《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Quantifying the impact of climate change and human activities on the atmospheric water cycle in the Upper Yellow River Basin
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研究人员开发了基于最大熵生产原理的蒸散发模型（MEP-PML evapotranspiration model）与水汽输送箱模型（water vapor transport–box model），并将两者耦合为综合大气水循环模型。通过对1982年至2021年黄
研究人员开发了基于最大熵生产原理的蒸散发模型（MEP-PML evapotranspiration model）与水汽输送箱模型（water vapor transport–box model），并将两者耦合为综合大气水循环模型。通过对1982年至2021年黄河上游流域（Upper Yellow River Basin, UYRB）大气水循环的时空变化进行分析，采用去趋势方法模拟排除气候变化温度分量的反事实情景，并进一步在无人类活动的情景中显式引入植被变化作为陆面动态代理，量化了气候变化和人类活动对大气水循环的时空演变影响。结果表明，气候变化的温度分量导致UYRB的蒸散发（evapotranspiration, ET）持续下降（8.57 ± 7.14 mm）、降水（precipitation, P）减少（5.24 ± 3.26 mm）及大气水汽流出（atmospheric water vapor outflow）降低（0.15 ± 0.09 × 10? kg s?1）。相比之下，人类活动驱动的植被变化引起蒸散发增加（0.37 ± 0.33 mm）、降水增加（0.23 ± 0.20 mm）及水汽流出几乎不变。温度分量的影响在研究期内保持稳定，而植被变化的影响表现出显著的时空异质性。该研究提升了量化气候变化和人类活动对水文循环影响的能力，为未来水资源管理的科学决策提供了支撑。
本研究发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》，针对黄河上游流域（UYRB）位于青藏高原与黄土高原交界地带，长期以来面临水资源短缺、生态退化及气候变化叠加影响的挑战。现有研究多关注地表水循环，而对大气水循环过程及其对气候变化和人类活动的响应机制认识不足，尤其是缺乏对温度分量与植被变化贡献的定量区分。为此，研究人员构建了耦合最大熵生产蒸散发模型（MEP-PML）、降水再循环模型（precipitation recirculation model, PRM）以及基于微积分的水汽输送箱模型，开展多情景模拟与对比分析。结果显示，气候变暖的温度分量总体上抑制了流域蒸散发、降水和大气水汽流出，而人类活动引起的植被恢复则在一定程度上增强了这些过程，但其影响幅度较小且具有空间异质性。这一发现为区域水资源可持续管理、生态保护政策制定提供了重要的机理依据。
关键技术方法包括：基于1982–2021年的多源气象、辐射及植被数据（ERA5-Land、CMFD、GLASS、CLCD等）驱动MEP-PML模型估算实际蒸散发；采用PRM计算降水再循环率（precipitation recirculation ratio, PRR）以量化局地蒸发对降水的贡献；基于微积分的水汽输送箱模型改进传统矩形边界假设，提高水汽通量估算精度；利用去趋势分析和反事实情景分离温度分量与植被变化的影响。
研究结果如下：
3.1 MEP-PML模型在UYRB的表现
模型精度优于GLEAM和ERA5-Land产品，相关系数（R）较高且均方根误差（RMSE）与偏差（Bias）更低，适用于该区域蒸散发研究。
3.2 UYRB水循环的时空分布特征
降水自东南向西北递减，夏季占全年一半以上；气温呈相反趋势；蒸散发无明显空间梯度，高值集中在高原向黄土高原过渡带。水汽主要自西北、西南输入，东南输出，年均净输出0.03 × 10? kg s?1。
3.3 气候变化温度分量对大气水循环的影响
温度上升导致土壤表面湿度下降，进而抑制蒸散发（年均减少8.57 ± 7.14 mm），夏季降幅最大；降水同步减少（年均减少5.24 ± 3.26 mm）；大气水汽流出减少约0.15 × 10? kg s?1。
3.4 人类活动植被变化对大气水循环的影响
植被变化总体促进蒸散发（年均增加0.37 ± 0.33 mm）和降水（年均增加0.23 ± 0.20 mm），但影响幅度远小于温度变化，且具显著空间异质性。1982–1997年间局部季节呈减少趋势，1998年后转为普遍增加，可能与大规模生态工程实施有关。
讨论部分指出，模型严格遵循质量守恒，并改进了传统矩形箱模型的边界误差；温度变化对蒸散发的抑制作用在干旱区尤为明显，主要因土壤湿度降低；人类活动影响虽有限，但在生态恢复区表现为正效应。研究同时承认植被变化归因及政策因果关系的复杂性，并强调未来需完善水-能循环全过程模拟。
结论部分表明，气候变化温度分量在1982–2021年间持续抑制UYRB大气水循环各要素，而人类活动植被变化则呈小幅增强作用，夏季影响最显著，冬季几无影响。时间上，植被变化的影响在1998年前后由负转正，可能与三北防护林、退耕还林还草等工程的推进有关。该研究为区域水文气象模型优化及生态政策评估提供了可转移的方法框架。
