人类地下水开采利用会影响土壤湿度从而改变陆-气之间的水分能量通量交换，进而影响生态水文过程和气候系统。在地下水超采区域，陆地水储量迅速减少导致水资源不可持续利用，并且可能产生气候反馈。定量地评估人类地下水开采利用的水文气候响应，不但能加深人们对于人类活动干扰下的水文循环过程的认识，也有助于以可持续发展为目标有效地管理水资源。

近日，中国科学院大气物理研究所研究员谢正辉和博士生曾毓金等将地下水开采利用方案耦合至地球系统模式CESM1.2中，并利用耦合模式进行了一系列数值试验，在全球尺度上研究了人类地下水开采利用对水文过程和气候系统的影响。耦合模式的框架见图1。该模式在以往的研究中也曾用于研究中国西北干旱区黑河流域上人类取水用水和地下水侧向流动对陆面生态水文过程的影响。

研究结果显示，地下水开采会导致深层土壤变干，但地下水灌溉会导致表层土壤变湿。长期的地下水超采导致美国中部、中国华北、印度北部和巴基斯坦地区的地下水水位有显著的下降趋势。地下水开采利用同样会对气候产生影响，在中国华北和印度北部，大量的灌溉产生降温效应。在中国华北，灌溉增加地表蒸散发，并通过陆气相互作用增加降水；而在印度北部地区，由于灌溉的降温效应，导致海陆热力差异减小，印度季风减弱，因此降水反而减少。研究还发现，在地下水超采严重的地区，陆地水资源面临严峻的亏损，因此为了水资源的可持续利用，有必要在经济发展的同时合理地开发利用水资源。

此项研究已经发表在《气候杂志》（Journal of Climate）上。

相关论文：

1. Zeng, Y., Xie, Z., and Zou, J. (2017), Hydrologic and Climatic Responses to Global Anthropogenic Groundwater Extraction. J. Climate, 30, 71–90, doi: 10.1175/JCLI-D-16-0209.1.

2. Zeng, Y., Xie, Z., Yu, Y., Liu, S., Wang, L., Zou, J., Qin, P., and Jia, B. (2016), Effects of anthropogenic water regulation and groundwater lateral flow on land processes, J. Adv. Model. Earth Syst., 8, 1106–1131, doi:10.1002/2016MS000646.

3. Zeng, Y., Xie, Z., Yu, Y., Liu, S., Wang, L., Jia, B., Qin, P., and Chen, Y. (2016), Ecohydrological effects of stream–aquifer water interaction: a case study of the Heihe River basin, northwestern China, Hydrol. Earth Syst. Sci., 20, 2333-2352, doi:10.5194/hess-20-2333-2016.

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图1. 耦合模型框架示意图

图2. 美国中部、中国华北、印度北部和巴基斯坦地区的地下水被严重抽取

图3. 地下水超采导致水位下降产生干旱