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研究背景
隨著全球氣候變化和人類活動的持續進行，地下水作為最大的可用淡水資源和全球水循環的重要組成部分備受關注。地下水供應了數十億人口的飲用水，滿足了全球約40%的灌溉需求，而這一重要性正在不斷增加。然而，地下水系統面臨著來自氣候變化和人為活動的威脅，包括地下水過度開采、地表污染、地下水質量下降等問題，這些問題對全球水資源的可持續性產生了負面影響。全球地下水系統受到氣候變化和人為活動的復雜影響，但對這些影響的全面理解仍然有限。尤其是在氣候變化背景下，地下水補給、排放、流動、儲存等方面的變化對全球水循環和水資源可持續性產生了深遠影響，但這些影響的具體機制和程度尚不清楚。為了解決這一問題，南方科技大學鄭春苗教授團隊在Science發表題為“The changing nature of groundwater in the global water cycle”的研究綜述。研究團隊進行了一系列研究綜述，利用模型模擬、地質勘探、水文監測等手段，探索地下水系統的動態變化，評估氣候變化和人為活動對地下水系統的影響，以及這些變化對全球水資源可持續性的潛在影響。其旨在深入探討近幾十年來全球地下水系統在全球水循環中的變化，特別關注氣候變化和其他人為活動對地下水系統的影響。通過綜合分析地下水補給、排放、流動、儲存等方面的變化，揭示了氣候變化和人為活動對地下水系統的復雜影響機制，并評估了這些影響對全球水資源可持續性的潛在影響。通過綜合研究成果，提出了應對氣候變化和人為活動對地下水系統影響的可能策略和對策，為全球水資源的可持續管理提供了科學依據。
研究內容
地下水是地球上的重要水資源，受到氣候變化和人類活動的影響，其動態發生了區域和全球范圍的轉變。這些變化包括大陸范圍內地下水補給率的變化，冰川流域地下水對河流流量的增加，以及多年凍土地區地下水流動模式的改變。冰川融水和多年凍土的變化導致了地下水流動路徑的調整，以及地下水向河流流量的增加，進而影響了河流穩定性和地下水儲存量。除自然因素外，人類活動也對地下水產生了直接影響。地下水提取、非常規油氣生產、地熱能勘探、管理式含水層補給、造林、土地開墾、城市化和國際糧食貿易等活動，改變了地下水流動模式，影響了地下水位和儲存量，并在全球范圍內重新分配了地下水資源。地下水枯竭現象日益普遍，并在過去幾十年里加劇，這對海平面上升造成了進一步影響。地下水的提取和注入改變了地下水流動模式，影響了地下水位和儲存量，同時也影響了全球水循環。地下水提取將長期儲存的淡水轉移到地表活躍水循環中，而不可再生的深層地下水提取則將古老的地下水引入到當代水循環中，進而導致海平面上升。海平面上升加劇了沿海地區的鹽水入侵和地下水淹沒的風險。隨著氣候變化的持續，地下水對飲用水和灌溉的重要性將進一步增加，地下水枯竭對海平面上升的影響也將變得更加顯著。以下是相關的綜述成果： 為了深入了解全球地下水系統在全球水循環中的變化以及氣候變化和人類活動對其影響，研究者在這項研究中進行了一系列綜述。圖1呈現了全球水文循環及其組成部分。圖中顯示了全球水通量和水儲量的分布情況，以及海洋和陸地的蒸發蒸散量，還標示了全球地下水開采量。通過這一圖表，我們可以清晰地了解全球水循環的組成部分及其相互關系，從而更好地理解地下水在水循環中的作用。另外，研究者通過對地下水系統的分析，發現了地下水系統受到氣候變化和人類活動的多方面影響。其中，氣候變化導致的地下水補給和排放的變化，以及冰川退縮和多年凍土融化對地下水系統的影響尤為顯著。此外，人類活動，如地下水過度開采、城市化和土地開墾等，也對地下水系統產生了深遠影響。這些影響不僅改變了地下水的流動和儲存，還可能導致地下水質量下降，對全球水資源的可持續性造成威脅。因此，通過對全球地下水系統的綜合分析，研究者揭示了地下水系統在全球水循環中的重要性以及氣候變化和人類活動對其產生的影響。這些研究成果為全球水資源的管理和可持續利用提供了重要的科學依據，有助于制定相應的政策和措施，保護和維護全球地下水資源的健康和可持續發展。 作者同時也做出了相關展望和未來期待。他們認為，全球水循環中地下水的作用正在變得日益動態和復雜，與此同時，地下水資源的安全性在數量和質量上面臨著全球性的嚴重威脅?？沙掷m利用地下水資源已成為全球性的關鍵問題。在規劃更加可持續的未來時，地下水資源應從區域和全球的角度進行考慮，特別是對于大型跨境地下水系統。隨著全球變化繼續影響這些資源，將地下水和地表水作為單一資源進行管理至關重要。此外，必須同時解決糧食和水資源安全問題，并維護生態系統的健康。可以采用各種管理策略，包括森林和濕地保護、海水淡化、廢水回收、管理式含水層補給、水資源轉移項目和綠色基礎設施建設，以增強地下水的韌性。存在一些重要的研究空白需要進一步探索，包括對高緯度和山地地區地下水的詳細研究、地下水補給的更準確預測、注入和排放地下水量的定量評估以及全球水平衡的精確建模。為了有效解決這些空白，全面的觀測數據集至關重要，因為它們可以對地下水資源的當前狀態和未來變化進行全面評估。
總結展望
本文的強調了地下水在全球水循環中的關鍵作用以及其受到氣候變化和人類活動影響的復雜性。通過全面分析地下水系統的動態變化，揭示了地下水資源面臨的全球性挑戰，并提出了管理和保護地下水資源的關鍵策略。這一研究深化了對地下水在水資源管理中的重要性的認識，為實現可持續發展目標提供了科學基礎和指導。Xingxing Kuang et al. ,The changing nature of groundwater in the global water cycle.Science383,eadf0630(2024).DOI:10.1126/science.adf0630
