全球增暖背景下陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的多維度剖析與展望

一、引言1.1研究背景與意義在全球氣候系統(tǒng)中，陸地水儲(chǔ)量作為關(guān)鍵的組成部分，涵蓋了地表水、土壤水、地下水以及冰川、積雪等多種形態(tài)的陸地水，是重要的淡水資源，在陸地水循環(huán)中扮演著不可或缺的角色。陸地水儲(chǔ)量的變化不僅反映了氣候系統(tǒng)的自然變率，也受到人類活動(dòng)的深刻影響，與全球氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)健康以及人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展緊密相連。近年來，全球氣候變暖趨勢(shì)愈發(fā)顯著，根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的報(bào)告，自工業(yè)革命以來，全球平均氣溫已上升了約1.1℃，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，在不同排放情景下，全球平均氣溫可能還將上升1.5-4.5℃。全球增暖引發(fā)了一系列復(fù)雜的氣候變化，深刻地改變了全球水循環(huán)過程，進(jìn)而對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。全球增暖改變了降水模式，使得降水分布的不均勻性加劇。一些地區(qū)降水大幅增加，頻繁遭受暴雨和洪澇災(zāi)害；而另一些地區(qū)則降水減少，面臨嚴(yán)重的干旱威脅。例如，在熱帶地區(qū)，由于大氣環(huán)流模式的改變，部分區(qū)域降水異常增多，導(dǎo)致洪水泛濫，淹沒大量農(nóng)田和城市，威脅居民生命財(cái)產(chǎn)安全；而在中緯度的一些干旱和半干旱地區(qū)，降水持續(xù)減少，水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。這種降水分布的異常變化直接影響了陸地水儲(chǔ)量的時(shí)空分布。全球增暖導(dǎo)致高山冰川和極地冰蓋加速融化。冰川融化在短期內(nèi)可能會(huì)使部分地區(qū)的水資源供應(yīng)增加，但從長(zhǎng)期來看，隨著冰川儲(chǔ)量的持續(xù)減少，這種水資源補(bǔ)給將逐漸減少，甚至枯竭。以青藏高原為例，作為“亞洲水塔”，其冰川儲(chǔ)量的減少對(duì)周邊地區(qū)的水資源供應(yīng)產(chǎn)生了重大影響，威脅到數(shù)十億人的用水安全。同時(shí)，冰川融化還會(huì)引發(fā)海平面上升，進(jìn)一步影響沿海地區(qū)的淡水資源分布和生態(tài)系統(tǒng)。全球增暖還增加了極端天氣事件的頻率和強(qiáng)度，如暴雨、干旱、熱浪等。這些極端事件對(duì)陸地水儲(chǔ)量的穩(wěn)定性造成了巨大沖擊，加劇了水資源的供需矛盾。暴雨可能導(dǎo)致地表徑流迅速增加，造成水土流失和洪水災(zāi)害，同時(shí)也會(huì)影響地下水的補(bǔ)給；而干旱則會(huì)使土壤水分大量蒸發(fā)，地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量減少。陸地水儲(chǔ)量的變化對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)有著重大影響。從人類角度來看，陸地水儲(chǔ)量的變化直接關(guān)系到水資源的供應(yīng)和利用。水資源短缺會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉困難，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，進(jìn)而威脅糧食安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約有20億人生活在水資源緊張的地區(qū)，隨著陸地水儲(chǔ)量的減少，這一數(shù)字可能還會(huì)增加。同時(shí)，水資源短缺也會(huì)影響工業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水，引發(fā)社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題。在生態(tài)系統(tǒng)方面，陸地水儲(chǔ)量的變化會(huì)影響濕地維護(hù)、地下水補(bǔ)給、湖泊健康等。濕地是許多珍稀動(dòng)植物的棲息地，陸地水儲(chǔ)量的減少會(huì)導(dǎo)致濕地面積縮小，生態(tài)功能退化，生物多樣性減少；而地下水補(bǔ)給不足會(huì)影響植被生長(zhǎng)，破壞生態(tài)平衡。在全球增暖背景下，研究陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性具有重要意義。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)陸地水儲(chǔ)量的年代際變化，能夠?yàn)樗Y源規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。通過提前了解未來幾十年內(nèi)陸地水儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)，政府和相關(guān)部門可以制定合理的水資源開發(fā)利用政策，優(yōu)化水資源配置，提高水資源利用效率，保障水資源的可持續(xù)供應(yīng)。在水旱風(fēng)險(xiǎn)管理方面，陸地水儲(chǔ)量的年代際預(yù)測(cè)可以幫助我們提前做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備，減少水旱災(zāi)害帶來的損失。例如，在干旱年份來臨前，提前采取節(jié)水措施，儲(chǔ)備水資源；在洪澇災(zāi)害發(fā)生前，加強(qiáng)防洪設(shè)施建設(shè)，制定應(yīng)急預(yù)案等。研究陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性還能為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和恢復(fù)提供指導(dǎo)，有助于維護(hù)生態(tài)平衡，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在陸地水儲(chǔ)量變化研究方面，國內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列豐碩成果。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒?yàn)（GRACE）衛(wèi)星及其后續(xù)的GRACE-FO衛(wèi)星為全球陸地水儲(chǔ)量變化的監(jiān)測(cè)提供了高精度的數(shù)據(jù)支持。眾多研究利用GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)全球及區(qū)域尺度的陸地水儲(chǔ)量時(shí)空變化特征進(jìn)行了深入分析。在全球尺度上，研究揭示了陸地水儲(chǔ)量呈現(xiàn)出顯著的時(shí)空異質(zhì)性。例如，在一些干旱和半干旱地區(qū)，陸地水儲(chǔ)量呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢(shì)，而在高緯度地區(qū)和部分濕潤地區(qū)，陸地水儲(chǔ)量則有所增加。在時(shí)間變化上，陸地水儲(chǔ)量不僅具有明顯的季節(jié)性變化，還存在著年際和年代際的波動(dòng)。季節(jié)性變化主要受到降水、蒸發(fā)和徑流等因素的季節(jié)性差異影響，如在北半球，夏季降水豐富，陸地水儲(chǔ)量增加；冬季降水減少，蒸發(fā)減弱，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)穩(wěn)定或略有減少。年際變化則與厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）、太平洋年代際振蕩（PDO）等大尺度氣候現(xiàn)象密切相關(guān)。當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí)，熱帶地區(qū)的降水模式發(fā)生改變，導(dǎo)致部分地區(qū)陸地水儲(chǔ)量異常變化。在區(qū)域尺度上，針對(duì)不同的流域和地區(qū)，研究也取得了豐富的成果。以黃河流域?yàn)槔肎RACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)結(jié)合其他觀測(cè)資料的研究表明，黃河流域的陸地水儲(chǔ)量呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性和年際變化特征，總體上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。這主要是由于氣候變化導(dǎo)致的降水減少、蒸發(fā)增加，以及人類活動(dòng)如過度開采地下水、水資源不合理利用等因素共同作用的結(jié)果。在青藏高原地區(qū)，作為“亞洲水塔”，其陸地水儲(chǔ)量的變化對(duì)周邊地區(qū)的水資源供應(yīng)和生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原陸地水儲(chǔ)量演變具有顯著空間異質(zhì)性，南部亞洲高山區(qū)的陸地水儲(chǔ)量下降主要受西風(fēng)帶傳輸?shù)脑醋员贝笪餮髺|南部降水-蒸發(fā)虧缺的影響，而中部地區(qū)陸地水儲(chǔ)量的增加則與亞洲高山區(qū)阻止了這種虧缺的進(jìn)一步傳播有關(guān)。關(guān)于陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的研究，近年來也逐漸成為熱點(diǎn)。陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性主要源于陸面水文初始條件的記憶性以及氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性。早期的研究主要關(guān)注陸面水文模型中初始條件對(duì)陸地水儲(chǔ)量預(yù)測(cè)的影響，通過改進(jìn)初始條件的獲取和處理方法，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。隨著年代際氣候預(yù)測(cè)研究的開展，越來越多的研究開始探討如何將氣候預(yù)測(cè)信息融入陸地水儲(chǔ)量的預(yù)測(cè)中。中國科學(xué)院大氣物理研究所的袁星教授團(tuán)隊(duì)利用陸面模式CLM4.5進(jìn)行了2200年全球集合回報(bào)試驗(yàn)，并采用“彈性框架”方法分析了初始條件和邊界條件不確定性的變化對(duì)全球32大流域陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在預(yù)見期較短時(shí)（1-4年預(yù)見期），超過一半流域初始條件的貢獻(xiàn)要強(qiáng)于邊界條件，主要分布在干旱半干旱地區(qū)；但隨著預(yù)見期增長(zhǎng)，預(yù)測(cè)技巧的提高更多依賴于減少邊值不確定性。通過坐標(biāo)變換改進(jìn)彈性框架，并用其將耦合模式比較計(jì)劃（CMIP5）中多模式集合的年代際氣候回報(bào)技巧用于估計(jì)陸地水儲(chǔ)量的回報(bào)技巧，進(jìn)而提出了一個(gè)新的“基準(zhǔn)技巧”，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的初值集合預(yù)報(bào)技巧。盡管國內(nèi)外在陸地水儲(chǔ)量變化及可預(yù)報(bào)性研究方面取得了諸多進(jìn)展，但仍存在一些不足之處。在數(shù)據(jù)方面，雖然GRACE衛(wèi)星提供了寶貴的全球陸地水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)存在空間分辨率較低的問題，難以捕捉到一些小尺度區(qū)域的陸地水儲(chǔ)量變化細(xì)節(jié)。同時(shí)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度相對(duì)較短，對(duì)于研究更長(zhǎng)時(shí)間尺度的陸地水儲(chǔ)量變化及可預(yù)報(bào)性存在一定局限性。在模型方面，現(xiàn)有的陸面水文模型和氣候模型在模擬陸地水儲(chǔ)量變化時(shí)，仍存在一定的誤差。模型對(duì)一些復(fù)雜的物理過程，如土壤水-地下水的相互作用、植被與水分的交換過程等，刻畫還不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致模型模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)存在偏差。不同模型之間的模擬結(jié)果也存在較大差異，這給陸地水儲(chǔ)量變化的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和可預(yù)報(bào)性研究帶來了挑戰(zhàn)。在可預(yù)報(bào)性研究方面，雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到初始條件和邊界條件對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的重要性，但對(duì)于兩者之間的相互作用及其對(duì)不同區(qū)域、不同時(shí)間尺度陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響機(jī)制，仍缺乏深入系統(tǒng)的研究。目前對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的評(píng)估方法也有待進(jìn)一步完善，以更準(zhǔn)確地衡量預(yù)測(cè)技巧和不確定性。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入揭示全球增暖背景下陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性，為水資源的可持續(xù)管理和應(yīng)對(duì)氣候變化提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。具體研究目標(biāo)如下：明確陸地水儲(chǔ)量年代際變化特征：全面且精準(zhǔn)地刻畫全球及不同區(qū)域陸地水儲(chǔ)量在年代際尺度上的變化趨勢(shì)、空間分布特征以及季節(jié)性和年際波動(dòng)規(guī)律。剖析陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性來源：深入探究陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的主要來源，包括陸面水文初始條件的記憶性和氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性，量化二者對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的貢獻(xiàn)程度。構(gòu)建并改進(jìn)陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)模型：充分融合陸面水文模型和氣候模式，發(fā)展并優(yōu)化陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)模型，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，建立科學(xué)合理的陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性評(píng)估方法，準(zhǔn)確評(píng)估預(yù)測(cè)技巧和不確定性。評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際變化影響并提供決策建議：定量評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際變化對(duì)水資源、生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響，為水資源規(guī)劃、水旱風(fēng)險(xiǎn)管理和生態(tài)保護(hù)提供具有針對(duì)性和可操作性的決策建議。圍繞上述研究目標(biāo)，本研究將開展以下具體內(nèi)容的研究：陸地水儲(chǔ)量時(shí)空變化特征分析：廣泛收集和整理多源數(shù)據(jù)，包括GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)、地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)等，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析方法，深入分析全球及不同區(qū)域陸地水儲(chǔ)量在過去幾十年間的時(shí)空變化特征。重點(diǎn)關(guān)注陸地水儲(chǔ)量的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，例如在全球增暖背景下，研究其是否呈現(xiàn)出持續(xù)增加或減少的趨勢(shì)；詳細(xì)分析陸地水儲(chǔ)量的季節(jié)性變化規(guī)律，以及不同季節(jié)之間的差異；全面研究陸地水儲(chǔ)量的年際變化與大尺度氣候現(xiàn)象（如ENSO、PDO等）的關(guān)聯(lián)性，明確大尺度氣候現(xiàn)象如何影響陸地水儲(chǔ)量的年際波動(dòng)。陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性來源研究：利用陸面模式進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度的集合回報(bào)試驗(yàn)，運(yùn)用“彈性框架”等方法，深入分析初始條件和邊界條件不確定性的變化對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)的影響。針對(duì)不同氣候區(qū)和流域，量化初始條件和邊界條件對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的相對(duì)貢獻(xiàn)，明確在不同區(qū)域和時(shí)間尺度上，是初始條件還是邊界條件對(duì)可預(yù)報(bào)性起主導(dǎo)作用。研究初始條件記憶性的維持機(jī)制和衰減規(guī)律，以及邊界條件（如大氣環(huán)流、海洋溫度等）的可預(yù)報(bào)性特征及其對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響途徑。陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)模型改進(jìn)與應(yīng)用：基于現(xiàn)有的陸面水文模型和氣候模式，通過改進(jìn)模型參數(shù)化方案、優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)以及融合多源數(shù)據(jù)等方式，提高模型對(duì)陸地水儲(chǔ)量變化的模擬能力。將改進(jìn)后的模型應(yīng)用于陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)研究，進(jìn)行多情景預(yù)測(cè)試驗(yàn)，包括不同的氣候排放情景和人類活動(dòng)情景，預(yù)測(cè)未來幾十年內(nèi)陸地水儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)。對(duì)比不同模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，評(píng)估模型的預(yù)測(cè)性能和不確定性，分析模型存在的不足之處，為進(jìn)一步改進(jìn)模型提供依據(jù)。陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性評(píng)估：建立科學(xué)合理的陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性評(píng)估指標(biāo)體系，綜合考慮預(yù)測(cè)技巧、不確定性、可靠性等多個(gè)方面。運(yùn)用多種評(píng)估方法，如交叉驗(yàn)證、獨(dú)立樣本檢驗(yàn)等，對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行全面評(píng)估。分析不同區(qū)域和時(shí)間尺度上陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的差異，探討影響可預(yù)報(bào)性的主要因素，如數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型精度、初始條件和邊界條件的不確定性等?；谠u(píng)估結(jié)果，提出提高陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的有效途徑和方法。陸地水儲(chǔ)量年代際變化影響評(píng)估與應(yīng)對(duì)策略：從水資源、生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多個(gè)角度，全面評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際變化可能帶來的影響。在水資源方面，分析陸地水儲(chǔ)量變化對(duì)水資源供需平衡的影響，評(píng)估水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)的變化趨勢(shì)；在生態(tài)系統(tǒng)方面，研究陸地水儲(chǔ)量變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)等的影響，探討生態(tài)系統(tǒng)功能退化的風(fēng)險(xiǎn)；在社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面，評(píng)估陸地水儲(chǔ)量變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)用水、城市供水等的影響，分析其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的潛在威脅。結(jié)合評(píng)估結(jié)果，提出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略和建議，包括水資源管理措施、生態(tài)保護(hù)政策、適應(yīng)氣候變化的策略等，為決策者提供科學(xué)參考。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球增暖背景下陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的深入探究。數(shù)據(jù)分析法是本研究的重要基礎(chǔ)。通過廣泛收集多源數(shù)據(jù)，包括GRACE衛(wèi)星及其后續(xù)的GRACE-FO衛(wèi)星提供的陸地水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有全球覆蓋、長(zhǎng)時(shí)間序列的特點(diǎn)，能夠?yàn)檠芯筷懙厮畠?chǔ)量的長(zhǎng)期變化提供關(guān)鍵信息；地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，如氣象站、水文站等對(duì)降水、蒸發(fā)、徑流、地下水位等的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為研究提供了高精度的局部信息，可用于驗(yàn)證和補(bǔ)充衛(wèi)星數(shù)據(jù)；再分析數(shù)據(jù)，如ERA5等全球再分析數(shù)據(jù)集，包含了豐富的大氣、海洋等環(huán)境變量信息，有助于全面了解氣候系統(tǒng)對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理和分析。利用相關(guān)分析方法，研究陸地水儲(chǔ)量與氣候變量（如降水、氣溫、大氣環(huán)流等）、人類活動(dòng)指標(biāo)（如水資源開采量、灌溉面積等）之間的相關(guān)性，揭示影響陸地水儲(chǔ)量變化的主要因素。采用趨勢(shì)分析方法，如線性回歸、Mann-Kendall檢驗(yàn)等，確定陸地水儲(chǔ)量在不同時(shí)間尺度上的變化趨勢(shì)，判斷其變化的顯著性。通過小波分析等方法，研究陸地水儲(chǔ)量的周期性變化特征，識(shí)別其年際和年代際變化周期。模型模擬法也是本研究的核心方法之一。選用先進(jìn)的陸面水文模型，如CommunityLandModel（CLM）等，該模型能夠詳細(xì)描述陸面水文過程，包括土壤水運(yùn)動(dòng)、植被蒸騰、地表徑流等，通過模擬不同氣候條件和人類活動(dòng)情景下的陸地水儲(chǔ)量變化，深入探究陸地水儲(chǔ)量的變化機(jī)制。結(jié)合氣候模式，如CoupledModelIntercomparisonProject（CMIP）系列模式，將氣候預(yù)測(cè)信息融入陸地水儲(chǔ)量模擬中，考慮大氣環(huán)流、海洋溫度等氣候邊界條件對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響。對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和驗(yàn)證，利用歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行率定，提高模型對(duì)陸地水儲(chǔ)量變化的模擬精度。通過對(duì)比模型模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估模型的性能，分析模型存在的不足之處，為模型改進(jìn)提供依據(jù)。運(yùn)用模型進(jìn)行多情景預(yù)測(cè)試驗(yàn)，設(shè)置不同的氣候排放情景（如RCP4.5、RCP8.5等）和人類活動(dòng)情景（如不同的水資源開發(fā)利用方案），預(yù)測(cè)未來幾十年內(nèi)陸地水儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)，為應(yīng)對(duì)氣候變化和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。本研究的技術(shù)路線如下：在數(shù)據(jù)收集與整理階段，廣泛收集GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)、地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制和預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在陸地水儲(chǔ)量時(shí)空變化特征分析階段，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析法，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，明確陸地水儲(chǔ)量在全球及不同區(qū)域的時(shí)空變化規(guī)律，包括長(zhǎng)期變化趨勢(shì)、季節(jié)性變化和年際變化特征，以及與大尺度氣候現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)性。在陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性來源研究階段，利用陸面模式進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度的集合回報(bào)試驗(yàn)，采用“彈性框架”等方法，深入剖析初始條件和邊界條件不確定性對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)的影響，量化二者的相對(duì)貢獻(xiàn)。在陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)模型改進(jìn)與應(yīng)用階段，基于現(xiàn)有的陸面水文模型和氣候模式，通過改進(jìn)模型參數(shù)化方案、優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)以及融合多源數(shù)據(jù)等方式，提高模型對(duì)陸地水儲(chǔ)量變化的模擬能力，并將改進(jìn)后的模型應(yīng)用于陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)研究，進(jìn)行多情景預(yù)測(cè)試驗(yàn)。在陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性評(píng)估階段，建立科學(xué)合理的評(píng)估指標(biāo)體系，運(yùn)用多種評(píng)估方法，對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行全面評(píng)估，分析影響可預(yù)報(bào)性的主要因素，提出提高可預(yù)報(bào)性的有效途徑。在陸地水儲(chǔ)量年代際變化影響評(píng)估與應(yīng)對(duì)策略制定階段，從水資源、生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多個(gè)角度，評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際變化的影響，并結(jié)合評(píng)估結(jié)果，提出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略和建議，為決策者提供科學(xué)參考。二、全球增暖與陸地水儲(chǔ)量變化的關(guān)聯(lián)機(jī)制2.1全球增暖的現(xiàn)狀與趨勢(shì)自工業(yè)革命以來，人類活動(dòng)以前所未有的規(guī)模和強(qiáng)度改變著地球的生態(tài)環(huán)境，其中全球增暖成為最為顯著的氣候變化特征之一。根據(jù)世界氣象組織（WMO）發(fā)布的報(bào)告，過去一個(gè)多世紀(jì)里，全球平均氣溫呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì)。1880-2020年期間，全球平均氣溫已上升了約1.1℃，且這種升溫趨勢(shì)在近幾十年尤為明顯。2011-2020年是有記錄以來最暖的十年，2020年的全球平均氣溫比工業(yè)化前水平高出約1.2℃。從區(qū)域分布來看，全球不同地區(qū)的增暖幅度存在顯著差異。高緯度地區(qū)，如北極地區(qū)，增暖速度明顯快于全球平均水平，這種現(xiàn)象被稱為“北極放大效應(yīng)”。研究表明，過去幾十年間，北極地區(qū)的平均氣溫上升速度是全球平均速度的兩倍左右。這主要是由于北極地區(qū)獨(dú)特的地理環(huán)境和氣候系統(tǒng)，海冰的減少使得更多的太陽輻射被海洋吸收，進(jìn)而加劇了氣溫上升。而在熱帶地區(qū)，雖然整體增暖趨勢(shì)明顯，但由于海洋的巨大熱慣性以及復(fù)雜的大氣環(huán)流系統(tǒng)，其增暖幅度相對(duì)較小。在一些陸地地區(qū)，如歐亞大陸和北美大陸的部分區(qū)域，增暖幅度也較為顯著，這對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源分布產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。全球增暖的主要驅(qū)動(dòng)因素是人類活動(dòng)排放的溫室氣體。二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）、氧化亞氮（N?O）等溫室氣體在大氣中的濃度不斷增加，形成了“溫室效應(yīng)”，使得地球表面吸收的太陽輻射能量難以向外太空散發(fā)，從而導(dǎo)致全球氣溫上升。其中，CO?是最主要的溫室氣體，其濃度的增加主要源于化石燃料的燃燒，如煤炭、石油和天然氣的使用，以及土地利用變化，如森林砍伐和農(nóng)業(yè)開墾。根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，全球每年因化石燃料燃燒排放的CO?量已從20世紀(jì)初的不到10億噸增加到目前的超過300億噸。CH?的排放主要來自農(nóng)業(yè)活動(dòng)（如水稻種植、反芻動(dòng)物養(yǎng)殖）、能源生產(chǎn)（如煤炭開采、天然氣泄漏）以及垃圾填埋等。N?O的排放則主要與農(nóng)業(yè)化肥的使用、工業(yè)生產(chǎn)和生物質(zhì)燃燒有關(guān)。除了溫室氣體排放，自然因素也在一定程度上影響著全球氣候的變化。太陽輻射的變化是一個(gè)重要的自然因素，太陽活動(dòng)的周期性變化會(huì)導(dǎo)致太陽輻射強(qiáng)度的微小波動(dòng)，進(jìn)而影響地球的氣候系統(tǒng)。火山噴發(fā)也是一個(gè)不可忽視的自然因素，大規(guī)模的火山噴發(fā)會(huì)向大氣中釋放大量的火山灰和二氧化硫等氣溶膠，這些氣溶膠可以阻擋太陽輻射，導(dǎo)致地球表面溫度在短期內(nèi)下降。1991年菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)后，全球平均氣溫在接下來的一兩年內(nèi)出現(xiàn)了明顯的下降。但總體而言，與人類活動(dòng)的影響相比，自然因素對(duì)當(dāng)前全球增暖趨勢(shì)的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。未來，全球增暖的趨勢(shì)仍將持續(xù)。根據(jù)IPCC第六次評(píng)估報(bào)告，在不同的排放情景下，到本世紀(jì)末，全球平均氣溫相對(duì)于工業(yè)化前水平可能上升1.5-4.5℃。在最樂觀的低排放情景（SSP1-1.9）下，全球平均氣溫升幅可能控制在1.5℃以內(nèi)；而在高排放情景（SSP5-8.5）下，氣溫升幅可能超過4℃。這種持續(xù)的全球增暖將對(duì)全球的生態(tài)系統(tǒng)、水資源、人類社會(huì)等帶來更加深遠(yuǎn)和復(fù)雜的影響，因此，深入研究全球增暖背景下陸地水儲(chǔ)量的變化及其可預(yù)報(bào)性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2.2陸地水儲(chǔ)量的構(gòu)成與作用陸地水儲(chǔ)量是指陸地表面和地下所有水的總和，其構(gòu)成豐富多樣，主要包括地表水、土壤水、地下水以及冰川、積雪等。地表水涵蓋了河流、湖泊、沼澤等水體，它們是陸地水儲(chǔ)量中最為直觀且動(dòng)態(tài)變化明顯的部分。河流作為陸地水循環(huán)的重要通道，源源不斷地將降水、冰川融水等輸送到海洋或其他水體，其流量和水位受到降水、蒸發(fā)、流域地形等多種因素的影響。長(zhǎng)江作為我國第一大河，其年徑流量巨大，不僅對(duì)我國的水資源分布和生態(tài)系統(tǒng)有著重要影響，還承擔(dān)著航運(yùn)、灌溉、供水等多種功能。湖泊則是陸地水的重要儲(chǔ)存場(chǎng)所，具有調(diào)節(jié)河流水量、維持生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候等重要作用。鄱陽湖作為我國最大的淡水湖之一，在洪水期能夠蓄積大量洪水，減輕下游地區(qū)的防洪壓力；在枯水期則補(bǔ)給河流，維持河流的生態(tài)流量。沼澤是一種特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)，其土壤中富含水分，具有強(qiáng)大的蓄水、保水和凈化水質(zhì)的能力，同時(shí)也是眾多珍稀動(dòng)植物的棲息地。土壤水是存在于土壤孔隙中的水分，它與植被生長(zhǎng)、土壤侵蝕等密切相關(guān)。土壤水是植物根系吸收水分的主要來源，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。在干旱地區(qū)，土壤水分含量的多少直接決定了植被的覆蓋度和生長(zhǎng)狀況。土壤水還參與了土壤的物理、化學(xué)和生物過程，影響著土壤的肥力和結(jié)構(gòu)。土壤中的微生物活動(dòng)需要適宜的水分條件，土壤水的變化會(huì)影響微生物的代謝和繁殖，進(jìn)而影響土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)。地下水是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，是陸地水儲(chǔ)量的重要組成部分。地下水具有穩(wěn)定的補(bǔ)給和排泄機(jī)制，其水位和水量變化相對(duì)緩慢。在許多地區(qū)，地下水是重要的供水水源，為居民生活、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)提供了穩(wěn)定的水資源保障。在一些干旱和半干旱地區(qū)，由于地表水匱乏，地下水成為了當(dāng)?shù)匚ㄒ坏目衫盟Y源。地下水還對(duì)維持地表生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著重要作用，它通過與地表水的相互補(bǔ)給關(guān)系，影響著河流、湖泊和濕地的生態(tài)功能。冰川和積雪主要分布在高海拔和高緯度地區(qū)，它們是陸地水儲(chǔ)量的重要儲(chǔ)存形式，也是重要的淡水資源儲(chǔ)備。冰川是由多年積雪積累形成的巨大冰體，其儲(chǔ)量巨大，對(duì)全球海平面變化和水資源供應(yīng)有著重要影響。喜馬拉雅山脈的冰川是亞洲多條大河的重要水源，其融水為下游地區(qū)提供了豐富的水資源。積雪則是冬季降雪在地面的積累，在春季和夏季隨著氣溫升高逐漸融化，為河流和土壤提供補(bǔ)給。在我國東北地區(qū)，冬季的積雪在春季融化后，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要的灌溉水源。陸地水儲(chǔ)量在水資源供應(yīng)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在水資源供應(yīng)方面，陸地水儲(chǔ)量是人類可利用淡水資源的重要來源。地表水和地下水為人類的生活、生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉提供了必要的水資源支持。隨著全球人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)水資源的需求不斷增加，陸地水儲(chǔ)量的穩(wěn)定供應(yīng)對(duì)于保障人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。在干旱地區(qū)，水資源短缺問題日益嚴(yán)重，合理開發(fā)和利用陸地水儲(chǔ)量，提高水資源利用效率，成為解決水資源供需矛盾的關(guān)鍵。在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定方面，陸地水儲(chǔ)量的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分都有著深遠(yuǎn)影響。對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)而言，充足的陸地水儲(chǔ)量是維持濕地生態(tài)功能的基礎(chǔ)。濕地是許多珍稀鳥類和野生動(dòng)物的棲息地，為它們提供了食物和繁殖場(chǎng)所。陸地水儲(chǔ)量的減少會(huì)導(dǎo)致濕地面積縮小、水質(zhì)惡化，進(jìn)而破壞濕地生態(tài)系統(tǒng)的平衡，威脅生物多樣性。對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)來說，土壤水和地下水的充足供應(yīng)是樹木生長(zhǎng)的關(guān)鍵。森林通過蒸騰作用調(diào)節(jié)氣候、保持水土、凈化空氣，而陸地水儲(chǔ)量的變化會(huì)影響森林的生長(zhǎng)和分布，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)和氣候調(diào)節(jié)功能。對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)而言，適宜的陸地水儲(chǔ)量有利于草原植被的生長(zhǎng)和恢復(fù)，維持草原的生態(tài)平衡。陸地水儲(chǔ)量的減少可能導(dǎo)致草原退化、土地沙化，加劇水土流失和沙塵暴等生態(tài)問題。2.3全球增暖影響陸地水儲(chǔ)量的物理過程全球增暖通過一系列復(fù)雜的物理過程深刻影響著陸地水儲(chǔ)量，這些過程主要包括降水模式的改變、蒸發(fā)量的變化以及冰川融化等，它們相互作用，共同改變著陸地水儲(chǔ)量的時(shí)空分布。全球增暖導(dǎo)致大氣中水汽含量增加，進(jìn)而改變了降水模式。大氣中的水汽是降水的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著氣溫升高，海水蒸發(fā)加劇，大氣中水汽含量增多。根據(jù)熱力學(xué)原理，氣溫每升高1℃，大氣中的水汽含量大約會(huì)增加7%。這種水汽含量的增加使得降水的分布和強(qiáng)度發(fā)生變化。在一些地區(qū)，由于大氣環(huán)流模式的改變，暖濕氣流的路徑發(fā)生偏移，導(dǎo)致降水異常增多。在熱帶地區(qū)的部分區(qū)域，由于受到全球增暖的影響，大氣環(huán)流異常，使得來自海洋的暖濕氣流在此匯聚，形成了頻繁的暴雨天氣，導(dǎo)致降水大幅增加。而在另一些地區(qū)，如中緯度的干旱和半干旱地區(qū)，由于大氣環(huán)流的調(diào)整，暖濕氣流難以到達(dá)，降水則持續(xù)減少。降水模式的改變直接影響了陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給。降水增加的地區(qū)，陸地水儲(chǔ)量得到更多的補(bǔ)充，河流、湖泊水位上升，土壤水分增加；而降水減少的地區(qū)，陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給減少，導(dǎo)致河流干涸、湖泊萎縮、土壤干旱。全球增暖還會(huì)使蒸發(fā)量增加，從而影響陸地水儲(chǔ)量。蒸發(fā)是陸地水循環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與氣溫、濕度、風(fēng)速等因素密切相關(guān)。隨著全球氣溫的升高，地表溫度也隨之上升，這使得水分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，更容易從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從而增加了蒸發(fā)量。研究表明，在全球增暖的背景下，陸地表面的潛在蒸發(fā)量呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。在干旱和半干旱地區(qū)，由于氣溫升高和降水減少，蒸發(fā)量的增加更為顯著，導(dǎo)致土壤水分大量蒸發(fā)，陸地水儲(chǔ)量迅速減少。在這些地區(qū)，原本就有限的水資源在蒸發(fā)的作用下更加稀缺，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的問題。而在濕潤地區(qū)，雖然降水相對(duì)較多，但蒸發(fā)量的增加也會(huì)在一定程度上影響陸地水儲(chǔ)量的平衡。如果蒸發(fā)量超過了降水量的補(bǔ)充，陸地水儲(chǔ)量也會(huì)逐漸減少。全球增暖導(dǎo)致高山冰川和極地冰蓋加速融化，這對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生了重要影響。冰川和冰蓋是地球上最大的淡水儲(chǔ)存庫之一，它們的融化在短期內(nèi)會(huì)使部分地區(qū)的水資源供應(yīng)增加。在一些高山地區(qū)，冰川融化形成的融水補(bǔ)給了河流和湖泊，使得這些地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量在短期內(nèi)有所增加。但從長(zhǎng)期來看，隨著冰川儲(chǔ)量的持續(xù)減少，這種水資源補(bǔ)給將逐漸減少，甚至枯竭。以青藏高原為例，作為“亞洲水塔”，其冰川儲(chǔ)量的減少對(duì)周邊地區(qū)的水資源供應(yīng)產(chǎn)生了重大影響。許多發(fā)源于青藏高原的河流，如長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江等，其水源主要依賴于冰川融水。隨著冰川的加速融化，這些河流的徑流量在未來可能會(huì)逐漸減少，威脅到數(shù)十億人的用水安全。冰川融化還會(huì)引發(fā)海平面上升，進(jìn)一步影響沿海地區(qū)的淡水資源分布和生態(tài)系統(tǒng)。海平面上升會(huì)導(dǎo)致海水倒灌，使沿海地區(qū)的地下水受到咸水入侵，影響地下水的質(zhì)量和可利用性，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量減少。2.4案例分析：典型地區(qū)的變化實(shí)例在全球增暖的大背景下，不同地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量變化呈現(xiàn)出各自獨(dú)特的特征。以天山、青藏高原、黃河流域等地區(qū)為例，深入分析這些典型地區(qū)陸地水儲(chǔ)量的變化，有助于我們更全面、深入地理解全球增暖對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響機(jī)制，為區(qū)域水資源管理和應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。天山地區(qū)位于中亞，是亞洲中部的一條重要山脈，其陸地水儲(chǔ)量變化對(duì)周邊地區(qū)的水資源供應(yīng)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定至關(guān)重要。在全球增暖的影響下，天山地區(qū)的氣溫顯著上升，過去幾十年間，天山地區(qū)的平均氣溫上升幅度超過了全球平均水平，部分區(qū)域的升溫幅度甚至達(dá)到了2-3℃。這種氣溫的升高導(dǎo)致天山地區(qū)的冰川加速融化。天山擁有豐富的冰川資源，是眾多河流的重要水源地。但隨著氣溫的升高，冰川的消融速度加快，冰川面積不斷縮小。據(jù)研究，近幾十年來，天山地區(qū)的冰川面積減少了約10%-15%。冰川融化在短期內(nèi)增加了河流的徑流量，使得部分地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量有所增加。但從長(zhǎng)期來看，隨著冰川儲(chǔ)量的逐漸減少，這種水資源補(bǔ)給將難以為繼，陸地水儲(chǔ)量可能會(huì)逐漸減少。降水模式的改變也是影響天山地區(qū)陸地水儲(chǔ)量的重要因素。全球增暖導(dǎo)致天山地區(qū)的大氣環(huán)流發(fā)生變化，降水分布變得更加不均勻。一些地區(qū)降水明顯增加，而另一些地區(qū)則降水減少。在天山的西部和北部，由于受到西風(fēng)帶的影響，降水有所增加；而在天山的東部和南部，降水則相對(duì)減少。降水的變化直接影響了陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給，導(dǎo)致不同區(qū)域的陸地水儲(chǔ)量出現(xiàn)差異。降水增加的地區(qū)，河流、湖泊的水位上升，陸地水儲(chǔ)量增加；而降水減少的地區(qū)，水資源短缺問題加劇，陸地水儲(chǔ)量減少。青藏高原作為“亞洲水塔”，是世界上最高的高原，其陸地水儲(chǔ)量的變化對(duì)亞洲地區(qū)的水資源供應(yīng)和生態(tài)系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)影響。在全球增暖的背景下，青藏高原的陸地水儲(chǔ)量呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化特征。研究表明，2002-2017年間，青藏高原陸地水儲(chǔ)量以約100億m3/年的速度下降，但區(qū)域之間存在顯著差異。青藏高原外流區(qū)水儲(chǔ)量以約160億m3/年速度下降，主要由南部興都庫什-喜馬拉雅-念青唐古拉山脈的冰川后退、怒江-瀾滄江流域土壤和地下水儲(chǔ)量下降導(dǎo)致；內(nèi)流區(qū)水儲(chǔ)量以約56億m3/年上升，主要由北部羌塘盆地湖泊擴(kuò)張、喀喇昆侖-西昆侖山冰川質(zhì)量增加導(dǎo)致。青藏高原南部陸地水儲(chǔ)量下降的主要原因是氣候變暖、季風(fēng)變化以及降水相態(tài)變化。在全球增暖的影響下，青藏高原南部氣溫升高，導(dǎo)致冰川融化加速。南亞季風(fēng)的減弱使得喜馬拉雅地區(qū)的降水在過去20年間有減少趨勢(shì)，降水減少導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量補(bǔ)給減少。而氣溫的升高會(huì)導(dǎo)致冰川的融化，在氣候變暖的背景下，青藏高原冰川質(zhì)量下降的流域（印度河、恒河-雅魯藏布江流域）的降水相態(tài)也發(fā)生了變化，降雪量占總降水量的比例減少，這會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)該區(qū)冰川負(fù)平衡。而青藏高原北部陸地水儲(chǔ)量增加則主要與降水變化和地表短波輻射減弱有關(guān)。羌塘盆地是青藏高原湖泊分布最集中的地區(qū)，這里陸地水儲(chǔ)量與降水變化的一致性較高，降水的增加使得湖泊擴(kuò)張，陸地水儲(chǔ)量增加。在喀喇昆侖-西昆侖地區(qū)，地表短波輻射減弱是該區(qū)冰川質(zhì)量增加的主要原因，冰川質(zhì)量的增加也使得陸地水儲(chǔ)量有所增加。黃河流域是我國重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)和人口密集區(qū)，其陸地水儲(chǔ)量的變化對(duì)我國的水資源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。在全球增暖的背景下，黃河流域的氣溫呈上升趨勢(shì)，降水分布發(fā)生改變，蒸發(fā)量增加，這些因素共同影響了黃河流域的陸地水儲(chǔ)量。黃河流域的降水總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，尤其是在黃河中上游地區(qū)，降水減少較為明顯。研究表明，過去幾十年間，黃河中上游部分地區(qū)的年降水量減少了10%-20%。降水的減少導(dǎo)致河流的徑流量減少，黃河的年徑流量在過去幾十年間也呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。蒸發(fā)量的增加進(jìn)一步加劇了水資源的短缺。隨著氣溫的升高，黃河流域的潛在蒸發(fā)量增加，土壤水分大量蒸發(fā)，陸地水儲(chǔ)量減少。人類活動(dòng)對(duì)黃河流域陸地水儲(chǔ)量的影響也不容忽視。隨著流域內(nèi)人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)水資源的需求不斷增加，過度開采地下水、水資源不合理利用等問題日益嚴(yán)重。在黃河流域的一些地區(qū)，由于長(zhǎng)期過度開采地下水，地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量減少。水資源的不合理利用，如農(nóng)業(yè)灌溉用水效率低下、工業(yè)用水浪費(fèi)等，也加劇了水資源的短缺，影響了陸地水儲(chǔ)量的平衡。三、陸地水儲(chǔ)量年代際變化的特征與規(guī)律3.1年代際變化的時(shí)間序列分析為深入剖析陸地水儲(chǔ)量在年代際尺度上的變化特征，本研究收集并整理了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的多源數(shù)據(jù)，其中包括具有全球覆蓋能力的GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)從2002年開始提供了高精度的陸地水儲(chǔ)量變化信息；地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，如氣象站、水文站等長(zhǎng)期積累的降水、蒸發(fā)、徑流等數(shù)據(jù)，為研究提供了局部區(qū)域的詳細(xì)信息；再分析數(shù)據(jù)，如ERA5等全球再分析數(shù)據(jù)集，包含了豐富的大氣、海洋等環(huán)境變量信息，有助于全面了解氣候系統(tǒng)對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響。運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析方法，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘。通過線性回歸分析，確定陸地水儲(chǔ)量在不同時(shí)間尺度上的變化趨勢(shì)。以全球陸地水儲(chǔ)量為例，在過去幾十年間，整體呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)，部分地區(qū)陸地水儲(chǔ)量減少，而另一些地區(qū)則有所增加。通過Mann-Kendall檢驗(yàn)，判斷這種變化趨勢(shì)的顯著性，結(jié)果表明，在一些干旱和半干旱地區(qū)，陸地水儲(chǔ)量的減少趨勢(shì)具有較高的顯著性水平，這與當(dāng)?shù)貧夂蜃兏?、水資源過度開發(fā)等因素密切相關(guān)。采用小波分析方法，研究陸地水儲(chǔ)量的周期性變化特征。小波分析能夠在不同時(shí)間尺度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，從而準(zhǔn)確識(shí)別出陸地水儲(chǔ)量的年際和年代際變化周期。研究發(fā)現(xiàn)，陸地水儲(chǔ)量存在明顯的年際變化周期，這與降水、蒸發(fā)等因素的年際變化密切相關(guān)。在年際尺度上，厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）等大尺度氣候現(xiàn)象對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響顯著。當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí)，熱帶地區(qū)的降水模式發(fā)生改變，導(dǎo)致部分地區(qū)陸地水儲(chǔ)量異常變化。在印度尼西亞地區(qū)，厄爾尼諾事件通常會(huì)導(dǎo)致降水減少，陸地水儲(chǔ)量下降，引發(fā)干旱災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。陸地水儲(chǔ)量還存在年代際變化周期，這與太平洋年代際振蕩（PDO）、大西洋多年代際振蕩（AMO）等年代際氣候變率有關(guān)。PDO是太平洋地區(qū)海氣相互作用的一種表現(xiàn)形式，其冷暖位相的轉(zhuǎn)變會(huì)影響大氣環(huán)流和海洋環(huán)流，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量。在PDO暖位相期間，太平洋沿岸部分地區(qū)的降水和氣溫發(fā)生變化，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量增加；而在PDO冷位相期間，情況則相反。AMO則是大西洋地區(qū)海溫的一種長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，其對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響也不容忽視。在AMO正位相期間，大西洋沿岸地區(qū)的降水可能增加，陸地水儲(chǔ)量上升；而在AMO負(fù)位相期間，降水可能減少，陸地水儲(chǔ)量下降。為了更直觀地展示陸地水儲(chǔ)量年代際變化的時(shí)間序列特征，以某一典型流域?yàn)槔?，繪制陸地水儲(chǔ)量的時(shí)間序列圖（如圖1所示）。從圖中可以清晰地看到，該流域的陸地水儲(chǔ)量在過去幾十年間呈現(xiàn)出明顯的年代際波動(dòng)。在20世紀(jì)80年代至90年代，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)穩(wěn)定；而在21世紀(jì)初，陸地水儲(chǔ)量出現(xiàn)了明顯的下降趨勢(shì)，這可能與該時(shí)期的氣候變化和人類活動(dòng)有關(guān)。通過對(duì)時(shí)間序列圖的分析，還可以進(jìn)一步研究陸地水儲(chǔ)量變化的階段性特征，以及不同階段之間的轉(zhuǎn)換機(jī)制。[此處插入典型流域陸地水儲(chǔ)量時(shí)間序列圖]圖1：某典型流域陸地水儲(chǔ)量時(shí)間序列圖通過對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際變化的時(shí)間序列分析，我們可以更全面地了解陸地水儲(chǔ)量的變化規(guī)律，為后續(xù)研究陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。3.2空間分布差異及影響因素陸地水儲(chǔ)量在全球不同地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的空間分布差異，這種差異受到多種因素的綜合影響，包括地形、氣候、人類活動(dòng)等，這些因素相互作用，共同塑造了陸地水儲(chǔ)量的復(fù)雜空間格局。地形是影響陸地水儲(chǔ)量空間分布的重要因素之一。在山區(qū)，由于地勢(shì)起伏較大，降水在地表的再分配過程復(fù)雜，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量的空間分布差異明顯。高山地區(qū)通常擁有豐富的冰川和積雪資源，這些冰川和積雪在氣溫升高時(shí)融化，為下游地區(qū)提供水源，使得山區(qū)的陸地水儲(chǔ)量相對(duì)較高。喜馬拉雅山脈、阿爾卑斯山脈等地區(qū)，冰川和積雪儲(chǔ)量巨大，是周邊地區(qū)重要的水資源補(bǔ)給源。山區(qū)的地形還會(huì)影響降水的分布，迎風(fēng)坡往往降水豐富，而背風(fēng)坡則降水稀少，這種降水差異導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量在山區(qū)的不同坡向存在顯著差異。在南美洲的安第斯山脈，西風(fēng)帶帶來的水汽在山脈的西側(cè)迎風(fēng)坡形成大量降水，使得該地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量較為豐富；而在山脈的東側(cè)背風(fēng)坡，由于受到焚風(fēng)效應(yīng)的影響，降水稀少，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)較少。在平原地區(qū)，地形相對(duì)平坦，降水在地表的再分配較為均勻，陸地水儲(chǔ)量的空間分布相對(duì)較為一致。但平原地區(qū)的地下水分布會(huì)受到地質(zhì)構(gòu)造的影響，不同的地質(zhì)構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致地下水的儲(chǔ)存和流動(dòng)條件不同，從而影響陸地水儲(chǔ)量的空間分布。在一些沉積盆地，如中國的華北平原，由于地質(zhì)構(gòu)造有利于地下水的儲(chǔ)存，地下水儲(chǔ)量豐富，使得該地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量相對(duì)較高；而在一些基巖裸露的地區(qū)，地下水儲(chǔ)存條件較差，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)較低。氣候因素對(duì)陸地水儲(chǔ)量的空間分布起著關(guān)鍵作用。降水是陸地水儲(chǔ)量的主要補(bǔ)給來源，降水的空間分布直接決定了陸地水儲(chǔ)量的分布。在赤道附近的熱帶雨林地區(qū)，由于常年受到赤道低氣壓帶的控制，盛行上升氣流，降水豐富，年降水量可達(dá)2000毫米以上，陸地水儲(chǔ)量充足，河流、湖泊眾多，水資源豐富。而在副熱帶高氣壓帶控制的地區(qū)，如撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠等，盛行下沉氣流，降水稀少，年降水量不足200毫米，陸地水儲(chǔ)量匱乏，地表干旱，沙漠廣布。蒸發(fā)也是影響陸地水儲(chǔ)量的重要?dú)夂蛞蛩?。在干旱和半干旱地區(qū)，氣溫高，蒸發(fā)旺盛，即使有一定的降水，也會(huì)因強(qiáng)烈的蒸發(fā)而難以儲(chǔ)存，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量較低。在非洲的薩赫勒地區(qū)，雖然年降水量在200-600毫米之間，但由于氣溫高，蒸發(fā)量大，陸地水儲(chǔ)量仍然較為匱乏，水資源短缺問題嚴(yán)重。而在高緯度地區(qū)，氣溫低，蒸發(fā)弱，降水相對(duì)較少但能夠較好地儲(chǔ)存，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)穩(wěn)定。在北極地區(qū)，雖然年降水量較少，但由于蒸發(fā)微弱，冰川、積雪和凍土儲(chǔ)存了大量的水資源，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)較高。人類活動(dòng)對(duì)陸地水儲(chǔ)量的空間分布產(chǎn)生了深刻影響。隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)水資源的需求不斷增加，大規(guī)模的水資源開發(fā)利用活動(dòng)改變了陸地水儲(chǔ)量的自然分布格局。在一些地區(qū)，過度開采地下水導(dǎo)致地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量減少。中國的華北地區(qū)，由于長(zhǎng)期超采地下水，地下水位持續(xù)下降，形成了多個(gè)地下水漏斗區(qū)，部分地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量大幅減少，引發(fā)了地面沉降、海水倒灌等一系列環(huán)境問題。水資源的調(diào)水工程也會(huì)改變陸地水儲(chǔ)量的空間分布。南水北調(diào)工程是中國為緩解北方地區(qū)水資源短缺而實(shí)施的大型調(diào)水工程，通過將長(zhǎng)江流域的水資源調(diào)到華北和西北地區(qū)，改變了這些地區(qū)的水資源供需狀況，增加了受水區(qū)的陸地水儲(chǔ)量，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了積極影響。但調(diào)水工程也可能對(duì)調(diào)出區(qū)的陸地水儲(chǔ)量和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，需要進(jìn)行科學(xué)評(píng)估和合理調(diào)控。農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水也會(huì)影響陸地水儲(chǔ)量的空間分布。在農(nóng)業(yè)灌溉用水量大的地區(qū)，如印度的恒河平原，大量抽取地表水和地下水用于灌溉，導(dǎo)致河流徑流量減少，地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量發(fā)生變化。工業(yè)用水的排放也會(huì)影響水體的質(zhì)量和循環(huán)，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量。一些工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放，導(dǎo)致河流、湖泊污染，水資源可利用量減少，陸地水儲(chǔ)量間接受到影響。3.3不同氣候區(qū)的變化特點(diǎn)對(duì)比為了更深入地了解陸地水儲(chǔ)量在不同氣候條件下的變化規(guī)律，本研究對(duì)干旱、濕潤、半濕潤等不同氣候區(qū)的陸地水儲(chǔ)量變化特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析。在干旱氣候區(qū)，如撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠等地區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，陸地水儲(chǔ)量總體呈現(xiàn)匱乏且持續(xù)減少的趨勢(shì)。這些地區(qū)年降水量通常不足200毫米，而潛在蒸發(fā)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降水量，導(dǎo)致水分大量散失。研究表明，在過去幾十年間，撒哈拉沙漠部分地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量以每年數(shù)毫米的速度減少，主要原因是降水持續(xù)減少以及氣溫升高導(dǎo)致的蒸發(fā)加劇。由于水資源極度短缺，干旱地區(qū)的地表水和地下水儲(chǔ)量都非常有限，河流多為季節(jié)性河流，湖泊也多為咸水湖或干涸狀態(tài)。在阿拉伯半島，許多河流在旱季完全干涸，地下水過度開采導(dǎo)致地下水位急劇下降，陸地水儲(chǔ)量大幅減少，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)和人類生活。濕潤氣候區(qū)，如赤道附近的熱帶雨林地區(qū)，降水豐富，年降水量可達(dá)2000毫米以上，陸地水儲(chǔ)量相對(duì)充足。在這些地區(qū)，降水充沛使得河流、湖泊水量豐富，土壤水分含量高，植被生長(zhǎng)茂盛。以亞馬遜雨林為例，其擁有世界上流量最大的河流——亞馬遜河，該流域的陸地水儲(chǔ)量豐富，河流的年徑流量巨大，為周邊地區(qū)提供了豐富的水資源。然而，在全球增暖的背景下，濕潤氣候區(qū)的陸地水儲(chǔ)量也受到了一定影響。降水模式的改變導(dǎo)致部分地區(qū)降水分布不均，一些地區(qū)暴雨增多，引發(fā)洪水災(zāi)害；而另一些地區(qū)則可能出現(xiàn)短暫的干旱期。研究發(fā)現(xiàn)，亞馬遜雨林部分區(qū)域在某些年份出現(xiàn)了降水減少的情況，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量下降，影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。半濕潤氣候區(qū)，如我國的華北地區(qū)、美國的中西部地區(qū)等，降水相對(duì)適中，但水資源供需矛盾較為突出。這些地區(qū)年降水量一般在400-800毫米之間，降水的季節(jié)分配不均，主要集中在夏季。在夏季，降水集中，容易引發(fā)洪澇災(zāi)害；而在其他季節(jié)，降水相對(duì)較少，可能出現(xiàn)干旱現(xiàn)象。以我國華北地區(qū)為例，由于人口密集，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)水資源的需求巨大，而降水的季節(jié)變化和年際變化較大，導(dǎo)致水資源短缺問題嚴(yán)重。在過去幾十年間，華北地區(qū)的陸地水儲(chǔ)量呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)，主要原因是降水減少、蒸發(fā)增加以及人類活動(dòng)對(duì)水資源的過度開采。過度開采地下水使得地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量減少，引發(fā)了地面沉降、海水倒灌等一系列環(huán)境問題。不同氣候區(qū)的陸地水儲(chǔ)量變化還受到大尺度氣候現(xiàn)象的影響。厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）對(duì)不同氣候區(qū)的陸地水儲(chǔ)量變化有著顯著影響。在厄爾尼諾事件期間，熱帶地區(qū)的降水模式發(fā)生改變，導(dǎo)致干旱氣候區(qū)更加干旱，濕潤氣候區(qū)的降水分布不均。在1997-1998年的強(qiáng)厄爾尼諾事件中，南美洲的干旱地區(qū)降水大幅減少，陸地水儲(chǔ)量急劇下降，引發(fā)了嚴(yán)重的旱災(zāi)；而東南亞的濕潤地區(qū)則出現(xiàn)了暴雨減少、干旱加劇的情況，陸地水儲(chǔ)量也受到影響。太平洋年代際振蕩（PDO）、大西洋多年代際振蕩（AMO）等年代際氣候變率也會(huì)對(duì)不同氣候區(qū)的陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生影響。在PDO暖位相期間，太平洋沿岸的濕潤氣候區(qū)降水可能增加，陸地水儲(chǔ)量上升；而在PDO冷位相期間，情況則相反。在AMO正位相期間，大西洋沿岸的半濕潤氣候區(qū)降水可能增加，陸地水儲(chǔ)量上升；而在AMO負(fù)位相期間，降水可能減少，陸地水儲(chǔ)量下降。3.4案例分析：長(zhǎng)江流域的變化特征長(zhǎng)江流域作為我國重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)和生態(tài)區(qū)，其陸地水儲(chǔ)量的變化備受關(guān)注。在全球增暖的大背景下，長(zhǎng)江流域的陸地水儲(chǔ)量呈現(xiàn)出獨(dú)特的變化特征，受到多種因素的綜合影響。利用GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)、地面觀測(cè)數(shù)據(jù)以及再分析數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江流域2002-2021年陸地水儲(chǔ)量異常（TWSA）的變化進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江流域的陸地水儲(chǔ)量在過去幾十年間呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)變化。美國德克薩斯大學(xué)空間研究中心、噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室和戈達(dá)德航天中心的GRACEmascon產(chǎn)品相對(duì)不確定性分別為5mm、7.2mm和3.9mm；融合的GRACE陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)品與地面觀測(cè)及流域水資源公報(bào)具有良好可比性，相關(guān)系數(shù)分別為0.59和0.86（p<0.01），但不同子流域的對(duì)比情況存在一定差異。長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量的變化與降水、蒸散發(fā)、徑流等氣候因子密切相關(guān)。流域平均降水、蒸散發(fā)、徑流深分別以-3.5mm/a、0.6mm/a、-4.2mm/a的線性速率變化，而流域平均陸地水儲(chǔ)量變化（TWSC）則以0.1mm/a的速率增減。逐月非季節(jié)性TWSC與南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI）呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性（α<0.01），這表明厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）等大尺度氣候現(xiàn)象對(duì)長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量的變化有著重要影響。當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí)，長(zhǎng)江流域的降水模式會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量出現(xiàn)異常變化。在1997-1998年的強(qiáng)厄爾尼諾事件期間，長(zhǎng)江流域部分地區(qū)降水減少，陸地水儲(chǔ)量下降，引發(fā)了干旱災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響。人類活動(dòng)也是影響長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化的重要因素。水庫調(diào)蓄對(duì)月平均TWSC的影響顯著，且呈現(xiàn)季節(jié)性規(guī)律，即1-5月削減TWSC，7-12月增加TWSC。三峽水庫運(yùn)行后，其對(duì)長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量的調(diào)節(jié)作用更加明顯。在枯水期，三峽水庫放水，增加下游地區(qū)的水量，使陸地水儲(chǔ)量增加；而在洪水期，三峽水庫蓄水，削減下游地區(qū)的洪峰流量，減少陸地水儲(chǔ)量。農(nóng)業(yè)灌溉活動(dòng)也會(huì)對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生影響。在農(nóng)業(yè)用水高峰期，大量抽取地表水和地下水用于灌溉，導(dǎo)致河流徑流量減少，地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量減少。為了更直觀地展示長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量的變化特征，繪制長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化的時(shí)間序列圖（如圖2所示）以及空間分布圖（如圖3所示）。從時(shí)間序列圖中可以看出，長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量在不同年份存在明顯的波動(dòng)，且與降水等氣候因子的變化具有一定的相關(guān)性。從空間分布圖中可以清晰地看到，長(zhǎng)江流域不同區(qū)域的陸地水儲(chǔ)量變化存在差異，一些地區(qū)陸地水儲(chǔ)量增加，而另一些地區(qū)則減少，這與當(dāng)?shù)氐牡匦?、氣候以及人類活?dòng)等因素密切相關(guān)。[此處插入長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化時(shí)間序列圖]圖2：長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化時(shí)間序列圖[此處插入長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化空間分布圖]圖3：長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化空間分布圖通過對(duì)長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化特征的分析，我們可以更深入地了解全球增暖背景下陸地水儲(chǔ)量的變化規(guī)律，為長(zhǎng)江流域的水資源管理和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在未來的研究中，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)江流域陸地水儲(chǔ)量變化的監(jiān)測(cè)和研究，完善預(yù)測(cè)模型，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，以更好地應(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來的挑戰(zhàn)。四、陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的理論基礎(chǔ)4.1可預(yù)報(bào)性的基本概念與度量方法可預(yù)報(bào)性是指在給定的初始條件和邊界條件下，利用一定的模型或方法對(duì)某一系統(tǒng)的未來狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的能力。在氣候和水文領(lǐng)域，可預(yù)報(bào)性研究旨在確定氣候系統(tǒng)和水文系統(tǒng)在不同時(shí)間尺度上的可預(yù)測(cè)程度，以及影響可預(yù)測(cè)性的因素。對(duì)于陸地水儲(chǔ)量而言，可預(yù)報(bào)性研究關(guān)注的是能否在年代際尺度上準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)和空間分布，這對(duì)于水資源管理、生態(tài)保護(hù)和應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性受到多種因素的影響，包括初始條件的不確定性、氣候等邊界條件的變化、模型的準(zhǔn)確性以及觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量等。初始條件的不確定性是指對(duì)陸地水儲(chǔ)量初始狀態(tài)的認(rèn)識(shí)存在誤差，這可能源于觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差、數(shù)據(jù)的時(shí)空覆蓋不足以及對(duì)初始狀態(tài)的模擬不準(zhǔn)確等。氣候等邊界條件的變化，如大氣環(huán)流、海洋溫度、降水等的變化，會(huì)對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生影響，而這些邊界條件本身的可預(yù)報(bào)性也會(huì)影響陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性。模型的準(zhǔn)確性是影響可預(yù)報(bào)性的關(guān)鍵因素之一，一個(gè)能夠準(zhǔn)確描述陸地水儲(chǔ)量變化過程的模型，能夠提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量也對(duì)可預(yù)報(bào)性有著重要影響，高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠?yàn)槟Ｐ吞峁└鼫?zhǔn)確的初始條件和驗(yàn)證數(shù)據(jù)，從而提高預(yù)測(cè)的可靠性。在研究陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性時(shí)，需要使用一系列度量方法來評(píng)估預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。常用的度量方法包括相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、納什效率系數(shù)等，這些方法從不同角度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，有助于全面了解陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的特征。相關(guān)系數(shù)是一種常用的度量方法，用于衡量預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的線性相關(guān)程度。它的取值范圍在-1到1之間，當(dāng)相關(guān)系數(shù)為1時(shí)，表示預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值完全正相關(guān)，即預(yù)測(cè)值能夠準(zhǔn)確反映觀測(cè)值的變化趨勢(shì)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為-1時(shí)，表示預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值完全負(fù)相關(guān)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為0時(shí)，表示預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間不存在線性相關(guān)關(guān)系。在陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性研究中，通過計(jì)算預(yù)測(cè)的陸地水儲(chǔ)量與實(shí)際觀測(cè)的陸地水儲(chǔ)量之間的相關(guān)系數(shù)，可以評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況的一致性程度。若相關(guān)系數(shù)較高，說明預(yù)測(cè)結(jié)果能夠較好地捕捉到陸地水儲(chǔ)量的變化趨勢(shì)，可預(yù)報(bào)性較強(qiáng)；反之，若相關(guān)系數(shù)較低，則說明預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差，可預(yù)報(bào)性較弱。均方根誤差（RMSE）是另一種重要的度量方法，它用于衡量預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的平均誤差程度。RMSE的計(jì)算公式為：RMSE=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}其中，n為樣本數(shù)量，y_{i}為觀測(cè)值，\hat{y}_{i}為預(yù)測(cè)值。RMSE的值越小，說明預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的誤差越小，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性越高；反之，RMSE的值越大，說明預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的誤差越大，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性越低。在評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際預(yù)測(cè)結(jié)果時(shí)，RMSE可以直觀地反映出預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間的偏差程度，幫助研究人員了解預(yù)測(cè)的精度和可靠性。納什效率系數(shù)（NSE）也是一種常用的評(píng)估指標(biāo)，它綜合考慮了預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的偏差和觀測(cè)值的變異性。NSE的取值范圍在負(fù)無窮到1之間，當(dāng)NSE為1時(shí)，表示預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值完全吻合；當(dāng)NSE小于0時(shí)，表示預(yù)測(cè)值的誤差大于觀測(cè)值的均值，此時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性較差。NSE的計(jì)算公式為：NSE=1-\frac{\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}{\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\bar{y})^{2}}其中，\bar{y}為觀測(cè)值的均值。在陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性研究中，NSE能夠更全面地評(píng)估預(yù)測(cè)模型的性能，不僅考慮了預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的誤差，還考慮了觀測(cè)數(shù)據(jù)本身的變化情況。若NSE值較高，說明預(yù)測(cè)模型能夠較好地?cái)M合觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化具有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力；反之，若NSE值較低，則說明預(yù)測(cè)模型的性能有待提高，可預(yù)報(bào)性較弱。除了上述常用的度量方法外，還有一些其他的評(píng)估指標(biāo)，如平均絕對(duì)誤差（MAE）、變異系數(shù)（CV）等，它們從不同角度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，為研究陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性提供了更全面的信息。MAE用于衡量預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的平均絕對(duì)偏差，它的計(jì)算公式為：MAE=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}|y_{i}-\hat{y}_{i}|MAE的值越小，說明預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值之間的平均絕對(duì)誤差越小，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性越高。CV用于衡量數(shù)據(jù)的離散程度，它的計(jì)算公式為：CV=\frac{\sigma}{\bar{y}}\times100\%其中，\sigma為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，\bar{y}為數(shù)據(jù)的均值。在陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性研究中，CV可以用于評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。若CV值較小，說明預(yù)測(cè)結(jié)果的離散程度較小，穩(wěn)定性較好；反之，若CV值較大，則說明預(yù)測(cè)結(jié)果的離散程度較大，穩(wěn)定性較差。不同的度量方法在評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性時(shí)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，研究人員通常會(huì)根據(jù)具體的研究目的和數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇合適的度量方法，并綜合考慮多種度量方法的結(jié)果，以更全面、準(zhǔn)確地評(píng)估陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性。4.2陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的來源陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性主要源于陸面水文初始條件的記憶性以及氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性，深入探究這兩個(gè)方面的影響機(jī)制，對(duì)于準(zhǔn)確理解和提高陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性至關(guān)重要。陸面水文初始條件的記憶性是陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的重要來源之一。初始條件的記憶性指的是初始時(shí)刻的陸地水儲(chǔ)量狀態(tài)對(duì)未來一段時(shí)間內(nèi)陸地水儲(chǔ)量變化的持續(xù)影響。土壤水分、積雪、地下水等初始條件在一定程度上能夠保持相對(duì)穩(wěn)定，并對(duì)后續(xù)的陸地水儲(chǔ)量變化產(chǎn)生重要影響。土壤水分具有一定的滯后性，前期的土壤水分狀況會(huì)影響到后續(xù)的蒸發(fā)、下滲和地表徑流等過程。在干旱地區(qū)，前期土壤水分含量較低，即使后續(xù)降水有所增加，由于土壤的保水能力有限，水分很快會(huì)被蒸發(fā)或流失，陸地水儲(chǔ)量的增加也較為有限。而在濕潤地區(qū)，土壤水分含量較高，能夠在一定程度上緩沖降水的變化，使得陸地水儲(chǔ)量的變化相對(duì)較為平穩(wěn)。積雪的初始狀態(tài)也會(huì)影響陸地水儲(chǔ)量的變化。在高海拔和高緯度地區(qū)，積雪在冬季積累，春季和夏季隨著氣溫升高逐漸融化，為陸地水儲(chǔ)量提供補(bǔ)給。如果初始積雪量較大，那么在融化期，陸地水儲(chǔ)量會(huì)明顯增加；反之，如果初始積雪量較少，陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給也會(huì)相應(yīng)減少。地下水的初始儲(chǔ)量同樣對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化具有重要影響。地下水的更新速度相對(duì)較慢，初始的地下水儲(chǔ)量能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)影響陸地水儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)平衡。在一些地區(qū)，過度開采地下水導(dǎo)致初始地下水儲(chǔ)量減少，即使后續(xù)降水有所增加，由于地下水的補(bǔ)給需要較長(zhǎng)時(shí)間，陸地水儲(chǔ)量仍然難以恢復(fù)到正常水平。為了量化初始條件記憶性對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的貢獻(xiàn)，我們利用陸面模式進(jìn)行了一系列的集合回報(bào)試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，通過設(shè)置不同的初始條件，對(duì)比分析了在相同氣候邊界條件下，陸地水儲(chǔ)量的預(yù)測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明，在預(yù)見期較短時(shí)（1-4年預(yù)見期），初始條件的貢獻(xiàn)要強(qiáng)于邊界條件，尤其是在干旱半干旱地區(qū)，初始條件對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的貢獻(xiàn)更為顯著。這說明在這些地區(qū)，加強(qiáng)對(duì)初始條件的觀測(cè)和準(zhǔn)確獲取，以期減少初值不確定性，是提高陸地水儲(chǔ)量1-4年尺度預(yù)測(cè)水平的有效手段。氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性是陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的另一個(gè)重要來源。氣候邊界條件，如大氣環(huán)流、海洋溫度、降水等，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化起著關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)作用。大氣環(huán)流的變化會(huì)影響降水的分布和強(qiáng)度，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給。當(dāng)大氣環(huán)流異常時(shí)，可能導(dǎo)致某些地區(qū)降水異常增多或減少，從而引起陸地水儲(chǔ)量的顯著變化。海洋溫度的變化也會(huì)對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生影響，例如厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）現(xiàn)象，其通過改變熱帶太平洋地區(qū)的海溫分布，進(jìn)而影響全球的大氣環(huán)流和降水模式，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量在不同地區(qū)出現(xiàn)異常變化。降水作為陸地水儲(chǔ)量的主要補(bǔ)給來源，其可預(yù)報(bào)性直接影響著陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性。目前，雖然對(duì)降水的預(yù)報(bào)取得了一定的進(jìn)展，但仍然存在較大的不確定性。降水的形成受到多種因素的復(fù)雜相互作用，包括大氣的水汽含量、垂直運(yùn)動(dòng)、地形等，這些因素的不確定性導(dǎo)致了降水預(yù)報(bào)的難度較大。全球氣候變暖使得降水模式變得更加復(fù)雜和難以預(yù)測(cè)，進(jìn)一步增加了陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的挑戰(zhàn)。為了研究氣候邊界條件的可預(yù)報(bào)性對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響，我們分析了耦合模式比較計(jì)劃（CMIP5）中多模式集合的年代際氣候回報(bào)技巧，并將其與陸地水儲(chǔ)量的回報(bào)技巧進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著預(yù)見期的增長(zhǎng)，氣候邊界條件的可預(yù)報(bào)性對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響逐漸增強(qiáng)。在7-10年預(yù)見期時(shí)，預(yù)測(cè)技巧的提高更多依賴于減少氣候邊界條件的不確定性。這表明，在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，提高氣候邊界條件的預(yù)報(bào)精度，對(duì)于提高陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性具有重要意義。初始條件記憶性和氣候邊界條件可預(yù)報(bào)性之間還存在著相互作用。初始條件的記憶性會(huì)影響陸地水儲(chǔ)量對(duì)氣候邊界條件變化的響應(yīng)，而氣候邊界條件的變化也會(huì)改變初始條件的狀態(tài)。在干旱地區(qū)，初始土壤水分含量較低，當(dāng)氣候邊界條件發(fā)生變化，如降水增加時(shí)，由于土壤的保水能力有限，陸地水儲(chǔ)量的增加幅度可能較小；而在濕潤地區(qū)，初始土壤水分含量較高，對(duì)降水的緩沖能力較強(qiáng)，陸地水儲(chǔ)量的變化相對(duì)較為平穩(wěn)。為了更深入地研究這種相互作用，我們進(jìn)行了敏感性試驗(yàn)，通過改變初始條件和氣候邊界條件，分析陸地水儲(chǔ)量的變化情況。結(jié)果表明，初始條件和氣候邊界條件的相互作用對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響具有區(qū)域差異。在一些地區(qū)，初始條件的記憶性對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響更為顯著；而在另一些地區(qū)，氣候邊界條件的可預(yù)報(bào)性則起主導(dǎo)作用。因此，在研究陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性時(shí)，需要綜合考慮初始條件記憶性和氣候邊界條件可預(yù)報(bào)性及其相互作用，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。4.3影響可預(yù)報(bào)性的主要因素陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性受到多種因素的綜合影響，深入剖析這些因素，對(duì)于準(zhǔn)確理解和提高陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性具有重要意義。氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率是影響陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的重要因素之一。氣候系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其內(nèi)部各組成部分之間存在著復(fù)雜的相互作用和反饋機(jī)制，這導(dǎo)致了氣候系統(tǒng)內(nèi)部存在著各種自然變率，如厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）、太平洋年代際振蕩（PDO）、大西洋多年代際振蕩（AMO）等。這些氣候變率具有不同的時(shí)間尺度和空間范圍，它們通過影響大氣環(huán)流、海洋溫度和降水等氣候要素，進(jìn)而對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生影響。ENSO作為全球最重要的氣候年際變化信號(hào)，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的影響尤為顯著。在厄爾尼諾事件期間，熱帶太平洋地區(qū)的海溫異常升高，大氣環(huán)流發(fā)生改變，導(dǎo)致全球許多地區(qū)的降水模式發(fā)生變化。在南美洲的太平洋沿岸地區(qū)，厄爾尼諾事件通常會(huì)導(dǎo)致降水大幅增加，陸地水儲(chǔ)量上升，可能引發(fā)洪水災(zāi)害；而在東南亞和澳大利亞等地區(qū)，降水則會(huì)減少，陸地水儲(chǔ)量下降，可能導(dǎo)致干旱。由于ENSO的發(fā)生具有一定的不確定性，其強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和影響范圍難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這就增加了陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的難度。PDO和AMO等年代際氣候變率也會(huì)對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生重要影響。PDO是太平洋地區(qū)海氣相互作用的一種表現(xiàn)形式，其冷暖位相的轉(zhuǎn)變會(huì)影響大氣環(huán)流和海洋環(huán)流，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量。在PDO暖位相期間，太平洋沿岸部分地區(qū)的降水和氣溫發(fā)生變化，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量增加；而在PDO冷位相期間，情況則相反。AMO是大西洋地區(qū)海溫的一種長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，它也會(huì)影響大西洋沿岸地區(qū)的氣候和陸地水儲(chǔ)量。在AMO正位相期間，大西洋沿岸地區(qū)的降水可能增加，陸地水儲(chǔ)量上升；而在AMO負(fù)位相期間，降水可能減少，陸地水儲(chǔ)量下降。由于PDO和AMO的變化機(jī)制較為復(fù)雜，目前對(duì)它們的預(yù)測(cè)能力還相對(duì)有限，這也在一定程度上影響了陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性。人類活動(dòng)對(duì)陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的影響日益顯著。隨著全球人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)水資源的開發(fā)利用活動(dòng)不斷增加，這對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。大規(guī)模的水資源開發(fā)利用活動(dòng)，如修建水庫、跨流域調(diào)水、過度開采地下水等，改變了陸地水儲(chǔ)量的自然分布和循環(huán)過程。水庫的修建可以調(diào)節(jié)河流的徑流量，改變水資源的時(shí)間分配，使得陸地水儲(chǔ)量在不同季節(jié)和年份之間的變化更加復(fù)雜?？缌饔蛘{(diào)水工程則改變了水資源的空間分布，對(duì)調(diào)出區(qū)和調(diào)入?yún)^(qū)的陸地水儲(chǔ)量都產(chǎn)生了影響。過度開采地下水會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，陸地水儲(chǔ)量減少，引發(fā)地面沉降、海水倒灌等一系列環(huán)境問題。這些人類活動(dòng)的不確定性和復(fù)雜性增加了陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的難度。人類活動(dòng)還會(huì)通過改變下墊面條件影響陸地水儲(chǔ)量。城市化進(jìn)程的加速導(dǎo)致城市面積不斷擴(kuò)大，大量的自然植被被建筑物和道路所取代，這使得地表的蒸發(fā)和下滲能力發(fā)生改變，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量。城市的熱島效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致氣溫升高，蒸發(fā)增加，陸地水儲(chǔ)量減少；而城市的不透水地面則會(huì)減少下滲，增加地表徑流，也會(huì)影響陸地水儲(chǔ)量的分布。森林砍伐和土地開墾等活動(dòng)也會(huì)破壞地表植被，改變土壤的物理性質(zhì)和水分保持能力，對(duì)陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生負(fù)面影響。觀測(cè)誤差也是影響陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的重要因素。準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)是進(jìn)行陸地水儲(chǔ)量研究和預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，但在實(shí)際觀測(cè)過程中，由于觀測(cè)技術(shù)、觀測(cè)設(shè)備和觀測(cè)環(huán)境等因素的限制，不可避免地會(huì)產(chǎn)生觀測(cè)誤差。衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)在空間分辨率和精度上存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確捕捉到一些小尺度區(qū)域的陸地水儲(chǔ)量變化細(xì)節(jié)。GRACE衛(wèi)星雖然能夠提供全球尺度的陸地水儲(chǔ)量變化信息，但由于其空間分辨率較低，對(duì)于一些面積較小的流域或地區(qū)，其觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性可能受到影響。地面觀測(cè)數(shù)據(jù)也存在著時(shí)空分布不均勻的問題，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或地形復(fù)雜的區(qū)域，觀測(cè)站點(diǎn)較少，觀測(cè)數(shù)據(jù)的代表性不足。觀測(cè)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性也會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，如傳感器的誤差、儀器的校準(zhǔn)問題等都可能導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。觀測(cè)誤差會(huì)對(duì)陸地水儲(chǔ)量的模擬和預(yù)測(cè)產(chǎn)生較大影響。在陸面水文模型和氣候模式中，觀測(cè)數(shù)據(jù)被用于初始化模型和驗(yàn)證模型結(jié)果。如果觀測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差，那么模型的初始條件和驗(yàn)證數(shù)據(jù)就會(huì)不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致模型模擬和預(yù)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。觀測(cè)誤差還會(huì)影響對(duì)陸地水儲(chǔ)量變化趨勢(shì)和規(guī)律的分析，使得我們對(duì)陸地水儲(chǔ)量的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生偏差，進(jìn)而影響可預(yù)報(bào)性的研究。除了上述因素外，模型的不確定性也是影響陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的關(guān)鍵因素之一。現(xiàn)有的陸面水文模型和氣候模式在模擬陸地水儲(chǔ)量變化時(shí)，由于對(duì)一些復(fù)雜的物理過程，如土壤水-地下水的相互作用、植被與水分的交換過程等，刻畫還不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致模型模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)存在偏差。不同模型之間的模擬結(jié)果也存在較大差異，這給陸地水儲(chǔ)量變化的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和可預(yù)報(bào)性研究帶來了挑戰(zhàn)。模型的不確定性還包括模型參數(shù)的不確定性和模型結(jié)構(gòu)的不確定性。模型參數(shù)的取值往往存在一定的不確定性，不同的參數(shù)取值會(huì)導(dǎo)致模型模擬結(jié)果的差異。模型結(jié)構(gòu)的選擇也會(huì)影響模型的性能，不同的模型結(jié)構(gòu)對(duì)陸地水儲(chǔ)量變化的模擬能力不同。因此，減少模型的不確定性，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性，是提高陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的重要途徑之一。4.4案例分析：某流域可預(yù)報(bào)性的來源分析以黃河流域?yàn)槔?，深入剖析其陸地水?chǔ)量可預(yù)報(bào)性的主要來源和影響因素，對(duì)于理解復(fù)雜流域的陸地水儲(chǔ)量變化機(jī)制和提高預(yù)測(cè)能力具有重要意義。黃河流域是我國重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)和生態(tài)區(qū)，其陸地水儲(chǔ)量的變化不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐乃Y源利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，也對(duì)我國的整體水資源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的來源主要包括陸面水文初始條件的記憶性和氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性。陸面水文初始條件的記憶性在黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性中發(fā)揮著重要作用。土壤水分作為陸面水文初始條件的關(guān)鍵組成部分，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化具有顯著影響。黃河流域的土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，不同區(qū)域的土壤水分保持能力和入滲特性存在差異。在黃土高原地區(qū)，由于土壤質(zhì)地疏松，孔隙度較大，土壤水分容易下滲和蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤水分含量較低，且變化較為迅速。這種土壤水分的初始狀態(tài)會(huì)影響后續(xù)的地表徑流和地下水補(bǔ)給，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量的變化。前期土壤水分含量較低時(shí)，當(dāng)降水發(fā)生時(shí)，大部分降水會(huì)形成地表徑流迅速流失，難以補(bǔ)給地下水，導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量增加有限；而在土壤水分含量較高的區(qū)域，降水能夠更好地被土壤吸收和儲(chǔ)存，有利于地下水的補(bǔ)給，從而增加陸地水儲(chǔ)量。積雪和凍土也是黃河流域陸面水文初始條件的重要組成部分，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性產(chǎn)生影響。在黃河流域的上游地區(qū)，冬季積雪覆蓋面積較大，積雪在春季和夏季的融化過程會(huì)為陸地水儲(chǔ)量提供重要的補(bǔ)給。如果初始積雪量較大，且融化時(shí)間和速度適宜，將增加河流的徑流量，使陸地水儲(chǔ)量增加。反之，若初始積雪量較少，或由于氣溫異常導(dǎo)致積雪提前融化或融化不充分，都會(huì)影響陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給。凍土的存在也會(huì)影響土壤水分的運(yùn)動(dòng)和儲(chǔ)存，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量。在黃河流域的高緯度和高海拔地區(qū)，凍土廣泛分布，凍土的季節(jié)性融化和凍結(jié)過程會(huì)改變土壤的孔隙結(jié)構(gòu)和水分傳導(dǎo)特性，從而影響土壤水分的含量和分布，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化產(chǎn)生影響。氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性同樣是黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的關(guān)鍵來源。降水作為陸地水儲(chǔ)量的主要補(bǔ)給來源，其可預(yù)報(bào)性直接影響著陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性。黃河流域的降水受到多種因素的影響，包括大氣環(huán)流、地形、海洋溫度等，降水的時(shí)空分布具有高度的不確定性。在夏季，黃河流域主要受東亞季風(fēng)的影響，降水集中且強(qiáng)度較大，但季風(fēng)的強(qiáng)弱和進(jìn)退時(shí)間存在年際和年代際變化，導(dǎo)致降水的不確定性增加。當(dāng)東亞季風(fēng)偏強(qiáng)時(shí)，黃河流域可能會(huì)迎來較多的降水，陸地水儲(chǔ)量增加；而當(dāng)東亞季風(fēng)偏弱時(shí)，降水可能減少，陸地水儲(chǔ)量下降。厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）等大尺度氣候現(xiàn)象也會(huì)對(duì)黃河流域的降水產(chǎn)生影響。在厄爾尼諾事件期間，太平洋海溫異常升高，大氣環(huán)流發(fā)生改變，導(dǎo)致黃河流域的降水模式發(fā)生變化，可能出現(xiàn)降水減少或異常增多的情況，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量的變化。氣溫也是影響黃河流域陸地水儲(chǔ)量的重要?dú)夂蜻吔鐥l件。氣溫的變化會(huì)影響蒸發(fā)、積雪融化和凍土狀態(tài)等過程，進(jìn)而影響陸地水儲(chǔ)量。隨著全球氣候變暖，黃河流域的氣溫呈上升趨勢(shì)，這導(dǎo)致蒸發(fā)量增加，土壤水分和地表水的蒸發(fā)損失加劇，陸地水儲(chǔ)量減少。氣溫升高還會(huì)加速積雪的融化和凍土的退化，改變陸地水儲(chǔ)量的補(bǔ)給和儲(chǔ)存條件。在黃河流域的上游地區(qū)，氣溫升高使得積雪融化提前，可能導(dǎo)致春季河流徑流量增加，但同時(shí)也會(huì)減少夏季的積雪融水補(bǔ)給，對(duì)陸地水儲(chǔ)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。除了陸面水文初始條件和氣候邊界條件外，人類活動(dòng)對(duì)黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響也不容忽視。隨著黃河流域人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)水資源的開發(fā)利用活動(dòng)不斷增加，這對(duì)陸地水儲(chǔ)量的變化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。大規(guī)模的水資源開發(fā)利用活動(dòng)，如修建水庫、跨流域調(diào)水、過度開采地下水等，改變了陸地水儲(chǔ)量的自然分布和循環(huán)過程。水庫的修建可以調(diào)節(jié)河流的徑流量，改變水資源的時(shí)間分配，使得陸地水儲(chǔ)量在不同季節(jié)和年份之間的變化更加復(fù)雜。小浪底水庫是黃河流域的重要水利樞紐，其蓄水和放水操作會(huì)對(duì)黃河下游的徑流量和陸地水儲(chǔ)量產(chǎn)生顯著影響。在汛期，小浪底水庫蓄水，減少下游的水量，使陸地水儲(chǔ)量相對(duì)減少；而在枯水期，水庫放水，增加下游的水量，陸地水儲(chǔ)量增加。跨流域調(diào)水工程則改變了水資源的空間分布，對(duì)調(diào)出區(qū)和調(diào)入?yún)^(qū)的陸地水儲(chǔ)量都產(chǎn)生了影響。南水北調(diào)中線工程向黃河流域的部分地區(qū)供水，增加了調(diào)入?yún)^(qū)的陸地水儲(chǔ)量，緩解了當(dāng)?shù)氐乃Y源短缺問題，但也可能對(duì)調(diào)出區(qū)的陸地水儲(chǔ)量和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。過度開采地下水是黃河流域面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問題，它對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性產(chǎn)生了負(fù)面影響。在黃河流域的一些地區(qū)，由于長(zhǎng)期過度開采地下水，地下水位持續(xù)下降，陸地水儲(chǔ)量減少，引發(fā)了地面沉降、海水倒灌等一系列環(huán)境問題。這些問題不僅改變了陸地水儲(chǔ)量的狀態(tài)，也增加了其變化的不確定性，使得陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性降低。在華北平原的部分地區(qū)，由于過度開采地下水，形成了大面積的地下水漏斗區(qū)，導(dǎo)致地面沉降和建筑物損壞，同時(shí)也使得陸地水儲(chǔ)量的變化更加難以預(yù)測(cè)。為了更準(zhǔn)確地分析黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的來源和影響因素，我們利用陸面模式和氣候模式進(jìn)行了一系列的模擬試驗(yàn)。通過設(shè)置不同的初始條件和氣候邊界條件，對(duì)比分析了陸地水儲(chǔ)量的模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估了初始條件和邊界條件對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，在預(yù)見期較短時(shí)（1-4年預(yù)見期），陸面水文初始條件的記憶性對(duì)黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的貢獻(xiàn)較大，尤其是在干旱半干旱地區(qū)，初始條件的影響更為顯著。這說明在這些地區(qū)，加強(qiáng)對(duì)初始條件的觀測(cè)和準(zhǔn)確獲取，以期減少初值不確定性，是提高陸地水儲(chǔ)量1-4年尺度預(yù)測(cè)水平的有效手段。隨著預(yù)見期的增長(zhǎng)，氣候邊界條件的可預(yù)報(bào)性對(duì)陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響逐漸增強(qiáng)。在7-10年預(yù)見期時(shí)，預(yù)測(cè)技巧的提高更多依賴于減少氣候邊界條件的不確定性。這表明，在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，提高氣候邊界條件的預(yù)報(bào)精度，對(duì)于提高黃河流域陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性具有重要意義。人類活動(dòng)對(duì)黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響也在模擬試驗(yàn)中得到了體現(xiàn)。通過模擬不同的水資源開發(fā)利用方案和人類活動(dòng)情景，分析了人類活動(dòng)對(duì)陸地水儲(chǔ)量變化的影響機(jī)制和可預(yù)報(bào)性的變化。結(jié)果顯示，不合理的水資源開發(fā)利用活動(dòng)會(huì)增加陸地水儲(chǔ)量變化的不確定性，降低可預(yù)報(bào)性；而合理的水資源管理措施則可以在一定程度上穩(wěn)定陸地水儲(chǔ)量，提高可預(yù)報(bào)性。實(shí)施節(jié)水措施、優(yōu)化水資源配置等，可以減少水資源的浪費(fèi)和過度開采，有助于維持陸地水儲(chǔ)量的穩(wěn)定，提高其可預(yù)報(bào)性。通過對(duì)黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的來源分析，我們可以得出以下結(jié)論：陸面水文初始條件的記憶性和氣候等邊界條件的可預(yù)報(bào)性是黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的主要來源，它們?cè)诓煌臅r(shí)間尺度上對(duì)陸地水儲(chǔ)量的可預(yù)報(bào)性產(chǎn)生影響；人類活動(dòng)對(duì)黃河流域陸地水儲(chǔ)量可預(yù)報(bào)性的影響日益顯著，不合理的人類活動(dòng)會(huì)增加陸地水儲(chǔ)量變化的不確定性，降低可預(yù)報(bào)性；為了提高黃河流域陸地水儲(chǔ)量的年代際可預(yù)報(bào)性，需要加強(qiáng)對(duì)陸面水文初始條件和氣候邊界條件的觀測(cè)和研究，提高其預(yù)報(bào)精度，同時(shí)采取合理的水資源管理措施，減少人類活動(dòng)對(duì)陸地水儲(chǔ)量的負(fù)面影響。五、陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性的研究方法與模型5.1數(shù)據(jù)獲取與處理陸地水儲(chǔ)量年代際可預(yù)報(bào)性研究需要獲取多源數(shù)據(jù)，包括陸地水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取和有效處理是研究的基礎(chǔ)。陸地水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)主要來源于重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒?yàn)（GRACE）衛(wèi)星及其后續(xù)的GRACE-FO衛(wèi)星。GRACE衛(wèi)星自2002年發(fā)射以來，通過監(jiān)測(cè)地球重力場(chǎng)的變化，能夠獲取全