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。     

气候与社会经济变化下抚河流域氮磷负荷变化

目前对氮磷预估的研究主要是基于气候变化和社会经济不变的假定,缺少考虑社会经济动态变化对氮磷负荷的影响。为研究气候和社会经济共同作用下氮磷负荷的变化,选取第六次耦合模式比较计划(CMIP6)中情景完善的5个气候模式中的7个气候情景SSPs(SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP4-3.4、SSP4-6.0、SSP5-8.5),采用SWAT水文模型模拟分析了气候变化和社会经济变化共同作用下抚河流域2021～2050年氮磷负荷相对基准期(1995～2014年)的时空变化特征。研究结果表明：(1)社会经济变化是氮磷负荷变化的主要影响因素,但1981～2020年气候对总氮负荷变化的贡献率从14.4%上升到18.2%,对总磷负荷变化的贡献率从13.5%上升到17.8%,表明气候变化对总氮总磷负荷的影响在增加,社会经济变化对总氮总磷负荷的影响减小。(2)抚河流域多年平均总氮负荷量约9 333.4 t, 1995～2014年以-113.7 t/a速率呈显著下降趋势;相对于基准期,流域总氮负荷量在2021～2050年预计呈显著减少趋势。空间分布上,总氮负荷主要集中...     

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。     

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。     

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。     

RCP情景下都柳江上游气候变化及径流响应分析

建立都柳江上游三水源新安江月水文模型,根据1968-2004年历史降雨、蒸发及径流数据运用遗传算法来率定和优选敏感参数,使用降尺度GCM数据驱动模型得到不同RCP情景下的流域未来月平均径流,并通过线性拟合方法分析都柳江上游未来气象要素及模拟径流过程。结果表明:2020-2099年都柳江年平均降雨基本处于稳定状态,年平均气温和蒸发呈波动增长,局部短时段下降。流域径流流量总体低于历史平均值,年际间波动降低,年内分布不均,主要集中在5-10月份。     

金沙江中上游流域未来径流模拟研究

为了探究金沙江中上游流域未来径流变化趋势,为流域防洪规划提供依据,基于SWAT水文模型,选用CMIP5数据集建立未来时段的全球气候模式,从时间和空间尺度解析研究区2022—2050年径流变化趋势。结果表明：流域2022—2050年降水量和平均气温均高于基准期,并且呈现上升趋势,其中流域南部降水量增幅较大,流域北部气温增幅较大。在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5 3种气候情景下,2022—2050年年径流量均呈现增大趋势,变化率分别为5.79×10⁸、5.53×10⁸、2.99×10⁸ m³/a。相较于基准期,未来春季和秋季径流量呈现减少趋势,夏季和冬季径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅达到了10%。流域产流量呈现从西北到东南依次增加的特点,相较于基准期,流域南部产流量均呈现增加趋势。未来径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅较大,可能会发生冬汛等极端水文事件,流域南部受洪水威胁的可能性进一步增大。     

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。     

金沙江流域径流特性变化及影响分析

以金沙江流域屏山站55 a(1950～2004)水文资料为基础,研究了流域内径流的变化特征。运用多种统计方法较系统地分析了屏山站径流的年内、年际变化规律及影响流域径流变化的因素。结果表明,流域径流年内分配不均匀系数Cvy的值介于0.05～1.49之间,且有减少趋势。径流的年际变化剧烈,丰水时段与枯水时段交替出现,由年降水—径流双累积曲线及回归分析可知,降水是影响流域径流变化的主要因素,人类活动对径流变化影响较小。     

气候变化对喷赤河径流过程的影响研究

为更好地应对气候变化对塔吉克斯坦积雪冰川流域水文水资源的影响,以塔吉克斯坦的喷赤河流域为研究区,采用假设情景法设定气候变化情景,基于融雪型新安江模型对该流域1981—1990年的径流进行模拟,以期定量分析流域径流对气候变化的响应程度。结果表明:1仅气温升高时,该流域多年平均径流随之增大,且1990年增幅最大;仅降水增大或减小20%时,年径流也相应地增大或减小,且1982年的径流受降水影响最明显,1986年受影响较小。2仅气温上升时,各月月均流量相应增大,增幅最大的月份为5月,增幅最小的为1月;仅降水变化时,径流的变化与它完全呈正相关关系,3月径流变化率最大,6月和10月最小。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

金沙江上游气温变化及其水文响应分析

分别运用Mann-Kendall检验法和Spearman秩次相关检验法,对金沙江上游7个站近50年的气温变化及其在该流域出口的水文响应按照不同的时间尺度进行了计算与分析。最终得出金沙江上游7站平均气温呈0.31℃/10 a逐渐增加的趋势,且增加显著,21世纪初气温增幅明显增大,突变多发生在20世纪80年代之后。流域出口的水温呈增加趋势;降雨量变化趋势不明显;年平均流量有微弱增加,变化趋势也不明显;蒸发量年际以及季节变化趋势明显,呈显著下降趋势。     

西北地区陆地生态系统未来生态需水量预估EI北大核心CSCD

采用偏差校正空间分解(BCSD)法对CMIP6的5个GCMs数据进行降尺度处理,基于考虑CO_(2)浓度影响的Penman-Monteith公式与有效降水计算方法,结合单作物系数法与saxton方程,预估了中等强迫(SSP2-4.5)和高强迫(SSP5-8.5)气候情景下西北地区生态需水量与生态缺水量的变化。结果表明:西北地区未来生态需水量在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下分别以3.83亿、6.95亿m^(3)/a的趋势上升;21世纪末期(2070—2100年)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下年生态需水量均值分别为5679亿、5881亿m^(3),年有效降水量均值分别为3985亿、4106亿m^(3),年生态缺水量均值分别为1732亿、1798亿m^(3);西北地区整体上处于水分亏缺状态,缺水格点占比为60.2%,主要分布在新疆北部和西部、青海中部以及陕西、甘肃、宁夏的绝大部分区域。     

抚河流域极端降水变化及其对输沙量的影响

本文基于抚河流域1960—2018年逐日降水和输沙量的历史数据,分析极端降水变化规律及其对输沙量的影响。结果表明:抚河流域8种极端降水指数均呈增长趋势;8种极端降水指数空间上总体呈现“北高南低”“东高西低”和“南高北低”三种格局;抚河输沙量呈不显著减小趋势(Z=-1.48),人类活动是流域输沙量减小的主导因素;极端降水指数和输沙量呈正相关,总体上存在1年、4年、16年的周期性显著共振关系。     

变化环境下雅砻江流域水文极值演变及不确定性分析

为了探讨环境变化前后雅砻江流域的水文极值演变特征及不确定性,以雅砻江流域雅江水文站和洼里水文站为代表站,基于年极大值和超门限阈值样本,结合序列变异理论、多种极值统计模型(GEV、GPD、P-III)和轮廓似然函数参数估计及不确定性分析方法,分析了变化环境下雅砻江水文极值序列演变特征。结果表明:受气候变化和人类活动的影响,雅江水文站和洼里水文站环境变化前后的最优分布线型由P-III型分布转变为GEV分布。环境变化后的水文极值序列相应设计流量增大,重现期变小。设计值估算中,重现期越长,相应设计流量的不确定性也越大,其中参数的不确定性对于设计值的影响最为显著,但极值选样及分布函数的不确定性也不容忽视。轮廓似然函数法的使用可有效降低设计值不确定性,基于极值理论与轮廓似然函数估计法进行变化环境下水文极值演变分析可提高设计值的可靠性。研究成果可为雅砻江流域水库设计管理及防洪规划等提供参考。     

中亚瓦赫什河上游源区气候水文要素演变特征

为研究全球变化背景下中亚河流源区气候水文变化,基于中亚跨境河流瓦赫什河上游源区1955—2017年气象水文数据,分析了流域内气候水文要素演变特征及流量变化主要控制因子。结果表明:瓦赫什河上游源区近1955—2017年气候呈现暖湿化趋势;瓦赫什河上游源区气温在1994年发生突变现象,降水在2007年与2012年发生突变现象,流量则在2003年发生突变现象;小波分析显示瓦赫什河上游流域气温、降水、流量的第一主周期分别为28 a、20 a、28 a,周期性振荡明显;瓦赫什河上游源区在气候水文要素关联上,气温与流量变化相较于降水紧密,但受全球升温停滞影响,温度对于流量作用并没有持续增强。     

量化气候变化对水文影响的降尺度方法的不确定性

人们普遍认为不确定性的主要来源是大气环流模式(GCMs)和温室气体排放情景(GGES)。主要通过比较6种降尺度方法,开展气候变化对加拿大魁北克省流域水文影响不确定性的量化研究。重组动力降尺度法和统计降尺度法,包括变换因子法和基于天气发生器的方法,利用平均流量过程线、年平均流量、洪峰流量和峰值时间作为标准,与水文模型模拟的规划期(2070～2099年,2085年为预测水平年)的水文情势与基准年(1970～1999年)的水文情势进行比较。结果显示,所有的降尺度方法都表明2085年气温升高。基于回归的统计方法预测的秋季和冬季气温增幅较大,而由于依赖于降尺度法和季节,降水量的变化并不像温度那样明确;冬季(11～4月)流量普遍增加,而大多数方法预测夏季流量减少;与大多数预测的秋季和冬季温度上升一致,基于回归的统计方法显示冬季径流急剧增加和洪峰流量大大减少。在所有的变量中,发现不确定性包络线与降尺度法的选择有关,将该包络线与源于28个气候变化预测选择的包络线进行了比较,这28个气候变化预测是从7个全球气候模式和3个温室气体排放系统GGES得出的,这两种不确定性包络线相似,后者略大。     

气候变化对北江流域径流影响的模拟研究

通过构建北江流域SWAT分布式水文模型,以北江流域13个雨量站10年逐月降水量及北江流域干流石角水文站同步逐月流量数据为输入条件进行水文模型参数率定,应用气候情景设置方法研究了北江流域在降水和气温等不同气候变化条件下径流量的变化规律。研究表明:气温变化1℃对年径流量及其年内分配的影响变化均在1%以内。降水量变化对年径流量影响十分显著,降水量变化10%对年径流量的影响变化可达到15%,而对径流年内分配的影响变化在1%以内,影响较小。随着气温下降和降水量的增加,枯季径流量占年内分配比例均有所上升,枯水期来水量提高,有利于流域城乡供水安全和生态用水安全。     

基于IHA-RAV法的长江源区生态水文情势变化

为评估长江源区河流水文情势变化及其生态效应,选用长江源区直门达水文站1957—2021年逐日流量资料,使用贝叶斯变点检验方法分析直门达水文站年平均流量突变发生时间,采用水文改变指标变化范围法(IHA-RVA)综合评价直门达水文站在突变点前后改变程度,使用趋势坡度、Kendall趋势检验以及去趋势波动分析法评价月均流量、年极值流量时间序列变化情况。结果表明：(1)长江源区直门达水文站年平均流量在2004年发生变异。(2)2004年前后直门达水文站水文综合改变度为37.2%,属于中度改变。(3)月均流量综合为中度改变,各月流量均有不同程度的增加,增大了河道内水生生物栖息所需水量。(4)流量极值综合改变度为低度改变,表明极端流量事件处于一个稳定的范围,在一定程度上维持了长江源区生态系统的稳定性;最小流量的增加更好地保障了流域生态流量。(5)极端值出现时间为低改变度,对水生生物栖息地以及鱼类洄游影响较小。(6)高、低流量脉冲频次均为低度改变,反映出长江源区干旱和洪涝发生次数减少,使得长江源区河道、河滩的受水情况趋于稳定;高、低脉冲历时变化又给源区河道及沿岸生态环境带来不确定的影响。(7)流量上...     

气候变化情景下丹江口水库径流模拟预测

气候变化和异常对水资源影响的评价方法有很多种,本项研究采用概念性水文模型模拟和假定气候情景推算径流变化法,分析气候变化对丹江口水库径流的影响,即利用不同的GCMs模型模拟丹江口水库上游的月降水和气温序列,并通过Delta变化作为汉江流域半分布式两参数月水量平衡模型的输入,用以模拟和预测2021～2050年的丹江口水库径流量.结果表明,对于2021-2050年降水和气温年变化的情景,未来年平均径流将相应升高8.18%(HadCM3)、7.78%(CSRIO)和2.14%(CCSRINES),敏感度分析结果显示,径流量对降水变化的敏感度较径流对气温变化的敏感度要大.