全球变化背景下，内陆湖泊和水库表层（epilimnion）热浪已得到广泛关注，但深水滞温层（hypolimnion）是否会发生类似短期、强烈的异常增温，仍缺乏有效的监测数据支撑。对于分层型饮用水水库而言，滞温层水体通常低温、低氧且物质交换缓慢，该区域出现的异常增温现象会更显著的加速耗氧过程和沉积物—水界面物质释放，进而放大水质安全风险。因此，识别“滞温层热浪”的发生条件及其形成机制，将为深化气候变化背景下水库水环境演变规律的认识并为相应水质管理措施的优化提供重要科学依据。

    针对这一问题，中国科学院南京地理与湖泊研究所宓辰羲副研究员等以德国最大的饮用水水库Rappbode Reservoir为研究对象，整合1981—2019年近四十年的水温剖面、气象、水文及水库运行资料，构建了“长期原位观测—过程模型—可解释机器学习—反事实扰动情景模拟”的综合分析框架。研究首先利用基于底层代码二次开发的CE-QUAL-W2模型解析水库逐日全剖面热结构的时空演变过程，再通过XGBoost和SHAP方法识别不同水层及不同分层阶段的水温关键驱动因子（图1）。

图1. 研究的技术路线及实施方法概述

    研究发现，水库热结构的主控因子随水深和分层阶段发生明显变化：与大气热交换密切相关的表层水温、表底温度差和Schmidt稳定性主要受前30日短波辐射及气温控制；而随水深增加，气温的影响逐渐减弱，短波辐射及出流流量的相对贡献逐步增强；在50m深处，分层末期出流流量成为解释滞温层增温的主导因子（图2）。过程模拟与机器学习归因的耦合分析表明，1981、2001、2002和2007年分层末期库区滞温层水温发生异常升高，最高可达约10°C，可界定为典型的滞温层热浪事件，其形成与深层取水强度增加密切相关：分层末期水柱热稳定性降低，高强度深层出流削弱了温跃层附近的密度阻隔，同时增强了取水诱导的补偿性下沉环流，继而有效促进表层暖水向下输移，最终导致滞温层水温快速升高。

图2. 分层初期（a）、中期（b）和末期（c）滞温层水温驱动因子的重要性（SHAP）排序。d为4个滞温层水温异常年份出流量（绿）、短波辐射（红）和气温（蓝）的日尺度SHAP值动态演变过程

    该研究揭示了分层型水库底层热浪的形成机制，为饮用水水库热风险识别和分层期取水调度优化提供了新的方法支撑。

    上述成果近期发表于国际水文与地学领域高水平期刊Hydrology and Earth System Sciences，其前期相关研究成果以“Catchments amplify reservoir thermal response to climate warming”为题已发表于Water Resources Research。中国科学院南京地理与湖泊研究所宓辰羲副研究员为第一作者，孔祥臻青年研究员为通讯作者。

     文章信息：

     1. Mi, C., Gai, B., Kong, X*., Jiang, Y., Chan, C. N., & Rinke, K. (2026). Four decades of full-depth profiles reveal layer-resolved drivers of reservoir thermal regimes and event-scale hypolimnetic warming. Hydrology and Earth System Sciences.