2025年10月26日，国家精密重力测量科学中心地球物理组在生态水文模型领域取得重要进展。研究团队发展了一个融合陆地水储量变化的三维Budyko框架，显著提升了对全球多样流域水热通量的模拟与诊断能力，研究成果以“A Three-Dimensional Budyko Framework with Terrestrial Water Storage Dynamics: Mechanistic Modeling and Diagnostic Ecohydrological Applications Across Global Basins”为题，发表于国际环境科学与生态学知名期刊《生态指标》（Ecological Indicators）。博士后贺清为第一作者，周浩教授为通讯作者。
经典的二维Budyko框架是流域水热耦合研究的理论基础，其稳态假设将陆地水储量变化视为可忽略因素，这一局限在人类活动频繁或气候剧烈变化的区域尤为明显。近年来，学界提出以“有效降水”（即降水量减去陆地水储量变化）修正的扩展二维框架，虽然在干旱地区表现出较好的适用性，但在湿润流域仍存在明显偏差。究其根本，是这种修正方法未能真正体现陆地水储量对流域水文过程的动态调节机制。
针对现有框架的局限性，本研究建立了一个基于物理机制的三维Budyko解析方程。该框架的创新之处在于：通过解构非稳态条件下水量平衡的两种典型状态——水储量消耗期与补给期，并将标准化处理的水储量变化指数（陆地水储量变化/降水量）作为第三维度，首次推导出能够动态耦合蒸发、潜在蒸发、降水及陆地水储量变化的解析表达式，完成了从经验修正到机理耦合的理论突破。
全球十大流域的验证结果表明，三维Budyko框架的模拟精度显著优于经典及扩展的二维模型，其中热带流域的提升尤为突出，准确性提高了55%-250%。通过对比GRACE观测（含气候与人为综合信号）与GLDAS模拟（仅气候信号）两种数据驱动下的三维Budyko框架，可以有效量化人类活动对自然水循环的干扰程度。基于空间关联分析，研究进一步识别出全球流域中“自然协同”、“自然胁迫”及“人为导致的不可持续”等典型生态水文耦合模式，为推进水资源可持续管理提供了新的诊断工具。
本研究得到了国家自然科学基金的资助以及国家精密重力测量科学中心的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.114357
