气候变化背景下，以河岸热排放、陆地氮排放以及取用水调节为主的人类活动改变土壤与河流的水热条件和氮迁移过程，进而影响全球氮循环与水环境。定量评估气候变化与这些人类活动对全球河流温度及氮输送的影响，不但能加深我们对人类活动干扰下的物质能量循环过程的认识，也有助于对河流生态环境的有效保护。
近日，中科院大气物理研究所LASG国家重点实验室谢正辉研究员、王妍博士、中科院成都山地所刘双博士及其合作者同时将河流无机氮输送、河流水温计算、以及人类活动参数化方案与陆面过程模式进行耦合，发展了包含人为扰动与河流无机氮输送的陆面过程模式CAS-LSM，由此进行了一系列数值模拟试验，在全球尺度上揭示了气候变化与人为扰动对全球河流温度及无机氮输送的影响。
模式能合理地模拟大尺度河流温度变化及河口无机氮输出量。进一步分析表明：1981-2010年全球河流处于升温状态，其中热带地区河流随着气候变化正以每十年约0.5oC的速率增长；热电站直流冷却系统排放的热量进一步了加剧河流水温的上升，这30年内亚洲地区由此导致的升温幅度高达60%。
气候变化决定了陆-海无机氮输出量的年内变化，而取用水活动则通过影响水循环和河流热过程，控制着河流无机氮的陆地滞留量。在人为氮排放影响方面，美国河流无机氮增加主要受施肥影响，欧洲河流受点源污染影响较大，而中国河流则由施肥与点源排放共同影响。
此项研究成果可为陆-海-气全耦合氮循环模拟提供了重要的陆面模拟平台基础。此系列研究已经先后发表于《Global Change Biology》、《Global and Planetary Change》、《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》等杂志，其中“人为热排放影响河流温度”的研究并被《Nature Climate Change》作为research highlights报道。
参考文献:
1)Shuang Liu, Zhenghui Xie, Bin Liu, Yan Wang,Junqiang Gao, Yujin Zeng, Jinbo Xie, Zhipeng Xie, Binghao Jia, Peihua Qin, Ruichao Li, Longhuan Wang, Si Chen. Global river water warming due to climate change and anthropogenic heat emission. Global and Planetary Change, 2020, 193: 103289. (https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2020.103289)
2)Yan Wang, Zhenghui Xie, Shuang Liu, Longhuan Wang, Ruichao Li, Si Chen, Binghao Jia, Peihua Qin, Jinbo Xie. Effects of anthropogenic disturbances and climate change on riverine dissolved inorganic nitrogen transport. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 2020, 12, e2020MS002234. (https://doi.org/10.1029/2020MS002234)
3)Shuang Liu, Zhenghui Xie, Yujin Zeng, Bin Liu, Ruichao Li, Yan Wang, Longhuan Wang, Peihua Qin, Binghao Jia, Jinbo Xie,. Effects of anthropogenic nitrogen discharge on dissolved inorganic nitrogen transport in global rivers. Global Change Biology, 2019,00: 1–21. (https://doi.org/10.1111/gcb.14570)
4)Langenbrunner, B. Power plants warm rivers. Nature Climate Change, 2020, 10, 888. (https://doi.org/10.1038/s41558-020-00928-0)
图1 地球系统模式框架下包含地表地下取用水调节、人为氮排放、河流温度变化以及无机氮输送的陆面模式耦合与计算流程示意图；部分模式验证结果；气候变化和人为扰动对全球河流温度及无机氮的影响。BGC表示生物地球化学，BGP代表生物地球物理，RT表示河流温度。
