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基于贝叶斯三角帽融合的GRACE产品在中国陆地水储量时空变化及归因分析的应用研究

GRACE,陆地水储量,BTCH,时空分布,归因分析

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.8 区域气候变化和水文水资源的相互作用

陆地水储量是表征区域水平衡状况的关键指标，准确揭示其时空变化规律及驱动机制，对于国土空间规划与用途管制、生态保护与修复具有重要的科学价值和现实意义。本研究利用基于贝叶斯三角帽（BTCH）方法对三种GRACE产品进行融合，得到不确定性更低的陆地水储量距平数据集，并通过了地下水位站点数据以及水量平衡法验证。在此基础上，采用Theil-Sen MK趋势分析、经验正交函数（EOF）及归一化线性回归模型等方法，揭示了中国及各水资源一级区TWSA的时空变化特征及主要驱动因子。研究结果表明：（1）融合后的TWSA产品在中国的不确定性为8.13mm，相对于不确定性最低的CSR产品（不确定性为23.43mm）降低了65.30%；与三种产品的算数平均值相比，不确定性降幅约35%。融合产品反演的陆地水储量变化（TWSC）同水量平衡计算的TWSC在中国、黄河流域、长江流域的相关系数分别为0.77、0.89和0.74；超过70%地下水位监测站点通过了相关系数显著性检验，融合结果可靠。（2）2003-2023年，中国TWSA总体呈下降趋势，下降速率为-1.65mm/yr；多年平均陆地水储量变化空间分布整体表现为北方地区（除松花江区）陆地水储量变化较高，南方地区（除西南诸河区）陆地水储量变化较低的特征。TWSA呈现显著上升区域面积占比为32.82%，主要分布于松花江区、长江区、珠江区、东南诸河区。TWSA呈现显著下降区域面积占比为43.20%，主要集中在辽河区、淮河区、海河区和西南诸河区。（3）归一化线性回归模型可解释中国陆地水储量变化的84.44%，其中，植被主导区域占比最高（38.69%），主要分布在西北绿洲区、西南横断山区、东北大兴安岭林区、青藏高原东南部、黄土高原、秦巴山区；潜在蒸散发（24.25%）与降水主导区域相差不大（21.51%），其中，潜在蒸散发主导区域主要分布在淮河区北部、黄河中上游、长江中游、辽河区东部；降水主导区域主要分布在湿润半湿润区的东南诸河区、松花江区、西南诸河区、淮河区南部、珠江区。近20年中国水资源的区域不平衡正在加剧，中国TWSA的空间分布格局正经历着显著变化，对其演变规律的把握及驱动因子的识别可为制定针对性的管理政策提供理论依据。