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。     

太湖流域气候变化检测与未来气候变化情景预估

基于1954—2006年太湖流域6个气象站点的降水、气温资料,探讨了1954年以来太湖流域的气候变化问题,并同时应用统计降尺度模型SDSM和动力降尺度模型PRECIS,对太湖流域的日降水量和日最高、最低气温进行降尺度处理,建立未来2021—2050年的气候变化情景。结果表明:20世纪90年代以来,太湖流域发生了突变式增温,冬、春季节尤为显著;太湖流域降水变化相对较复杂,Mann Kendall法检测到太湖流域年降水量呈振荡性周期变化,并在1980年和2003年发生突变,而Pettitt方法没有检测出太湖流域年降水量的突变。两种降尺度方法模拟的未来时期日最高、最低气温季节和年的变化情景增幅总体上基本一致,均呈显著增加趋势,与Mann Kendall趋势分析结果一致,高排放情景A2下模拟生成的情景增温幅度较低排放情景B2大,最高气温增加幅度比最低气温明显。降水变化情景差异较大,SDSM模拟的未来时期降水并无明显变化趋势,而PRECIS模拟结果与趋势检验结果较为一致,即未来降水增加趋势明显,增幅较大,总体上全流域年降水量呈增加趋势,并且在未来一段时间内仍将持续增加。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

石羊河流域参考作物蒸发蒸腾量对气候变化的响应模拟及预测

模拟和预测气候变化对石羊河流域参考作物蒸发蒸腾量(ET0)时空分布的影响,为发展节水农业和科学利用水资源提供参考依据。根据石羊河流域及周边11个气象站点1951—2012年的逐日气象资料,使用PenmanMonteith公式计算现状ET0,利用大气环流模型HadCM3的输出和SDSM统计降尺度模型,预测A2、B2两种排放情景下未来石羊河流域2020s,2050s和2080s的ET0,使用反距离加权插值法(IDW)和Mann-Kendall检验分别研究ET0的空间分布特征和随时间的变化趋势。结果表明,石羊河流域多年平均ET0值为1 061mm,高值区位于东北地区,低值区位于西南地区,预计未来2020s、2050s和2080s,在HadCM3模式的A2情景下ET0将分别增加6%、14%和23%,B2情景下将分别增加7%、12%和17%,增幅较大的地区位于流域东南,2050s和2080s在B2情景下增幅低于A2情景。石羊河流域ET0在未来将持续增加,2050s之后增加趋势更为显著。     

西江流域水文过程的多气候模式多情景研究

应用HBV-D水文模型和IPCC AR4 提供的气候模拟数据,对西江流域的逐日径流过程进行了多气候模式、多温室气体排放情景模拟。在此基础上基于模拟资料和观测资料分析了流域过去及未来气候和水资源变化趋势,应用Wakeby广义极值分布函数分析了洪水强度和频率的变化。结果表明：（1）HBV-D模型在模拟西江流域逐日径流过程表现出较高性能,所选GCMs可客观反映研究区气温和降水变化,Wakeby函数能较好地拟合多时段多情景的洪水序列。（2）与全球升温趋势一致,流域气温也呈上升趋势,以夏季升温最为显著,且高排放情景升温趋势高于较低排放情景,高排放情景到2080s 年均气温约升高2.9°C。（3）1960—2006 年年降水量和年径流量呈减少趋势,未来则呈增加趋势,且未来长期变化大于中期变化,中期变化大于短期变化。（4）洪水强度随预估时间延长逐渐增强、频率逐渐增加,到2080s洪量可达基准期的1.3倍,重现期由30年缩短到2~10年。丰水期径流以及洪水强度增强、频率增加将给西江流域水资源管理特别是防汛抗洪增加压力,并可能对现有一些防洪工程造成威胁。     

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。     

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。     

气候变化对汾河(运城段）径流影响模拟

将分布式水文模型——SWAT模型应用于汾河（运城段）的径流模拟,以期为流域水资源管理、优化配置提供科学依据。首先,分析模型对研究区域的适用性,并在现有资料基础上对流域径流进行模拟研究,从时间、空间两个方面共同诠释了流域内径流与降水的关系;其次,根据流域未来气候可能变化,由增量情景法设定了不同气候情景,模拟未来气候情景下径流的变化趋势以及径流量的年内变化特征。结果表明:①研究区域内径流在时空分布上均与降水量分布吻合;②研究区域内径流量变化与气温变化呈负相关关系,与降水量变化呈正相关关系,且降水量变化对研究区域径流量产生的影响比温度变化产生的影响大;③径流量的年内分布呈季节性特点,汛期（7—10月份）最大,枯水期（11月至翌年3月份）最小;④未来气候变化趋势下,研究区域径流量将呈相应增加趋势,在气温升高0.5℃和降水量增加10%的情景下,河津水文站的径流量将增加1.29 亿m3。     

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。     

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。     

鄱阳湖流域气候变化及其对入湖径流量的影响

为分析鄱阳湖流域气候变化特征及评估其对流域径流的影响,研究利用1961-2010年间鄱阳湖流域29个气象站和入湖"五河"水文控制站观测数据,分析该时段内流域气候和径流量变化趋势,建立统计模型分析其对流域径流量的影响。研究结果表明:鄱阳湖流域年气温呈显著性(99%置信度检验)波动上升趋势,流域降水总体呈略上升趋势,降水天数呈下降趋势。受气候变化的影响,鄱阳湖流域径流量呈上升趋势。统计模型计算结果表明,径流量与降雨变化呈非线性关系,径流量对降雨变化有着较强的敏感性,相同的气温变化情景下,降水增加比降水减少对径流量的影响更加显著,表明降水变化对径流量有着不同程度和方向的影响作用。气温对径流的影响呈线性,但其影响不明显。未来气候变化情景下,2050年前鄱阳湖流域在高排放A2和RCP8.5情景下呈现明显增长趋势,但其径流量低于其他排放情景。     

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。     

“双碳”情景下抚河流域径流变化特征

根据中国提出的碳达峰、碳中和目标,将SSPs-RCPs分为“双碳”情景(SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP4-3.4、SSP4-6.0)和高碳情景(SSP3-7.0、SSP5-8.5)。采用SWAT水文模型,分析21世纪近期(2021—2040年)、中期(2041—2060年)和末期(2081—2100年)抚河流域径流变化趋势,以期为“双碳”目标下的流域水资源管理提供建议。研究表明：(1)1961—2019年,抚河流域实测年平均气温以0.18℃/(10 a)的速率显著上升;年降水以-32.8 mm/(10 a)速率显著下降。(2)“双碳”情景下,相较基准期(1995—2014年),近期、中期、末期抚河流域年均气温增幅依次加大;年降水量呈波动上升趋势。同期年平均流量呈上升趋势;9月份至次年2月份平均流量增加,3—7月份平均流量呈下降趋势;日流量的丰水极值下降,枯水极值则有所增加,水文极端事件发生可能性降低。(3)与“双碳”情景对比,高碳情景下年均气温增幅更大;近期和末期年降水增幅明显;年平均流量整体增幅大于“双碳”情景,5—10月份平均流量增幅明显;丰水极值也呈...     

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。     

云南杞麓湖流域降水蒸发特征及变化趋势分析

统计分析了杞麓湖流域1980年以来的降水蒸发变化特征和干旱指数,采用线性回归法和Kendall秩次相关法对杞麓湖流域降水和蒸发变化趋势进行了分析和检验,并用Hurst指数对流域降水蒸发未来变化趋势作了预测。结果表明:①杞麓湖流域多年平均降水量899.0 mm,多年平均蒸发量1 239.3 mm;流域总体属于半湿润地区。②年降水量系列呈不显著增加趋势,未来将保持增加趋势但持续性较弱;年蒸发量系列呈显著增加趋势,未来也将保持增加趋势且持续性较强。③流域降水和蒸发的未来变化趋势不利于杞麓湖的保护。     

观音阁水库流域降雨变化特征分析

基于观音阁水库流域8个雨量站1995年～2017年的月降水资料,利用降水集中度(期)、不均匀系数和滑动平均法、线性趋势法、Mann-Kendall趋势分析法、R/S分析法对观音阁水库流域降水特征、降水量变化趋势及未来趋势进行分析。结果表明:观音阁水库流域降水量年际变化大,降水年内分布不均匀、集中度高,6月～8月是全年降水的集中期;年均降水量总体呈现弱下降趋势,春季、夏季降水量均存在减小趋势,秋季和冬季降水量有增加趋势;2017年后的一定时间内,观音阁水库流域年降水量呈现不明显的下降趋势,春季、夏季降水量呈现下降趋势,秋季、冬季呈现上升趋势,变化趋势均不显著。