气候变化下的加拿大大陆尺度水文学综述 | MDPI Water

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文章导读

加拿大 (Canada) 位于北美洲最北端，东临大西洋，西濒太平洋，西北部紧邻美国阿拉斯加州，南接美国本土，北靠北冰洋。加拿大领土面积为 998.467 万 km²，位居世界第二，其大部分位于北极圈之内，人口主要集中在南部五大湖沿岸。加拿大气候大部分为亚寒带针叶林气候和湿润大陆性气候，北部极地区域为极地长寒气候。与地球上其他高纬度寒冷地区一样，加拿大也正在经历全球气候变化导致的一些最为快速和最为强烈的气候变暖事件。基于此，2021 年 3 月 26 日，来自加拿大卡尔加里大学地理系的 Tricia A. Stadnyk 博士及其合作者在 Water 期刊发表了综述性论文，归纳并总结了包括人为调节作用在内的加拿大大陆尺度气候变化现状以及对淡水可用性的预期影响。

加拿大不断变化的气候

研究表明，北极地区变暖的速度要比全球平均速度快 1.5~4.5 倍，而全球泛北极盆地 (构成北冰洋) 的 35% 以上被划定为加拿大领土。最近发布的《2019 年加拿大气候变化报告》 (Canadian Climate Change Report in 2019，CCCR2019) 指出，气候变化已经来临，且它对加拿大的影响要比世界上其他大多数地区都要更加严重。这主要表现在三个方面：高纬度变暖、干湿度变化、极端水文气候事件。

高纬度变暖

自 1900 年代中期以来，加拿大大部分地区已经经历了平均 1.7 ℃ 的升温事件，其中升温速度最快的是过去 20 年间。预计到 2070 年，加拿大大陆内部还可能会出现 1~5 ℃ 以上的升温。CCCR2019 指出，加拿大的气候将在 21 世纪继续变暖。

干湿度变化

加拿大大部分地区的降水量普遍预计会增加，但这些增加的幅度和季节性存在相当大的不确定性。加拿大大陆内部沿西向东和南向北梯度会普遍变湿。在全球范围内，干湿度变化规律表现为：湿润地区正趋于湿润，而干旱地区则趋于干燥。在这种情况下，加拿大大草原和 Palliser 三角区 (加拿大西部大草原的半干旱地区) 也可能会变得更加干燥 (尤其是在温暖的气候条件下蒸发量大于降水量的情景下)。

极端水文气候

加拿大大部分地区的极端降水频率预计会呈现出增加态势，且各事件之间的复发频率将会变得更短。包括干旱在内的更多的极端降水情景以及更高温度的综合影响也会使得火灾发生的概率增加。依据从加拿大自然灾害数据库 (Canadian Natural Disaster Database，CDD) 获得的数据表明，近几十年来加拿大的自然灾害的发生率呈现出显著性增加的趋势 (图 1)，其中大多数的自然灾害都与极端降水 (风暴) 以及洪水事件有关 (图 2)。

图 1. 来自 CDD 开始记录以来，十年间加拿大各地自然灾害发生的频率 (2011—2020 十年期间数据不完整)

图 2. CDD (1900—2020) 中加拿大自然灾害事件归因于不同类型的比例

淡水可用性的变化

加拿大大陆可分为六个大陆流域盆地 (图 3)，并分别汇入三大洋：大西洋和墨西哥湾、太平洋和北冰洋 (包括哈德逊湾)。加拿大超过 60% 的水流向北方，流入并流经形成北极盆地的高纬度地区。据估计，全球年淡水排放入海总量为 36,000 km³，而加拿大每年有 4280 km³ 的淡水汇入海洋 (大西洋 750 km³/年，北冰洋 2000 km³/年，太平洋 1530 km³/年），这意味着加拿大占全球大陆淡水排放入海总量的 11.9%。虽然在未来气候变暖的情况下，年径流总量可能会保持相对稳定，但其时间将从温暖季节转向凉爽季节。由于未来气候条件下温度升高以及融雪时间提前，预计大多数的盆地春季淡水会提早出现 1 个月左右。一项针对加拿大西部盆地区域的研究表明，除夏季外，太平洋海岸线的所有季节都在增加水盈余 (降水量减去潜在蒸散量)，然而夏季的气候条件预计会变得更热和更干燥。

图 3. 加拿大主要的大陆流域盆地和水道

人为调控的作用

了解气候变化和监管对于加拿大淡水排放的相对贡献及未来供水可用性显得至关重要。由于本研究审查的重点是淡水的可用性，因此也重点考虑了影响径流和通往大陆出口的河流网络的人为干预措施。研究表明，近几十年来河流破碎化和调控呈现出上升的趋势。另外，在哈德逊湾流域内，有超过 70% 的淡水汇入是受到管制的，其中 47% 被认为受到严格管制。通过将河流调节、水坝、改道和灌溉取水纳入基于网络路线产品的举措对于提高人们对气候变化和人为调控共同影响的理解具有重要作用，并将在全球范围内提供新的见解。观测数据表明，随着时间的推移，加拿大河流的河流调节力度将不断加大，导致年平均水位线明显变得平稳，从而减少了河流流量信号的季节周期性。

研究总结与展望

本文审查的重点是气候变化和人为调控对加拿大淡水供应的累积影响。尽管加拿大集水区内正在经历基于过程的重大变化，但这些变化对社区水的可用性同样至关重要。鉴于大陆尺度预测对加拿大气候变化减缓和适应规划的重要性，必须推进多个研究领域以支持对加拿大淡水供应的精确预测。然而，由于衡量变化的历史基线期的一致性、研究设计 (模型) 的一致性、部分地区观测资料用于模式评价缺乏等现实因素，也导致本次审查综合淡水供应预测变化的过程很困难。鉴于北极地区缺乏数据驱动的证据，或模型预测之间存在较大分歧，作者提出加拿大的优先事项必须是通过开发国家气候数据库、气候变化影响评估指南与模型基准测试的标准化方法来统一现有知识，从而确保研究的连续性。

原文出自 Water 期刊

Stadnyk, T.A.; Déry, S.J. Canadian Continental-Scale Hydrology under a Changing Climate: A Review. Water 2021, 13, 906.

   Water 期刊介绍

主编：Jean-Luc PROBST, University of Toulouse, France

期刊涵盖所有水资源领域相关的科学技术，主要包括全球和区域水循环的可持续管理，水资源及其与粮食、能源、生物多样性、生态系统功能和人类健康的互联。期刊鼓励领域内研究人员发表实验、理论、建模和大数据等相关研究成果。

2021 Impact Factor	3.530
2022 CiteScore	5.5
Time to First Decision	17.8 Days
Time to Publication	42 Days

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