受社會經濟發展、人口增長、氣候變化及水資源空間分布不均等因素影響，全球超過30億人口面臨水資源短缺問題。已有研究預計，在未來氣候持續增暖情景下，全球水資源緊缺形勢將更加嚴峻。然而，當前依賴于地球系統模式預測全球或區域水資源（包括徑流變化）仍然存在非常大的不確定性，不同地球系統模式對同一地區的徑流變化預測往往不一致，甚至出現相反的預測結果。盡管目前的地球系統模式是基于物理過程的最新認識開發而來的，但是模型中存在的地表-地下水循環過程認識不足、參數化不準確、未考慮流域尺度變換等多種因素仍顯著影響全球或區域徑流變化預測的可信度。 

　　針對上述問題，本研究利用全球9505個未受強人類活動擾動流域的徑流觀測數據建立了基于徑流彈性系數法預測徑流變化的新框架。該預報框架以觀測的降水、潛在蒸散發以及流域水儲量變化作為驅動，可解釋全球75%流域中超過80%的年徑流變化（圖1）。在此基礎上，研究人員分別用兩種機器學習方法將基于觀測數據驅動的徑流彈性系數擴展到覆蓋全球的90多萬個流域上，有效避免了地球系統模式對地表徑流數據同化能力不足、且模擬結果空間非均一性刻畫能力弱等問題，從而構建了基于觀測數據驅動的徑流彈性系數法預測徑流變化新框架。利用該框架，研究人員重新估算了未來中高排放情景下（SSP2-4.5和SSP5-8.5）全球徑流的變化量及其空間分布，并和基于地球系統模式集合預測估算的全球徑流變化進行比較。發現未來30年地球系統模型明顯高估全球徑流的增加量（圖2），在北半球中高緯、南半球干旱半干旱等大部分地區的徑流將比模型結果下降更快，而在中國南方、日本等地區的徑流將出現增加。在模型預測徑流顯著下降的亞馬遜雨林和徑流顯著增加的剛果盆地雨林，基于觀測驅動的徑流彈性系數法預測結果都在變化幅度上減緩（圖3）。歸因分析發現地球系統模型估算未來降水增加導致的徑流增幅更大，蒸散發增加的幅度更小，即蒸散發對輻射和水汽傳輸以及植被的變綠的響應敏感性低，因此整體上高估全球徑流的增加。本研究揭示了未來整體水資源條件比地球系統模型預估的差，局部徑流量很可能會進一步惡化。 

　　研究成果發表在NatureWater上，中科院地理資源所張永強研究員為第一作者兼共同通訊作者，來自維也納工業大學的Günter Bl？schl教授為共同通訊作者。其他合作研究人員來自包括澳大利亞聯邦科工組織、美國太平洋西北國家實驗室、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學以及國內多個高校等。本研究獲得國家重點研發計劃、中科院“率先行動”高層次學術帥才計劃，第二次青藏高原綜合科學考察研究項目以及國家自然科學基金等資助。 

　　論文信息：Zhang Yongqiang*, Zheng Hongxing, Zhang Xuanze, Leung L. Ruby, Liu Changming, Zheng Chunmiao, Guo Yuhan, Chiew Francis H. S., David Post, Kong Dongdong, Hylke E. Beck, Li Congcong, Günter Bl？schl*. Future global streamflow declines are probably more severe than previously estimated. Nature Water, 2023, doi:10.1038/s44221-023-00030-7. 

　　論文源：https://www.nature.com/articles/s44221-023-00030-7