水资源对于维持国民生计和保障社会经济发展至关重要。但近年来，全球水资源的可用性发生了重大变化，成为备受关注和争议的焦点。全球气候变化、植被覆盖变化和人类活动的影响使水资源可用性变得更加复杂，难以预测。因此，在全球尺度上深刻理解这些变化对水资源的影响，不仅是陆地水循环的核心研究使命，也是迫切需求，以应对气候变化和实施可持续水资源管理。 

　　为了解决这一全球性难题，研究人员首先定义了陆地水资源可用性为降水供给与蒸散发所需水分之间的净差异，然后整合了卫星遥感和大流域观测数据，系统研究了过去20年（2001-2020）全球陆地水资源可用性的年变化趋势。研究工作运用了不同的分析方法，包括贝叶斯加权平均和机器学习等，得到的趋势经验证在全球陆地面积的36%流域中准确度极高（R² = 0.81）。 

　　研究发现，在过去20年中，全球陆地水资源的可用性发生了显著变化（-0.96 0.27 mm year^-2，P < 0.05），但南北半球变化差异明显（图1）。南半球经历了显著的水资源可用性下降（-3.44 0.68 mm year^-2，P < 0.05），其中在南美洲、西南非洲和澳大利亚西北部等地尤为明显。北半球的水资源可用性整体变化趋势微弱，但区域差异显著，有增有减。在中国南部、北美东部和亚洲东北部地区的水资源可用性上升，而东南亚、欧洲东部和西伯利亚等地区则经历了可用性的下降。这些变化主要决定于气候模态，特别是厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）引起的降水变化是主控因素。而植被变绿虽然伴随蒸散发有所增加，但气候因素仍然是全球水资源近期下降的主要原因（图2）。 

　　这项研究对于水资源管理具有战略性的指导作用。首先，它强调了降水的变化是决定水资源变化的关键因素，而气候变化可能会进一步减少区域水资源的可用性，尤其在南半球。其次，植被变化虽然改变了区域水分内循环强度，从而影响可用水资源，但在全球尺度上其作用相对较小。植被的增长既受降水增加的影响，也受人为活动的影响，如生态恢复和灌溉，然而植被和水资源之间的关系非常复杂，需要进一步研究区域水分循环特征，尤其在北半球。第三，对于一些湿润地区，如亚马逊流域，植被耗水对水资源变化趋势的影响较小。最后，水资源可用性对陆地生态系统碳循环和养分循环至关重要。这项研究结果为植被生长和碳循环提供了一些见解，尤其是对于亚马逊地区的碳储量下降的现象。这一研究成果也为全球地球系统模型提供了进一步的约束条件，尤其是受到海表温度变化驱动的模型。 

　　这项研究于2023年11月3日在线发表于Science杂志上（影响因子为56.9），中国科学院地理科学与资源研究所张永强研究员为第一和通讯作者。合作研究人员包括西北农林科技大学李聪聪博士生（共同第一作者）和于强教授，澳大利亚联邦科工组织Francis H. S. Chiew博士和David Post博士，中国科学院地理科学与资源研究所张选泽、马宁、田静副教授和刘昌明院士，中国地质大学（武汉）孔冬冬副教授、美国太平洋西北国家实验室L Ruby Leung院士、中国科学院国家空间科学中心施建成研究员。来自维也纳科技大学的著名水文学家　G nter Bl schl 院士为该文撰写了专题评论。

　　本研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、第二次青藏高原综合科学考察等研究项目的资助。 

　　论文信息：Zhang Yongqiang, Li Congcong, Chiew Francis HS, Post David, Zhang Xuanze, Ma Ning, Tian Jing, Kong Dongdong, Leung L. Ruby, Yu Qiang, Shi Jiancheng, Liu Changming. Southern Hemisphere dominates recent decline in global water availability. Science. 2023, 382: 579-584. doi: 10.1126/science.adh0716 

　　论文源：https://science.org/doi/10.1126/science.adh0716