日前，新創(chuàng)國際科技期刊The Innovation編輯團(tuán)隊回顧了2023年科學(xué)突破，遴選并發(fā)布了“2023全球十大科技進(jìn)展”成果。中國地理學(xué)會會員、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員張永強(qiáng)等關(guān)于全球陸地水資源可用性近20年變化的研究成果（論文“Southern Hemisphere dominates recent decline in global water availability”于2023年11月3日在線發(fā)表于Science雜志上）入選該“2023全球十大科技進(jìn)展”。

【評選方推介語】

水資源對于維持國民生計和保障社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。但近年來，全球水資源的可用性發(fā)生了重大變化，成為備受關(guān)注和爭議的焦點。近期，由中國科學(xué)家開展的一項研究表明，在過去20年中，全球陸地水資源的可用性發(fā)生了顯著變化，但南北半球變化差異明顯。南半球經(jīng)歷了顯著的水資源可用性下降，其中在南美洲、西南非洲和澳大利亞西北部等地尤為明顯。北半球的水資源可用性整體變化趨勢微弱，但區(qū)域差異顯著，有增有減。在中國南部、北美東部和亞洲東北部地區(qū)的水資源可用性上升，而東南亞、歐洲東部和西伯利亞等地區(qū)則經(jīng)歷了可用性的下降。這些變化主要決定于氣候模態(tài)，特別是厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）引起的降水變化是主控因素。

【論文內(nèi)容簡介】

水資源對于維持國民生計和保障社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。但近年來，全球水資源的可用性發(fā)生了重大變化，成為備受關(guān)注和爭議的焦點。全球氣候變化、植被覆蓋變化和人類活動的影響使水資源可用性變得更加復(fù)雜，難以預(yù)測。因此，在全球尺度上深刻理解這些變化對水資源的影響，不僅是陸地水循環(huán)的核心研究使命，也是迫切需求，以應(yīng)對氣候變化和實施可持續(xù)水資源管理。

為了解決這一全球性難題，研究人員首先定義了陸地水資源可用性為降水供給與蒸散發(fā)所需水分之間的凈差異，然后整合了衛(wèi)星遙感和大流域觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)研究了過去20年（2001-2020）全球陸地水資源可用性的年變化趨勢。研究工作運用了不同的分析方法，包括貝葉斯加權(quán)平均和機(jī)器學(xué)習(xí)等，得到的趨勢經(jīng)驗證在全球陸地面積的36%流域中準(zhǔn)確度極高（R² = 0.81）。

研究發(fā)現(xiàn)，在過去20年中，全球陸地水資源的可用性發(fā)生了顯著變化（-0.96 ± 0.27 mm year^-2，P < 0.05），但南北半球變化差異明顯。南半球經(jīng)歷了顯著的水資源可用性下降（-3.44 ± 0.68 mm year^-2，P < 0.05），其中在南美洲、西南非洲和澳大利亞西北部等地尤為明顯。北半球的水資源可用性整體變化趨勢微弱，但區(qū)域差異顯著，有增有減。在中國南部、北美東部和亞洲東北部地區(qū)的水資源可用性上升，而東南亞、歐洲東部和西伯利亞等地區(qū)則經(jīng)歷了可用性的下降。這些變化主要決定于氣候模態(tài)，特別是厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）引起的降水變化是主控因素。而植被變綠雖然伴隨蒸散發(fā)有所增加，但氣候因素仍然是全球水資源近期下降的主要原因。

這項研究對于水資源管理具有戰(zhàn)略性的指導(dǎo)作用。首先，它強(qiáng)調(diào)了降水的變化是決定水資源變化的關(guān)鍵因素，而氣候變化可能會進(jìn)一步減少區(qū)域水資源的可用性，尤其在南半球。其次，植被變化雖然改變了區(qū)域水分內(nèi)循環(huán)強(qiáng)度，從而影響可用水資源，但在全球尺度上其作用相對較小。植被的增長既受降水增加的影響，也受人為活動的影響，如生態(tài)恢復(fù)和灌溉，然而植被和水資源之間的關(guān)系非常復(fù)雜，需要進(jìn)一步研究區(qū)域水分循環(huán)特征，尤其在北半球。第三，對于一些濕潤地區(qū)，如亞馬遜流域，植被耗水對水資源變化趨勢的影響較小。最后，水資源可用性對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)至關(guān)重要。這項研究結(jié)果為植被生長和碳循環(huán)提供了一些見解，尤其是對于亞馬遜地區(qū)的碳儲量下降的現(xiàn)象。這一研究成果也為全球地球系統(tǒng)模型提供了進(jìn)一步的約束條件，尤其是受到海表溫度變化驅(qū)動的模型。

【相關(guān)信息簡報】

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張永強(qiáng)研究員為該論文第一和通訊作者。合作研究人員包括西北農(nóng)林科技大學(xué)李聰聰博士生（共同第一作者）和于強(qiáng)教授，澳大利亞聯(lián)邦科工組織Francis H. S. Chiew博士和David Post博士，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張選澤、馬寧、田靜副教授和劉昌明院士，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）孔冬冬副教授、美國太平洋西北國家實驗室L Ruby Leung院士、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心施建成研究員。來自維也納科技大學(xué)的著名水文學(xué)家Günter Bl?schl院士為該文撰寫了專題評論。

本研究獲得了國家重點研發(fā)計劃（2022YFC3002804）、國家自然科學(xué)基金（41971032和42330506）、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察（2019QZKK20807和2019QZKK0206）等研究項目的資助。

Zhang Yongqiang, Li Congcong, Chiew Francis HS, Post David, Zhang Xuanze, Ma Ning, Tian Jing, Kong Dongdong, Leung L. Ruby, Yu Qiang, Shi Jiancheng, Liu Changming. Southern Hemisphere dominates recent decline in global water availability. Science. 2023, 382: 579-584. doi: 10.1126/science.adh0716

論文源：https://science.org/doi/10.1126/science.adh0716