李博團隊為優(yōu)化中國水資源分配提供了新的研究維度和重要數(shù)據支撐
7月10日，李博教授課題組，聯(lián)合美國俄克拉荷馬大學的研究人員，在《自然-通訊》（Nature Communications）上發(fā)表了題為《1989-2016年中國地表水和陸地水資源的贏家和輸家》（Gainers and losers of surface and terrestrial water resources in China during 1989-2016）的研究論文，該研究系統(tǒng)分析了中國水資源時空分布特征及驅動力，為優(yōu)化水資源分配提供了新的研究維度和重要的數(shù)據支撐。
中國陸地面積廣闊，氣候類型多樣，水資源總量豐富但空間分布極不均勻，總體呈現(xiàn)南多北少。北方人口密集、耕地面積大、工農業(yè)用水多且利用率低，快速城市化導致水質呈惡化趨勢，進而加劇了水資源短缺危機。因此，全面準確地獲得中國水體時空特征與動態(tài)并探究其驅動機制對緩解水資源危機尤為關鍵。
本研究基于谷歌地球引擎（GEE）云計算平臺，結合1989-2016年陸地衛(wèi)星（Landsat）影像，獲得了中國近30年的30-米季節(jié)性水體和年永久水體數(shù)據集，并分析了地表水、陸地水儲量（GRACE衛(wèi)星數(shù)據）的時空分布特征及相關性，探討了氣候變化（氣溫、降水）和人類活動（水庫修建、跨流域調水、地下水開采等）對水資源的影響。
圖1. 中國地表水1989-2016年時空分布特征。
圖2. 中國地表水和陸地水儲量2002-2016年時空分布特征及相關性。
研究發(fā)現(xiàn)，中國地表水資源和陸地水儲量存在明顯的空間分布差異，呈現(xiàn)南多北少的分布。南方的地表水資源呈明顯增加趨勢，而北方則明顯減少，內蒙古和北京降幅最為顯著。局部如中國西部青藏高原地區(qū)，地表水顯著增多且增幅最大（圖1）。我國北方地區(qū)的陸地水儲量顯著減少，而東南和西南部分地區(qū)的水儲量顯著增加。但由于冰川融雪的加速，我國西部山區(qū)的陸地水儲量正在逐年減少。將地表水和陸地水儲量做相關分析發(fā)現(xiàn)，在北方地區(qū)二者存在顯著的負相關（圖2），明確反映出北方地下水過度開采的現(xiàn)狀。
此外，該研究還針對6個典型省份的情況分析了三峽大壩、生態(tài)調水及氣候變化對地表水資源和陸地水儲量的影響（圖3）。三峽大壩的修建顯著提高了上游地區(qū)（重慶市）的地表水和陸地水儲量（圖3a），但卻導致下游地區(qū)（江西）地表水和陸地水儲量的減少（圖3c）。不同的是，三峽大壩導致湖北?。ù髩嗡谑》荩┑乇硭娣e的減少和陸地水儲量的增加（圖3b）。2002-2003年間，山東省從長江到南四湖進行生態(tài)調水，導致地表水體顯著擴張，但陸地水儲量的持續(xù)下降側面印證了山東地下水被嚴重開采。而自2012年后青藏高原陸地水儲量逐年下降，則是全球氣候變暖加速了青藏高原冰川融化的結果。
圖3. 重慶、湖北、江西、山東、西藏和青海省水資源動態(tài)變化。
圖4. 基于多元回歸模型的驅動力分析。
研究進一步采用多元回歸模型推演到全國尺度，發(fā)現(xiàn)我國近30年的水壩水庫修建，與我國10個省份的水資源變化呈顯著正相關，表明新建水壩水庫可以顯著增加相應省份地表水面積。降水對我國東部10個省份具有顯著影響，尤其是黑龍江、安徽和江西省，而氣溫波動則僅與遼寧省的水資源變化呈顯著負相關。北部和西部部分省份存在顯著的水體繼承性，即受到上一年水體面積的顯著影響。研究結合世界人口網格數(shù)據集（Gridded Population of the World），發(fā)現(xiàn)我國共有5.7億人口生活在地表水或陸地水儲量顯著下降的地區(qū)，人水矛盾突出。研究同時也指出了相關的應對措施：在國家層面，應優(yōu)化水資源配置，增強區(qū)域聯(lián)動；在區(qū)域層面，應合理優(yōu)化產業(yè)機構，控制地下水開采；在城市層面，應協(xié)調好經濟發(fā)展和生態(tài)保護關系；這樣，才能緩解水資源危機。
該文第一作者為復旦大學生命科學學院博士研究生王新新，共同通訊作者為美國俄克拉荷馬大學蕭向明教授和復旦大學生命科學學院李博教授；合作單位還包括美國馬里蘭大學、中國科學院地理科學與資源研究所、美國領英公司和中國熱帶農業(yè)科學院。該研究得到了國家自然科學基金和國家留學基金委等的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17103-w
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