全球氣候變化正在以復雜且非線性的方式改變水文循環的空間和時間模式（Serpa等人，2017年）。自工業時期以來，全球平均溫度上升了約1.1°C，導致極端水文事件的頻率和強度增加了20%（Villarini和Wasko，2021年）。這些變化在高緯度和高海拔地區尤為明顯，那里的升溫速率估計是全球平均水平的兩到三倍（Pothula和Adams，2022年）。山區通常被稱為“水塔”，對調節下游水資源至關重要。它們通過以積雪、冰川和高山湖泊的形式儲存降水，并逐漸釋放這些儲存的水（Xu等人，2024年）。然而，這些地區的生態敏感性和脆弱性使它們極易受到氣候變化的干擾。例如，溫度升高加速了中國東北山區的融雪過程，可能增加了春季洪水的頻率和規模（Cheng等人，2023年）。同時，人類活動如城市擴張、森林砍伐和農業集約化正在改變地表特征，加劇了水質退化的影響（Serpa等人，2017年）。盡管氣候變化和土地利用變化被廣泛認為是高山流域水文變化的關鍵驅動因素，但關于它們對水量和水質相互作用的研究仍然有限。全面了解這些動態對于在這些氣候敏感環境中制定有效的水資源管理策略和生態保護措施至關重要。

由于地貌隔離和生態敏感性緊密耦合，寒冷地區的小流域成為闡明水文過程復雜反饋機制的天然實驗室（Chalov和Ivanov，2023年）。這些流域對氣候和土地利用變化的響應表現出更大的水文和生物地球化學變異性（Ficklin等人，2022年）。例如，由氣候變暖驅動的冰川退縮和永久凍土退化顯著改變了當地徑流的季節分布，而極端降水事件的頻率增加加劇了山坡侵蝕和污染物遷移（Xu等人，2024年）。同時，土地利用變化通過改變地表粗糙度和滲透能力放大了這些水文變化（Schletterer等人，2019年）。此外，氣候和土地利用變化的協同效應可能引發非線性響應。例如，永久凍土退化和過度放牧的聯合效應可能導致土壤侵蝕加劇（Bolatova等人，2023年）。此外，極端降水與城市擴張的相互作用可能增加洪水風險和污染物傳輸。這些過程對流域的水資源安全構成了重大威脅（Probst等人，2024年）。然而，當前研究中對于具有不同地表特征的子流域的水文響應了解仍然不足，這可能阻礙了針對這些環境敏感區域制定有針對性和適應性的流域管理策略的發展。

水文模型是評估氣候變化和土地利用變化對水資源影響的重要工具，通過模擬水文過程及其空間和時間變異性（Halder等人，2022年）。這些模型通常分為自下而上和自上而下的方法，其區別在于空間分辨率和過程復雜性（Huang等人，2024年）。自下而上的模型依賴于高精度數據和精細尺度的實地觀測來模擬水文過程，而自上而下的模型將流域劃分為水文響應單元，以捕捉土地覆蓋、地形和土壤特征的空間異質性（Radelyuk等人，2022年）。在水文方法中，SWAT模型被廣泛用作半分布式、基于過程的模型，能夠通過集成模塊化集成來模擬復雜的流域尺度過程（Cezarette等人，2024年）。其半分布式結構允許靈活參數化土地利用類型和土壤特征，從而準確表示水文響應的空間異質性（Jiao等人，2024年）。SWAT模型已被廣泛應用于評估土地利用和環境變化對水文和水質動態的影響。例如，Chen等人（2022年）使用SWAT評估了草地退化對青藏高原黑河盆地徑流和水質的影響，而Li等人（2018年）采用類似的方法評估了中國祁連山一個子流域的氮和磷負荷變化。此外，SWAT模型可以與土地利用模型結合，以評估與水相關的生態系統服務。例如，Wang等人（2026年）將SWAT與土地利用情景矩陣結合，量化了不同生態模式對胡林河流域水資源的影響。盡管取得了這些進展，但將SWAT與多情景氣候和土地利用預測相結合的研究仍然有限。考慮到氣候變化和土地利用動態之間的復雜相互作用，這種綜合建模方法可以顯著提高水文預測的準確性，并為寒冷地區的適應性水資源管理提供有價值的決策支持工具。

長白山地區被稱為東北亞的“水塔”，在區域水文穩定性中發揮著關鍵作用。由于其高生態敏感性，該地區在過去六十年中經歷了快速的升溫，遠遠超過全球平均升溫速率（Zhang等人，2024年）。由于變暖引起的降水模式變化顯著影響了地表徑流（Sun等人，2022年），而城市化和農業擴張減少了森林覆蓋，破壞了水文過程，削弱了重要的生態系統服務，如水生棲息地的保護和水資源保持（Wang等人，2022年）。這使得該地區成為科學研究和區域管理的重點。為了應對這些挑戰，我們通過將SWAT半分布式、基于過程的模型與區域規劃政策和共享社會經濟路徑（SSPs）相結合，為長白山地區開發了一個全面的多情景水文和土地利用建模框架。在該框架內，本研究旨在（i）評估氣候和土地利用變化情景下的水文和水質響應，（ii）識別徑流和營養物質動態的關鍵驅動因素，以及（iii）為長白山流域提供有針對性的管理策略。