随着全球气温的升高，极端天气事件增多，水循环特征（如河道径流量和季节峰值）发生改变，更易引发干旱和洪涝灾害。最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)基于不同的共享社会经济路径(SSP)及最新的人为排放趋势开展预估，试验设计更全面和科学。但现有的CMIP6模式数据集中参考的中国站点观测资料有限，导致其在中国的水文应用中存在偏差。因此，目前仍需结合更多的站点观测资料和更高精度的高分辨率全球气候模式，对中国未来的水文变化进行全面的研究。

针对以上问题，清华大学地学系卢麾副教授课题组采用等距离累积分布函数方法(EDCDFm)，参考中国高分辨率气象驱动数据集(CMFD)历史格点资料，对六个CMIP6模式(CanESM5、FGOALS-g3、GFDL-CM4、IPSL-CM6A-LR、MPI-ESM1-2-HR和MRI-ESM2-0)的日降水量、最高气温和最低气温进行降尺度和偏差校正，利用风速和校正后的降水、气温变量驱动可变下渗容量(VIC)水文模型，预估SSP2-4.5(中等社会脆弱性和中等辐射强迫)和SSP5-8.5(高社会脆弱性和高辐射强迫)情景下，21世纪中国大陆及主要流域未来的陆面水循环变化。

研究结果表明，采用CMFD驱动VIC模型和CaMa-Flood模型模拟的月径流量在各个流域与实测径流量拟合较好，VIC模型适用于中国大陆流域尺度水文模拟。基于CMFD和EDCDFm统计降尺度后的0.25°分辨率月降水量、月最高气温和月最低气温模拟精度大幅度提高。SSP2-4.5情景下，多模式算术平均集合(Ensemble)预估的中国大陆平均年降水量、年蒸散量和年径流深在2015~2099年间波动上升(图1)，SSP5-8.5情景下上升趋势更为显著。两种情景下，CMIP6多模式预估的中国大陆及主要流域多年平均年降水量、年蒸散量和年径流深在未来近期（2020-2049年）和未来远期（2070-2099年）都呈增加态势，仅中国西北和西南地区未来近期的年径流深预估减少(图2, 3)。

图1 未来情景为SSP2-4.5时，中国大陆平均1985~2099年年降水量、蒸散量和径流深变化过程线。黑色实线为CMFD值，细虚线代表单个模式，蓝色粗虚线代表模式Ensemble(Ens)，阴影部分表示6个模式数据的1倍标准差（SSP5-8.5情景请参见论文附图）。

图2 SSP2-4.5情景下模式Ensemble未来多年平均的年降水量、年蒸散量和年径流深相对历史期(1985~2014年)的变化率。字母a~c分别代表年降水量、年蒸散量和年径流深，数字0~2分别代表历史期、未来近期和未来远期（SSP5-8.5情景请参见论文附图）。

图3 基于偏差校正后的模式Ensemble(Ens)，未来近期(2020~2049年)流域多年平均的年降水量、年蒸散量和年总径流深相对历史期(1985~2014年)变化率，误差线为6个模式数据的1倍标准差。柱子上方的数字表示变量未来变化率正负与Ensemble相同的模式个数，不超过模式总数一半(<4)的数字颜色为红色，否则为蓝色。字母a~l分别代表流域：珠江、长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花江、雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、黑河、中国大陆，图a~k的坐标轴与图l相同。流域的颜色深浅代表历史期多年平均年降水量大小。

不同于以往基于CMIP5模式的中国九大流域径流量预估减少的结论，研究发现，使用最新和更可靠的高分辨率CMIP6模式，当考虑未来社会经济发展的情景时，年降水量的变化与仅考虑未来辐射强迫变化的情景差异较大，这可能是导致预估的年径流量增减不同的主要原因(图4)。研究结果可为气候变化下中国未来气候变化和水资源管理等研究提供新的科学参考。

图4 SSP5-8.5情景下21世纪中国大陆模式Ensemble的30年滑动平均年径流深(a)、年降水量和年蒸散量(b)相对历史基准期(1985~2014年)的变化。阴影部分代表6个模式数据的1倍标准差。

相关研究近日以“Projection of China’s future runoff based on the CMIP6 mid-high warming scenarios”为题发表于SCIENCE CHINA Earth Sciences (《中国科学: 地球科学》)。清华大学地学系博士生周嘉月为文章的第一作者，合作导师卢麾副教授为通讯作者，合作作者来自于清华大学地学系、美国加州大学圣迭戈分校、长江设计院和中国水利水电科学研究院。本研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0206)、国家重点研发计划(2017YFA0603703)以及国家自然科学基金(4200011953)以及中国水利水电科学研究院基本科研业务费(JZ110145B0052021)等项目的资助。

文章信息：

中文版：周嘉月, 卢麾, 阳坤, 江锐捷, 杨媛, 汪伟, 张学君. 2023. 基于CMIP6的中高温升情景对中国未来径流的预估. 中国科学: 地球科学, 53, doi: 10.1360/SSTe-2022-0065

英文版：Zhou J, Lu H, Yang K, Jiang R, Yang Y, Wang W, Zhang X. 2023. Projection of China’s future runoff based on the CMIP6 mid-high warming scenarios. Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1055-5

全文链接：

中文版：https://doi.org/10.1360/SSTe-2022-0065

英文版：https://doi.org/10.1007/s11430-022-1055-5

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供稿：周嘉月

编辑：王佳音

审核：张 强  卢 麾