杨楼流域降水变化特征及CMIP5气候模式评估

利用杨楼流域9个站点的逐日降水资料,分析历史时段(1981—2010年)降水时空变化特征,基于多目标函数的秩评分方法,评估全球耦合模式第五阶段(CMIP5)的23个气候模式对流域降水的模拟能力,并利用优选出的气候模式对未来降水进行预估。结果表明:杨楼流域历史时段降水整体呈微弱上升趋势,增量为39.4 mm/10a;CMIP5气候模式模拟降水量普遍偏高,模拟能力较优的模式是ACCESS1.0,Had GEM2-AO及CNRM-CM5;流域未来时段降水年际波动较平缓,年内分配更为不均,集中于汛期。     

基于模式集成的松花江流域气候模拟预估

以松花江流域为研究对象,采用CMIP5已发布的9个气候模式,模拟1951年～2000年历史降水和气温的月数据,对比实测资料运用3项数理统计指标评估模式的模拟性能;各模式降尺度后应用到4种集成方法。模拟结果表明,Can ESM2和MPI-ESM-MR模式模拟效果较好,多元回归集成表现最佳。利用优选的2个模式方法预估流域下游佳木斯站在RCP4. 5气候情景下未来逐月的降水和气温,并以预估的降水气温为因子构建线性回归模型计算流域未来径流的月变化过程。预估径流结果可为水资源管理及洪旱防治提供数据参考。     

统计降尺度方法对黄河上游流域气象要素模拟分析

将CMIP5模式的输出作为降尺度的输入来预估区域性气候的研究较少,本文使用CMIP5中精度较高的Can ESM2模式下的RCP4.5情景(中等温室气体排放)对黄河上游流域未来气象要素进行预估。利用黄河上游流域(上诠站以上)14个气象站点1967-2010年的逐月降水、气温和NCEP再分析资料,选取拟合度、均值相对误差、标准差相对误差作为评价指标,利用逐步回归算法筛选22个预报因子,建立了月资料序列的统计降尺度模型,并将模型应用于CMIP5中Can ESM2模式下RCP4.5情景,产生了未来气候要素的变化情景。结果表明:该模型对降水的模拟效果好于对气温的模拟。     

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。     

基于CMIP5和SWAT的山美水库流域未来蓝绿水时空变化特征

基于山美水库流域1991—2010的实测气象数据,选取CMIP5中2个气候模式(HadGEM2-ES、NoerESM1-M)和2种典型浓度路径(RCP4.5、RCP8.5),对21世纪近期(2031—2050年)、中期(2051—2070年)、远期(2071—2090年)3个时期的日降水、气温数据进行统计降尺度处理;在此基础上,利用SWAT模型对山美水库流域基准期和未来3个时期的蓝水、绿水资源的时空分布特征进行模拟,评估流域未来60年气候变化对蓝绿水资源的影响。结果表明:山美水库流域未来60年预估年均降水量变化幅度为-0.43%～7.16%,平均气温增加约1.72～5.43℃,相较基准期,未来2个气候模式在2种RCP浓度路径下的蓝水资源量约减少12.81%～35.28%,绿水资源量上升约28.45%～36.12%;不同气候情景下流域蓝水、绿水资源变化率呈现出一定的相似性,上游地区均大于下游地区;降雨是蓝水资源时空分布的关键,而农用地分布则直接影响绿水资源的空间分异特征。     

基于熵权的 TOPSIS 综合评价法 在大气环流模式优选中的应用

大气环流模式(GCMs)是定量评估气候变化及其影响效应的有效工具,GCMs的优选是使用该工具时不可缺少的重要环节。将TOPSIS综合评价法引入到GCMs的优选中,并结合熵权的概念对各项评价指标进行赋权,采用加权TOPSIS综合评价法对CMIP5中18个GCMs对黑河流域上游降水模拟方面的适用性进行评价;并通过传统Rank Score(RS)方法和降水预估精度两方面对该方法的结果进行验证。结果表明,对研究区1960-2005年降水模拟效果最好的是CSIRO-Mk3.6.0模式,模拟效果最差的是BNU-ESM模式;1960-2005年模拟性能优良和模拟性能较差的GCMs排序与传统RS方法得到的结果基本一致,与2006-2015年GCMs的排序也基本一致,这说明基于加权TOPSIS综合评价法对GCMs进行优选的结论具有很强的可靠性。因此该方法适用于多方案、多目标的GCMs优选,并由于其计算简单、计算过程中没有信息损失等优势而具有广阔的应用前景。     

未来气候变化下拉萨河流域径流变化趋势研究

【目的】气候变化引起水文循环的变化,主要表现为降水、径流等的显著改变。【方法】基于拉萨河流域分布式径流模型,应用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的4个气候模式数据,分析未来气候变化情景下拉萨河的径流变化。【结果】结果显示：SSP1-2.6情景模式下,拉萨河上中下游年径流深均呈减少趋势,约减少42%,但月径流量年内分配比例较实测月径流分配比例变化不大;SSP2-4.5情景模式下,总体上呈增加趋势,约增加1.5%,中上游径流深呈减少趋势,约减少1%～7%,下游支流呈增加趋势,约增加1%～37%;SSP5-8.5情景模式下,总体上呈增加趋势,约增加10%,下游支流增加趋势更加显著,约增加17%。【结论】结果表明：在CMIP6未来气候情景模式下,径流变化较为显著且不同情景模式差异较大;未来径流深变化趋势与未来降水变化趋势较为一致;拉萨河流域未来不同气候情景模式下径流深时空分布存在差异。通过对CMIP6未来气候模式进行模拟,分析拉萨河流域径流变化特征,为区域水文水资源配置、水资源利用等提供参考依据。     

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。     

乌梁素海流域气候模式适用性评价及旱涝预估

根据2001—2011年乌梁素海流域及周边气象站点的实测逐日降水数据,利用CMIP5中5个全球气候模式在3种不同代表性温室气体浓度路径情景下的降水模拟结果,计算了模拟变量和实测数据的相对误差、均方根误差和相关系数,选用在乌梁素海流域模拟降水效果较好的模式进行集合平均,检验了该模式对乌梁素海流域降水的适用性。结果表明:单个模式的模拟结果与实测值的相关性相对较差,采用集合平均方法修正后的结果与实测值拟合程度较好,相关性更高;2021—2050年降水量主要体现出夏季更集中、冬季更少的特征,降水量年际变化大,旱涝事件频发,特别是2025—2035年旱涝事件交替出现,发生旱涝事件的年份约占总年份的1/3。     

基于栅格新安江模型的淮河上游土壤侵蚀预测

将栅格新安江模型与改进通用土壤侵蚀方程进行耦合,建立基于栅格尺度的水沙模拟模型,以淮河上游息县水文站以上为研究区域,基于研究流域DEM数据、土地利用数据、土壤数据以及息县站2000年-2010年水文数据,模拟了淮河上游2000年-2010年输沙过程。并基于构建的水沙模型,结合流域2020年和2030年土地利用远景规划数据设定两种土地利用模式情景,定量分析了不同土地利用模式情景对流域土壤侵蚀的影响。研究结果表明:基于栅格新安江模型的水沙耦合模型在淮河上游具有较好的模拟精度,模拟的输沙量相对误差小于15%,确定性系数0.6以上,满足泥沙模拟精度要求;林地用地面积增加5%,流域土壤侵蚀量减少8.78%,城镇用地面积增加8%,流域土壤侵蚀量减少12.73%。研究成果可为淮河水土保持治理和规划提供参考。     

IPCC AR5全球气候模式对杨楼流域气温模拟精度评价及预估

气候模式是研究未来气候变化对流域水文水资源影响的重要工具。以杨楼流域为研究区,利用秩评分方法评估IPCC AR5最新发布的23个气候模式模拟流域月平均气温的能力,并利用优选出的模式对未来气温变化进行预测。结果表明:IPCC AR5的多数气候模式能较好地模拟杨楼流域历史时段月平均气温的变化规律,但模拟值普遍偏低,其中FIO-ESM、Can ESM2、BCC_CSM1. 1模式对气温模拟表现最好,秩评分分别为8. 58、8. 96和11. 5;流域未来时段平均、最高及最低气温均呈上升趋势,其中最高气温增幅最大,从年内变化来看,未来气温增加主要集中在春夏两季。     

淮河上游产沙模拟研究

以淮河上游息县水文站以上流域为研究区域,将基于网格(1 km×1 km)的新安江模型与土壤侵蚀概念模型集成,构建基于网格的淮河上游泥沙负荷模拟模型,以日为时间尺度,利用息县水文站2000—2008年实测降雨、径流和含沙量等资料,模拟计算得到息县水文站以上流域的泥沙负荷。结果表明,建立的泥沙负荷模拟模型能有效模拟淮河流域产沙过程,且模拟精度较高。研究成果可为淮河上游水土流失治理提供依据,也为其他流域的水土流失模拟提供借鉴。     

基于CMIP5情景下叶尔羌河上游水沙量预测

基于栏干站实测数据和CMIP5模拟数据驱动BP神经网络模型,预测叶尔羌河流域上游阿尔塔什水库未来入库水沙量情况.研究结果表明,径流、输沙预测量在CNRM-CM5、MIROC-ESM两个模式中RCP2.6和RCP4.5情景增长平缓,在RCP8.5情景下增长较为显著;NorESM1-M模式中3种情景的径流、输沙预测量均表现...     

湄公河流域缺资料地区水资源量评估方法探讨——以老挝南乌河和柬埔寨洞里萨湖为例

在部分地区，实测水文资料匮乏制约了流域水资源量的评估，流域由于“汛期成湖、枯期成河”的典型特征更是增加了对缺资料地区进行水资源量评估的困难。选择老挝南乌河(河流流域)和柬埔寨洞里萨湖(湖泊流域)2个典型流域，采用遥感数据以及再分析气象产品驱动分布式水文模型探讨了实测水文资料条件不足时的河流和湖泊流域水资源量的评估方法。研究结果表明：流域分布式水文模型在河流流域进行水资源量评估的适用性较好，在湖泊流域进行水文模拟时，需要考虑利用湖区水位面积曲线计算湖泊动态水面面积。研究成果可为缺少实测水文资料地区的水资源配置研究提供科学的水文基础支撑。     

遥感蒸散发数据应用对SWAT模型径流和蒸散发模拟精度的影响

为探讨遥感蒸散发数据补充研究区水文资料的能力,及其在SWAT模型应用中对径流和蒸散发模拟精度的影响。以淮河上游息县控制流域为研究区建模,并利用实测径流资料与遥感蒸散发数据(MOD16A2)设置3种参数率定情景:仅实测径流率定参数(S1)、仅遥感蒸散发率定参数(S2)、径流与蒸散发同时率定参数(S3),分析不同情景下径流与蒸散发过程的模拟效果。结果表明:从径流模拟而言,S2、S3较S1的模拟精度(NS系数)均有不同程度的降低,但S3在S2的基础上有较明显的改善;从子流域尺度上的蒸散发模拟而言,S1至S3模拟精度呈现出逐渐上升的趋势,在采用径流与蒸散发同时率定时,S3比S2情景NS系数上升的子流域个数占总数的46%。通过逐步深入探究遥感蒸散发数据在SWAT模型中的应用,以及对参数率定的影响,从而分析其对径流与蒸散发的模拟精度产生的变化,此方法也可推广到其他水文模型,在区域尺度水资源管理与利用上具有较好的参考价值。     

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。     

基于集成方法的长江源区未来气候变化预测研究

利用CMIP5中6种气候模式对长江源区降水和气温进行提取,利用最近距离法提取与实测气象站最接近点的降水气温数据。通过4种方法对6种气候模式模拟结果进行集成,对比选出最优集成方法来预测源区未来气候变化。结果表明,BP神经网络法集成效果最好,其次是多元回归法,算术平均法和加权平均法效果相当但效果相对最差。玉树站2020年～2100年降水持续增加,气温虽然也持续升高,但升温速率较历史记录变弱并将在2100年之前达到峰值。     

陕南长江水系河流输沙经验模型研究

利用陕南长江水系丹江荆紫关等6个流域降雨、径流和输沙的实测资料，用多种函数形式模拟其相互关系，选择出最优的模拟函数，提供了由降雨变化预测年径流和年输沙变化趋势的一种途径。井通过对汉江上游沮水河等15条支流8个影响输沙因子的分析优选，建立了以年雨量、植被盖度、治理程度及河网密度4个因子表示的河流输沙经验模型。     

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...     

基于改进通用土壤侵蚀方程的水土流失时空模拟——以淮河上游为例

淮河流域上游区域水土流失较为严重,需要准确预测与分析该区域水土流失情况,以制定相应的治理规划。引入考虑地表径流深的改进通用土壤侵蚀方程,模拟了淮河上游息县水文站以上区域2000~2010年水土流失时空分布。结果表明,改进的通用土壤侵蚀方程模拟的输沙量满足规范要求,相比于传统方程,相对误差减少,模拟的含沙量过程确定性系数提高,对淮河上游的水土流失模拟精度更高;研究流域土壤侵蚀模数整体上呈现西大南北偏小的分布规律,研究成果可为淮河上游区域水土流失治理提供参考。