Nature：Global subsidence of river deltas

英文题目：全球三角洲地面沉降

作者：L. O. Ohenhen, M. Shirzaei, J. L. Davis, A. Tiwari, R. Nicholls, O. Dasho,N. Sadhasivam, K. Seeger, S. Werth, A. J. Chadwick, F. Onyike, J. Lucy, C. Atkins,S. Daramola, A. Ankamah, P. S. J. Minderhoud, J. Oelsmann & G. C. Yemele

发表日期：2026年1月14日

摘 要

河流三角洲为全球人口密集区、重要经济中心及关键生态系统提供着支撑。海平面上升与地面沉降引发相对海平面上升，并带来洪涝、土地流失和土壤盐渍化等灾害，严重威胁着这些珍贵地貌的存续发展。尽管面临上述风险，但由于缺乏时效性强、分辨率高且覆盖整个三角洲的沉降观测数据，相关脆弱性评估工作的开展受到了阻碍。本研究利用合成孔径雷达干涉测量技术，获取了全球 40 个河流三角洲的地表高程空间异质变化数据；通过该数据集，我们量化了三角洲的地表高程损失量，揭示了全球河流三角洲沉降现象的普遍性与严重性。针对驱动三角洲高程变化的三大关键人为因素，本研究开展分析后发现：在这40个三角洲中，有10个三角洲的垂直陆地运动受地下水储量变化的相对影响最为显著，其余三角洲则或受多重因素共同作用，或由泥沙通量变化、城市扩张成为主导驱动因素。此外，研究还发现，在21世纪，对于绝大多数三角洲而言，当前的地面沉降速率已超过绝对（地心参考系）海平面上升速率，成为相对海平面上升的主导诱因。上述研究结果表明，需针对地面沉降问题采取靶向干预措施，将其作为一项亟待解决的区域性挑战来应对；同时，还应同步推进更广泛的行动，以缓解并适应气候变化引发的全球海平面上升问题。

研究背景

全球河流三角洲仅占1% 的陆地面积，却承载着3.5-5亿人口（全球4-6%），包含10 个全球34个超大城市，是农业、渔业、航运贸易的核心区域，兼具重要生态与能源功能。作为低海拔地貌（大量区域海拔<2m），面临海平面上升、地面下沉、风暴潮、盐渍化等多重威胁，其中地面下沉因缺乏高分辨率观测数据，在全球脆弱性评估中被严重低估。选取全球40 个河流三角洲，覆盖5 大洲29个国家，包含大型三角洲、历史下沉三角洲及区域生态经济重要的小型三角洲，占全球三角洲宜居区的核心部分。

研究方法

该研究以覆盖 5 大洲 29 国的 40 个全球典型河流三角洲为研究对象，先通过 2014-2023年Sentinel-1 SAR 卫星影像，结合多时态小波基干涉合成孔径雷达（WabInSAR）技术获取75米分辨率的地表高程变化数据，经噪声过滤、相位解缠、冰川均衡调整（GIA）自然因素校正及 GNSS 全球参考框架统一，精准量化三角洲垂直陆地运动与沉降速率；再整合 GRACE/GRACE-FO卫星重力数据、全球泥沙通量数据集、城市土地占比数据等，提取地下水储存变化、泥沙通量改变、城市扩张三大核心人为驱动因子，通过多元线性回归、随机森林（RF）机器学习模型（含 5 折交叉验证与蒙特卡洛模拟）对比分析因子与沉降的非线性关系并确定全球尺度主导因子，再借助局部可解释模型无关解释（LIME）解析单个三角洲的驱动因子差异；同时融合卫星测高、验潮站及 IPCC AR6 预估数据，从速率、人口、未来情景三方面对比地面沉降与绝对海平面上升对相对海平面上升的贡献；最后基于相对海平面上升速率与圣母大学全球适应指数（ND-GAIN）构建二维影响矩阵，评估三角洲气候适应能力并分析其时空变化趋势。

研究结果

结果1：全球三角洲沉降特征

本研究涉及的40个全球典型三角洲均呈现整体下沉的趋势，无任何一个三角洲表现为整体抬升，沉降速率呈现明显梯度特征：12个三角洲为中度下沉（平均速率＜2 mm / 年），超半数三角洲平均沉降速率超过3mm/年，其中13个三角洲（尼罗河、黄河、湄公河等）的平均沉降速率突破当前全球绝对海平面上升速率（约4mm/年），湄南河、布兰塔斯、黄河这 3 个三角洲的平均下沉速率更是达到全球海平面上升速率的两倍以上，凸显出全球三角洲沉降现象的普遍性与严重性。

全球三角洲沉降的空间覆盖度极高，38 个三角洲超 50% 的区域存在下沉现象，19 个三角洲的下沉区域占比甚至超过90%，9 个三角洲有超 50% 的区域沉降速率＞5 mm / 年（湄南河达94%）；整体受沉降影响的三角洲面积达 460370 km²，占全球三角洲宜居区的 54%-65%，且区域差异显著，南亚/东亚/东南亚是核心重灾区，下沉面积占全球总下沉面积的 59.5%，7 个大型三角洲贡献了 57% 的全球下沉面积。同时所有三角洲均表现出沉降空间异质性，整体下沉背景下局部存在 0~5 mm / 年的抬升区域，且曼谷、上海、东营等三角洲沿海城市的沉降速率普遍等于或高于所在三角洲的平均水平。

图1. 全球三角洲的地面沉降分布

图中每个圆点代表本研究纳入分析的40个三角洲的地理位置，颜色按三角洲平均地面沉降速率进行编码；圆点大小代表该三角洲中沉降速率超过地心参考系海平面上升速率的区域面积占比。

图2. 全球三角洲垂直陆地运动的空间分布特征.

a为各三角洲不同沉降速率的区域占比情况。b至m依次为各个地区三角洲的垂直陆地运动速率空间分布图。垂直陆地运动为正值（绿至紫色调）代表地面抬升或高程增加，负值（黄至橙红色调）则指示地面沉降。

结果2：三角洲沉降人为驱动因子作用机制

       人类活动是加速三角洲沉降的核心原因，三大人为驱动因子与沉降的关系呈现显著非线性特征，随机森林模型对二者关系的拟合效果远优于多元线性回归模型。从全球尺度来看，地下水储存变化是三角洲沉降的首要人为驱动因子，其特征重要性显著高于泥沙通量改变和城市扩张；而从单个三角洲来看，驱动因子呈现明显异质性，基于LIME模型解析的28个有效样本中，35% 的三角洲由地下水储存变化主导沉降，部分三角洲受泥沙通量改变主导，湄南河、黄河等沉降速率极高的三角洲则受地下水储存、泥沙通量、城市扩张多因素共同驱动，且所有三角洲均存在 2000-2020 年城市扩张现象，快速城市化会通过加剧地下水开采进一步放大沉降效应。

图3. 全球三角洲地面沉降与高程损失的人为驱动因子

a 为气泡图，展示各三角洲垂直陆地运动速率与人为驱动因子之间的关联关系。该图以地下水储量变化速率（毫米 / 年）为横轴、垂直陆地运动速率（毫米/年）为纵轴，气泡颜色代表泥沙通量变化率（%）：其中正值（蓝色调）表示人类活动导致泥沙补给增加（进而提升三角洲高程增益潜力，弥补沉降引发的高程损失），负值（黄至橙红色调）表示泥沙可供应量减少；气泡大小代表城市用地占比变化率（%），气泡越大，表明该三角洲在 21 世纪的城市扩张幅度越大。图中虚线为多元线性回归模型的拟合线b 为沉降速率与归一化局部可解释模型无关解释得分的三元图。

结果3：沉降与海平面上升的相对影响

       地面沉降已成为 21 世纪绝大多数三角洲相对海平面上升的主导因素，其贡献远超绝对（地心参考系）海平面上升。当前有 18 个三角洲的平均沉降速率超过区域绝对海平面上升速率，受其影响的人口达2.36亿，较海平面上升速率主导的受影响人口多50%；在三角洲海拔＜1m的低海拔脆弱区域，7600 万常住人口中 84% 都生活在沉降主导相对海平面上升的区域，约 2/3 的低海拔三角洲受此影响。未来在中等排放情景下，21 世纪所有 40 个三角洲的最大沉降速率均会超过预估的绝对海平面上升速率，2050年 29 个三角洲的 95% 分位沉降速率超预估海平面上升1.1~10.3倍，2100 年仍有22个三角洲保持这一趋势；即便在高排放情景下，2100年仍有38个三角洲的最大沉降速率超预估海平面上升，7个核心三角洲的95%分位沉降速率仍是相对海平面上升的主导因素。

图4. 全球三角洲地面沉降与海平面上升的相对贡献度

a为气泡图，对比展示40个三角洲的地心参考系（绝对）海平面上升速率（毫米/年）与地面沉降速率（毫米/年）。沉降速率超过地心参考系海平面上升速率的三角洲，其气泡分布在 1:1 参考线右侧；地心参考系海平面上升速率超过沉降速率的三角洲，气泡则分布在该线左侧。气泡颜色代表各三角洲的总人口规模，颜色越浅表示人口少于10万，颜色越深表示人口超过1亿；气泡大小代表生活在沉降速率快于地心参考系海平面上升速率区域的人口占比。b为与a图同类型的气泡图，仅统计分析海拔低于1米区域的人口数据。c为柱状图，对比展示30个代表性三角洲的地面沉降速率范围、当代海平面上升速率及预估海平面上升速率。其中最大沉降速率为选取50个最高沉降速率值计算的中位数，以此规避单一极端值造成的偏差；图中垂直虚线代表所有三角洲在2100年的预估海平面上升最大速率。

结果4：全球三角洲气候适应能力特征

全球40个三角洲的气候适应能力与相对海平面上升风险呈现显著的空间错配特征，基于相对海平面上升速率和 ND-GAIN 指数的二维矩阵划分显示，65%的三角洲属于“无准备高风险”类型，主要为低、中等收入国家的三角洲，这类区域相对海平面上升速率高但气候适应能力弱，还面临土著居民搬迁、资源短缺等附加问题；仅有少数高收入国家 / 地区的三角洲为 “高准备高风险” 类型，虽适应能力较强，但仍存在局部治理短板；弗雷泽、里奥尼两个三角洲为 “低风险高准备”类型，萨卢姆、涅瓦等为潜在风险类型。从时间趋势来看，15 个有历史数据的三角洲中，10 个从20世纪的低风险类型转为21世纪的高风险类型，其中低、中等收入国家的三角洲均转为 “无准备高风险”，适应能力未随风险提升而改善，而部分高收入国家的三角洲则升级为 “高准备高风险”，区域适应能力差距持续扩大。

图5. 全球三角洲的相对海平面上升与气候适应能力。

a 为散点图，展示21世纪40个三角洲的相对海平面上升速率与圣母大学全球适应指数（ND-GAIN）气候适应准备度得分之间的关联关系。图中水平虚线代表当前全球海平面上升速率（约4毫米/年），垂直虚线为界定的“良好” 与 “优秀”适应准备度等级的分界值（0.52）。b为与a图同类型的散点图，纳入了15个三角洲20世纪和21世纪的双期数据；图中箭头标示出各三角洲的气候适应准备度得分从20世纪到21世纪的变化趋势。图中四个象限分别对应四类三角洲：高风险低准备型（相对海平面上升速率高、气候适应准备度低）、高风险高准备型（相对海平面上升速率高、气候适应准备度高）、潜在风险型（相对海平面上升速率低、气候适应准备度低）和低风险高准备型（相对海平面上升速率低、气候适应准备度高）。

研究意义

该研究在全球河流三角洲沉降领域实现了系统性的观测与解析突破，首次通过高分辨率 InSAR技术完成5大洲29国40个典型三角洲的全域沉降观测，填补了全球尺度高分辨率沉降观测数据的空白，量化厘清了地面沉降是21世纪多数三角洲相对海平面上升的主导因素，颠覆了以往将绝对海平面上升视为核心风险诱因的认知，同时明确了地下水储存变化等三大人为驱动因子的全球主导作用与区域异质性，完善了三角洲沉降的科学认知与驱动机制体系。为不同三角洲制定地下水管控、泥沙补给等靶向性沉降治理措施提供了定量科学依据，构建的相对海平面上升速率与ND-GAIN指数二维评估矩阵，为区域气候适应能力提升、海岸带防灾减灾提供了可操作的量化工具，也为三角洲土地利用、生态保护等长期可持续管理指明了行动方向。揭示了全球三角洲风险与适应能力的空间错配矛盾，明确了低中等收入国家三角洲的核心风险与治理短板，推动全球海岸带治理从单一应对海平面上升转向 “沉降治理+SLR适应”的全球与区域协同模式，为全球气候适应资源的公平分配、国际援助的靶向实施及可持续发展目标在海岸带区域的落地提供了关键支撑。

研究创新之处

采用75米高分辨率的 Sentinel-1 SAR 结合 WabInSAR 技术，完成覆盖5大洲29国的40个全球典型三角洲全域沉降观测，实现了全球三角洲沉降数据的标准化跨区域对比，构建了全球首个高分辨率、多维度的三角洲沉降综合数据集。构建了“线性回归对比+随机森林非线性分析+LIME局部解析”的多层研究框架，揭示了地下水储存、泥沙通量、城市扩张三大人为因子与沉降间的非线性协同作用，借助LIME模型破解了机器学习“黑箱”问题，实现了全球尺度主导驱动因子与单个三角洲驱动因子异质性的双重精准解析。定量证实 21 世纪绝大多数三角洲的相对海平面上升由地面沉降主导、其贡献远超绝对海平面上升，颠覆了以往将气候驱动的海平面上升视为三角洲海岸带核心风险的单一认知。同时创新构建相对海平面上升速率与ND-GAIN指数的二维评估矩阵，结合20、21世纪时空数据，揭示了全球三角洲风险与适应能力的空间错配及动态变化趋势。

对我们开展工作启示

实施针对性的下沉治理措施,如地下水开采管控、含水层人工补给、泥沙管理（泥沙改道、上游生态修复）。将三角洲适应从仅应对全球SLR”转为“SLR +下沉”的综合管理，提升区域社会技术适应能力。加大对低、中等收入国家的支持：提升其制度、资金、技术能力，解决“高风险-低适应”的困境。重视三角洲下沉的空间异质性，开展精细化的区域脆弱性评估与管理。

文献来源：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09928-6

声明：以上中文翻译为译者个人对于文章的概略理解，论文传递的准确信息请参照英文原文。

撰稿：姜德阳

初审：任   杰

复审：杜   军

终审：鲁   鹏