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。     

运城市过去50a和未来气候变化趋势研究

基于运城市1961—2010年的年平均气温和降水量实测数据,运用Mann-Kendall趋势检验和线性回归法对其进行了分析,并结合SDSM模型分析了未来两种气候情景下年平均气温和降水量的变化趋势。结果表明:1运城市50 a来年平均气温呈显著上升趋势,且1990年之后的年平均气温明显高于1990年前的,降水量呈下降趋势,但1991—2010年变化趋势较为平缓;2未来两种气候情景下,年平均气温和降水量基本呈上升(增加)趋势,且累计增长率也呈逐渐增大趋势,与B2情景相比,A2情景下年平均气温的增幅更大。     

孟津县历史气象分析及未来气候变化预测

利用中国气象科学数据共享服务网已整编的孟津气象站1961~2008年气象数据及IPCC数据发布中心提供的1950~2099年的全球栅格气象数据,对孟津县过去48年的气候变化特征及趋势进行详细的研究和分析,并对未来气候变化进行了预测。结果表明,孟津县年降水量在1984年之前为降水偏多时段,随后波动减少,在2004年之后呈现明显的下降趋势,并无回升迹象。总体上,孟津县的气温变化呈现出上升的趋势,其主要原因是最低温度的显著升高。在未来气候情景下孟津县的降水量、平均气温都将会有所增加,且变化趋势与全国未来气候变化趋势分析结果一致。     

天然文岩渠流域水文气象要素变化特征分析

运用不均匀系数法、Mann-Kendall趋势检验、R/S分析、Pettitt变点检测等数理统计方法对天然文岩渠流域1970—2009年水文气象要素变化特征进行了分析。结果表明,该流域降水量、径流量、输沙量年内分配差异较大,水面蒸发量年内分配较为平均。年降水量呈不显著减少趋势,具有反持续性,在未来将呈增加趋势;年径流量、年输沙量、年蒸发量呈显著减少趋势,分别于1984年、1994年、1977年发生变异,且都具有长持续性,在未来一段时间都将呈减少趋势。     

黄河流域未来极端气候事件变化趋势评估

极端气候事件会对陆地生态系统服务功能以及人类社会生活造成严重影响。针对GFDL、FGOALS和CCSM4这3种CMIP5气候模式，对RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5未来情景下的黄河流域极端气候时空变化特征进行研究。结果表明：RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下流域日最高气温的上升速率分别为0.052、0.170、0.470℃/10 a,日最低气温的上升速率分别为0.029、0.170、0.460℃/10 a。日最高气温和日最低气温的空间分布规律呈现出一致性，从黄河上游河源区向中下游呈上升趋势。未来情景下黄河流域整体年降水量呈弱增加趋势，到21世纪后期，高温室气体排放情景下年降水量的增幅变大。     

黄河源区水文水资源对气候变化的响应

气候变化是目前世界各国科学工作者关注的重要问题之一。以黄河源区为研究区,采用Mann-Kendall非参数检验和Spearman秩次检验相关法分析了过去60 a降水、气温及径流的变化趋势;利用10套情景数据驱动大尺度分布式VIC模型,分析了黄河源区未来径流和土壤含水量的可能变化。结果表明,过去60 a黄河源区年平均气温呈显著上升趋势,平均每10 a上升约0.23℃,高于全球地表平均升温速率0.13℃/10 a;日最低气温比日平均气温和日最高气温的升高趋势显著;年降水量呈微弱增加趋势,年径流量呈微弱减少趋势,两者变化趋势都不显著;可变下渗容量模型能较好地模拟黄河源区的水文过程,率定期及检验期的水量相对误差都在5%以内,月径流过程的Nash效率系数达到0.9。采用4个全球气候模式、4种排放情景组成的共10个情景系列来驱动水文模型,结果表明,未来黄河源区径流和土壤含水量将有可能呈减少趋势,未来唐乃亥站的年内日径流量分配的不均匀性将更明显,发生干旱的可能性进一步加大,将会对工农牧业生产构成威胁,应及早采取措施。     

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。     

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。     

海河流域60年降水量的变化及未来情景分析

降水量是水文循环的重要因素。利用Mann-Kendall趋势检验方法,分析了1951—2010年海河流域降水量的历史演变规律;并根据大气环流数据分析了降水变化的原因;利用全球气候模式数据预测了未来降水量的可能变化情景。主要结论为:(1)1951—2010年,海河流域的年降水量呈显著减少趋势,达到了5%的显著性水平,其中夏季降水减少的幅度最大。(2)南方涛动指数(SOI)和海河流域降水具有较好的正相关,而太平洋年代波动(PDO)和太平洋年代内的波动(IPO)与海河流域降水具有较好的负相关。(3)在未来气候变化背景下,海河流域的年降水量和月降水量都将呈现出增加趋势;在A1B情景下,总体上流域东部降水量的增加幅度要大于流域西部。相关研究成果对于保障流域的水资源安全,支撑区域经济社会可持续发展,具有重要的科学价值和实际意义。     

基于CORDEX区域气候模式的大渡河流域径流模拟

研究气候变化下大渡河流域的径流预测可有效提高未来该流域的水利资源利用率,为水电调度提供决策参考。首先利用逐步聚类算法对6套CORDEX区域气候模式1970—2005年数据进行校正和验证,模拟大渡河流域2030—2065年的气候变化趋势。之后建立了大渡河流域年尺度的SWAT(Soil&Water Assessment Tool)模型,使用SWAT-CUP对其进行率定和验证,最后以校正后的未来气象数据驱动SWAT模型,进行未来大渡河流域径流模拟。结果表明,在未来RCP4.5和RCP8.5情景下,该流域降水量变化幅度较小,最高温度、最低温度整体呈增长的趋势,未来径流将大致呈增加的趋势,且在2050年前后,径流波动趋势不一致。在2050年之前径流变化量较小,之后2种气候情景下的径流变化趋势明显变大,预报的不确定性也增加。     

Combined Effects of Reservoir Operations and Climate Warming on the Flow Regime of Hydropower Bypass Reaches of California's Sierra Nevada

Alterations to flow regimes from regulation and climatic change both affect the biophysical functioning of rivers over long time periods and large spatial areas. Historically, however, the effects of these flow alteration drivers have been studied separately. In this study, results from unregulated and regulated river management models were assessed to understand how flow regime alterations from river regulation differ under future climate conditions in the Sierra Nevada of California, USA. Four representative flow alteration metrics—mean annual flow, low flow duration, centroid timing and mean weekly rate of decrease—were calculated and statistically characterized under historical and future unregulated and regulated conditions over a 20‐year period at each of the eight regulated river locations below dams across the Sierra Nevada. Future climatic conditions were represented by assuming an increase in air temperature of 6 °C above historical (1981–2000) air temperatures, with no change in other meteorological conditions. Results indicate that climate warming will measurably alter some aspects of the flow regime. By comparison, however, river regulation with business‐as‐usual operations will alter flow regimes much more than climate warming. Existing reservoirs can possibly be used to dampen the anticipated effects of climate warming through improved operations, though additional research is needed to identify the full suite of such possibilities. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

情景分析技术在未来太湖水位预见中的应用

为了探讨未来太湖水位对气候变化及人类活动的响应,基于情景分析技术,利用分布式水文模型VIC,水动力学模型ISIS,并结合区域气候模式PRECIS,对太湖水位进行水文-水动力学模拟。结果表明:未来时期(2021—2050年),太湖流域平原区下垫面不透水面积增加显著,水田、旱地和水面的面积均呈减少趋势;太湖汛期最高水位和平均水位较基准期(1961—1990年)均显著升高,未来诱发同量级太湖最高水位的暴雨重现期将显著减小,太湖流域未来大洪水的发生可能更趋频繁。     

气候变化与中国水资源可持续利用

全球变暖是目前最重要的环境问题之一.根据目前的相关研究成果,介绍了中国气候变化及其影响的事实,论述了中国水资源特点及目前存在的问题,分析了气候变化对中国典型流域河川径流量变化的贡献、未来气候变化对水资源的可能影响、以及水资源系统对气候变化的敏感性和脆弱性;结合中国的实际情况,初步提出了水资源管理中应对气候变化的基本适应对策.     

NON‐UNIFORM CHANGES TO WHITEWATER RECREATION IN CALIFORNIA'S SIERRA NEVADA FROM REGIONAL CLIMATE WARMING

Whitewater recreation is an aesthetic ecosystem service potentially affected by climate warming alterations to runoff. In California's Sierra Nevada, climate change is likely to reduce water availability with warmer air temperatures and stationary or decreasing precipitation, which will likely alter whitewater recreation opportunities. In this study, we identified 128 whitewater runs on the west slope of the Sierra Nevada within a 13‐basin study area that ranged from serene float trips to remote, difficult, kayak expeditions. We used a spatially explicit, one‐dimensional rainfall‐runoff model to estimate the unregulated hydrology at specific locations within flow thresholds amenable to whitewater recreation. Climate warming scenarios were simulated by increasing air temperature by 2 °C, 4 °C and 6 °C and assuming no change in precipitation. With mild warming, the average number of boatable weeks per year increases, but more extreme warming decreases the average boatable weeks per year across the Sierra Nevada. Runs in low‐elevation drainages, such as the Cosumnes and the Tule River Basins, are most vulnerable to changes in boatable weeks. Yet, high‐elevation watersheds, such as the Kern River, also have a large reduction in boatable weeks. Watersheds in the central Sierra Nevada show an increase in boatable weeks. Overall, we found elevation and run type to be the best predictors of resiliency for Sierra Nevada whitewater runs. Recreation is important for management of rivers, yet it is difficult to quantify and to plan for. This research provides a sensitivity analysis approach to climate warming for the Sierra Nevada and presents a method that can be applied to other regions and whitewater rivers. The observed reduction in whitewater recreation opportunities in unregulated rivers because of climate warming and continued increases in population will likely increase the importance of whitewater boating on regulated rivers and thus the reliance on operations for meeting multiple demands. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

Responses of soil moisture to climate change based on projections by the end of the 21st century under the high emission scenario in the ‘Huang–Huai–Hai Plain’ region of China

Based on the future potential projections in the late 21st century under the Representative Concentration Pathway (RCP) 8.5 scenario, the maximal responses of surface soil moisture (SSM) to an extreme climate change are exhibited in the ‘Huang–Huai–Hai Plain’ (‘3H’) region of China. The Common Land Model (CoLM) and the approach of conditional nonlinear optimal perturbation related to parameters (CNOP-P) are employed to explore the above issue. Three climate change scenarios, associated with temperature change, precipitation change and changes in both temperature and precipitation, are provided by applying the CNOP-P approach and denoted as the CNOP-P-type temperature change scenario, the CNOP-P-type precipitation change scenario and the CNOP-P-type climate change scenario, respectively. For the CNOP-P-type scenarios, the changes in both climatology and climate variability relative to the reference climate condition are included. To explore the different responses of SSM to different types of climate scenarios, the hypothesized climate change scenarios are examined as well, in which only the change in climatology is considered. Numerical results have suggested that the CNOP-P-type scenario induces greater SSM responses in terms of variation magnitudes than the hypothesized climate change does, especially in the semi-arid regions north of 35°N. For the two types of climate change scenarios, the differences about precipitation and soil ice changes result in the difference about SSM changes in the northern region, though the difference about evapotranspiration variations helps to narrow the difference about SSM. The above results imply that climate variability is important to SSM in the semi-arid region.     

基于区域水平衡理论和SWAT模型的沁河流域水收支平衡演变分析

基于区域水平衡理论和SWAT模型,提出了分布式水收支平衡模型的构建思路及水收支平衡计算方法,对人类活动和未来气候变化情景下的沁河流域水收支平衡状况进行模拟,并通过皮尔逊相关系数和Mann-Kendall检验方法分析了水收支平衡的关键影响要素及其演变规律。结果表明:2010—2016年沁河流域蓄水总量呈下降趋势,降水量及出口径流量为沁河流域水收支平衡相对关键的影响要素；未来多气候情景下蓄水总量呈上升趋势,多年平均降水量及出口径流量两个关键影响要素的总体变化情况与辐射强迫水平呈正相关关系；典型气候情景SSP2-4.5下降水量及出口径流量在2037—2041年、2061—2063年可能存在突变。     

基于HBV的黑河流域径流对气候变化的响应

黑河流域是我国西北干旱区内陆河研究的代表性流域,研究未来气候变化对黑河流域山区径流的定量影响,对干旱区水资源规划设计、开发利用和保护管理具有重要意义。采用HBV-light模型,首先根据实测径流数据验证了该模型在黑河流域上游的适用性,然后拟定25种气候变化情景模式,模拟气温与降水变化对径流的定量影响。结果表明:(1)当气温保持不变时,降水增加会造成年径流增加;而当降水维持不变时,气温升高将导致年径流减少。(2)关于径流年内分布,气温变化与6~9月份的径流呈负相关关系,而与4月份的径流呈显著正相关关系;降水变化与径流呈明显的正相关关系;年径流与年内分配均表现为对于降水变化的敏感性高于气温变化。(3)未来气候变化有助于缓解黑河流域水资源短缺的现状。     

辽宁省气候舒适度变化及未来趋势预测

气候舒适度是人居环境建设的重要依据,研究其历史演变规律及未来变化趋势对人与环境协调发展至关重要。基于辽宁省23个典型气象站点1967—2018年逐日气象资料,利用线性倾向及通径分析等方法分析各等级舒适日数的时空分布格局及其演变特征,并探究其影响因素,在此基础上预估了未来气候变化对气候舒适度的影响程度。结果表明:(1)辽宁省全年舒适和热不舒适日数分别以3.22 d/10 a和0.32 d/10 a的速率上升,冷不舒适日数以-3.54 d/10 a的速率下降;(2)各等级舒适日数分布及变化趋势都具有空间异质性,沈阳市人口对气候舒适响应最强,朝阳市最弱;(3)舒适和冷不舒适日数变化的主要影响因素是气温和风速,湿度只有在温度高时对热不舒适日数影响明显;(4)在未来气候变化情景下辽宁省气候舒适日数表现为先增加达到最舒适环境,而后随着气温的升高而减少。     

Adaptation Investigations to Respond to Climate Change Projections in Gansu Province,Northern China

General Circulation Models (GCMs) are applied to Gansu Province, northwest China, to assess temporal and spatial trends of precipitation and temperature, and the trends compared to historical trends. The simulations for the three regions of the Province indicate that temperatures will increase by 3, 3.4 and 3.2 °C for the East, Mid and West regions, while precipitation will be reduced by 50, 50 and 1 mm, respectively in the future. For SRES scenarios of higher population growth, the changes will be larger, followed by the scenarios of fast economic and technologic growth. Based on climate simulations, adaptations of cropping patterns will be needed in the West region since large amounts of irrigation for current cropping patterns will increase the risk of salinization and desertification unless adopted in the planning. Although the current situation for the West region of the Province is most severe, the risk of conditions being drier is shown to be higher for the Mid region. The Mid region has been highly dependent on natural precipitation; highly variable irrigation water quantities will be needed in the future since precipitation in this region varies significantly from year to year.