4500年生态水文过程揭示了降水-地下水补给关系

2021年9月10日，Science Advances期刊发表题为《耶路撒冷附近4500年生态水文过程揭示的稳定并受威胁的降水—地下水补给关系》（An ecohydrological journey of 4500 years reveals a stable but threatened precipitation–groundwater recharge relation around Jerusalem）的文章。来自新加坡、瑞士、加拿大和英国的研究人员组成国际研究小组对耶路撒冷地区4500年的气候重建开展研究，旨在确定气候、植被和地下水补给之间的关系。研究表明，由于植被对CO2增加的补偿响应，预计随着气候变化加剧，未来这种关系将被气候变化所改变并极有可能会危及水资源的可用性。

地下水是世界上半干旱和季节性干旱地区的重要水资源。世界上有几个地区的地下水储量枯竭，虽然抽取地下水是主要原因之一，但气候变量的变化也可能对地下水的储存和补给产生相当大的作用。地下水补给是降水减去蒸散发和径流之和的剩余，因此受到气候变异性、植被、土壤和风化层特性的强烈影响。在半干旱区，即使是相对较小的蒸散变化也会对地下水补给产生强烈的影响，因为补给相对于降水和蒸散来说是一个很小的通量，径流也只占降水的很小一部分。要更广泛地看待植被在调节地下水补给通量方面的作用，就需要更长的时间尺度，这对于从多世纪的角度界定相对较近期的人为气候变化的影响也非常有用。研究人员使用一个机械生态水文模型分析了植被和土壤水分动态对地下水补给的作用，该模型通过复制耶路撒冷地区的地下水补给观测记录进行验证，而不是关注深层地质地层的含水层属性和饱和流动。而且使用耶路撒冷地区最近重建的4500年年降水时间序列，采用代用指标和模型重建的古气候，以及每小时的天气生成器。这使得地下水补给的分析可以扩展到古气候研究的典型时间尺度，这在机械生态水文研究中是前所未有的。通过这些模型模拟，研究解决了以下问题：①近4500年来降水—地下水补给的关系是否受到其他变量的影响？②随着气温的升高和CO2的升高，未来降水和地下水补给之间的关系会发生怎样的变化？回答这些问题有助于阐明植被动态和地下水补给之间的长期联系，并可为在气候变化下的耶路撒冷地区以及更普遍地以季节性降水为特征的其他半干旱地区提供可靠水资源管理指导。研究显示，气温和CO2等的变化主要发生在过去50年，但似乎没有显著改变降水和地下水补给之间的关系。30年平均降水量和30年平均地下水补给之间存在相对稳定的关系，尽管其他变量也出现了波动，这一关系在4500年的时间里保持了稳定，这突显了降水在控制地下水补给方面的主导作用。半干旱区地下水补给对于水资源管理的重要性是不容置疑的。在这些地区，地下水补给来自于降水和蒸散之间的微妙平衡，这种平衡通常比地下水补给本身要大得多。全球变暖已经增加并将进一步增加大气对陆地上的水的需求，而不断上升的CO2已被假定对碳吸收和半干旱生态系统的“绿化”有相当大的贡献。这两种因素都可能增加蒸散，降低地下水回灌量。近30年植被和气温的变化表明，历史平均降水量和地下水关系具有显著的稳定性，未来可能会随着气温和CO2的增加而被打破。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《资源环境动态监测快报》2021年第18期，吴秀平 编译。