变暖与融雪减少导致科罗拉多河源头更加依赖古老地下水

山地水资源为何与你息息相关

美国西部的许多城市和农场依赖源自落基山脉高处的积雪融水。该研究探讨当冬季变暖且科罗拉多河源头的雪盖缩小时，这一水源会发生什么变化——这条河养活着数以千万计的人口。研究者不仅观察了雪与河流，还考察了隐藏在山体深处的地下水，结果显示我们的未来水安全可能仰仗储存在地下的非常古老的水。

雪峰：天然的水塔

山脉如同天然水塔，冬季储存积雪，并在春夏逐步释放融水以补给河流。在科罗拉多州的东河流域（Colorado’s East River），这是科罗拉多河的重要补给源，长期观测显示积雪存在显著的年际波动，但人们对地下水了解甚少。新近自一系列井位得到的测量揭示了两个关键线索：即使在雪量波动较大的年份，地下水位也在多年间持续下降；部分地下水的年龄为数十年至数千年。由此产生了一个紧迫的问题：这些古老地下水是否在雪量不足的年份悄然支撑着河流流量？随着气候变暖，这种支撑将如何变化？

模拟变暖的未来

为回答这一问题，研究团队使用了一个将雪、土壤、基岩、植被与河流耦合在整个流域的复杂计算模型。他们在观测到的气象条件下模拟了七个近期水年，然后又运行了两个“假设”情景，在这两种情景中气温分别升高2.5和4摄氏度，同时保持降水量总量不变。更暖的空气意味着更多冬季降水以雨而非雪的形式到来，积雪更早融化，植物将更多水分返回大气。模型不仅追踪水的去向，还通过追踪数百万个虚拟水团从雨或雪进入地下再到达河流的过程，记录水在地下停留的时长。

隐秘地下水作为稳定器

模拟显示，地下水远非静态的储库。在七年期间，总地下水储量持续下降，在变暖情景下这一下降速度更快。然而地下水对河流起到了一定的稳定作用：极为古老地下水对河流流量的贡献随时间几乎保持不变，而较年轻的地下水和地表径流则随年际天气剧烈波动。在研究期间雪量最低的一年，河流实际上出现了相对较高的径流效率，因为地下水向河道排泄以弥补减少的雪融水。换言之，当新补给的积雪稀缺时，河流更多地依赖长期储存的水以维持流量。

变暖改变了河水的来源与年龄

在模型实验中，随着气温升高，更多冬季降水以雨的形式出现且积雪提前融化，使地下水每年短暂回升数周。但在全年尺度上，更强的蒸发和植物用水导致地下水位比年初更低，这种净亏损在海拔约3700米以上的高海拔地区最为严重。补给河流的水的年龄也随之增加：在枯水期，河口处地下水的中位年龄在基线情景中从约4年增长到6年，在最暖情景中甚至达到约8年。大约1到3年龄级的中间年龄地下水减少最快，而极为古老地下水在河流中的份额缓慢上升以部分弥补损失。结果是河流中的总水量减少，但其中更大一部分来自更老、更深的储水体。

这对未来水供意味着什么

对下游的人群和生态系统而言，研究表明今天的河流流量在悄然依赖那些正在被抽取且无法完全补充的古老地下水。随着积雪减少和变暖持续，高海拔地下水显得尤为脆弱，丰水年可能无法完全补回干旱年失去的存量。实际上，依赖山地融雪的社区正越来越多地依赖古老的地下储备，而这种策略不能永续。识别并监测这一隐秘的地下水缓冲区将对未来在积雪不再可靠的情况下进行水库规划、水权管理和保护措施至关重要。

引用: Siirila-Woodburn, E.R., Thiros, N., Newcomer, M. et al. Warming and snow loss increase reliance on old groundwater in a Colorado River headwater. Nat. Geosci. 19, 549–555 (2026). https://doi.org/10.1038/s41561-026-01945-y

关键词: 山地地下水, 积雪损失, 科罗拉多河源头, 河流流量变化, 气候变暖