研究院马凯副研究员课题组在寒区跨境流域径流变化归因与水文响应研究方面取得新进展

近期，云南大学国际河流与生态安全研究院马凯团队在Geography and Sustainability发表题为“Transboundary water security challenges in the Upper Heilong-Amur River Basin under climate stress: Insights from a hydrological perspective”的研究论文。该研究以黑龙江—阿穆尔河上游为研究区，构建了网格尺度水文响应归因框架，系统揭示了气候变化与人类活动对径流变化的相对贡献及其空间分异特征，并评估了未来气候压力下上游水文响应和跨境水资源格局的演变趋势，为理解寒区跨境流域水文变化机制及水安全风险提供了新的方法支撑。

黑龙江—阿穆尔河流域是东北亚重要的跨境水资源系统，流域涉及中国、俄罗斯和蒙古等国家，对区域生态安全、农业生产、城镇发展和跨境水资源管理具有重要意义。近年来，在气候变暖、土地利用变化和水资源开发利用等多重因素共同作用下，流域径流过程和水资源空间格局正在发生深刻变化。特别是在寒区跨境流域中，气候变化可能通过降水增加、融雪过程改变和春季径流提前等方式重塑水文过程，而人类活动也可能通过土地利用/覆盖变化、水资源调控和区域开发进一步影响径流形成与分配。然而，气候变化和人类活动分别在多大程度上驱动径流变化、这种影响如何在跨境区域内部呈现空间分异，以及未来水安全风险将如何演变，仍缺乏有效的定量归因框架。

针对上述问题，研究团队提出并应用了网格尺度水文响应归因框架（Grid-based Hydrological Response Attribution, GHRA），将分布式水文模拟与空间归因方法相结合，在网格尺度上分解气候变化和人类活动对径流变化的贡献。该框架进一步引入具有物理基础的校正系数，提高了归因结果的空间一致性与过程解释能力，从而将流域径流变化研究从整体贡献评估推进到精细化空间解析。

图1：基于格网尺度径流归因框架（GHRA）的黑龙江-阿穆尔河上游径流归因分析

在历史时期径流变化归因方面，研究发现，1992—2017年黑龙江—阿穆尔河上游流域径流变化受到气候变化与人类活动的共同驱动。在整个流域尺度上，二者贡献率基本相当，气候变化贡献率为49.57%，人类活动贡献率为50.43%。但在空间上，不同子流域的主导因素存在显著差异：克鲁伦河和额尔古纳河流域主要受气候变化影响，而俄罗斯境内的结雅河和石勒喀河流域则表现出更强的人类活动影响。以结雅河流域为例，该区域土地利用变化率达到12.7%，对应的人类活动贡献率高达68.3%，表明土地利用/覆盖变化可能是影响该区域径流变化的重要因素。

图2：历史时期气候变化与人类活动贡献率的空间分布

在未来情景分析中，研究基于GHRA框架和CMIP6多模式气候数据，进一步预测了2025—2099年不同气候情景下黑龙江—阿穆尔河上游径流变化及其驱动机制。结果表明，随着未来降水增加，气候变化将逐渐成为径流变化的主导因素。在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，气候变化贡献率分别升高至71.11%和76.91%。同时，GHRA框架能够有效缓解传统归因方法在空间上可能出现的极值偏差，校正后归因序列标准差分别降低11%和21%，表明该方法在复杂流域中具有较好的稳定性和适用性。

图3：2025-2099年径流变化相对于历史基准期的归因结果。（a-f）SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下经GHRA校正后的降水、温度及气候变化贡献率分布；（g-l）两种情景下各区域GHRA校正前后的未来径流归因结果对比

研究进一步指出，未来黑龙江—阿穆尔河上游径流总体呈增加趋势，但水资源增量在跨境区域间分布并不均衡。俄罗斯境内区域将成为未来水资源贡献的主要来源，在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别贡献约63%和67%，而中国与蒙古境内区域合计占比约为21%—26%。这种空间分异表明，未来跨境水资源格局可能进一步向下游及俄罗斯境内区域集中，跨境水安全治理将面临更加复杂的区域协调问题。同时，研究发现，未来春季径流增加可能显著提高凌汛风险。黑龙江干流、额尔古纳河及结雅河流域3月径流明显增加，在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下增幅可达140%—293%。此外，石勒喀河与结雅河流域8月径流的显著增加，也意味着夏季防洪压力可能持续加大。上述结果表明，未来黑龙江—阿穆尔河上游不仅面临水资源空间分布差异扩大的问题，也将面临季节性洪水风险增强和跨境调控压力上升的挑战。

图4：基于CMIP6的黑龙江-阿穆尔河上游未来径流预估。（a）卡伦山（KLS）水文站多模式集合平均径流过程；（b-g）SSP2-4.5与SSP5-8.5情景下，2025-2049（b, c）、2050-2074（d, e）和2075-2099年（f, g）年平均径流变化相对于历史基准期的空间分布

以上研究表明，GHRA框架能够在数据受限和空间异质性显著的寒区大型跨境流域中，有效识别气候变化与人类活动对径流变化的相对贡献及其空间分异特征。该研究不仅为黑龙江—阿穆尔河上游水文变化归因提供了新的技术路径，也为理解未来气候压力下跨境水资源格局演变、洪水风险增强和区域协同治理需求提供了科学依据。

云南大学为论文第一完成单位，黑龙江大学水利电力学院讲师、云南大学国际河流与生态安全研究院自然地理学博士张凯文为论文第一作者，云南大学国际河流与生态安全研究院马凯副研究员为论文通讯作者，云南大学何大明教授、戴长雷教授、于淼、冷吉卫、许紫月等为论文共同作者。该研究得到了国家自然科学基金、云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室开放基金以及云南大学研究生科研创新项目的资助。

论文信息：Zhang, K., Ma, K., Dai, C., Yu, M., Leng, J., Xu, Z., & He, D. (2026). Transboundary water security challenges in the Upper Heilong-Amur River Basin under climate stress: Insights from a hydrological perspective. Geography and Sustainability, 100450.https://doi.org/10.1016/j.geosus.2026.100450

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666683926000453