联合国粮农组织发布的《2020年粮食及农业状况》报告指出，由于人口增长、社会经济发展以及世界淡水资源短缺等因素，全球32亿人口面临水源短缺问题，约12亿人生活在极度缺水的农业地区，超过60%的灌溉农田高度缺水。灌溉是人类用水活动的重要组成部分，在全球粮食安全中发挥着至关重要的作用。此外，来自河流、湖泊和地下含水层的水被用于补给灌溉农田的浅层土壤水分，导致灌区蒸散发增加，地表温度降低。基于观测和模拟的研究表明，灌溉可以缓解全球变暖，改变地表能量结构。利用陆面模式进行数值模拟是研究陆面水热要素变化的主要方法之一。相比实地观测，陆面模式能给出时空连续的陆面要素分布，并可对未来进行预测、预估。在陆面模式中合理地描述灌溉过程能够提高模型模拟性能，并有助于揭示灌溉效应。
为了更真实地模拟干旱和半干旱地区（即黄河流域）的灌溉效应，本研究将灌溉模块纳入到第二代联合地表-地下过程模式（耦合模型简称：CSSPv2-IRR）中，并在黄河流域开展了长时期（1991-2017）高分辨率数值模拟试验。本研究首先基于长时期观测数据和一些卫星产品评估了CSSPv2-IRR的模拟性能，结果表明CSSPv2-IRR能够较好地模拟黄河流域灌溉取水量、蒸散发量以及表层土壤湿度，且优于现有大部分公开再分析/数值模拟产品；同时，加入灌溉过程也进一步提高了模型的模拟性能，其中，蒸散发的均方根误差在黄河不同流域可降低29.6%~48.4%，表层土壤土壤湿度的相关系数也得到了明显提升。然后，本研究定量评估了灌溉对陆面水热循环的影响，结果表明，灌溉会导致灌溉区土壤变湿，蒸散发增强，潜热通量增加，温度降低，感热通量降低，而在黄河上中游区域（包含青铜峡、河套扬水等重要灌区），灌溉可导致表层土壤湿度变湿30%（~0.05mm/mm）以上，蒸散发量增加250mm/年(~100%)以上，并使年平均地表温度降低近0.5℃。最后，本研究还评估了灌溉对季节性土壤干旱的影响，本研究发现灌溉能够显著降低季节性干旱的风险。
综上，本研究深化了灌溉机制理解，可为干旱、半干旱地区水资源管理、水热循环评估提供科学支持。
 

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