对稳定，这为分离人类活动和气候变化对径流的影响提供了基础。基于这一思想评估了未来气候变化下中国不同类型干旱变化趋势，结果显示水文干旱严重程度与气温上升几乎呈线性关系，而气象干旱和土壤水干旱则在气温上升1°C时最为严重，模拟实验还表明未来气候变化可能导致中国出现更多干旱、洪水等极端水文事件。4）分析了气候变化对地表水热平衡的影响，发现云量和降水变化能显著影响北美和欧亚大陆夏季日最高气温。在高纬度地区，云量变化影响地表短波辐射从而影响气温；在干旱区及部分中纬度地区，降水通过影响地表湿度和潜热通量影响气温。在项目支持下，在SCI收录杂志上发表论文25篇，其中第一标注9篇。