基于Budyko方程的我国各大流域1900—2100年水资源量演变规律

朱豪杰; 赵铜铁钢; 刘培; 陈文龙

doi:10.11714/acta.snus.ZR20260027

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基于Budyko方程的我国各大流域1900—2100年水资源量演变规律

研究论文 | 更新时间：2026-09-24

- 基于Budyko方程的我国各大流域1900—2100年水资源量演变规律
- Water resource dynamics in China’s major river basins （1900-2100）： A Budyko equation-based analysis
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2026年65卷第5期页码：1-12
- 作者机构：
  
  1.中山大学水资源与环境研究中心，广东广州 510275
  2.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州 510611
- 作者简介：
  
  朱豪杰（2001年生），男；研究方向：水文水资源；E-mail：zhuhj9@mail2.sysu.edu.cn
  赵铜铁钢（1986年生），男；研究方向：水文水资源；E-mail：zhaottg@mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2023YFF0804900)
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20260027
  中图分类号： P467
- 收稿：2026-01-19，
  
  修回：2026-03-10，
  
  录用：2026-03-24，
  
  网络首发：2026-05-19，
  
  纸质出版：2026-09-25
- 稿件说明：
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朱豪杰,赵铜铁钢,刘培等.基于Budyko方程的我国各大流域1900—2100年水资源量演变规律[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(05):1-12.

Zhu Haojie,Zhao Tongtiegang,Liu Pei,et al.Water resource dynamics in China’s major river basins （1900-2100）： A Budyko equation-based analysis[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(05):1-12.
朱豪杰,赵铜铁钢,刘培等.基于Budyko方程的我国各大流域1900—2100年水资源量演变规律[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(05):1-12. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260027.

Zhu Haojie,Zhao Tongtiegang,Liu Pei,et al.Water resource dynamics in China’s major river basins （1900-2100）： A Budyko equation-based analysis[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(05):1-12. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20260027.

摘要

历史与未来水资源演变规律是流域水资源管理的重要依据。基于Budyko方程和CMIP6多模型数据，采用全微分方法量化降水量和潜在蒸散发量对我国各大流域水资源量演变的驱动贡献。结果表明，历史观测显示我国超40%区域水资源量呈减少趋势，其80%置信区间为-4.13~-2.01 mm/a。SSP126、SSP370和SSP585 3种排放情景下未来水资源量总体增加但时空变异与不确定性显著，西南诸河水资源量变化范围分别为-11.16%~20.49%、-14.70%~28.62%和-10.89%~46.43%。代表性流域的归因分析显示，超60%年份的水资源量减少由降水量减少和潜在蒸散发量增加共同驱动，主导因素因流域和情景而异。降水量减少的相对贡献率随干旱程度增加而增加。干旱区始终以降水量减少为主导因素，其在历史和未来3种排放情景下的贡献率分别为0.93、0.65、0.60和0.60。本研究可为长时间尺度下我国各大流域水资源优化配置提供科学依据。

Abstract

Understanding historical and future water resources dynamics is essential for sustainable basin management. Using the Budyko equation and CMIP6 multi-model data， a total differential approach was applied to quantify the contributions of precipitation and potential evapotranspiration to water resource dynamics across China’s major river basins. Historical observations indicate that water resources declined in over 40% of the country， with an 80% confidence interval of -4.13 to -2.01 mm/a. Under the SSP126， SSP370， and SSP585 scenarios， water resources show overall increases but with significant spatiotemporal variability and uncertainty. For river basins in Southwest China， the projected variation ranges are -11.16% to 20.49%， -14.70% to 28.62%， and -10.89% to 46.43%， respectively. Attribution analysis across nine representative basins reveals that reduced precipitation and increased potential evapotranspiration jointly drive water resource declines in more than 60% of years， with dominant drivers varying by basin and scenario. The relative contribution of decreasing precipitation gradually increases with rising aridity index. Reduced precipitation remains the dominant factor in arid regions， with contribution on rates of 0.93 for the historical period and 0.65， 0.60， and 0.60 for the three future emission scenarios， respectively. This study provides a scientific basis for the long-term optimal allocation of water resources in China’s major river basins.

关键词

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陈发虎，谢亭亭，杨钰杰，等， 2023 . 我国西北干旱区“暖湿化”问题及其未来趋势讨论［J］. 中国科学：地球科学， 53 （ 6 ）： 1246 - 1262 .

陈喜，高满，董建志，等， 2025 . 京津冀地区水资源供需演变面临挑战问题及研究途径［J］. 地学前缘， 32 （ 3 ）： 436 - 444 .

丁一汇，柳艳菊，徐影，等， 2023 . 全球气候变化的区域响应：中国西北地区气候“暖湿化”趋势、成因及预估研究进展与展望［J］. 地球科学进展， 38 （ 6 ）： 551 - 562 .

傅抱璞， 1981 . 论陆面蒸发的计算［J］. 大气科学， 5 （ 1 ）： 23 - 31 .

李艳忠，星寅聪，庄稼成，等， 2024 . 典型遥感降水产品的水文模拟性能评估［J］. 遥感学报， 28 （ 2 ）： 398 - 413 .

李原园，李云玲，郭旭宁，等， 2025 . 1956—2016 年中国水资源总量时空分布规律及变化特征［J］. 水科学进展， 36 （ 1 ）： 18 - 27 .

佘运磊，曹一一，周琪，等， 2025 . 国家水网对中国地级市水资源短缺的缓解效果评估［J］. 水利学报， 56 （ 4 ）： 531 - 540 .

沈嘉聚，杨汉波，刘志武，等， 2023 . 长江上游径流对气象要素变化的敏感性分析［J］. 水资源保护， 39 （ 1 ）： 119 - 126 .

卫林勇，江善虎，任立良，等， 2021 . CRU产品在中国大陆的干旱事件时间性效用评估［J］. 水资源保护， 37 （ 2 ）： 112 - 120 .

吴凡，杨肖丽，任立良，等， 2024 . 人类活动影响下的中国各大流域水文干旱状态演变规律［J］. 水利学报， 55 （ 12 ）： 1448 - 1460 .

薛联青，陈雨欣，刘远洪，等， 2025 . 基于机器学习的Budyko框架流域时变特征参数估计［J］. 水资源保护， 41 （ 4 ）： 10 - 18，41 .

颜宇，刘智勇，陈晓宏，等， 2024 . 流域水文系统产水机制稳定性研究［J］. 中国科学：地球科学， 54 （ 2 ）： 503 - 516 .

张丹，要威，肖华，等， 2025 . 基于因果分析的金沙江流域气象-水文干旱传播特征及其未来情景预估［J］. 水资源保护， 41 （ 2 ）： 158 - 164 .

张强，王蓉，岳平，等， 2025 . 21世纪以来中国北方陆-气相互作用研究的若干新进展与未来研究方向［J］. 中国科学：地球科学， 55 （ 6 ）： 1873 - 1902 .

赵轶琳，刘文丰，李政，等， 2025 . 基于STL时序分解的天然径流演变规律与影响因素分析［J］. 水利学报， 56 （ 2 ）： 216 - 226，239 .

Beck H E ， Wood E F ， Pan M ， et al ， 2019 . MSWEP V2 global 3-hourly 0.1° precipitation： Methodology and quantitative assessment ［J］. Bull Am Meteor Soc ， 100 （ 3 ）： 473 - 500 .

Brient F ， 2020 . Reducing uncertainties in climate projections with emergent constraints： Concepts， examples and prospects ［J］. Adv Atmos Sci ， 37 （ 1 ）： 1 - 15 .

Burek P ， Satoh Y ， Kahil T ， et al ， 2020 . Development of the Community Water Model （CWatM v1.04）-a high-resolution hydrological model for global and regional assessment of integrated water resources management ［J］. Geosci Model Dev ， 13 （ 7 ）： 3267 - 3298 .

Chai Y ， Yue Y ， Slater L J ， et al ， 2022 . Constrained CMIP6 projections indicate less warming and a slower increase in water availability across Asia ［J］. Nat Commun ， 13 ： 4124 .

Chen A ， Xiong J ， Wu S ， et al ， 2024 . Changes in terrestrial water storage in the Three-North region of China over 2003-2021： Assessing the roles of climate and vegetation restoration ［J］. J Hydrol ， 637 ： 131303 .

Elbaum E ， Garfinkel C I ， Adam O ， et al ， 2022 . Uncertainty in projected changes in precipitation minus evaporation： Dominant role of dynamic circulation changes and weak role for thermodynamic changes ［J］. Geophys Res Lett ， 49 （ 12 ）： e2022GL097725 .

Gan G ， Liu Y ， Sun G ， 2021 . Understanding interactions among climate， water， and vegetation with the Budyko framework ［J］. Earth Sci Rev ， 212 ： 103451 .

Harris I ， Osborn T J ， Jones P ， et al ， 2020 . Version 4 of the CRU TS monthly high-resolution gridded multivariate climate dataset ［J］. Sci Data ， 7 （ 1 ）： 109 .

Koppa A ， Alam S ， Miralles D G ， et al ， 2021 . Budyko-based long-term water and energy balance closure in global watersheds from earth observations ［J］. Water Resour Res ， 57 （ 5 ）： e2020WR028658 .

Li Z ， Quiring S M ， 2022 . Projection of streamflow change using a time-varying budyko framework in the contiguous United States ［J］. Water Resour Res ， 58 （ 10 ）： e2022WR033016 .

Liu B X ， Tang Q H ， Xu X M ， et al ， 2025 . Evaluating ISIMIP3b bias-corrected data for precipitation extremes in China during 1981-2100 ［J］. Adv Clim Change Res ， 16 （ 5 ）： 974 - 984 .

Liu J ， Zhang Q ， Zhang Y ， et al ， 2017 . Deducing climatic elasticity to assess projected climate change impacts on streamflow change across China ［J］. J Geophys Res Atmos ， 122 （ 19 ）： 10228 - 10245 .

Lu C ， Zhang Q ， Woolway R I ， et al ， 2025 . Global warming will increase the risk of water shortage in northwest China ［J］. Earth’s Future ， 13 （ 5 ）： e2025EF006199 .

Rosenzweig C ， Arnell N W ， Ebi K L ， et al ， 2017 . Assessing inter-sectoral climate change risks： The role of ISIMIP ［J］. Environ Res Lett ， 12 （ 1 ）： 010301 .

Tang T ， Ge J ， Cao J ， et al ， 2025 . Land water availability altered by historical land use and land cover change ［J］. npj Clim Atmos Sci ， 8 ： 230 .

Wang D ， Hejazi M ， 2011 . Quantifying the relative contribution of the climate and direct human impacts on mean annual streamflow in the contiguous United States ［J］. Water Resour Res ， 47 （ 10 ）： 2010WR010283 .

Wolkeba F T ， Kumar M ， Mekonnen M M ， 2023 . Examining the water scarcity vulnerability in US river basins due to changing climate ［J］. Geophys Res Lett ， 50 （ 24 ）： e2023GL106004 .

Wu Y ， Miao C ， Slater L ， et al ， 2024 . Larger increase in future global terrestrial water availability than projected by CMIP6 models ［J］. Innov Geosci ， 2 （ 4 ）： 100097 .

Xu J ， Ma Z ， Yan S ， et al ， 2022 . Do ERA5 and ERA5-land precipitation estimates outperform satellite-based precipitation products？ A comprehensive comparison between state-of-the-art model-based and satellite-based precipitation products over mainland China ［J］. J Hydrol ， 605 ： 127353 .

Xu X ， Yang D ， Yang H ， et al ， 2014 . Attribution analysis based on the Budyko hypothesis for detecting the dominant cause of runoff decline in Haihe basin ［J］. J Hydrol ， 510 ： 530 - 540 .

Yang P ， Zhang S ， Xia J ， et al ， 2022 . Risk assessment of water resource shortages in the Aksu River basin of northwest China under climate change ［J］. J Environ Manage ， 305 ： 114394 .

Yao L ， Leng G ， Yu L ， et al ， 2025 . Emergent constraints on global soil moisture projections under climate change ［J］. Commun Earth Environ ， 6 ： 39 .

Zhang Y ， Li C ， Chiew F H S ， et al ， 2023 . Southern Hemisphere dominates recent decline in global water availability ［J］. Science ， 382 （ 6670 ）： 579 - 584 .

Zhao F ， Shi W ， Wu Y ， et al ， 2025 . Counteracting greenhouse gas and aerosol influences intensify global water seasonality over the past century ［J］. Commun Earth Environ ， 6 ： 35 .

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