SRM融雪径流模型在长江源区冬克玛底河流域的应用

冬克玛底河流域作为青藏高原腹地长江源区典型代表性高寒山区流域,有较大面积的冰川、积雪存在。本文以冬克玛底河流域2005年5~10月的实测水文、气象资料为基础,运用SRM融雪径流模型对不同分带数对融雪径流模拟效果的影响和不同测站气温分别作为气温驱动变量对融雪径流模拟效果的影响分别进行了模拟试验。结果表明：不同分带会对SRM模型融雪径流量模拟产生一定的影响;而不同的气温作为驱动变量对模拟的效果影响很大,这表明SRM模型对气温驱动变量非常敏感。同样根据流域内径流与气温降水的相关分析看到日径流量与气温相关性较好,线性相关系数最好达到0.72,而径流与降水线性相关系数为0.20。根据以上模拟实验和相关分析选择合适的分带和具有代表性的站点气温,SRM模型模拟的两个优度指标最好可达到Nash-Sutcliffe 系数 (R2) = 0.83和体积差 (Dv) = 0.95%。 考虑到SRM 模型对气温的敏感性,利用最终选择的模拟方案并结合气温升高1 ^oC气候情景假设来考虑气温、降水和径流之间的关系。模拟结果表明：气温升高1 ^oC后,(1) 模拟时期内的径流总量由原来模拟的25.5 × 10⁶ m³增加到33 × 10⁶ m³;(2) 冰川物质平衡线从原来的 5600上升到5750米,冰川消融区从5.8 km²增大到13.5 km²,冰川消融量增加,对径流量的贡献明显增大。(3) 气温的升高加速积雪融化并改变降水形态是径流在5~6月变大的主导因素。7~10月份的径流变大则主要是由于冰川消融。     

拉萨河冬季径流对气候变暖和冻土退化的响应

20世纪90年代以来,拉萨河流域的气温经历了10年升高0.54 ^oC的气候变暖,这期间以秋冬季升温为主。在近40年 (1963~2004年) 气候和28年 (1976~2004年) 月径流数据的基础上,研究了具有多年冻土的高海拔拉萨河流域的冻土和水文响应。结果表明,冬季径流对11~2月气温升高具有显著响应,在12~2月份增加了16%,其中2月份增加22%。水热相关分析表明,10~11月地表温度升高0.8~0.9 ^oC导致冬季河流水量增多,介于0.9~1.5m深度的季节冻土深度和温度变化导致了径流量变化的响应。20世纪90年代的气候变暖使得多年冻土区的季节冻土深度萎缩了大约14cm,冻土区的冬季径流水文响应比气温更快、更显著。但冻土积雪观测的不足使冬季水文变化具有不确定性。     

长江三角洲城市带扩展对区域温度变化的影响

利用DMSP/OLS 夜间灯光数据、土地利用统计数据和气象站常规观测资料, 结合NOAA/AVHRR、MODIS 反演的月地表温度数据, 定量考察了长江三角洲城市群热岛增温效应对区域温度气候趋势的贡献, 结果表明: ① 1992-2003 年长江三角洲城市化经历了一个快速的空间扩展过程, 宁镇扬、苏锡常、上海大城市区、杭州湾4 个城市群构成了一个“之” 字形城市带, 城市群之间出现城市化连片趋势, 城市带区域内1961-2005 年年平均气温增温 速率为0.28~0.44 ^oC/10a, 显著高于非城市带区域。② 城市热岛效应对区域平均温度的影响以夏秋季最强, 春季次之, 冬季最弱。③ 长江三角洲城市带热岛强度和城市总人口对数呈线性正相关关系。④ 城市带增温效应使得区域的年平均气温在1961-2005 年间增加了0.072 ^oC, 其中1991-2005 年间增温幅度为0.047 ^oC; 年最高气温升高了0.162 ^oC, 其中1991-2005 年间 增温幅度为0.083 ^oC, 表明1991-2005 年间长江三角洲城市带的空间扩展正在改变区域温度变化趋势, 且这种增温趋势显著。     

我国横断山区1960-2008年气温和降水时空变化特征

运用样条函数法、线性回归、最小二乘法和趋势分析等方法,对横断山区27个气象站1960-2008年日平均气温和降水资料分析表明,近50年来横断山区气温呈现统计意义上的变暖趋势,其中60和80年代气温相对较低,其他年代则较高,2000-2008时段年均温比多年均值高0.46^oC。横断山区年均气温、春季气温、夏季气温、秋季气温和冬季气温的倾向率分别为0.15^oC10a^-1、0.589^oC10a^-1、0.153^oC10a^-1、0.167^oC10a^-1和0.347^oC10a^-1,升温幅度表现出随纬度增高而加大的趋势,整个横断山区以沙鲁里山和大雪山南缘区域及梅里雪山地区为中心,春季升温幅度最大,冬季次之。横断山区年降水在60和70年代偏低,80年代以后相对偏高,特别是90年代比多年均值高29.84mm,进入2000年后相较90年代明显下降。横断山区年降水、春季降水、夏季降水、秋季降水和冬季降水倾向率分别为9.09mm10a^-1、8.62mm10a^-1、-1.5mm10a^-1、1.53mm10a^-1和1.47mm10a^-1,只有春季倾向率通过了显著水平检验;除夏季降水外,其他季节降水均表现出由西南向东北和由南向北递减的趋势,这是纵向岭谷对流经该区的东亚季风和南亚季风同时起着东西向阻隔作用和南北向通道作用的体现。横断山区季风期气温和降水的倾向率分别为0.117^oC10a^-1和6.01mm10a^-1,最为明显的是2000年后季风期降水明显降低;横断山区非季风期气温和降水的倾向率分别为0.25^oC10a^-1和7.47mm10a^-1,均高于季风期。     

青藏高原各拉丹冬冰芯记录的季节气温变化

2005 年10-11 月中美联合考察队在各拉丹冬峰北部果曲冰川平坦的粒雪盆 (33^o34'37.8"N, 91^o10'35.3"E, 5720 m a.s.l.) 钻取了一支冰芯, 通过对该冰芯进行多参数定年, 恢复了青藏高原中部各拉丹冬地区近70 年来降水中δ¹⁸O 的变化历史。根据冰芯中季风期和非季风期δ¹⁸O 值与临近气象台站气温的正相关性, 重建了该地区70 年来的春季和夏季的气温变化。结果表明, 各拉丹冬冰芯中δ¹⁸O 记录的春季和夏季升温趋势非常明显; 根据回归分析, 冰芯中非季风期的δ¹⁸O 每增大(或减小) 1‰相当于春季气温升高(或降低) 1.3 ^oC; 季风 期的δ¹⁸O 每增大(或减小) 1‰相当于夏季气温升高(或降低) 0.4 ^oC; 各拉丹冬冰芯中δ¹⁸O 记录恢复的春季和夏季气温与北半球春季和夏季的气温变化具有一致的趋势, 但各拉丹冬地区的增温幅度比北半球要大, 同时春季的增温幅度也高于夏季。     

青藏铁路沿线1966-2004 年 冻结与融化指数的变化趋势

利用日气温观测值计算了青藏铁路沿线7 个主要气象站1966-2004 年的年冻结与融化指数,分析了这些指数的统计与分布特征,并应用两种趋势检验方法：非参数Mann-Kendall 检验法和简单线性回归法分析了这些台站年冻结与融化指数的变化趋势。结果表明,青藏铁路沿线多年平均冻结指数大致分布在95~2300 ^oC·日之间, 多年平均融化指数大致在630~3250 ^oC·日之间。7 个站点的冻结指数均呈减少趋势,其线性倾向率分布在-16.6~-59.1 ^oC·日/10a 之间;融化指数均呈增加趋势,其线性倾向率分布在19.8~45.6 ^oC·日/10a 之间。MK 趋势检验的结果显示,除格尔木表现出微弱的减少趋势外,其他站点都呈现了0.05 水平 下的显著减少趋势;年融化指数除格尔木和沱沱河表现出弱增加趋势外,其他5 个台站都显示出了0.05 水平下的显著增加趋势。简单线性回归方法得到的趋势结果与MK 趋势检验结果相一致。     

近50年来中国天山冰川面积变化对气候的响应

基于1960 年以来中国天山各流域冰川面积变化的统计分析,系统地研究了中国天山冰川面积变化对气候的响应情况。结果表明,近50 年来中国天山冰川的面积缩小了11.5%,对研究时段统一化后发现面积年均退缩率为0.31% a^-1。各流域冰川面积退缩速度存在一定差异,但冰川加速消融趋势明显。天山地区14 个气象站的气温与降水量倾向率平均值分别为0.34 ^oC·(10 a)^-1与11 mm·(10 a)^-1,气温在干季增幅大而在湿季增幅略小,降水量在干季增长缓慢而在湿季增长显著,这样的气候变化趋势有助于天山冰川的退缩。     

新疆夏季0 oC 层高度变化对河流年径流量的影响

按气候特点和河流径流情况把新疆划分为阿尔泰- 塔城、天山山区和昆仑山北坡3 个研究区域。采用1960~2002 年新疆12 个探空站逐日观测资料和34 个水文站的年径流资料, 利用经过5 点平滑处理的曲线趋势对比和线性相关的研究方法, 定性与定量相结合分析了43 年来新疆夏季0 ^oC 层平均高度变化和河流径流变化趋势及空间分布差异, 并建立了二者的定量关系式。研究表明: 新疆夏季0 ^oC层平均高度与河流年径流量变化具有较好的一致性, 尤其是1970 年代以来, 两者的变化趋势更加亦步亦趋。各区变化不尽相同, 阿尔泰- 塔城和天山山区为1990 年代初以来夏季0 ^oC层平均高度为显著升高地区, 昆仑山北坡为下降区。与之相对应, 同期前两个地区的河流径流量也显著增大, 后一个区域的径流量略为减少。就相关 性而言, 新疆全区和分区的天山山区以及昆仑山北坡等地的夏季0 ^oC层高度与河流径流量均有较好的相关性, 均通过了0.01 显著水平的统计检验。表明新疆近年来不仅近地面发生了气候变化, 高空也同样发生了类似的变化, 并直接导致了夏季0 o^oC层高度的升降。气候变暖, 新疆夏季0 ^oC层升高, 山区的冰雪消融加快, 河流径流量相应增多, 进入丰水期。反之, 进入枯水期。夏季0 ^oC层高度的升降直接影响新疆河流径流量, 在新疆气候暖湿化过程中, 高空的增温也是一个较直接的因子。     

近50年新疆天山奎屯河流域冰川变化及其对水资源的影响

基于地形图、遥感影像、气象与水文资料,对气候变化背景下奎屯河流域近50 a冰川变化及其对水资源的影响进行了研究。结果表明：1964~2015年该流域冰川面积减小了约65.4 km²,冰储量亏损了约4.39 km³,且2000年后冰川消融与退缩加快。消融期内正积温增大带来的冰川物质支出（消融）高于源自年内降水的冰川物质收入（积累）是造成该流域冰川消融与退缩的主要原因。1964~2010年该流域径流年际变化总体呈上升趋势,1993年后径流增加趋势显著,且周期性丰枯变化发生了改变。52 a间该流域冰储量亏损引发的水资源损失量达39.5×10⁸m³,年均亏损量约占多年平均径流量的12%,且20世纪80年代后冰川融水在径流中所占比重增大。     

西藏羊卓雍湖流域近45 年气温和降水的变化趋势

利用西藏羊卓雍湖流域气象、水文观测站1961-2005 年逐月的平均气温、降水量等资 料, 分析了近45 年流域气温、降水的年际和年代际变化特征和异常年份, 以及羊湖水位变化趋势及影响因子, 结果表明： 近45 年流域年平均气温以0.25 ^oC/10a 的速率显著升高, 增温主要表现在秋、冬季。近25 年, 流域平均降水量除冬季呈减少趋势外, 其他各季节表现为显 著的增加趋势, 增幅为11.4~30.0 mm/10a, 夏季增幅最大; 年降水量以54.2 mm/10a 的速率明显增加。20 世纪60 年代至90 年代, 除夏季外, 其他3 季表现为逐年代增温趋势。在夏季, 降水量除80 年代偏少外, 其他3 个年代偏多; 而冬季相反, 80 年代降水偏多, 其他3 个年代偏少。流域年平均气温异常偏高年出现过3 次, 且发生在20 世纪90 年代末至21 世纪初; 60 年代后期和70 年代初降水多异常年份。自1997 年发电以来, 降水量呈增加趋势, 流域平均降水量达409.7 mm, 明显高于平衡降水量, 水位呈较明显的上升趋势。降水增多、日照减少, 以及气温明显升高、冰雪融水增加是造成水位上升的主要原因。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

1961—2010年讨赖河山区径流变化特征及其驱动因素

以1961—2010年讨赖河山区气温、降水和径流资料为基础,综合运用线性趋势、距平百分比、重标极差、Mann-Kendall突变检测、小波变换和多元线性回归等多种数理分析方法,研究了讨赖河山区径流的年内和年际变化规律,并探讨了气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：径流年内分配极不均匀且呈单峰型分布,汛期径流占年径流的比重为62.11%。径流经历了“丰-枯-丰-枯”4次波动,在1984年发生由多到少的显著性突变,但整体呈不显著减少趋势且具有持久性。径流在22年准周期上振荡最为明显,经历了“少-多-少-多-少-多-少”7次循环交替,2010—2015年径流可能再次偏多。近50年来山区气温呈“稳定波动-快速上升”变化,降水量呈显著增加趋势,但山区降水转化为径流的比例减少。气温升高和降水量增加引起的蒸散发增加,同时气候变化和人类活动共同作用下的地表覆盖类型的变化均对径流变化产生影响。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

Impacts of Climate Change and Human Activities on Water Suitability in the Upper and Middle Reaches of the Tao’er River Area

Due to the impact of climate change and human activities, the upper and middle reaches of the Tao’er River have become an ecologically sensitive area in Northeast China. It is important to evaluate the contributions of climate change and human activities to water suitability in the Tao’er River area. From the perspective of water and heat balance, the water suitability index (c_r) was used to analyze the water suitability of the upper and middle reaches of the river. The nonparametric Mann-Kendall, moving t-test and cumulative anomaly methods were used to detect abrupt changes in Taonan station runoff from 1961 to 2012. Three inflexion years were detected. Thus, the entire time period was divided into four periods: 1961-1974, 1975-1983, 1984-1998, and 1999-2012. In order to estimate the impacts of climate change and human activities on runoff, the slope change ratio of cumulative quantity (SCRCQ) was adopted. Finally, the contribution of climate change and human activity to c_r was transformed from the contribution of climate change and human activity to runoff by the sensitivity coefficient method and SCRCQ method. The results showed that the water suitability index (c_r) had a decreasing trend 1961-2012. Factors influencing c_r, such as net radiation and runoff, also exhibited a decreasing trend, while precipitation exhibited an increasing trend over the past 52 years. The trends of c_r, net radiation and runoff were obvious, which passed the Mann-kendall test of significance at α=0.05. Human activities were the main factors that affected runoff, although the degree of impact was different at different times. During the past 52 years, the biggest contributor to the change in c_r was precipitation.     

新疆地表水资源对气候变化的响应初探

计算新疆三大区域地表水资源与气候的相关性,建立两者间的回归方程,进而探讨新疆地表水资源对气候变化的响应,得到以下几点主要结论:①新疆地表水资源对气候变化的响应具有明显的地域特点:北疆以对水文年降水的正响应为主;南疆以对5~9月温度的正响应为主,以对高山区前年的水文年降水的正响应为辅;东疆对水文年降水的正响应及5~9月温度的负响应并重,对降水的响应更重要些。②北疆:当北疆8站水文年平均降水偏多(或偏少)10%时,北疆地表水资源会偏多或偏少7.2%。③东疆:当沁城5~9月平均温度为多年平均值时,巴音布鲁克水文年降水变化±10%,东疆地表水资源会出现±5.4%的变化;当巴音布鲁克水文年降水为多年平均值时,沁城5~9月平均温度偏高(或偏低)1℃,东疆地表水资源会减少(或增多)8.3%。④南疆:当南疆4站5~9月平均温度为多年平均值时,塔什库尔干前年的水文年降水变化±10%,南疆地表水资源会出现±1.3%的变化;当塔什库尔干前年的水文年降水为多年平均值时,南疆4站5~9月平均温度偏高(或偏低)1℃,南疆地表水资源会增多(或减少)11.7%。     

Climate transformation to warm-humid and its effect on river runoff in the source region of the Yellow River

The change characteristics and trends of the regional climate in the source region of the Yellow River, and the response of runoff to climate change, are analyzed based on observational data of air temperature, precipitation, and runoff at 10 main hydrological and weather stations in the region. Our results show that a strong signal of climate shift from warm-dry to warm-humid in the western parts of northwestern China （Xinjiang） and the western Hexi Corridor of Gansu Province occurred in the late 1980s, and a same signal of climate change occurred in the mid-2000s in the source region of the Yellow River located in the eastern part of northwestern China. This climate changeover has led to a rapid increase in rainfall and stream runoff in the latter region. In most of the years since 2004 the average annual precipitation in the source region of the Yellow River has been greater than the long-term average annual value, and after 2007 the runoff measured at all of the hydrologic sections on the main channel of the Yellow River in the source region has also consistently exceeded the long-term average annual because of rainfall increase. It is difficult to determine the prospects of future climate change until additional observations and research are conducted on the rate and temporal and spatial extents of climate change in the region. Nevertheless, we predict that the climate shift from warm-dry to warm-humid in the source region of the Yellow River is very likely to be in the decadal time scale, which means a warming and rainy climate in the source region of the Yellow River will continue in the coming decades.     

中国东北地区典型流域水文变化特性及其对气候变化的响应

以辽河的主要水源区太子河流域为对象,分析近50 a来流域的降水径流变化特性,采用水文模拟方法,研究了河川径流量及土壤含水量对气候变化的响应。结果表明:近50 a来实测径流量总体呈现减少趋势;20世纪80年代以来,气候因素对河川径流量的绝对影响量呈现增加趋势;降水增加比减少对河川径流量的影响明显,土壤含水量对降水减少的响应更加敏感,气候暖干化趋势将非常不利于东北地区的水资源利用和农业生产。     

Possible change on the runoff in the upper Yellow River basin under global climate change

In this study,the characteristics and changing trends of temperature,precipitation,and runoff in the upper Yellow River basin up Tangnag station are analyzed by using hydrological and meteorological data in the past 50 years from observation stations in the basin.Further,in this study,the evolving trend of runoff in the future decades is forecasted in the basin based on the method of suppositional climate scenes combination.The results indicate temperature variation in the basin has an evident positive relation with global warming,and the precipitation variations are quite complicated in the basin because of differences of located geographic positions during the past 50 years.Runoff in the basin has been decreasing continually since the end of the 1980s because the mean temperature in the basin has been rising and precipitation in the main areas of runoff formation in the basin has been decreasing.Runoff will largely decrease if precipitation decreases and temperature rises continuously,whereas runoff will increase if temperature is invariable and precipitation increases largely;the increase magnitude of runoff may be more than that of precipitation because of the synchronously increasing supply of meltwater from snow,glacier,and frozen soils in future several decades.     

气候与地表覆被变化对梭磨河流域水文影响的分析

分析了1960～1990年长江上游梭磨河流域气候和地表覆被变化及其对流域水文的影响。30年来，流域降水有所增加，有林地面积1957～1974年大幅下降，以后有所回升。有林地每公顷蓄积量由1957年的423m^3下降到1998年的177m^3，40年来林地质量不断下降，流域水文发生了明显的变化；年均流量自1972年以来不断上升，洪水频率、洪峰流量和土壤侵蚀模糊明显增加。