水资源的形成不仅取决于降雨和积雪等地表输入，地下地貌结构同样可能在流域水文响应中扮演关键角色。英属哥伦比亚大学地球、海洋与大气科学系助理教授Ali Ameli与其硕士生Mahbod Taherian在《Water Resources Research》发表研究称，并非所有积雪主导流域对气候变异的响应一致，差异可能源自地表之下的渗透性结构。

聚焦“积雪融水分配”这一关键过程

研究关注“积雪融水分配”过程，即每年春季积雪融化后，融水在流域内的去向：是快速形成径流进入河流，还是缓慢下渗补给含水层，抑或通过植被蒸散返回大气。研究指出，融水去向将影响流域在夏季更易出现洪水、具备储水能力或趋于干涸，这对依赖山区水资源的饮用供水、农业、生态系统维护与水电生产等具有重要意义。

研究团队提出的核心问题是：在气候条件相近的情况下，不同流域为何会表现出显著不同的年际波动与韧性差异。

通过真实与虚拟流域对比检验地下因素

为识别差异来源，研究团队将基于物理的水文模型应用于北美和欧洲的真实流域与虚拟积雪主导流域。虚拟流域用于在控制降雨、坡度、植被等地表条件不变的前提下，仅改变地下结构，从而分离地下因素的影响。

研究重点考察两类地下特征：一是土壤与岩层的渗透性水平；二是渗透性在水平方向（山丘之间）与垂直方向（从地表到基岩）的变化方式。

研究发现，若流域地下结构在水平方向相对均匀、但渗透性随深度递减，这类流域往往会在不同年份以相似方式引导积雪融水，即便前一年的秋季偏湿或偏干，其融水路径变化也不明显。

与之相对，地下渗透性存在明显不均匀性的流域，会在不同干湿背景下呈现不同的融水输移路径。

干湿秋季可能触发“路径切换”

研究描述，在地下结构异质性较强的流域中，前一秋季的干湿状况会影响次年春季融水与夏季降雨的主要流动路径。

在干燥秋季之后，春季积雪融水与夏季降雨更可能沿浅层横向路径快速汇流，径流响应更快，洪水风险相对更高；而在湿润秋季之后，同一流域可能激活更深层的水流路径，将更多融水导入长期地下储存。研究团队在其“自然实验”中报告，进入长期储存的积雪融水比例可从干秋季后的4%上升至湿秋季后的25%。

研究认为，这一差异与湿润秋季对深层地下空间的“填充”有关：当深层区域更为湿润并形成连通条件，次年融水到来时更易向下渗透进入深层储存；而在地下结构横向均匀的流域中，即便秋季偏湿，深层路径也可能仍不活跃，流域状态年复一年变化有限。

地下异质性或成为气候波动的“放大器”

研究据此提出，地下结构异质性可能充当气候变异的“放大器”。当地下结构更为多变时，干湿变化对水流路径的影响空间更大，单次湿润或干燥季节就可能改变未来数月的流域行为，使其对气候波动更敏感。

研究同时指出，当前用于评估气候变化下水资源与洪水风险的部分模型，可能更侧重坡度、植被、土地覆盖等地表指标，而未充分纳入地下“隐形结构架构”，从而难以解释不同流域在相似气候条件下的显著差异。

影响或延伸至水质变化

研究认为，在降水模式更趋不确定的背景下，识别哪些流域更易受积雪融水与降雨波动影响，对水资源管理具有现实意义。研究还提示，影响可能不仅体现在供水与洪水风险上，也可能涉及水质：当融水沿深层路径流动时，可能携带或滞留土壤与含水层中的溶解养分、污染物及历史遗留污染物；若气候变异能够“开关”这些路径，水质结果也可能随之改变。

地下结构难观测，研究建议更有针对性的刻画

研究指出，地下结构难以在大范围内以高分辨率直接观测与制图。研究团队认为，通过识别控制气候敏感性的关键结构特征，可为后续更有针对性的地下特征刻画提供方向；未来若将基于物理的模型与新兴地球物理与遥感技术结合，或有助于提升对地下结构的识别能力。

该研究由Ali Ameli与Mahbod Taherian完成，并发表于《Water Resources Research》。