黄河流域未来极端气候事件变化趋势评估

极端气候事件会对陆地生态系统服务功能以及人类社会生活造成严重影响。针对GFDL、FGOALS和CCSM4这3种CMIP5气候模式，对RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5未来情景下的黄河流域极端气候时空变化特征进行研究。结果表明：RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下流域日最高气温的上升速率分别为0.052、0.170、0.470℃/10 a,日最低气温的上升速率分别为0.029、0.170、0.460℃/10 a。日最高气温和日最低气温的空间分布规律呈现出一致性，从黄河上游河源区向中下游呈上升趋势。未来情景下黄河流域整体年降水量呈弱增加趋势，到21世纪后期，高温室气体排放情景下年降水量的增幅变大。     

气候变化条件下叶尔羌流域水库蒸发变化分析

为了研究气候变化对水库水面蒸发的影响,以叶尔羌河流域为研究对象,选取气温、相对湿度以及风速作为主要气候影响因子,基于人工神经网络构建统计降尺度模型。对研究区在全球气候模式BCC-CSM1.1三种情景(RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5)下2020s、2050s、2080s时段内的蒸发量进行了预测。结果表明:叶尔羌流域水库的未来蒸发量总体呈增加态势,蒸发量E_(RCP2.6)E_(RCP4.5)E_(RCP8.5);2020s时段内3种情景模式下所选取水库年平均蒸发量为1 922.4~2 337.9 mm,蒸发渗漏损失率为35.17%~36.40%。     

基于CMIP5多模式集合和PDSI的黄河源区干旱时空特征分析

针对黄河源区干旱情势逐年加剧的问题,采用CMIP5模型两种排放情景(RCP4.5和RCP8.5)下的8个模型的统计降尺度结果,运用最优赋权的多模式集合技术进行多模式集合优化,构建两种排放情景(RCP4.5、RCP8.5)的降水和气温数据集。在此基础上,构建黄河源区的VIC模型,结合帕尔默干旱指数(PDSI),分析黄河源区干旱的时空特征与变化趋势。结果表明,该流域在基准期(1961—1990年)的PDSI变化较为平稳,表现出微弱的增加趋势,未来时期(2021—2050年)PDSI则显著增加。在1961—1990年,黄河源区大多数地区干旱发生的频次在10次左右,平均干旱历时在4～10个月,平均烈度为6～24。在未来时期两种情景下,干旱的平均历时和平均烈度相较于基准期有所减少,且RCP8.5情景下的变幅明显高于RCP4.5。     

统计降尺度方法对黄河上游流域气象要素模拟分析

将CMIP5模式的输出作为降尺度的输入来预估区域性气候的研究较少,本文使用CMIP5中精度较高的Can ESM2模式下的RCP4.5情景(中等温室气体排放)对黄河上游流域未来气象要素进行预估。利用黄河上游流域(上诠站以上)14个气象站点1967-2010年的逐月降水、气温和NCEP再分析资料,选取拟合度、均值相对误差、标准差相对误差作为评价指标,利用逐步回归算法筛选22个预报因子,建立了月资料序列的统计降尺度模型,并将模型应用于CMIP5中Can ESM2模式下RCP4.5情景,产生了未来气候要素的变化情景。结果表明:该模型对降水的模拟效果好于对气温的模拟。     

基于SDSM-SWAT的气候变化下东江流域径流预测模拟

通过耦合SDSM统计降尺度模型和SWAT水文模型,探讨气候变化下东江流域的未来气候及其径流响应。首先基于SDSM模型,将2011—2099年HadCM3模式下A2和B2两种情景数据降尺度到东江流域各站点,生成未来气候要素(气温和降水);然后建立适用于东江流域的SWAT模型,并模拟该流域未来气候变化下的径流响应。结果表明:未来东江流域的气温、降水量和径流量均呈增加趋势;且A2情景下各气候水文要素的增加速度比B2情景下更快。研究结果可为东江流域的流域综合管理和水资源的可持续利用提供一定的科学依据。     

基于SDSM的抚河流域未来极端气温模拟与预估

SDSM(Statistical Downscaling Model)统计降尺度模型是解决空间尺度问题的一种有效工具。基于统计降尺度技术和GCM输出数据,结合站点实测数据,将SDSM模型应用在抚河流域,分析了抚河流域未来最高气温与最低气温的变化趋势。使用1961—1990年和1991—2005年2个时段的实测数据和NCEP再分析数据,选取合适的NCEP大气环流因子作为预报因子,建立最高和最低气温预报量和预报因子之间的经验统计关系;并以CanESM2输出的未来数据(包括RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5 3种情景)为输入,模拟未来3个时期的极端气温变化,即A(2006—2035年)、B(2036—2065年)、C(2066—2100年)。结果表明:流域未来最高气温和最低气温都呈现明显上升趋势,最高气温和最低气温平均增加1.69℃、2.44℃,最低气温上升幅度高于最高气温;在2种气温各个情景下平均增温约2.07℃,说明未来抚河流域有出现极端高温天气的风险。分析结果对抚河流域开展气候变化的水文响应研究、水资源合理利用及生态环境保护具有重要意义。     

辽宁大凌河流域气温和降水降尺度研究

全球变暖导致的极端气候已成为人类社会可持续发展的巨大挑战,极端气候背景下小流域尺度的未来气候变化更值得关注。结合ERA-Interim再分析资料及CMIP6模式,采用QM、DT、LOCI、Delta四种方法对模式历史数据降尺度,综合RMSE、NSE、R~2三个指标选取最佳降尺度方法,对大凌河流域未来气温、降水情景进行预估。结果表明,未来流域年平均温、最高温、最低温均呈增温趋势,但不同情景增温速率不同,由大到小依次是SSP585(平均温、最高温和最低温依次为0.65℃/10 a、0.54℃/10 a、0.59℃/10 a)SSP370(0.46℃/10 a、0.43℃/10 a、0.48℃/10 a)SSP245(0.27℃/10 a、0.27℃/10 a、0.29℃/10 a)SSP126(0.07℃/10 a、0.13℃/10 a、0.12℃/10 a)。未来流域气温大致由南向北降低,年平均温、最高温距平范围分别为0～2.2℃和0.2～2.4℃,且气温距平西部高于东部;最低温距平范围为-1.0～1.2℃,其中SSP126和SSP245情景距平为负,流域内呈现出降温趋势。未来流域年降水量波动剧烈,除SSP126情景年降水增长速率为负外,其他情景年降水均呈缓慢增长的趋势;年降水量自东南向西北逐渐减少,降水距平百分率向西逐渐增大。     

妫水河流域未来气候变化下的水文响应研究

通过HadCM3降尺度数据与HSPF水文模型耦合,探讨了未来气候变化情景下妫水河流域日最高、最低气温与降水量的变化情况。基于统计降尺度模型SDSM,将1961—2099年数据降尺度到各站点,生成了两种气候变化情景下的日最高气温(T max)、最低气温(T min)和降水量(P)数据。同时,构建了HSPF水文模型,分别用2005—2006年、2007—2008年数据进行了有效率定和验证,模拟了该流域在未来气候变化下的水文响应。结果表明:妫水河流域未来90 a的气温总体呈升高趋势,而降水量和地表流量呈减小趋势;高温室气体排放情景下日最高气温、最低气温、降水量和地表流量的10 a变化率分别为0.462℃、0.453℃、-0.010 mm、-0.051 m3/s,低温室气体排放情境下分别为0.263℃、0.264℃、-0.014 mm、-0.044 m3/s,流域干旱加剧的可能性进一步加大。     

CMIP5模式对淮河流域气候要素的模拟评估及未来情景预估

为明确变化环境下淮河中上游流域未来气候要素的变化趋势和特征,基于地面实测降水、气温资料,检验CMIP5中6个全球气候模式对流域降水和气温的模拟能力并选择较优的3种模式用于分析未来RCP4.5和RCP8.5排放情景下流域气候要素的变化趋势。结果表明:①历史时段拟合效果相对较优的为CNRM-CM5、HadGEM2-ES和MIROC5,气温的模拟能力优于降水;②3个模式2种排放情景未来年、春、冬季降水均大于基准期,夏、秋季降水除MIROC5大于基准期,其他2个模式均小于基准期;③RCP8.5下CNRM-CM5年、春、夏、HadGEM2-ES年、春、夏、冬、MIROC5年、秋、冬季降水增加趋势显著,RCP4.5下HadGEM2-ES年、春季、MIROC5秋季降水增加趋势显著;其他不显著甚至个别出现减少趋势;④年和季节平均气温除极个别模式和排放情景略低外,其他均高于基准期;年和四季平均气温全部呈现升温趋势。研究表明,流域降水有所增加和减少,气温升温迅速,流域未来气候演变中洪旱灾害风险较大,需要加强水资源管理和洪旱灾害防御能力。     

基于CMIP5和SWAT的山美水库流域未来蓝绿水时空变化特征

基于山美水库流域1991—2010的实测气象数据,选取CMIP5中2个气候模式(HadGEM2-ES、NoerESM1-M)和2种典型浓度路径(RCP4.5、RCP8.5),对21世纪近期(2031—2050年)、中期(2051—2070年)、远期(2071—2090年)3个时期的日降水、气温数据进行统计降尺度处理;在此基础上,利用SWAT模型对山美水库流域基准期和未来3个时期的蓝水、绿水资源的时空分布特征进行模拟,评估流域未来60年气候变化对蓝绿水资源的影响。结果表明:山美水库流域未来60年预估年均降水量变化幅度为-0.43%～7.16%,平均气温增加约1.72～5.43℃,相较基准期,未来2个气候模式在2种RCP浓度路径下的蓝水资源量约减少12.81%～35.28%,绿水资源量上升约28.45%～36.12%;不同气候情景下流域蓝水、绿水资源变化率呈现出一定的相似性,上游地区均大于下游地区;降雨是蓝水资源时空分布的关键,而农用地分布则直接影响绿水资源的空间分异特征。     

气候变暖背景下汉江流域降水和气温时空变化特征

为探究气候变暖背景下汉江流域降水和气温的时空发展规律,基于汉江流域及其周边地区29个气象站点逐日降水(P_re)、最高气温(T_max)、最低气温(T_min)和平均气温(T_ave)的观测资料,利用线性拟合、Mann-Kendall突变检验和空间插值等方法,分析1960～2019年汉江流域降水和气温的时空变化特征,以及对变暖停滞现象(Hiatus)的响应。结果表明：(1)在全球变暖背景下,汉江流域气候表现出降水不显著减少(p>0.05)、气温显著上升(p<0.05)的暖干化趋势。1960～2019年汉江流域P_re变化幅度夏季(0.582 mm/a)>秋季(-0.477 mm/a)>春季(-0.403 mm/a)>全年(-0.184 mm/a)>冬季(0.125 mm/a);全年升温幅度呈T_min(0.028℃/a)>T_max(0.025℃/a)>T_ave(0.022℃/a...     

基于GCM模型的塔里木河流域未来径流变化研究

为研究塔里木河流域未来降水、气温变化以及径流的响应,本文提出了GCM下RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景与分布式水文模型SWAT相对接的研究方案。采用气候模式输出的降水、气温等资料作为SWAT模型输入数据,分析了未来2020—2050年流域降水、气温与径流变化规律。结果表明:在RCP2.6情景下,各子流域降水大多表现为增加趋势,在RCP4.5情景下降水表现出减少趋势,在RCP8.5情景下降水趋势性不明显;在不同RCP情景下,各子流域温度均呈现明显上升趋势,且升温情况随着RCP情景对应辐射强迫的增加而增加;2020—2050年,阿克苏河与和田河年径流增加明显,且增加量从RCP2.6情景到RCP8.5情景逐渐增大,叶尔羌河年径流存在一定增加,但幅度并不显著;开都河年径流变化不大;塔里木河上游三源流径流在未来均呈现明显丰水状态;开都河径流呈现丰枯交替现象。研究结果可为流域水资源规划和管理提供重要参考。     

基于SDSM的赣江流域未来降水与气温的时空变化分析

利用赣江流域6个气象站数据(1961年～2005年)和NCEP再分析资料,建立了气候要素的SDSM降尺度模型,并将模型应用于Can ESM2模式的RCP4. 5情景,得到了流域未来气温与降水的变化趋势。即SDSM降尺度模型对赣江流域气温的模拟效果较好,降水略差;赣江流域未来降水均呈增加的趋势,降水空间分布基本呈南低北高趋势;未来气温均呈增加的趋势,各时期最高气温稍大于基准期;各时期最低气温稍大于基准期;赣江流域未来不同季节的平均气温均大于基准期;赣江流域未来气温空间分布呈现南高北低,西高东低的趋势。     

钱塘江流域未来降水趋势分析

利用美国环境预报中心(NCEP)的全球再分析资料和钱塘江流域6个气象站40多年的观测资料,建立了钱塘江流域统计降尺度模型。然后将IPCC AR5提供的大气环流模式Had GEM2-CC在RCP4.5情景下的结果输入统计降尺度模型,得到流域未来几十年的月平均降水情况。结果表明,海平面气压、地面气温、500 h Pa、850 h Pa位势高度场和500 h Pa、850 h Pa比湿这6个因子与降水有较为密切的联系,并且区域降水特征与当地地理位置、地质地貌等特征有明显关系。钱塘江流域未来几十年的年降水量呈现波动增加趋势,各站点年平均统计降水量增加速率为每年0.216 mm。     

东江流域降水演变特征及其影响因素分析

利用东江流域河源、连平、惠阳、增城、深圳5个代表站1953—2012年的逐月降水、气温、日照和风速资料,运用线性趋势估计、Mann-Kendall非参数检验、R/S分析法以及相关、偏相关分析研究了东江流域的降水变化特征及其影响因素。研究结果表明,近60年来,东江流域降水呈不显著增加趋势,整体上有较明显的丰、枯变化。深圳站降水呈减少趋势,连平、惠阳和增城站呈增加趋势,其中增城站降水增加趋势最为明显(32.95 mm/10 a);R/S分析结果显示各站降水变化均呈不显著的持续性,M-K检验结果显示除深圳站外其他4站降水均有较明显突变。同时,研究发现东江流域降水与日照、风速呈不同程度的负相关,而气温对降水的影响相对较弱;海拔高度对降水也有较明显的影响。研究成果可为气候变化背景下的东江流域水资源管理提供参考依据。     

多模式下泾河上游流域未来降水变化预估

利用站点实测资料、GCMs 月数据对 GCMs 进行秩评分评估排序, 从 21 种 GCMs 模式优选出的 6 种 GCM模式的日数据、6 种 GCM 集成的气候模式、站点实测资料和 NCEP 再分析资料构建统计降尺度模型 SDSM, 预估泾河上游流域的未来降水变化。结果表明: 构建的降尺度模型对降水模拟较为可靠, 率定期各模式决定系数 R2 为 0.228~ 0.324, 标准误差为 0.354~ 0.450, 率定期和验证期模拟月均降水与实测值年内分布相近。在降尺度性能评价中集成模式表现最好。在 RCP 4.5 情景下, 泾河上游流域未来降水大多数模式和集成模式呈增加趋势, 到 2030 年泾河上游流域降水量将增加 4.8% , 且当地的春季雨量会增加, 夏季雨量会减少。     

气候变化对龙刘梯级水库群发电量的影响

气候变化和人类活动共同导致流域或区域水资源供需矛盾加剧。面对日益加剧的气候变化,厘清气候变化对梯级水库群发电调度规则的影响十分重要。以黄河上游龙刘梯级水库群为研究对象,首先,采用Mann-Kendall突变检验方法对梯级水库控制断面唐乃亥和小川水文站径流序列进行突变检验,在此基础上构建黄河上游融雪径流模型(HBV),并对其进行模型参数校准和验证;其次,采用统计降尺度方法(SDSM)对2种气候模式(CanESM2和GFDL_ESM2G)下的3种气候变化情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)进行降尺度处理,并模拟未来黄河上游径流量;最后,构建黄河上游梯级水库群发电量最大模型,揭示气候变化对梯级水库群发电量的影响。结果表明,黄河上游唐乃亥和小川水文站的径流突变年份分别为1989年和1985年。不同气候模式下未来枯水期径流量均显著减少,丰水期显著增加。气候变化将导致未来近期梯级水库群发电量增加,远期增加不显著。     

基于CMIP5模式和SDSM的抚河流域未来气候要素模拟与预估

为了解变化环境下的流域未来气候要素变化趋势,以抚河流域为研究对象,利用该流域两个气象站的1961—2005年水文逐日气温、降水和NCEP再分析数据等资料,建立了SDSM降尺度模型,并对未来的温度与降水研究。将模型应用于CanESM2模式下3种RCP排放情景,得到了流域未来气温与降水的变化趋势。结果表明SDSM模型对温度的模拟效果好于对降水的模拟效果,3种情景下未来温度总体呈现上升趋势,最低温度上升幅度高于平均温度和最高温度上升幅度;各情景下增温幅度2080s2050s2020s,2080s平均增温3.0℃;未来降水总体表现为减少趋势,局部表现为震荡趋势,减少主要集中在夏、秋季,其中5-6月降水减少量普遍较大,在30mm以上,而冬季降水量增幅在50～90mm;总体来说,抚河流域未来气温将持续上升,降水量呈现下降趋势,干旱形势严峻。     

气候变化条件下流域径流演变趋势分析

为了预测流域未来径流演变趋势,通过主分量分析、降尺度模型和SWAT模型,预测分析了流域在大气环流模型(GCMs)A2/B2气候情景下2010—2099年的日最高最低气温、日降水和月径流量。主分量分析提取大尺度下气候预测因子的主成分,降尺度模型利用提取的主成分预测站点的最高最低气温和降水,SWAT模型利用预测的站点数据计算未来径流量。结果表明,A2/B2两种气候情景下流域未来气温呈波动上升趋势,降水、径流均呈波动下降趋势,其中B2情景变化幅度大于A2情景。     

CMIP5多模式下中国不同流域植被动态变化预测

植被动态变化研究对于了解全球气候变化具有重要意义。利用1982～2015年中国区域的植被归一化指数NDVI、降水和潜在蒸散发数据,构建植被动态预测模型,从水分亏缺的角度,分析降水和潜在蒸散发对植被的影响,结合CMIP5模式提供的两种情景(RCP 4.5和RCP 8.5),预测未来的植被动态变化。结果表明：RCP 8.5情景下的NDVI增加程度大于RCP 4.5情景。在RCP 4.5情景下,未来春季、夏季、秋季和生长季的NDVI平均增量分别为0.02,0.09,0.11和0.07;而在RCP 8.5情景下,未来春季、夏季、秋季和生长季的NDVI平均增量分别为0.06,0.09,0.12和0.08。未来中国不同流域的植被覆盖程度均出现增长,西南诸河流域的植被覆盖程度增长显著,而未来内陆河流域的植被覆盖程度增长较小。