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研究背景
随着全球气候变化和人类活动的持续进行，地下水作为最大的可用淡水资源和全球水循环的重要组成部分备受关注。地下水供应了数十亿人口的饮用水，满足了全球约40%的灌溉需求，而这一重要性正在不断增加。然而，地下水系统面临着来自气候变化和人为活动的威胁，包括地下水过度开采、地表污染、地下水质量下降等问题，这些问题对全球水资源的可持续性产生了负面影响。全球地下水系统受到气候变化和人为活动的复杂影响，但对这些影响的全面理解仍然有限。尤其是在气候变化背景下，地下水补给、排放、流动、储存等方面的变化对全球水循环和水资源可持续性产生了深远影响，但这些影响的具体机制和程度尚不清楚。为了解决这一问题，南方科技大学郑春苗教授团队在Science发表题为“The changing nature of groundwater in the global water cycle”的研究综述。研究团队进行了一系列研究综述，利用模型模拟、地质勘探、水文监测等手段，探索地下水系统的动态变化，评估气候变化和人为活动对地下水系统的影响，以及这些变化对全球水资源可持续性的潜在影响。其旨在深入探讨近几十年来全球地下水系统在全球水循环中的变化，特别关注气候变化和其他人为活动对地下水系统的影响。通过综合分析地下水补给、排放、流动、储存等方面的变化，揭示了气候变化和人为活动对地下水系统的复杂影响机制，并评估了这些影响对全球水资源可持续性的潜在影响。通过综合研究成果，提出了应对气候变化和人为活动对地下水系统影响的可能策略和对策，为全球水资源的可持续管理提供了科学依据。
研究内容
地下水是地球上的重要水资源，受到气候变化和人类活动的影响，其动态发生了区域和全球范围的转变。这些变化包括大陆范围内地下水补给率的变化，冰川流域地下水对河流流量的增加，以及多年冻土地区地下水流动模式的改变。冰川融水和多年冻土的变化导致了地下水流动路径的调整，以及地下水向河流流量的增加，进而影响了河流稳定性和地下水储存量。除自然因素外，人类活动也对地下水产生了直接影响。地下水提取、非常规油气生产、地热能勘探、管理式含水层补给、造林、土地开垦、城市化和国际粮食贸易等活动，改变了地下水流动模式，影响了地下水位和储存量，并在全球范围内重新分配了地下水资源。地下水枯竭现象日益普遍，并在过去几十年里加剧，这对海平面上升造成了进一步影响。地下水的提取和注入改变了地下水流动模式，影响了地下水位和储存量，同时也影响了全球水循环。地下水提取将长期储存的淡水转移到地表活跃水循环中，而不可再生的深层地下水提取则将古老的地下水引入到当代水循环中，进而导致海平面上升。海平面上升加剧了沿海地区的盐水入侵和地下水淹没的风险。随着气候变化的持续，地下水对饮用水和灌溉的重要性将进一步增加，地下水枯竭对海平面上升的影响也将变得更加显著。以下是相关的综述成果： 为了深入了解全球地下水系统在全球水循环中的变化以及气候变化和人类活动对其影响，研究者在这项研究中进行了一系列综述。图1呈现了全球水文循环及其组成部分。图中显示了全球水通量和水储量的分布情况，以及海洋和陆地的蒸发蒸散量，还标示了全球地下水开采量。通过这一图表，我们可以清晰地了解全球水循环的组成部分及其相互关系，从而更好地理解地下水在水循环中的作用。另外，研究者通过对地下水系统的分析，发现了地下水系统受到气候变化和人类活动的多方面影响。其中，气候变化导致的地下水补给和排放的变化，以及冰川退缩和多年冻土融化对地下水系统的影响尤为显著。此外，人类活动，如地下水过度开采、城市化和土地开垦等，也对地下水系统产生了深远影响。这些影响不仅改变了地下水的流动和储存，还可能导致地下水质量下降，对全球水资源的可持续性造成威胁。因此，通过对全球地下水系统的综合分析，研究者揭示了地下水系统在全球水循环中的重要性以及气候变化和人类活动对其产生的影响。这些研究成果为全球水资源的管理和可持续利用提供了重要的科学依据，有助于制定相应的政策和措施，保护和维护全球地下水资源的健康和可持续发展。 作者同时也做出了相关展望和未来期待。他们认为，全球水循环中地下水的作用正在变得日益动态和复杂，与此同时，地下水资源的安全性在数量和质量上面临着全球性的严重威胁。可持续利用地下水资源已成为全球性的关键问题。在规划更加可持续的未来时，地下水资源应从区域和全球的角度进行考虑，特别是对于大型跨境地下水系统。随着全球变化继续影响这些资源，将地下水和地表水作为单一资源进行管理至关重要。此外，必须同时解决粮食和水资源安全问题，并维护生态系统的健康。可以采用各种管理策略，包括森林和湿地保护、海水淡化、废水回收、管理式含水层补给、水资源转移项目和绿色基础设施建设，以增强地下水的韧性。存在一些重要的研究空白需要进一步探索，包括对高纬度和山地地区地下水的详细研究、地下水补给的更准确预测、注入和排放地下水量的定量评估以及全球水平衡的精确建模。为了有效解决这些空白，全面的观测数据集至关重要，因为它们可以对地下水资源的当前状态和未来变化进行全面评估。
总结展望
本文的强调了地下水在全球水循环中的关键作用以及其受到气候变化和人类活动影响的复杂性。通过全面分析地下水系统的动态变化，揭示了地下水资源面临的全球性挑战，并提出了管理和保护地下水资源的关键策略。这一研究深化了对地下水在水资源管理中的重要性的认识，为实现可持续发展目标提供了科学基础和指导。Xingxing Kuang et al. ,The changing nature of groundwater in the global water cycle.Science383,eadf0630(2024).DOI:10.1126/science.adf0630
