城市水资源短缺状况与联合国可持续发展目标中第六项子目标“清洁饮水和卫生设施”以及第十一项子目标“可持续城市与社区”密切相关。全面评估全球城市水资源短缺状况及其潜在解决途径对于促进联合国可持续发展目标的达成具有重要意义。已有评估使用的气候变化情景框架也过于陈旧，导致评价结果存在较大的不确定性。而且已有研究并未充分评估现有城市水资源短缺解决措施的可行性，对全球城市水资源可持续管理的政策支持也不够。针对上述问题，何春阳教授等基于政府间气候变化专门委员会采用的最新社会经济发展和气候变化情景框架，量化了全球不同情景下2016-2050年水资源短缺区域中城市人口的变化情况，并评估了绿色发展路径、流域间调水、地下水开采、海水淡化、水库建设、国内虚拟水贸易和国际间调水与虚拟水贸易等7种主要城市水资源短缺解决途径的可行性。
该研究发现，全球2016年有9.3亿城市居民生活在水资源短缺区域中，占全球城市总人口的32.5%。在全球人口超过1百万的526个城市中，有193个城市位于水资源短缺区域，占比达36.7%。全球共有9个人口超过千万的超大城市分布于水资源短缺区域，占全球超大城市总数的30.0%（图1）。
“当前，印度和中国分布于水资源短缺区域中的城市人口数量远高于其它国家。印度居住在水资源短缺区域中的城市人口最多，达2.2亿人，占全球水资源短缺区域中城市人口总量的23.7%。中国居住在水资源短缺区域中的城市人口达1.6亿人，占全球水资源短缺区域中城市人口总量的17.2%。” 何春阳说。
图1：全球2016年城市水资源短缺状况。
（a）水资源短缺区域中的大城市；
（b）水资源短缺区域中的城市人口；
（c）水资源短缺区域中城市人口最多的十个国家。
研究表明，全球水资源短缺区域中的城市人口呈现快速增加趋势。2050年，全球水资源短缺区域中的城市人口将增至16.9-23.7亿人，将增加0.8-1.5倍。全球将有292个大城市和19个超大城市至少在一种情景下处于水资源短缺区域，分别占全球大城市总数的55.5%和全球超大城市总数的63.3%。城市人口和用水量增加是导致城市水资源短缺加剧的主要因素，贡献率为80.4%-91.4%。气候变化会通过影响水资源总量和空间分布，导致全球水资源短缺区域变化，进而影响全球城市水资源短缺，贡献率为-9.0%-18.4%（图2）。
“未来，印度分布于水资源短缺区域中的城市人口增长量将远高于其它国家。印度居住于水资源短缺区域的城市人口将增至3.8-6.4亿人，将增加0.7-1.9倍。”论文作者、北京师范大学刘志锋副教授说。
图2：全球2016-2050年城市水资源短缺状况变化。
（a）不同情景下水资源短缺区域中的城市人口变化；
（b）水资源短缺区域中城市人口增长最多的十个国家。
该研究还发现，全球近95%的大城市可以通过至少一项措施解决城市水资源短缺问题。其中，不到1/4的大城市可以通过提高用水效率、降低人口增长率和缓解气候变化的绿色发展路径解决水资源短缺问题，其余城市则需要使用流域间调水、地下水开采、海水淡化、水库建设、国内虚拟水贸易或者国际间调水和虚拟水贸易等措施来解决水资源短缺问题。但是，分布于印度和巴基斯坦的16个大城市（如新德里和拉合尔两个超大城市）受社会经济和自然条件的限制，难以通过上述途径解决其水资源短缺问题。
“这些以解决水资源短缺为目标的措施在具体实施时也有一定的社会经济成本和生态环境方面负面效应，需要科学权衡和协调。城市水资源短缺问题将是实现联合国可持续发展目标的一个重要挑战。”论文作者、上海师范大学李经纬博士说。
“全面解决全球城市水资源短缺问题任重而道远。为实现联合国可持续发展目标，亟需科学管理水资源短缺区域中的人口增长和城市化，节约用水，减缓气候变化影响并在不同尺度上进行城市水资源短缺缓解措施的综合评估。”论文作者、澳大利亚迪肯大学Brett A. Bryan教授说。
“青藏高原在全球城市水资源安全和可持续发展中将扮演日益重要角色。”刘志锋进一步指出，“未来在青藏高原周边及其中下游地区将有23个人口在一百万以上的大城市至少在一种情景下面临水资源短缺问题，占全球缺水大城市总数的7.9%。即使同时采用综合绿色发展路径、流域间调水、地下水开采、海水淡化、水库建设、国内虚拟水贸易和国际间调水与虚拟水贸易等7种解决途径，其中的德里、拉合尔和密鲁特等12个大城市都不能解决其水资源缺水问题，很可能面临全面的缺水危机。事实上，未来全球最可能面临缺水危机的16个大城市中的12个都位于青藏高原周边及其中下游地区（图3）。”
图3：2050年青藏高原周边及其中下游地区主要缺水城市
该研究主要由第二次青藏高原综合科学考察研究任务四“生态安全屏障功能与优化体系”（编号：2019QZKK0405）和国家自然科学基金面上项目（项目编号：41871185&41971270）资助。
近年来，何春阳教授团队基于人地系统耦合的地理科学思想，采用“多数据复合、多模型耦合和多尺度结合”的综合研究思路，通过野外观测、遥感分析和模型模拟等技术手段，开展不同尺度的城市景观可持续性研究，在全球城市景观过程监测、影响分析和可持续评价方面取得了积极进展。相关成果连续发表在Nature Communications（自然-通讯）、Earth's Future（未来地球）和Environmental Research Letter（环境研究快报）等主流学术期刊上。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25026-3
