不同CO2浓度下气候要素变化数值模拟——以南水北调西线水源区为例

使用区域气候模式RegCM3,通过设置两组不同CO2浓度值的数值模拟试验,探讨了CO2浓度变化对南水北调西线水源区气候要素和水资源情况的影响.试验结果表明:CO2浓度加倍后,西线水源区近地面气温升高、降水和径流(尤其是夏季)增加.其中,年平均近地面气温升高0.71℃,且在冬季升温最为明显;年平均降水增加5.24%,主要在汛期5～9月表现为增加;年平均径流增加3.14%,具体表现为夏秋季增加而冬春季减少.     

不同CO2浓度下气候要素变化数值模拟

使用区域气候模式RegCM3,通过设置两组不同CO2浓度值的数值模拟试验,探讨了CO2浓度变化对南水北调西线水源区气候要素和水资源情况的影响。试验结果表明：CO2浓度加倍后,西线水源区近地面气温升高、降水和径流（尤其是夏季）增加。其中,年平均近地面气温升高0.71℃,且在冬季升温最为明显;年平均降水增加5.24%,主要在汛期5～9月表现为增加;年平均径流增加3.14%,具体表现为夏秋季增加而冬春季减少。     

南水北调西线工程水源区草地退化对气候变化的影响研究

以气候变化为研究背景,利用区域气候模式RegCM3,通过改变研究区土地覆被类型进行模拟试验,探讨草地退化对西线水源区大气环流、地表温度、降水和径流深等关键气候水文要素的影响.草地退化后,水源区的气候出现暖干化趋势,具体表现为:青藏高原地区500 hPa和850 hPa处的高度场出现大范围的负值区,而研究区东部增加;年平均温度升高,时空变化明显;年均降水量减少了5.08%,夏秋季减少最多,四川东部和西藏南端减少明显;年均径流量减少了4.83%,且主要发生在夏季.     

南水北调西线工程水源区降水空间插值方法研究

针对南水北调西线工程水源区水文循环模拟,对流域降水空间插值方法进行了研究。针对西线工程水源区地形及降水监测台站分布特点,计算了海拔、经度、纬度、坡度、NDVI值等地理信息与月降水量的相关关系,相关性依次为海拔>经度、纬度>NDVI值>坡度。分析发现海拔、经度、纬度与降水的关系反映出水源区降水西北少东南多的整体趋势,只有NDVI值对局地降水有较强指示作用。因此,提出了基于NDVI值的梯度距离平方反比法。该方法计算结果在水量平衡方面与全国水资源规划成果误差不大,在降水空间格局方面基本反映了山区降水特征,说明方法比较可靠。     

南水北调中线水源区与海河受水区丰枯遭遇研究

基于常用的趋势检验方法,对南水北调中线水源区和海河受水区降水序列进行趋势诊断,据此对其变化趋势进行了识别;基于历史实测和未来气候模式降水数据,通过构建边缘分布模型和Copula联合分布模型,来描述降水序列的独立结构,用于定量评估气候变化对水源区和海河受水区降水丰枯遭遇的影响。研究结果表明:过去55 a水源区和海河受水区降水量呈现为不显著的下降趋势;在气候变化RCP4.5和RCP8.5情景下,水源区与海河受水区降水量的丰枯遭遇概率均呈现为增加的趋势,调水有利组合降水量遭遇概率平均分别增加了3.58%和5.80%;同枯遭遇概率均小于30%,说明工程实施调水的可能性。对气候变化影响下的丰枯遭遇开展研究,可为南水北调中线工程的正常运行和水资源调度提供理论参考。     

南水北调中线工程水源区植被时空演化特征

研究南水北调中线水源区植被时空分布和演化特征,对水源区生态环境保护与社会经济长期稳定发展具有重要意义。利用2010—2019年南水北调中线水源区中分辨率成像光谱仪(MODIS)归一化植被指数(NDVI)数据,基于NDVI最大值合成和一元线性回归方法研究水源区植被时空演化特征,并结合水源区地表温度、降水与土壤湿度等数据探讨植被变化原因。结果表明:①水源区NDVI空间分布与地形强相关,2010—2019年,水源区NDVI均值为整体上升趋势;②2013—2015年水源区NDVI呈现显著的“下降-恢复”特征,可能与2014年水源区地表温度和降水异常导致的旱情、2015年水源区降水恢复以及丹江口水库蓄水水位上升有关;③2010—2019年,水源区植被发生显著变化的区域主要集中在低海拔的人口密集区,反映这些地区的植被更易受气候变化、城镇扩张和“退耕还林、植树造林”政策的影响。此外,南水北调中线工程通水后,丹江口水库水位上升是导致水库区域NDVI降低的原因。研究结果可为南水北调中线水源区生态环境保护提供科学依据。     

区域气候模式RegCM3在海河流域的初步应用

使用区域气候模式RegCM3,对海河流域1998年夏季(6~8月)的温度和降水场进行模拟,利用NCEP的温度、CMAP的降水再分析资料及国家气候中心发布的气象站实测数据进行验证分析,结果表明:RegCM3能够较好地再现海河流域温度和降水分布的主要特征,但在量值上还存在一定程度的偏差,对温度的模拟效果好于降水。温度场模拟结果能较好地反映研究区温度的空间分布和随时间的变化趋势,在数值上存在1~3℃的"冷偏差";降水场模拟结果能较好地再现研究区的降水特征、主要降水中心的分布。总体上看,8月降水总量的模拟效果好于7月,但在山丘区等下垫面情况复杂地区模拟偏差较大。     

1960－2014年淮河上中游流域年降水和主汛期降水的时空分布特征

基于淮河上中游流域19个站点1960-2014年的月降水数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall趋势分析、变差系数、年内不均匀系数、小波分析、Kriging空间插值等方法,对年降水和主汛期降水的统计特征、趋势和周期性等时间特征及空间分布特征进行研究。结果表明:流域主汛期降水占到年降水的50%以上,地域分布上以东南部和西南部雨量较多。年降水和主汛期降水在年际上分别呈现21~32a、8~19a、3~7a和24~32a、8~21a、3~7a三个时间尺度的丰枯演变特征,同一时间尺度的丰枯变化基本相同。主汛期降水年际Cv普遍大于年降水,但空间分布不一致;年降水Cv较大值分布于流域西部和北部,较小值分布于流域东部和东南部;主汛期降水年际Cv较大值分布于流域西部,较小值分布于流域东北部及蚌埠一带;北部降水的年内分配不均性略大于南部。年降水和主汛期降水的变化趋势均不显著,没有通过95%的置信度检验,但主汛期降水略呈增加趋势而年降水呈微弱下降趋势;年降水在流域北、西和西南部表现为减少趋势,尤以西、西南部较为明显,而流域中、南和东南部主要表现为增加趋势;主汛期降水则从北向南以条带状表现为增加趋势。     

南水北调中线工程水源区与海河受水区干旱遭遇研究

基于Copula理论,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为干旱指标,建立了南水北调中线工程水源区与海河受水区汛期、非汛期及全年SPEI的联合分布,并结合未来气候模式数据,研究了变化情景下南水北调中线工程水源区与海河受水区各时期干旱遭遇概率变化及其对工程运行风险的影响。研究结果表明:过去几十年,南水北调中线工程水源区与海河受水区总体呈现变旱趋势;在RCP4.5和RCP8.5两种未来气候变化情景下,水源区与海河受水区汛期、非汛期及全年同旱事件发生概率较现状有不同程度的增加,尤其汛期遭遇同旱和非汛期遭遇同重旱的概率明显增大,增加的幅度分别达到2.99%~6.1%和2.67%~3.63%。在未来变化情景下,水源区与海河受水区干旱遭遇变化可能会对工程运行带来风险,因此,有必要研究相应的适应性对策以保证工程的正常安全运行。     

南水北调中线水源区与受水区降水丰枯遭遇分析

利用南水北调中线水源区和受水区40余站1954～1998年的降水资料,计算分析了汉江水源区,唐白河、淮河、海河南北受水区降水统计特征及水源区与受水区丰枯遭遇特征.结论为汉江水源区年降水量大于各受水区,水源区降水年内分配较受水区均匀、降水年际变化比受水区小.水源区与各受水区同丰、同枯遭遇概率较小,能正常发挥调水效益的丰枯遭遇概率在67%～82%,从南至北增大,各区连续枯水年时段不多.     

1960-2016年冀西北地区降水时空变化特征研究

区域尺度的降水量时空特征研究对干旱半干旱地区的生态保育工作具有重大的现实意义。根据冀西北地区14个气象站点1960-2016年逐日降水资料,运用Mann-Kendall非参数检验法和反距离权重插值法,分析了该地区降水量时空变化规律。研究表明:1960-2016年研究区气候的季风性减弱,年内降水呈现秋、冬、春季增加,而夏季减少的趋势;平均年降水量呈增加趋势(Z=0. 13,β=0. 08 mm/a);区域内部干湿趋势空间差异较大,地处半干旱区的北部坝上地区4个站点皆呈减少趋势,地处半湿润区的南部坝下地区则各有5个站点分别呈增加和减少趋势;降水空间分布上呈东多西少、南多北少、自东南向西北递减趋势,并在中东部及西北部分别出现降水高值和低值中心。     

丹江口库区石漠化特征及成因分析

丹江口水库作为国家南水北调中线工程的水源地,其良好的水质状态,是南水北调中线工程成功的关键所在。以高分辨率遥感数据作为数据源,获取了水源区和库区石漠化空间分布特征,其中库区石漠化主要分布于南水北调渠首所在地的河南省淅川县境内,总面积约327.59 km2,发生率23.11%（为水源区的5.7倍）。通过实地调查,结合地质特征,按照主控因素建立了库区石漠化的3种典型模式：人类活动形成的石漠化、自然条件形成的石漠化、自然条件主导下人类活动加剧形成的石漠化;同时分析认为地质条件是丹江口库区石漠化形成的物质基础、自然气候是石漠化形成的背景因素、人类活动是石漠化形成的动力条件。该石漠化特征模式和成因的提出,可为库区石漠化治理、生态修复提供依据,对其他岩溶地区石漠化成因模式的建立具有重要参考作用。     

南水北调中线水源与受水区降水丰枯遭遇分析

利用南水北调中线水源区和受水区40余站1954~1998年的降水资料,计算分析了汉江水源区,唐白河、淮河、海河南北受水区降水统计特征及水源区与受水区丰枯遭遇特征。结论为汉江水源区年降水量大于各受水区,水源区降水年内分配较受水区均匀、降水年际变化比受水区小。水源区与各受水区同丰、同枯遭遇概率较小,能正常发挥调水效益的丰枯遭遇概率在67%~82%,从南至北增大,各区连续枯水年时段不多。     

雅砻江流域径流特性分析

雅砻江是南水北调西线一期工程水源区河流之一,通过阿安和仁达坝址处径流资料对雅砻江流域径流特性进行分析。结果表明:雅砻江流域径流主要集中在6—10月份,径流年内变化呈"双峰型"分布,年际变化较为稳定,径流多年变化趋势不明显,有利于向黄河相机补水的研究。     

南水北调西线工程水源区河流与黄河的丰枯遭遇分析

针对目前二维联合分布模型不能同时分析多条河流的丰枯遭遇特性，运用四元Copula连接函数构造了鲜水河、足木足河、绰斯甲河以及黄河上游兰州水文站天然径流系列的四维联合分布，研究了南水北调西线工程水源区河流与受水区黄河上游的丰枯遭遇问题。结果表明，如果不考虑黄河上游兰州水文站丰与水源区河流非全枯的组合，则有利于调水的丰枯遭遇频率为43.8%；如果把兰州水文站丰、水源区河流非全枯的组合考虑进来，有利于调水的丰枯遭遇频率可达77.8%，即调水河流之间能进行补偿调度的概率比较大，这对南水北调西线工程的实施是非常有利的     

南水北调西线工程水源区水资源及其演变规律

该项目研究以南水北调西线工程水源区为研究区域,在“自然-人工”二元水循环演变理论指导下,提出“天地-体化”立体水资源监测方案,并构建物理机制统一的区域水循环气-陆耦合模型,实现水循环的大气过程、地表过程、土壤过程和地下过程的整体模拟和动态监测;以此为支撑,构建基于“气-陆”耦合模式的水资源评价技术．以大气水汽通量评价为基础,进行全口径、层次化、动态水资源评价。     

两类 ENSO 事件对长江中下游地区季节降水的影响

使用1966-2015年长江中下游地区91个气象站月降水资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验、距平分析等方法分析了长江中下游地区近50年降水变化特征及其对两类ENSO事件的响应。结果表明,近50年来长江中下游地区夏季降水量以2.04mm/a的倾向率呈显著增加趋势,年降水量在区域内呈东增西减的分布特征。厄尔尼诺事件易造成长江中下游冬、春季降水异常偏多,而拉尼娜事件发生时夏季降水大幅偏多。东部型厄尔尼诺发生当年长江沿岸一带附近夏季降雨偏少,中部型事件当年呈现南多北少的响应特征,次年则转变为相反的空间分布。中、东部型拉尼娜事件发生当年,秋季降水分别显著偏多和偏少。东部型拉尼娜次年夏季降水普遍偏多,以长江中下游东部最为显著,而中部型事件次年夏季降水则呈现东南多西北少的分布格局。     

南水北调中线水源区湿地扩展与水环境保护

南水北调中线工程水源区若满足调水水量和水质要求,则应具备良好的水环境。良好水环境的建立和保护,需要一定的湿地区做基础。水源区目前的湿地面积远不能满足调水的生态要求,湿地面积需要进一步的扩展。水源区湿地扩展的范围应涉及到水源区整个区域和周边地区,而扩展的重点应放在水源区蒸发量较大的北部和与水源区比邻的东南部。扩展的途径主要是通过兴修水利、发展节约灌溉型稻田等手段,形成沟道湿地与平地湿地相结合的模式。     

南水北调西线工程水源区河流与黄河的丰枯遭遇分析

针对目前二维联合分布模型不能同时分析多条河流的丰枯遭遇特性,运用四元Copula连接函数构造了鲜水河、足木足河、绰斯甲河以及黄河上游兰州水文站天然径流系列的四维联合分布,研究了南水北调西线工程水源区河流与受水区黄河上游的丰枯遭遇问题。结果表明,如果不考虑黄河上游兰州水文站丰与水源区河流非全枯的组合,则有利于调水的丰枯遭遇频率为43.8%;如果把兰州水文站丰与水源区河流非全枯的组合考虑进来,有利于调水的丰枯遭遇频率可达77.8%,即调水河流之间能进行补偿调度的概率比较大,这对南水北调西线工程的实施是非常有利的。     

梅雨雨带移动对1961-2020年江苏省极端降水的影响

极端降水的气候态特征及其演变对于城市内涝防控、水环境污染治理、海绵城市建设等意义重大。利用江苏省67个国家级气象观测站1961-2020年的日降水资料,采用趋势分析、M-K检验、小波分析等方法分析强降水和极强降水的气候态特征和年代际变化,以及梅雨雨带移动对江苏省内淮河流域和长江流域极端降水的影响。结果表明：江苏省沿江地区强降水和极强降水的雨量最大。强降水和极强降水分别贡献了全年34.5%和11.9%的降水量,1/3的极端降水发生在6月下旬至7月中旬。江苏省大部分地区的极端降水雨量、雨日和雨强呈增加趋势,但只有长江流域通过显著性检验。极端降水的雨强年代际波动较小,雨量年代际波动较大;年代际波动性与其平均态之间无显著的对应关系。梅雨雨带的南北移动对极端降水产生明显影响,江苏省内的长江流域和淮河流域的年降水异常度和强降水距平百分率对应关系较好,在降水异常偏多年份发生极端降水的概率较高。江苏省内长江流域和淮河流域近60年的强降水多次出现增加、减少的变化。2010年以后长江流域极端降水增多,雨量和雨日上升趋势显著,开始时间明显提前,结束时间推后,持续时间增长。