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。     

基于SDSM模型的博斯腾湖流域水资源变化模拟

全球气候变暖对陆地水循环会产生重大影响,统计降尺度方法是解决大尺度气候信息和小尺度水文响应的空间尺度不匹配问题的有效方法之一。文章采用SPEI指数与SDSM(Statistical Down-Scaling Model)方法,进行流域气候变化特征量的降尺度研究。结果表明:近50 a来,塔里木河流域SPEI指数呈显著上升趋势并在1986年发生突变;博斯腾湖水位变化与流域SPEI指数变化具有一致性,湖水位在1955—1986年以下降为主,1987—2002年以上升为主;SDSM模型的气温模拟能力较好,对日降水的模拟值偏小,未来日均、日最高气温在A2、B2两种情景下均呈上升趋势,日最低气温在B2情景下呈下降趋势;2种情景下的年降水量在2020年和2030年均呈下降趋势;在A2情景下,开都河出山口日径流量呈下降趋势;在B2情景下,日径流量在2010年时段呈增加趋势,在2020年和2030年呈持续下降趋势。     

气候变化影响下的赣江流域水资源变化趋势与幅度分析

利用全球气候模式输出结果,经统计降尺度模型降解后得到流域尺度的降水和气温要素,根据实测资料建立气温—蒸发回归关系以及新安江水文模型,使用耦合模拟和MK趋势分析评估未来气候变化情景下赣江流域水资源量的变化趋势和幅度。研究结果表明:未来不同排放情景下的年降水量、年蒸发量和年径流量等水文气候要素变化趋势以显著增加为主。未来年降水量、年蒸发量和年径流量的多年平均值相对基准期有较小幅度增加,最大增幅为年径流量的13.81%。降水、蒸发和径流的年内变化有明显的季节性特征,汛期径流增加、非汛期径流减少的不均匀情况加剧,在一定程度上可能增加赣江流域未来的防洪压力和枯水期供水压力。     

气候变化情景模式下大洋河径流响应研究

为定量分析气候变化情景模式下大洋河径流响应规律,利用分布式水文模型SWAT模型,基于大洋河沙里寨水文站2000-2010年水文数据以及沙里寨水文站以上集水区域各降雨站点2000-2010年降雨数据对SWAT模型进行率定和验证。基于率定后的SWAT模型,通过设定4种气候变化情景模式(假定气温℃,降水量变化),定量分析不同气候变化情景模式下大洋河径流响应规律。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差在10%以内,确定性系数达到0.85以上;在降水不变情况下,气温升高2℃,流域径流减少4.09%,而气温降低2℃,径流增加3.01%;在气温不变情况下,降水量减少10%,流域径流量减少5.23%;降雨量增加10%,流域径流量增加5.11%。     

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。     

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。     

东洋河流域土地利用及气候变化对径流的影响

为分析东洋河流域土地利用与气候变化对径流的影响,选用SWAT分布式水文模型,通过情景分析法模拟变化环境下流域的径流响应。结果表明:①SWAT模型在东洋河径流模拟过程中具有较好的适用性且不确定性较小。②按现有土地利用和气候变化趋势,单一因子和共同作用对径流均有削减作用(即水文负效应),将会造成下游用水形势更加严峻,并影响整个洋河流域的生态环境。③未来气候变化情景中,径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。④极端土地利用情景中,增加耕地和林地使年均径流量减少,增加草地使径流量增加。⑤影响未来流域年均径流的主要因素是气候变化,土地利用变化的影响相对较弱。土地利用的变化对调蓄径流有一定作用,可缓解气候变化带来的水文负效应,有助于流域水资源的科学管理。     

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。     

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。     

东辽河流域未来降雨和气温变化趋势分析

文章采用统计降尺度模型SDSM,在东辽河流域建立大气环流因子与站点气候要素数据序列之间的统计关系,将GCM输出的未来气候情景降尺度到气象站点,生成各站点未来气候要素序列,分析东辽河流域未来日平均气温、日最高和最低气温、日降雨量的长期变化趋势,为进一步研究未来气候变化情景下东辽河流域的水资源及水质状况提供研究基础。     

饶河流域未来水资源量变化预测分析

利用景德镇气象站1961-2001年的实测降水、气温数据以及NCEP再分析数据,建立饶河流域降水、气温的SDSM统计降尺度模型;根据IPCC AR4排放情景特别报告中的A2和B2情景,对HADCM3输出数据进行降尺度处理,预测饶河流域未来时段(2010-2099年)的降水、气温变化情况;与新安江模型进行耦合,得到未来时段饶河流域的水资源量。结果表明:饶河流域未来水资源量持续减少,且A2情景比B2情景的降幅更大,至2080s时期(2070-2099年)昌江支流最大降幅可达31.01%。     

海河流域径流演变规律及其对气候变化的响应

根据海河流域长系列水文气象资料,对流域内年径流量的演变趋势、突变特征和周期性规律进行分析,同时选取降水量和气温这两项重要的气候要素,建立海河流域年径流与降水、春夏气温的统计回归模型,计算未来A1B、A2和B1三种气候条件下的径流量,从而分析径流量对气候变化的响应。     

基于模型联用评估气候变化对径流特征的影响

应用流域模型与气象发生器模型联用的方法,评估了未来气候变化对泾河源头流域径流量的影响。使用泾川水文站2006—2014年的实测月流量资料,校准并验证了通用流域污染负荷模型(GWLF)的水文传输参数集。使用崆峒气象站1955—2014年逐日气象资料,对气象发生器(LARSWG 5)模型参数进行了率定与评估。基于HADCM3气候模式结果,针对IPCC定义的A1B、A2、B1三种温室气体排放情景,使用校准后的LARSWG 5模型进行降尺度分析,生成反映研究区域21世纪50年代和21世纪80年代气候状态的日降水与气温序列,并将其作为输入数据代入校准后的GWLF模型,分析对应时间段流域径流特征的响应变化。结果表明:未来气候变化会显著影响泾河源头流域径流过程,流域蒸散发作用会随气温升高而显著增强,水体经由地表径流进入河道的通量会增大,而经由浅层地下潜流的通量会减小,未来流域水量的增大主要集中在秋冬季节。     

基于SWAT模型的秦淮河流域气候变化水文响应研究

为了解气候变化对水文水资源的影响机理,以秦淮河流域为研究区构建SWAT模型,使用SWAT-CUP对模型进行参数敏感性分析、率定及验证,并采用任意假设法设计未来气候情景,分析温度及降雨变化对流域径流及实际蒸散发量的影响。结果表明:模型在月径流模拟中具有较高的精度,适用于秦淮河流域气候变化下的水文响应研究;气温降低或降雨量上升都会引起流域径流量增加,反之则减少;实际蒸散发量与降雨量正相关,而实际蒸散发量对气温变化的响应不明显;平水年径流量对降雨量变化的响应较强,枯水年径流量对温度变化的响应较强;枯水年实际蒸散发量对降雨量变化的响应较强。     

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。     

气候变化和都市化双重驱动下流域未来水文响应

近年来,受气候变化和人类活动的共同影响,流域的气候和水文状况发生了显著改变,分析变化环境下未来水资源演化格局成为当前国内外学者关注的重点研究内容之一。以柘溪水库流域为研究区域,利用人文因素和自然因素作为土地利用变化的驱动因子构建土地利用模型,采用MIROC5气候模式多个情景作为未来气候典型代表,利用分布式水文模型分析了气候变化和都市化双重驱动下的流域未来水文响应。结果表明:都市化发展明显增加了流域地表径流,减少了地下径流;而气候变化对水文响应驱动力比都市化对水文响应的驱动作用更强。     

丹江口水库未来径流变化趋势预测研究

应用统计降尺度法将全球气候模式和两参数月水量平衡模型进行耦合，研究未来A2气候情景下丹江口水库径流变化趋势。首先应用统计降尺度法在CGCM2和HadCM3模式下分别预测未来汉江流域上游的月降水和气温情况，然后将它们输入两参数月水量平衡模型，模拟预测丹江口水库的月径流过程。结果表明，在CGCM2气候模式下，丹江口水库径流在2020s和2050s时段比近期减少，2080s时段比近期增加；在HadCM3气候模式下，丹江口水库径流在未来三个时段均比近期增加。     

气候变化对乌裕尔河流域水文特性的影响

对两参数月水量平衡模型进行改进,加入融雪径流模块,经验证,模型适用于乌裕尔河流域。建立了以最高气温、最低气温、降雨和风速为变量的蒸发皿蒸发估算模型,实现了气候模型结果与水文模型的连接。利用CS IRO-M k2和CCSR/N IES两个模型模拟结果加权平均,模拟未来气候变化,探讨了水文要素对气候变化的响应。结果表明:在未来四种温室气体排放情景(SRES A 1,A 2,B 1,B 2)下,最高气温、最低气温和降水呈显著的上升趋势,而风速则呈显著下降趋势;径流深和径流系数在四种情景下都有显著上升趋势,置信水平排序为A 2>A 1>B 1>B 2;敏感性分析和趋势检验结果证明了降水是影响径流的最主要因素。     

岷沱江流域径流对气候和土地利用变化的响应

为探究岷沱江流域径流对气候和土地利用变化的响应,构建了岷沱江流域SWAT分布式水文模型,并采用情景分析方法从时空尺度上定量分析了1981-2014年间岷沱江流域气候和土地利用变化对径流量的影响。结果表明:SWAT模型在岷沱江流域适用性较好,可用模型模拟流域径流;气候和土地利用变化均引起流域径流量减少,且气候变化的影响强度显著大于土地利用变化的影响强度,气候和土地利用变化分别对流域内大渡河和沱江径流量影响最大;仅考虑气候变化,流域径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系,气候变化对流域内大渡河径流量影响最大;仅考虑土地利用变化,将流域坡度25°以上耕地转化为林地和坡度15°～25°之间的耕地转化为草地,均会引起流域径流量的微弱减少,分别对流域内大渡河和岷江径流量影响最大,而将全部林地转化为草地则会导致流域径流量的微弱增加,大渡河径流量增加最大。     

基于SDSM的疏勒河流域气候变化统计降尺度研究

疏勒河流域属于气候变化敏感区和生态脆弱区,开展该流域未来气候变化研究,对于水资源合理利用及生态环境保护具有重要意义。为预估该流域的未来气候变化,采用SDSM(statistical downscaling model)模型,根据6个地面气象站41年(1961—2001年)的观测数据、NCEP数据和Had CM3模式模拟数据开展未来气温和降水降尺度研究。结果表明:SDSM对气温的月值模拟精度较高,各站月平均气温纳什效率系数均在0.98以上;SDSM对降水的月值模拟值较实测值整体偏高,模拟效果最好的托勒站月累计降水的纳什效率系数达到0.6。SDSM能较好地模拟气温的年际变化,模拟的年际变化趋势与实测值相差不大;但SDSM对降水的年际变化模拟较差,一些站点的变化趋势方向相反,趋势模拟最好的站点为托勒站和瓜州站。根据SDSM预估结果,与1961—2001年平均值相比,2020—2039年各站点的平均气温均有所升高,A2情景下升幅为(0.8~1.9)℃,B2情景下升幅为(1~2)℃;降水在A2和B2情景下差别不大,其中托勒站减少约54 mm,马鬃山站增加6 mm。研究发现,除托勒站外,疏勒河流域与预报变量相关性最高的预报因子并不在站点所在网格,而是其东侧网格,其原因有待进一步研究。