文｜创瞰巴黎

Herve Douville

法国国家气象研究中心心研究员

Bertrand Decharme

法国国家气象研究中心CNRS（法国国家科学研究中心）研究主任

导读

全球淡水资源储备充足，但分布不均，40亿人每年至少一个月面临严重缺水。法国国家气象研究中心指出，气候变化导致全球干旱地区水资源枯竭，而人类活动也是水资源短缺的关键因素。抽水灌溉、土地使用变化等导致地下水位下降，气候变暖增加蒸发，使水资源变得稀缺。然而，全球水资源未来如何取决于社会经济和政府管理，减排与节约用水或许是防止水危机的关键。你认为人类应该如何更有效地管理和保护水资源？

一览：

• 全球淡水资源的分布严重不均。
• 全球有40亿人每年至少有一个月严重缺水。
• 联合国政府间气候变化专门委员（IPCC）指出，气候变化正使季节差异更加极端，旱涝灾害频发。
• 淡水短缺的原因是陆地降雨量减少和蒸发量增加。
• 到2050年，城市化、森林砍伐、污染物排放等人类活动将成为导致全球水资源短缺的主要因素。
• 目前科学界无法准确预测水资源的未来，因为未来情况与社会经济因素和政府管理模式的变迁息息相关。

全世界淡水资源储备量为83.5万立方千米，大部分（63万立方千米）贮藏于地下。作为一种可再生资源，全球淡水量理论上足以满足人类和生态系统的需求 [1]，但实际上水资源在空间和时间上分布并不均衡。全球有40亿人每年至少有一个月严重缺水，常年缺水的人口高达5亿之多，而世界水荒还在不断恶化。

01 日益枯竭的水资源

根据法国国家气象研究中心CNRS研究主任Bertrand Decharme介绍：“世界上最干旱的地区，如地中海盆地、美国东部局地、非洲南部、东南亚、印度等，正在快速消耗日益减少的水资源。”每个大陆的水资源可获性都在下降。2001年至2020年间，全球年均总降雨量和总蒸发量差额约为-1毫米[2]，既降雨量无法抵消蒸发量。

值得注意的是，-1毫米/年是全球平均值，其背后隐藏着巨大的区域差异：在南半球，这一差值高达-3.5毫米/年。看似变化不大的年均值还掩盖了愈发极端的季节差异[3]。根据联合国政府间气候变化专门委员（IPCC）的报告，由于气候变化，近几十年来地中海沿岸、北美西部和澳大利亚西南部干旱的频次和严重程度都有所增加。IPCC的一份最新报告指出：“气候变化主要通过改变水循环影响生态系统和人类社会。”[4]

图片来源：水循环简图，包含人类活动因素[5]

在这一切的幕后，人类活动是不可忽视的因素。例如，20世纪下半叶以来，原本流入咸海（中亚的一个内流咸水湖）的河流被改道灌溉农田，导致咸海几乎消失。有确凿的证据显示，大量抽取地下水灌溉农作物，正在导致水资源急剧枯竭。美国加州、美国大平原、华北平原、印度恒河流域等世界主要农产区都存在这个问题[6]。虽然使用地下水灌溉有利于一个国家的粮食安全和民众健康，但也有部分国家过度消耗地下水，大量种植出口作物。这种做法不可持续，对于社会也弊大于利。

全球每年抽取的地下水只占地下水总补给量的6%，但这一数字同样隐藏了巨大的地区差异。Decharme说：“在干旱地区以及东南亚地区，从地下抽取的灌溉用水量高于补给量，导致地下水位下降，尽管这种情况仅限个别区域，但对全球水资源产生了重大影响！” 法国国家气象研究中心研究员Hervé Douville补充道：“气候变化使旱季越来越干，人工灌溉不得不加大力度。除非人类调整农业生产体系，否则灌溉会进一步破坏水循环。”

土地使用的变化也会消耗水资源。大规模森林砍伐会减少土壤中水分的蒸发，从而减少降水。虽然城市化会吸引更多局部降水，但由于水泥沥青地面不透水，地下水的补给反而会减少。这种效应对水资源的破坏与抽水灌溉相当。到2050年，人类用水量可能会增加20-30%。因此，人类活动会成为未来全球水资源短缺的主要原因，尤其是考虑到只有加大用水量才能应对全球变暖带来的干旱。

02 极端且不均的降雨

由于气候变化让全球水循环一反常态，灌溉将比以往更容易导致水资源枯竭。气候变化首先影响的是降雨。大气每升温一度，则空气中最大含水量平均增加7%，降雨量平均增加1%到3%，但更关键的是强降水的强度会增加约7%。IPCC指出，随着全球继续变暖，旱涝皆将极端化。Decharme 说：“简单地说，就是‘旱的旱死，涝的涝死’。”干旱将主要影响地中海、澳大利亚西南部、南美西南部、南非和北美西部。

“全球变暖的最终效应是干旱加剧，森林火灾频发。”

水循环异常加上灌溉抽水过度，导致部分地区地下水位持续下降。2001年至2010年间，美国加州、中东地区、撒哈拉、恒河流域和华北等地的含水层每年水位下降超过20毫米。亚马逊河和湄公河流域每年下降幅度也有近10毫米。

全球变暖还加剧了蒸散效应。蒸散是植被及地面整体向大气输送的水汽总通量，主要包括植被蒸腾、土壤水分蒸发及江河湖海的蒸发。Douville 指出：“分析土壤和地表水体的水资源储备量，就必须考虑蒸散效应。”虽然全球变暖让大气更湿润，但在陆地上导致的土壤干燥是降雨无法弥补的[7]，所以最终效应是干旱加剧，森林火灾频发。

现阶段，科学界难以准确预测水资源的未来，因为降水、蒸发、灌溉等变量会因地理条件、国情和经济社会发展水平而异。从现在到2100年，陆地水蒸散量很可能会以每年2%至8%的速度增长，具体取决于温室气体的排放水平。Bertrand Decharme解释道：“气候模型在预测降雨方面越来准确，但对于抽水灌溉等人为因素却没有予以足够的考虑。” 鉴于此，Decharme带领的课题组将灌溉纳入了IPCC惯用的气候预测模型中，并对全球218个最大的含水层流域开展了研究。结果显示，到2100年，这些流域将容纳全球50%的人口；到本世纪末，地下含水层水位下降可能会直接影响全球近18%的人口（如果不抽取地下水用于灌溉，则只有9%的人口会受影响）[8]。何况，仅存的地下水还会因土壤污染恶化、降雨强度加大以及污染物（杀虫剂、化肥、抗菌剂）渗入等因素而水质下降。

然而，根据IPCC的最新报告，有一点是肯定的：“未来的水资源安全，还取决于社会经济因素和政府管理模式的变迁。” 如果人类努力减少温室气体排放并节约用水，或许世界水资源就不至于不堪重负。

作者

Anaïs Marechal

编辑

Meister Xia

参考资料

1. Douville, H., K. Raghavan, J. Renwick, R.P. Allan, P.A. Arias, M. Barlow, R. Cerezo-Mota, A. Cherchi, T.Y. Gan, J. Gergis, D. Jiang, A. Khan, W. Pokam Mba, D. Rosenfeld, J. Tierney, and O. Zolina, 2021: Water Cycle Changes. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelek i, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1055–1210, doi: 10.1017/9781009157896.010.

2. Yongqiang Zhang et al., Southern Hemisphere dominates recent decline in global water availability. Science, 382, 579–584(2023).DOI:10.1126/science.adh0716

3. Konapala, G., Mishra, A.K., Wada, Y. et al. Climate change will affect global water availability through compounding changes in seasonal precipitation and evaporation. Nat Commun 11, 3044 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020–16757 w

4. Caretta, M.A., A. Mukherji, M. Arfanuzzaman, R.A. Betts, A. Gelfan, Y. Hirabayashi, T.K. Lissner, J. Liu, E. Lopez Gunn, R. Morgan, S. Mwanga, and S. Supratid, 2022: Water. In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. P rtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. L schke, V. M ller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, pp. 551–712, doi:10.1017/9781009325844.006.

5. https://upgro.files.wordpress.com/2018/03/water-module-student-resource-web.pdf

6. de Graaf, I.E.M., Gleeson, T., (Rens) van Beek, L.P.H. et al. Environmental flow limits to global groundwater pumping. Nature 574, 90–94 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019 1594 4

7. Douville H. and K. Willett (2023) A drier than expected future, supported by near-surface relative humidity observations. Sc. Adv., 9, eade6253, https://doi.org/10.1126/sciadv.ade6253

8. Costantini, M. : étude de l’évolution de la ressource mondiale en eau dans un contexte de changement climatique – thèse soutenue le 18 décembre 2023 au Centre National de Recherches Météorologiques (UMR 3589) à Toulouse – Université Toulouse III – Paul Sabatier.