未来气候情景下兰江流域径流响应模拟

通过耦合SWAT水文模型和SDSM统计降尺度模型,研究全球气候变暖背景下兰江流域未来气候及其径流响应。选用2008～2019年兰溪水文站径流资料建立月尺度SWAT模型,将2030～2100年CanESM2模式RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景数据降尺度到兰江流域各气象站点,生成未来气候数据并输入到已校准的SWAT模型,模拟未来气候变化下的径流响应。结果表明,未来兰江流域径流呈上升趋势,RCP8.5情景增幅最大,RCP2.6情景次之,RCP4.5情景涨幅最小。各时段年径流量呈不同变化趋势,RCP2.6情景下为增至峰顶后稳定,RCP4.5情景下为增至峰顶后减少,RCP8.5情景下为持续上升态势。     

基于CMIP5模式预估长江上游流域气温及降水时空特征

针对8个气候模式模拟的降水量较观测值系统偏大、模拟的平均气温较观测值系统偏小的问题,采用双线性内插降尺度方法及等距离分位数误差修正方法来减小系统误差,修正后的模拟效果均得到了大幅改善,且多个模式集合平均的模拟效果优于各个模式。基于长江上游82个气象站点的气象数据,利用修正后的8个模式预估长江上游2006～2099年降水、气温的变化情况。结果表明,在RCP4.5和RCP8.5情景下,8个气候模式模拟的长江上游未来时期的降水、气温均呈增加趋势,气温呈显著性增加;RCP4.5情景下的降水、气温增加趋势逐渐减弱,RCP8.5则逐渐增强,且RCP8.5的年际波动更大,4、5月的升温幅度要低于其他月份,且RCP8.5情景下的升温趋势要高于RCP4.5。两种情景下流域降水空间分布不均,呈东部及盆地多川西高原少、南多北少。冬季的降水线性趋势低,夏、秋季区域变化比较明显;秋、冬季的升温幅度要高于春、夏季。     

珠江流域2015～2100年降水及气温的时空变化预测

为提供珠江流域可靠的水文气象信息,分别采用算术平均法(AM)和贝叶斯模型平均(BMA)集合预测方法预测1997~2005年的月均降水和月均气温,并与实测结果进行了对比,验证了BMA的优越性。接着采用BMA方法,结合第5次耦合模式比较计划(CMIP5)的数据,预测了珠江流域在RCP2.6、RCP8.5两种情景下2015~2100年的月均降水和月均地表气温。结果表明,除RCP8.5情景下的月均降水呈轻微下降趋势外,其他均呈上升趋势;在RCP8.5情景下的夏季,月均气温、月均降水的空间变化差异显著,月均降水的线性增长趋势的空间变化趋势与月均降水在该流域空间分布总趋势相一致,而月均气温则与其相反。研究成果为BMA方法应用于流域水文气象信息长期预测提供了依据。     

气候变化情景下广西参考作物腾发量估算及时空分布

气候变化条件下参考作物腾发量(ET0)的估算及其时空分布规律的预估可为灌区渠系合理配置及水资源优化调度提供参考依据。以广西壮族自治区为例,采用地区校正后的Hargreaves-Samani模型结合HadGEM2-ES全球气候模式RCP2.6、RCP8.5两种情景下2017～2100年研究区内21个站点的预估气温数据及反距离权重插值法(IDW),推求气候变化情景下研究区未来多年平均ET0及其时空分布规律。结果表明,RCP2.6、RCP8.5两种情景下未来广西区内年均ET0值均有不同程度地增长,且具有空间异质性,RCP2.6情景下2071～2100年广西大部分地区年均ET0较基准期(1970～2016年)增加量在80～120mm之间,而RCP8.5情景下2071～2100年广西年均ET0的增量均在120mm以上。     

未来气候变化对赣江上游区极端径流影响预估

受气候变化影响,近年来赣江上游区洪旱灾害频发,但缺少综合评估未来气候变化情景下赣江上游区极端径流演变特性。采用IPSL-CM5A-MR气候模式模拟的RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5排放情景下的气候数据经统计降尺度,驱动栅格型新安江水文模型,预估未来气候变化情景下赣江上游区极端径流的演变趋势。结果表明,栅格型新安江水文模型能合理地模拟赣江上游峡山站的历史日流量过程和极端径流;3种排放情景下极端高流量较基准年呈显著的增大趋势,RCP 2.6情景最为明显;3种排放情景下极端低流量较基准年明显减小,RCP 4.5情景极端低流量减幅最大。结果可为适应气候变化的水资源管理提供依据。     

基于SDSM-SWAT模型的汉江上游径流变化模拟

为分析汉江上游流域径流对气候变化的水文响应过程,耦合了SWAT水文模型和SDSM降尺度模型,选用石泉和黄家港水文站1990～2005年历史月径流资料,对水文模型进行率定和验证,并将2011～2100年CanESM2模式下低等排放情景(RCP2.6)和高等排放情景(RCP8.5)两种情景输出因子降尺度到汉江上游流域各站点,生成未来气候情景数据,模拟流域未来气候变化下的径流响应过程。结果表明,SWAT模型在该流域径流模拟中具有很好的适用性;未来流域径流会呈现增加态势,RCP8.5情景较RCP2.6情景变化剧烈,且未来各月径流相对基准期变化更加剧烈,这为流域水资源管理与保护提供了参考与支持。     

气候变化对于桥水库径流影响研究

为研究气候变化对于桥水库径流的影响,耦合BP神经网络构建的径流模型和国际模式比较计划第五阶段(CMIP5)中的气候模式,通过偏差校正和空间缩减(BCSD)降尺度方法预测了天津市水源地于桥水库流域的气温和降水量降尺度,选取RCP4.5和RCP8.5两种情景作为径流模型的输入,预测气候变化下于桥水库径流变化趋势。结果表明,BP神经网络径流模型收敛速度快,模拟精度高,均方误差为0.013 32,模拟的相对误差不到10%,可用于于桥水库的径流模拟;BCSD降尺度方法对该区域模拟效果较好,于桥水库未来气温和降水均呈增加趋势,径流相较基准期有7.10%、10.20%的增幅。研究成果有利于掌握不同气候情景下对于桥水库未来径流影响,亦为该地区水库环境管理提供科学依据。     

变化环境下非一致性极端水文事件的模拟及预测

在气候变化与高强度人类活动综合作用下,洪水事件的时空格局发生了变异,洪水序列的不一致性导致流域洪水设计值难以界定,应对难度加大。为研究变化环境下洪水特征的非一致性,更好地估计洪水特征变化,以汉江流域为例,运用GAMLSS模型,以时间、气象因素(气温和降水)和人类活动(水库指标)为协变量,对汉江流域1951～2005年的最大洪峰流量序列进行非一致性频率分析,并基于CMIP5模式下两种典型浓度路径RCP2.6、RCP4.5情景下的输出数据,利用率定好的最优非一致模型模拟未来变化环境对汉江流域最大洪峰流量的影响。结果表明,构建的具有物理意义的非一致性模型可较好地模拟汉江流域洪水过程的非一致性特征,且该模型在一定程度上能适应环境变化;在RCP2.6、RCP4.5两种情景下,汉江流域的年总降水和年均气温在2006～2100年呈上升趋势;在不考虑汉江流域未来水利工程继续建设的情况下,气候变化在未来将会导致流域洪水风险进一步增加。     

基于RUSLE的未来降雨条件下江苏省沿江地区土壤侵蚀预估

近年来极端气候事件频发,多地区强降雨的增多加重了土壤侵蚀程度。采用世界气候研究计划组织的耦合模式比较计划第五阶段实验计划(CMIP5)中BCC_CSM1.1模式在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候变化情景下的未来降雨降尺度输出结果,结合GIS和修正的通用土壤流失方程(RUSLE)预估江苏省沿江地区未来土壤侵蚀程度,并分析未来不同气候变化情景下土壤侵蚀与降雨的相关性及空间分布特征。结果表明,不同气候变化情景下,江苏省沿江地区的平均土壤侵蚀模数为1.58~1.65t/(hm^2·a),土壤侵蚀总量为764.70×10^4~794.65×10^4t/a,土壤侵蚀占总土地面积的32.503%~32.504%,土壤侵蚀烈度与降雨量大小呈正相关。     

HadGEM2-ES气候模式下黄淮平原典型区域作物灌溉需水量响应

基于最新的CMIP5中HadGEM2-ES全球气候模式预估数据,研究黄淮平原典型区域中牟县作物灌溉需水量对未来气候变化的响应。根据HadGEM2-ES全球气候模式预估的逐日降水、气温数据,结合研究区气象历史资料,建立气象要素统计降尺度模型,预测RCP8.5、RCP4.5、RCP2.6高、中、低三种排放情景下研究区气象要素,并由Penman-Monteith公式计算主要作物冬小麦和夏玉米的灌溉需水量,分析作物灌溉需水量对未来气候变化的响应。结果表明,未来气候情境下,气温升高,蒸发量增大,降水量有所增加,导致研究区冬小麦灌溉需水量减少,夏玉米灌溉需水量增大。从三种气候情景的平均预测结果来看,未来15年冬小麦灌溉需水量减少10.73%,夏玉米灌溉需水量增加14.23%;未来35年冬小麦灌溉需水量减少15.74%,夏玉米灌溉需水量增加18.03%。     

Projection of global wind and solar resources over land in the 21st century

This study modelled projected spatiotemporal changes in global wind and solar resources over land in the 21^st century under the RCP2.6 and RCP8.5 climate scenarios using an ensemble mean drawn from 11 Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5 (CMIP5) models. These models’ performances were verified by comparing historical global near-surface wind speed and downward surface solar radiation over land. Compared to the baseline historical period 1985–2005, the distribution of relative projected changes in global wind and solar resources had great spatial and seasonal discrepancies. Under both climate scenarios, projected wind resources throughout the 21^st century presented a decreasing trend in Asia and Europe but an increasing trend in the low-latitude Americas. In comparison, projected global solar resources over land generally showed an increasing trend throughout the 21^st century, especially in Europe, eastern Asia, and eastern North America. Moreover, wind resources in the Americas had their most significant decrease and increase in January and July, respectively, while in Asia and Europe the decreasing trend as most prominent in January and October, respectively. The most significant increases in solar resources in the Americas, Asia, and Europe happened in October and July, respectively. Discrepancies between the variation trends of future global wind and solar resources suggest the complexity and nonlinearity of these resources’ responses to future climate change.     

Projections of future changes in solar radiation in China based on CMIP5 climate models

Surface solar radiation research is important for understanding future climate change and the application of large-scale photovoltaic systems. We used the coupled model intercomparison project phase 5 (CMIP5) under the RCP8.5 scenario to project potential changes in surface solar radiation, surface temperatures, and cloud fractions between 2006 and 2049 in China, as well as how these changes may affect photovoltaic power generation. The results show that the following. (1) For surface temperatures, the median trends of all considered models show warming in China of 0.05 K/year. The maximum positive trends for all-sky radiation appear in the southeast of China, reaching 0.4 W/m²/year. Cloud cover exhibits a mainly decreasing trend in the overall region of China. (2) The all-sky radiation of most selected regions shows a decreasing trend. The maximum negative value (− 0.08 W/m²/year) appears in Qinghai. (3) Compared with the average photovoltaic power output from 2006 to 2015, the photovoltaic power output in western China will decrease by − 0.04 %/ year, while photovoltaic power output in southeastern China will increase by 0.06–0.1%/year.     

基于光伏组件的太阳能资源观测

鉴于太阳能资源的测量和评价是太阳能开发利用的重要基础,按照光伏电池两种主要安装方式(倾斜固定和太阳跟踪),利用单晶、多晶和非晶三种典型的光伏组件设计进行了太阳能光伏资源观测试验,获得了各季节典型晴天条件下各类型光伏组件辐照度的日变化特征和倾斜面光伏组件一年中月均每日可发电量的极大值、极小值及其月份。通过对比各类型光伏组件在太阳跟踪器上和纬度倾斜面上光伏辐照度变化,得出跟踪光伏组件日均光伏曝辐量与倾斜光伏组件日均光伏曝辐量的相比较优势。根据光伏组件的观测结果推算出各类型光伏组件的光伏反演辐照度,与气象辐射观测用总辐射表的总辐射辐照度趋势非常一致,在太阳能光伏主要利用时段相对误差基本在10%以内。     

气候变化背景下未来中国近海风能资源预估

利用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)资料对气候变化背景下未来中国近海风能资源开展预估,研究表明SSP245和SSP585这2种代表性情景下2015—2100年南海中北部大部分海域出现风速增大的趋势,东海大部分海域表现出风速减小的趋势,而黄、渤海的风速变化则相对较弱;SSP585情景下风速变化方向与SSP245情景相同,幅度和显著性均有明显增强;SSP585情景下21世纪中期2041—2060年相对于历史气候时期1991—2010年,南海中北部的风功率密度和容量系数的相对变化极值分别达到约8%和6%,东海各要素的相对变化极值分别约为-12%和-9%,而中国大陆离岸100 km以内海域各要素的变化在±5%以内。     

气候变化背景下未来中国近海风能资源预估

利用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)资料对气候变化背景下未来中国近海风能资源开展预估,研究表明SSP245和SSP585这2种代表性情景下2015—2100年南海中北部大部分海域出现风速增大的趋势,东海大部分海域表现出风速减小的趋势,而黄、渤海的风速变化则相对较弱;SSP585情景下风速变化方向与SSP245情景相同,幅度和显著性均有明显增强;SSP585情景下21世纪中期2041—2060年相对于历史气候时期1991—2010年,南海中北部的风功率密度和容量系数的相对变化极值分别达到约8%和6%,东海各要素的相对变化极值分别约为-12%和-9%,而中国大陆离岸100 km以内海域各要素的变化在±5%以内。