气候变化对巴西东北部乌鲁库亚含水层系统径流、土壤湿度和补给量的影响

芭芭拉·汉娜·费尔南德斯·佩雷拉（Barbara Hanna Fernandes Pereira）|克劳丁·德雷钦斯基（Claudine Dereczynski）|杰尔松·卡多索·达席尔瓦·儒尼奥尔（Gerson Cardoso da Silva Junior）

巴西里约热内卢联邦大学（Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ）地球科学研究所气象系

摘要

本研究旨在评估气候变化对巴伊亚州（Bahia State）西部地区乌鲁库亚含水层系统（Urucuia Aquifer System，简称UAS-BA）中各种水文要素的影响，包括地表径流、土壤湿度、补给量以及地下水位的变化。为此，我们采用了第六阶段耦合模型比较项目（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6，简称CMCC-ESM2、EC-EARTH3、MIROC6和TaiESM1）中的四种全球气候模型，并分析了四种不同的未来情景（2041-2060年：SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5）。分析过程中分别使用了Visual-Balan 2.0和Visual MODFLOW水文模型来估算地下水补给量和流量。结果表明：在地表径流方面，EC-EARTH3模型在不同情景下的差异较大，SSP1-2.6情景下表现为干旱，而SSP5-8.5情景下土壤较为湿润；在土壤湿度方面，EC-EARTH3模型在SSP1-2.6情景下显示土壤较干燥，而TaiESM1模型在SSP5-8.5情景下显示土壤较湿润。使用Visual-Balan 2.0进行的分析显示，所有模型和情景下的地下水补给量均呈下降趋势，降幅在5%至25%之间，且这种变化在UAS-BA的大部分地区都较为明显。Visual MODFLOW的结果表明，研究区域的北部和西部地下水位显著下降（最多下降10米），而东南部地区则趋于稳定或略有上升。这些结果需要引起重视，但可为该地区的水资源管理提供参考。

章节摘录

引言

根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第六次评估报告（AR6），全球极端事件（如极端温度、热浪和干旱）的频率和强度增加主要是由于全球变暖所致（Calvin等人，2023年）。全球气温上升导致大气蒸发需求增加，从而通过蒸散作用造成更多的水分损失（Vicente-Serrano等人，2020年）。在区域尺度上，干旱现象

方法与数据

研究方法分为两部分：首先对CMIP6模型的数据进行插值处理，然后分析地表径流、总径流和土壤湿度的预测结果；其次利用气候模型中的气温和总降水量数据，通过Visual-Balan软件计算补给量（Samper等人，1999年）；此外，还使用MODFLOW地下水流动模拟代码模拟了地下水位的变化

结果

本节展示了在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，使用CMCC-ESM2、EC-EARTH3、MIROC6和TaiESM1模型及其集合预测的UAS-BA地区地表径流、总径流、地表土壤湿度和总土壤湿度在中期（2041-2060年）的变化情况，并与参考气候期（1995-2014年）进行了对比。同时还包括使用Visual Balan软件计算的地下水补给量和地下水位变化预测结果

讨论

本研究的结果与以往的研究结果一致，有助于理解所分析水文变量的变化趋势。赵（Zhao）和戴（Dai）（2021年）的研究中也发现了类似的径流和降水量预测模式。此外，土壤湿度预测结果为该地区的干旱状况提供了重要线索（Cook等人，2020年；Wang等人，2022年）

除了径流变化外，土壤湿度预测还揭示了该地区的干旱情况（Cook等人，2020年；Wang等人，2022年）

结论

本研究的主要目的是全面分析气候变化对UAS-BA地区地表径流、土壤湿度（包括地表和总湿度）、地下水补给量以及地下水位变化的潜在影响。分析重点关注了四种气候模型（CMCC-ESM2、EC-EARTH3、MIROC6和TaiESM1）在四种未来情景（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5）下预测的中期未来（2041-2060年）变化情况

CRediT作者贡献声明

芭芭拉·汉娜·费尔南德斯·佩雷拉（Barbara Hanna Fernandes Pereira）：负责撰写、审稿与编辑、原始稿撰写以及方法论的制定。杰尔松·卡多索·达席尔瓦·儒尼奥尔（Gerson Cardoso da Silva Junior）：负责撰写、审稿与编辑以及概念框架的构建。克劳丁·德雷钦斯基（Claudine Dereczynski）：负责撰写、审稿与编辑以及概念框架的构建

巴西国家水务与基础卫生局（Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico），2017年；Bazzanella等人，2024年；巴西国家气象局（INMET），2024年；巴西区域一体化与发展部（Ministério da Integração e Desenvolvimento Regional），2023年；巴西东北部发展署（Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste），2024年；Thornthwaite和Mather，1955年；Van Loon等人，2015年；Wilhite和Pulwarty，2017年

资金支持

本研究由巴西高等教育人员培训协调委员会（Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES）资助，资助代码为001。

作者声明：他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。