引言
全球水循环是指水以液态、固态和气态形式在海洋、大气、冰冻圈和岩石圈等气候系统中自然发生的连续运动[1]（图1)。在大气层中,水主要以水蒸气的形式存在,水蒸气生成和凝结过程伴随潜热变化驱动着不同尺度的大气环流[1,2]。此外,小部分水以冰和液态水的形式存在于云层中,在地球的辐射收支平衡中发挥关键作用[3]。理解水循环和能量循环之间的相互作用是世界气候研究计划（WCRP）的4个核心项目之一。
图1
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图1
水循环示意图
注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在。海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域。陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%。以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%。冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要。图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]。
Fig. 1
Depiction of the water cycle. (In the atmosphere, which accounts for only 0.001% of all water on Earth, water primarily occurs as a gas (water vapor), but it is also present as ice and liquid water within clouds. The ocean is the primary water reservoir on Earth, which is comprised mostly of liquid water across much of the globe, but also includes areas covered by ice in polar regions. Liquid freshwater on land forms surface water (lakes, rivers), soil moisture and groundwater stores, together accounting for 1.8% of global water. Solid terrestrial water that occurs as ice sheets, glaciers, snow and ice on the surface and permafrost currently represents 2.2% of the planet's water. Water that falls as snow in winter provides soil moisture and streamflow after melting, which are essential for human activities and ecosystem functioning. Data derived from references [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14])
与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4]。在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变。自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高。与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均。20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导。
1 主要评估结论
1.1 水循环变化的物理基础
人为辐射强迫引起的地球能量收支调整驱动了水循环在全球范围内的深刻变化。全球平均降水量和蒸发量正在随全球地表升温而增加（高信度),基于耦合模式估算的变化率很可能是(1%~3%)/℃。降水对温室气体强迫的响应,包含了两个过程,一个是降水对温室气体引起的辐射收支异常做出的快速响应过程,另一个是温室气体驱动全球地表升温,升温进一步驱动降水增加的慢响应过程。快响应过程中,全球降水在能量收支平衡的约束下有所减少;慢响应过程中,降水随温度的变化率为(2%~3%)/℃（很可能)。整体上看,人为气溶胶起到减弱全球降水的作用,并通过地表辐射冷却效应改变大尺度大气环流模态（高信度)。此外,土地利用和地表覆盖变化通过其对地表水和地表能量通量的影响驱动区域水循环变化（高信度）。
全球变暖背景下天气系统内的水汽含量增加,总体上会使湿润季节更湿、强降水事件更强（高信度)。全球变暖每增加1℃,近地面大气持水能力即增加约7%,由此推断出的强降水事件（从日内到季节尺度）强化程度与之类似;当这种极端情况发生时,洪涝灾害的严重程度亦相应增加（高信度)。在气候变暖情况下,虽然极端湿润和极端干旱事件的严重程度会增加（高信度),但大气环流模态的变化影响着极端事件发生的地点和频率。在季风区,热带环流减缓一定程度上削弱了气候变暖所导致的降水增强（高信度)。陆地升温促使大气蒸发需求增加,加剧了干旱的严重性（高信度)。陆地升温幅度高于海洋,改变了大气环流模态并在平均效应上减少了陆地近地面相对湿度,进一步导致变干（高信度)。大气中CO2浓度的上升加速植被生长,提高水利用率,但是生物因素如何驱动区域水循环变化仍有很大不确定性（低信度）。
1.2 观测到的水循环变化及归因
自20世纪中叶以来,人类活动造成的气候变化显著地改变了全球水循环（高信度)。全球性的气候变暖使大气湿度和降水强度均整体性增加（高信度),陆地蒸发量加大（中等信度),海表面盐度变化和海洋上的降水减蒸发（P-E）变化对比强烈（高信度)。AR5认为全球干旱或干燥度自20世纪中叶以来的变化趋势仅有低信度,相比之下,AR6认为全球干旱模态很可能发生了改变。自AR5以来,很多研究证实,不能将陆地上P-E随气候变暖发生的变化简单地解释为类似于“湿润区变湿,干燥区变干”的响应[15,16]。实际上,陆地上P-E的变化受到大气环流、海洋水汽输送、陆面反馈、地表径流等多种因素的影响。自20世纪70年代末以来,全球陆地P-E的变化可能是由自然变率主导,且与ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）遥相关紧密联系。相比之下,全球海洋P-E自20世纪中叶以来的变化极有可能受到人类活动的影响。
温室气体强迫使热带陆地区域干湿季节降水量差异增大（中等信度),以及北半球高纬度地区降水量明显增加（高信度)。此外,地中海、澳大利亚西南部、南美洲西南部、南非和北美西部等地区夏季干旱的加剧与温室气体强迫有关（中等至高信度)。春季融雪时间提前和冰川的大量消融已经促成了高纬度低海拔山区河川径流的季节性变化（高信度)。
至少从20世纪中叶开始,大尺度的水循环变化中可以检测到人为气溶胶的作用（高信度)。人为气溶胶的存在加大了温室气体强迫下温度响应的空间差异,促使了热带雨带位置的移动（高信度)。例如,硫酸盐气溶胶的降温效应解释了北半球热带雨带的南移,并促成了萨赫勒地区1970—1980年间的干旱（高信度),而该地区随后的湿度恢复则与温室气体导致的变暖有关（中等信度)。在20世纪大部分时间里,季风区观测到的降水变幅有限,特别是在南亚、东亚和西非,这主要是由于人为气溶胶降温效应造成的降水减少抵消了温室气体升温效应驱动的降水增加（高信度)。
自AR5以来,观测和模拟研究均表明,土地利用可以通过改变地表能量平衡、水汽平流和再循环过程、海陆热力对比及相关环流模态,局地或远程地驱动降水和河流流量的变化[17,18,19,20]。此外,灌溉用水同样对区域水循环起调控作用（高信度)。大规模的森林砍伐可能造成被砍伐区蒸发和降水的减少,以及径流的增加。城市化则增大了局地的降水（中等信度）和径流强度（高信度)。大量的降水进一步增强地下水补给,并在热带区域最显著（中等信度)。在高信度水平下,至少从21世纪初开始,全球旱地农业区（如美国南部高地、加利福尼亚中央谷地、中国华北平原、印度西北部）因为抽取地下水用于灌溉,已经出现了地下水枯竭。
大尺度环流对区域水循环变化有关键调节作用,但当下对全球变暖背景下大尺度环流变化机制的理解仍十分有限。AR5指出,伴随着全球地表升温,热带环流减弱并扩张,同时副热带干旱区和中纬度风暴轴向极地方向移动。自AR5以来,热带环流的减弱被解释为对CO2浓度增加的快速响应,以及对海表面温度模态的缓慢响应[21,22,23,24]。在中等信度水平下,最近观测到的哈德莱环流扩张源于温室气体强迫,特别是在南半球。但是对于温室气体如何影响副热带陆地干旱区的变化,目前的相关认识只有低信度。自20世纪70年代以来,南半球风暴轴和相关降水区向极地方向移动,在南半球夏季和秋季尤甚（高信度)。这些变化很可能与南半球环状模趋于正位相有关,且与平流层臭氧消耗和温室气体浓度增加存在联系。
1.3 未来水循环变化预估
倘若不大规模减少温室气体排放,预计全球增暖将在全球和区域范围内引起水循环的巨大变化（高信度)。相比于1995—2014年,2081—2100年全球陆地上的年降水量在SSP1-1.9低排放情景下将增加2.4%（很可能的范围是0.2%~4.7%),在SSP5-8.5高排放情景下为8.3%（0.9%~12.9%）。几乎可以肯定的是,未来海洋上的蒸发量将增加;陆地上的蒸发量很可能会增加,但部分干旱区除外。蒸发量的增加将使地中海、北美西南部、非洲南部、南美西南部和澳大利亚西南部的土壤水分减少（高信度)。所有SSP情景中,预估的全球陆地径流变化趋势和幅度均为低信度;区域尺度上,预计北半球高纬度降水量和降水强度的增加将与当地径流增加有关（高信度)。在高信度水平下,各地区的山地冰川都将减少,季节性积雪的持续时间将逐渐缩短。通常来说,来自小冰川的径流会由于未来冰川质量的损失而减少,但对大冰川而言,在其质量消耗殆尽之前,径流可能会随着全球变暖的加剧而增强（高信度）。
在全球范围内预估未来干旱的发生频率和严重程度,其中遭受干旱频率和严重程度增加的区域总面积将随变暖加剧进一步扩大（高信度)。一些热带地区的干燥度预估将增加,包括亚马孙盆地和中美洲（高信度)。在地中海、南美洲西南部和北美洲西部,未来的极端干旱将远超过去千年以来观测到的干旱程度（高信度)。几乎所有地区的极端降水都将增加（高信度),即使有些区域季节平均降水将会减少（中等信度)。在高信度水平下,那些与热带和温带气旋相关的强降水事件在未来将进一步加强。
未来季风降水的预估存在区域差异,总体上,季风降水增加区域多于降水减少区域（中等信度)。南亚、东南亚和东亚季风区的夏季风降水预计将增加,而北美季风区降水将减少（中等信度)。AR6之后的一项预估研究显示,未来东亚夏季风变化随选用指数和模式不同而存在差异,东亚夏季对流层低层经向风则一致加强[25]。AR5认为,CMIP3和CMIP5模式对西非季风降水的预估是高度不确定的;AR5之后的研究和最新的CMIP6结果表明,西非季风区的东部和中部地区降水量预计增加,但西部将减少（高信度),湿润季节将推迟来临（中等信度)。针对南美和澳大利亚季风区的降水变化预估,不论是变化趋势还是幅度,信度均较低。在季风爆发时间方面,预估北美和南美季风将被推迟（高信度)。与温带气旋和“大气河”（大气中细长而强劲的水汽输送带）有关的降水将在大部分地区有所增强（高信度)。南半球（可能）和北太平洋（中等信度）的风暴轴在未来继续向极地方向移动,并造成年或季节性降水的类似偏移。有关阻塞形势和定常波的预估仅有低信度,因此相关降水变化预估信心不足。
1.4 水循环突变的可能性
目前不能排除水循环因人类活动影响而发生突变的可能性。有证据表明,在一些高排放情景下水循环可能发生突变,但关于变化幅度和突变发生时间没有形成一致性结论。植被反馈和粉尘反馈等地表正反馈过程可以造成干旱的突变,但这种变化将在21世纪出现的信度不高（低信度)。在AR5中,一些基于气候-碳循环耦合模式的模拟显示,亚马孙森林会在未来气候情景下突然消亡。CMIP6的预估表明,亚马孙森林突破临界点的变化可能只发生在局部区域[26],且与之前的研究一致,相关结论高度依赖于模式在降水和地表过程方面的模拟偏差。在全球变暖背景下,亚马孙森林的持续性毁坏,增加了该地区生态系统在21世纪突破临界点转变至干旱状态的概率（低信度)。古气候记录显示,大西洋经向翻转流（AMOC）的崩溃会引起全球水循环的突变（高信度),如热带雨带的南移、非洲和亚洲季风的减弱,以及南半球季风的加强。在中等信度下,AMOC在21世纪末之前不会发生崩溃,但是如果它崩溃了,很可能出现水循环的突变。此外,太阳辐射的改变可以驱动水循环的剧烈变化（高信度)。如果使用技术手段快速改变太阳辐射收支或突然终止相关项目,很可能会造成水循环的突变。人工影响太阳辐射收支技术产生的气候影响具有空间不一致性（高信度),它不会完全缓解温室气体强迫驱动的水循环变化（中等信度),在一些地区甚至可能会产生破坏效应（低信度）。
2 总结与讨论
水对地球上的所有生命都至关重要,占总水量不到3%的淡水更是地球上最宝贵的自然资源,是人类社会几乎所有可持续发展目标的基础。人类活动造成的气候变化正通过全球水循环对区域水供应和全球水安全构成威胁,在此背景下,AR6第八章回应了对全球水循环变化进行针对性评估的需求。从主要评估结论来看,人为辐射强迫可以通过调整能量收支和大气环流驱动全球水循环变化。观测表明,伴随全球地表升温,大气湿度和降水强度整体上有所增强,热带雨带位置向极地方向移动,全球干旱模态发生改变。需要注意,水循环变化在不同区域、季节、时间尺度上表现不同,有高度的复杂性。检测归因发现,已经发生的水循环变化受到包括温室气体浓度、气溶胶、土地利用在内的多种人为因素驱动。总体上,温室气体强迫对降水起增强作用,气溶胶起减弱作用。随着全球进一步增暖,气候模式预估全球水循环进一步增强,水循环季节差异增大。全球日降水强度增强,极端降水事件出现频次增加。地中海、南美洲西南部和北美洲西部等地极端干旱出现频率增加,严重程度加剧。尽管目前不能排除水循环因人类活动发生突变的可能性,但其在21世纪末之前发生仅有低信度。
值得一提的是,AR6在系统评估全球水循环变化的同时,还考虑了模式能力的局限性、气候自然变率的影响,以及区域水循环响应的潜在非线性。尽管AR6使用的全球气候模式在刻画关键物理过程等方面已有改善,但仍无法再现当前水循环变化的全部特征,不同模式预估的未来水循环变化存在不一致性（高信度)。提高气候模式和水文模式的水平分辨率可以更好地描述地形、植被、土地利用等要素,从而提高区域水循环变化的模拟准确度（高信度)。除了模式模拟能力的局限性,气候系统自然内部变率将继续成为近期（2021—2040年）水循环变化预测的主要不确定性来源（高信度)。在大部分陆地区域,由于预测降水自然变率方面的困难,加上水循环对外强迫的复杂响应,十年尺度的水循环变化预测仅有低信度。持续性的全球变暖将进一步加剧大尺度大气环流和降水模态的变化（高信度),但是在某些情况下,区域水循环变化与全球变暖呈现非线性关系。水循环的这种非线性响应,涉及多种驱动因子间、不同反馈间,以及跨时间尺度间的相互作用（高信度）。
参考文献
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Droughts and heatwaves cause agricultural loss, forest mortality, and drinking water scarcity, especially when they occur simultaneously as combined events. Their predicted increase in recurrence and intensity poses serious threats to future food security. Still today, the knowledge of how droughts and heatwaves start and evolve remains limited, and so does our understanding of how climate change may affect them. Droughts and heatwaves have been suggested to intensify and propagate via land-atmosphere feedbacks. However, a global capacity to observe these processes is still lacking, and climate and forecast models are immature when it comes to representing the influences of land on temperature and rainfall. Key open questions remain in our goal to uncover the real importance of these feedbacks: What is the impact of the extreme meteorological conditions on ecosystem evaporation? How do these anomalies regulate the atmospheric boundary layer state (event self-intensification) and contribute to the inflow of heat and moisture to other regions (event self-propagation)? Can this knowledge on the role of land feedbacks, when available, be exploited to develop geo-engineering mitigation strategies that prevent these events from aggravating during their early stages? The goal of our perspective is not to present a convincing answer to these questions, but to assess the scientific progress to date, while highlighting new and innovative avenues to keep advancing our understanding in the future.© 2018 The Authors. Annals of the New York Academy of Sciences published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of The New York Academy of Sciences.
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... [1,2].此外,小部分水以冰和液态水的形式存在于云层中,在地球的辐射收支平衡中发挥关键作用[3].理解水循环和能量循环之间的相互作用是世界气候研究计划（WCRP）的4个核心项目之一. ...
Land-atmospheric feedbacks during droughts and heatwaves: state of the science and current challenges
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2019
... 全球水循环是指水以液态、固态和气态形式在海洋、大气、冰冻圈和岩石圈等气候系统中自然发生的连续运动[1]（图1).在大气层中,水主要以水蒸气的形式存在,水蒸气生成和凝结过程伴随潜热变化驱动着不同尺度的大气环流[1,2].此外,小部分水以冰和液态水的形式存在于云层中,在地球的辐射收支平衡中发挥关键作用[3].理解水循环和能量循环之间的相互作用是世界气候研究计划（WCRP）的4个核心项目之一. ...
Water vapor and the dynamics of climate changes
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2010
... 全球水循环是指水以液态、固态和气态形式在海洋、大气、冰冻圈和岩石圈等气候系统中自然发生的连续运动[1]（图1).在大气层中,水主要以水蒸气的形式存在,水蒸气生成和凝结过程伴随潜热变化驱动着不同尺度的大气环流[1,2].此外,小部分水以冰和液态水的形式存在于云层中,在地球的辐射收支平衡中发挥关键作用[3].理解水循环和能量循环之间的相互作用是世界气候研究计划（WCRP）的4个核心项目之一. ...
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2021
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
... 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Changes in precipitation with climate change
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2011
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
The observed state of the water cycle in the early twenty-first century
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2015
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,6,7,8,9,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Human domination of the global water cycle absent from depictions and perceptions
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2019
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,7,8,9,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Global estimate of submarine groundwater discharge based on an observationally constrained radium isotope model
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2014
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,8,9,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Fresh submarine groundwater discharge to the near global coast
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2019
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,9,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Fresh groundwater discharge insignificant for the world’s oceans but important for coastal ecosystems
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2020
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,10,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Patterns and trends of Northern Hemisphere snow mass from 1980 to 2018
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2018
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,11,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
An update on Earth’s energy balance in light of the latest global observations
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2012
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,12,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Advances in understanding large-scale responses of the water cycle to climate change
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2020
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,13,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
Intercomparison of freshwater fluxes over ocean and investigations into water budget closure
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2021
... 注：大气层中的水只占地球上所有水的0.001%,并主要以气体（水蒸气）的形式出现,但它亦以冰和云中液态水的形式存在.海洋是地球上的主要水库,它在全球大部分地区主要由液态水组成,但也包括极地地区被冰覆盖的区域.陆地上液态淡水组成包括地表水（湖泊、河流)、土壤水分和地下水储存,共占全球水的1.8%.以冰盖、冰川、地表冰雪和多年冻土形式出现的固体陆地水约占全球水的2.2%.冬季融雪补充了土壤湿度和河川径流,对人类活动和生态系统运行至关重要.图中数据来源见参考文献[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. ...
... ,14]) Fig. 1 与IPCC之前的评估报告相比,第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告首次单独设立一章,即第八章,对全球水循环变化进行综合评估[4].在这一章中,评估报告综合了古气候重建、观测数据、再分析资料,以及全球和区域模式模拟等多源证据,评估内容涵盖水循环变化的物理基础、观测的水循环变化及归因、未来水循环变化预估及关键不确定性,以及与水循环相关的可能突变.自AR5以来,观测资料的更新和高分辨率气候模式的广泛使用使得学界对极端降水、干旱,以及大尺度环流变化等方面的认识有了一定提高.与AR5相比,AR6同样显示人类活动导致的水循环变化在全球范围内广泛存在,但变化不均.20世纪以来,多种人为强迫共同作用于水循环变化,然而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导. ...
The response of precipitation minus evapotranspiration to climate warming: why the “wet-get-wetter, dry-get-drier” scaling does not hold over land
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2015
... 自20世纪中叶以来,人类活动造成的气候变化显著地改变了全球水循环（高信度).全球性的气候变暖使大气湿度和降水强度均整体性增加（高信度),陆地蒸发量加大（中等信度),海表面盐度变化和海洋上的降水减蒸发（P-E）变化对比强烈（高信度).AR5认为全球干旱或干燥度自20世纪中叶以来的变化趋势仅有低信度,相比之下,AR6认为全球干旱模态很可能发生了改变.自AR5以来,很多研究证实,不能将陆地上P-E随气候变暖发生的变化简单地解释为类似于“湿润区变湿,干燥区变干”的响应[15,16].实际上,陆地上P-E的变化受到大气环流、海洋水汽输送、陆面反馈、地表径流等多种因素的影响.自20世纪70年代末以来,全球陆地P-E的变化可能是由自然变率主导,且与ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）遥相关紧密联系.相比之下,全球海洋P-E自20世纪中叶以来的变化极有可能受到人类活动的影响. ...
Terrestrial aridity and its response to greenhouse warming across CMIP5 climate models
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2015
... 自20世纪中叶以来,人类活动造成的气候变化显著地改变了全球水循环（高信度).全球性的气候变暖使大气湿度和降水强度均整体性增加（高信度),陆地蒸发量加大（中等信度),海表面盐度变化和海洋上的降水减蒸发（P-E）变化对比强烈（高信度).AR5认为全球干旱或干燥度自20世纪中叶以来的变化趋势仅有低信度,相比之下,AR6认为全球干旱模态很可能发生了改变.自AR5以来,很多研究证实,不能将陆地上P-E随气候变暖发生的变化简单地解释为类似于“湿润区变湿,干燥区变干”的响应[15,16].实际上,陆地上P-E的变化受到大气环流、海洋水汽输送、陆面反馈、地表径流等多种因素的影响.自20世纪70年代末以来,全球陆地P-E的变化可能是由自然变率主导,且与ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）遥相关紧密联系.相比之下,全球海洋P-E自20世纪中叶以来的变化极有可能受到人类活动的影响. ...
Rainfall consistently enhanced around the Gezira Scheme in East Africa due to irrigation
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2015
... 自AR5以来,观测和模拟研究均表明,土地利用可以通过改变地表能量平衡、水汽平流和再循环过程、海陆热力对比及相关环流模态,局地或远程地驱动降水和河流流量的变化[17,18,19,20].此外,灌溉用水同样对区域水循环起调控作用（高信度).大规模的森林砍伐可能造成被砍伐区蒸发和降水的减少,以及径流的增加.城市化则增大了局地的降水（中等信度）和径流强度（高信度).大量的降水进一步增强地下水补给,并在热带区域最显著（中等信度).在高信度水平下,至少从21世纪初开始,全球旱地农业区（如美国南部高地、加利福尼亚中央谷地、中国华北平原、印度西北部）因为抽取地下水用于灌溉,已经出现了地下水枯竭. ...
Potential impacts of wintertime soil moisture anomalies from agricultural irrigation at low latitudes on regional and global climates
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2015
... 自AR5以来,观测和模拟研究均表明,土地利用可以通过改变地表能量平衡、水汽平流和再循环过程、海陆热力对比及相关环流模态,局地或远程地驱动降水和河流流量的变化[17,18,19,20].此外,灌溉用水同样对区域水循环起调控作用（高信度).大规模的森林砍伐可能造成被砍伐区蒸发和降水的减少,以及径流的增加.城市化则增大了局地的降水（中等信度）和径流强度（高信度).大量的降水进一步增强地下水补给,并在热带区域最显著（中等信度).在高信度水平下,至少从21世纪初开始,全球旱地农业区（如美国南部高地、加利福尼亚中央谷地、中国华北平原、印度西北部）因为抽取地下水用于灌溉,已经出现了地下水枯竭. ...
Effects of irrigation on summer precipitation over the United States
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2016
... 自AR5以来,观测和模拟研究均表明,土地利用可以通过改变地表能量平衡、水汽平流和再循环过程、海陆热力对比及相关环流模态,局地或远程地驱动降水和河流流量的变化[17,18,19,20].此外,灌溉用水同样对区域水循环起调控作用（高信度).大规模的森林砍伐可能造成被砍伐区蒸发和降水的减少,以及径流的增加.城市化则增大了局地的降水（中等信度）和径流强度（高信度).大量的降水进一步增强地下水补给,并在热带区域最显著（中等信度).在高信度水平下,至少从21世纪初开始,全球旱地农业区（如美国南部高地、加利福尼亚中央谷地、中国华北平原、印度西北部）因为抽取地下水用于灌溉,已经出现了地下水枯竭. ...
Climate, irrigation and land-cover change explain streamflow trends in Western Europe
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2019
... 自AR5以来,观测和模拟研究均表明,土地利用可以通过改变地表能量平衡、水汽平流和再循环过程、海陆热力对比及相关环流模态,局地或远程地驱动降水和河流流量的变化[17,18,19,20].此外,灌溉用水同样对区域水循环起调控作用（高信度).大规模的森林砍伐可能造成被砍伐区蒸发和降水的减少,以及径流的增加.城市化则增大了局地的降水（中等信度）和径流强度（高信度).大量的降水进一步增强地下水补给,并在热带区域最显著（中等信度).在高信度水平下,至少从21世纪初开始,全球旱地农业区（如美国南部高地、加利福尼亚中央谷地、中国华北平原、印度西北部）因为抽取地下水用于灌溉,已经出现了地下水枯竭. ...
A re-examination of the projected subtropical precipitation decline
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2017
... 大尺度环流对区域水循环变化有关键调节作用,但当下对全球变暖背景下大尺度环流变化机制的理解仍十分有限.AR5指出,伴随着全球地表升温,热带环流减弱并扩张,同时副热带干旱区和中纬度风暴轴向极地方向移动.自AR5以来,热带环流的减弱被解释为对CO2浓度增加的快速响应,以及对海表面温度模态的缓慢响应[21,22,23,24].在中等信度水平下,最近观测到的哈德莱环流扩张源于温室气体强迫,特别是在南半球.但是对于温室气体如何影响副热带陆地干旱区的变化,目前的相关认识只有低信度.自20世纪70年代以来,南半球风暴轴和相关降水区向极地方向移动,在南半球夏季和秋季尤甚（高信度).这些变化很可能与南半球环状模趋于正位相有关,且与平流层臭氧消耗和温室气体浓度增加存在联系. ...
Differential radiative heating drives tropical atmospheric circulation weakening
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2017
... 大尺度环流对区域水循环变化有关键调节作用,但当下对全球变暖背景下大尺度环流变化机制的理解仍十分有限.AR5指出,伴随着全球地表升温,热带环流减弱并扩张,同时副热带干旱区和中纬度风暴轴向极地方向移动.自AR5以来,热带环流的减弱被解释为对CO2浓度增加的快速响应,以及对海表面温度模态的缓慢响应[21,22,23,24].在中等信度水平下,最近观测到的哈德莱环流扩张源于温室气体强迫,特别是在南半球.但是对于温室气体如何影响副热带陆地干旱区的变化,目前的相关认识只有低信度.自20世纪70年代以来,南半球风暴轴和相关降水区向极地方向移动,在南半球夏季和秋季尤甚（高信度).这些变化很可能与南半球环状模趋于正位相有关,且与平流层臭氧消耗和温室气体浓度增加存在联系. ...
Testing latitudinally-dependent explanations of the circulation response to increased CO2 using aquaplanet models
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2018
... 大尺度环流对区域水循环变化有关键调节作用,但当下对全球变暖背景下大尺度环流变化机制的理解仍十分有限.AR5指出,伴随着全球地表升温,热带环流减弱并扩张,同时副热带干旱区和中纬度风暴轴向极地方向移动.自AR5以来,热带环流的减弱被解释为对CO2浓度增加的快速响应,以及对海表面温度模态的缓慢响应[21,22,23,24].在中等信度水平下,最近观测到的哈德莱环流扩张源于温室气体强迫,特别是在南半球.但是对于温室气体如何影响副热带陆地干旱区的变化,目前的相关认识只有低信度.自20世纪70年代以来,南半球风暴轴和相关降水区向极地方向移动,在南半球夏季和秋季尤甚（高信度).这些变化很可能与南半球环状模趋于正位相有关,且与平流层臭氧消耗和温室气体浓度增加存在联系. ...
Elucidating the mechanisms responsible for Hadley cell weakening under 4×CO2 forcing
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2020
... 大尺度环流对区域水循环变化有关键调节作用,但当下对全球变暖背景下大尺度环流变化机制的理解仍十分有限.AR5指出,伴随着全球地表升温,热带环流减弱并扩张,同时副热带干旱区和中纬度风暴轴向极地方向移动.自AR5以来,热带环流的减弱被解释为对CO2浓度增加的快速响应,以及对海表面温度模态的缓慢响应[21,22,23,24].在中等信度水平下,最近观测到的哈德莱环流扩张源于温室气体强迫,特别是在南半球.但是对于温室气体如何影响副热带陆地干旱区的变化,目前的相关认识只有低信度.自20世纪70年代以来,南半球风暴轴和相关降水区向极地方向移动,在南半球夏季和秋季尤甚（高信度).这些变化很可能与南半球环状模趋于正位相有关,且与平流层臭氧消耗和温室气体浓度增加存在联系. ...
Index- and model-dependent projections of East Asian summer monsoon in Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 simulations
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2021
... 未来季风降水的预估存在区域差异,总体上,季风降水增加区域多于降水减少区域（中等信度).南亚、东南亚和东亚季风区的夏季风降水预计将增加,而北美季风区降水将减少（中等信度).AR6之后的一项预估研究显示,未来东亚夏季风变化随选用指数和模式不同而存在差异,东亚夏季对流层低层经向风则一致加强[25].AR5认为,CMIP3和CMIP5模式对西非季风降水的预估是高度不确定的;AR5之后的研究和最新的CMIP6结果表明,西非季风区的东部和中部地区降水量预计增加,但西部将减少（高信度),湿润季节将推迟来临（中等信度).针对南美和澳大利亚季风区的降水变化预估,不论是变化趋势还是幅度,信度均较低.在季风爆发时间方面,预估北美和南美季风将被推迟（高信度).与温带气旋和“大气河”（大气中细长而强劲的水汽输送带）有关的降水将在大部分地区有所增强（高信度).南半球（可能）和北太平洋（中等信度）的风暴轴在未来继续向极地方向移动,并造成年或季节性降水的类似偏移.有关阻塞形势和定常波的预估仅有低信度,因此相关降水变化预估信心不足. ...
Hysteresis of tropical forests in the 21st century
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2020
... 目前不能排除水循环因人类活动影响而发生突变的可能性.有证据表明,在一些高排放情景下水循环可能发生突变,但关于变化幅度和突变发生时间没有形成一致性结论.植被反馈和粉尘反馈等地表正反馈过程可以造成干旱的突变,但这种变化将在21世纪出现的信度不高（低信度).在AR5中,一些基于气候-碳循环耦合模式的模拟显示,亚马孙森林会在未来气候情景下突然消亡.CMIP6的预估表明,亚马孙森林突破临界点的变化可能只发生在局部区域[26],且与之前的研究一致,相关结论高度依赖于模式在降水和地表过程方面的模拟偏差.在全球变暖背景下,亚马孙森林的持续性毁坏,增加了该地区生态系统在21世纪突破临界点转变至干旱状态的概率（低信度).古气候记录显示,大西洋经向翻转流（AMOC）的崩溃会引起全球水循环的突变（高信度),如热带雨带的南移、非洲和亚洲季风的减弱,以及南半球季风的加强.在中等信度下,AMOC在21世纪末之前不会发生崩溃,但是如果它崩溃了,很可能出现水循环的突变.此外,太阳辐射的改变可以驱动水循环的剧烈变化（高信度).如果使用技术手段快速改变太阳辐射收支或突然终止相关项目,很可能会造成水循环的突变.人工影响太阳辐射收支技术产生的气候影响具有空间不一致性（高信度),它不会完全缓解温室气体强迫驱动的水循环变化（中等信度),在一些地区甚至可能会产生破坏效应（低信度）. ...