天山南、北坡河流出山径流对气候变化的敏感性分析——以开都河与乌鲁木齐河出山径流为例

选取开都河与乌鲁木齐河山区流域为研究区域,利用有关水文气象台站1960-2005年的观测资料,对研究区域的气温、降水与出山径流的变化特征及趋势进行了分析,并根据研究区域气候变化的特征与趋势及出山径流与山区降水、气温之间的关系,假定不同的气候情景组合,建立山区径流对气候变化的响应模型,以揭示天山南、北坡河流出山径流对气候变化的响应及其差异.结果表明,开都河与乌鲁木齐河山区径流与气温、降水量均呈正相关关系,受山区降水、气温持续增加和上升的影响,出山径流总体呈上升趋势,1990年代以后的升幅尤为显著;相对而言,乌鲁木齐河山区径流对降水变化更为敏感,而开都河出山径流对气温变化的敏感性略甚于气温.     

天山南、北坡典型河流出山径流对气候变化响应的分析对比

基于有关水文、气象台站的降水、气温和径流观测资料,对天山南、北坡的代表性河流——开都河与乌鲁木齐河上游山区径流变化及其对气候变化的响应进行了分析。在此基础上建立山区径流对气候变化的响应模型,假定不同的气候情景组合,就两条河流出山径流对气候变化的敏感性进行分析对比。结果表明,近40余年,两条河流山区年降水量、平均气温及径流总体上均呈波动状上升态势。一方面径流与降水、气温的变化呈明显的正相关关系;另一方面山区径流对降水、气温变化的响应的程度存在着明显的区域性差异,即乌鲁木齐河出山径流对降水变化的响应程度明显强于开都河,而开都河出山径流对气温变化的敏感性要高于乌鲁木齐河。     

1958~2015年疏勒河上游出山径流变化及其气候因素分析

利用1958~2015年疏勒河出山口昌马堡水文站径流资料以及同期流域气象资料,揭示了疏勒河出山径流及其对流域气候变化的响应。结果表明：总体上,疏勒河出山径流量呈现增加趋势,特别是20世纪90年代后期以来,出山径流增加趋势更为明显,但近几年,疏勒河出山径流量缓慢回落,21世纪初暂时成为代际变化的拐点。研究亦显示,疏勒河出山径流对河源处高海拔山区气候变化的响应更为敏感,出山径流年际变化实际受到山区气候因素的共同影响,不同时段各因素影响强度具有一定差异;降水是出山径流变化的主控因素,但气温升高导致冰雪融化加快是近年来出山径流增长较快的重要原因。定量分析表明,20世纪90年代后期以来气温等对径流影响比重超过60%,而降水约为30%左右。     

气候与土地利用变化对汉江流域径流的影响

作为联结大气圈和地圈的纽带,水文循环同时承受气候变化和土地利用/覆被变化（LUCC）的双重影响,然而大多数的水文响应研究主要关注未来气候变化对径流的影响,忽略了未来LUCC的作用。因此,本文的研究目的是评估未来气候变化和LUCC对径流的共同影响。首先采用2种全球气候模式（BCC-CSM1.1和BNU-ESM）输出,基于DBC降尺度模型得到未来气候变化情景;然后,利用CA-Markov模型预测未来LUCC情景;最后,通过设置不同的气候和LUCC情景组合,采用SWAT模型模拟汉江流域的未来径流过程,定量评估气候变化和LUCC对径流的影响。结果表明：① 未来时期汉江流域的年降水量、日最高、最低气温相较于基准期（1966—2005年）,在RCP 4.5和RCP 8.5浓度路径下,分别增加4.0%、1.8 ℃、1.6 ℃和3.7%、2.5 ℃、2.3 ℃;② 2010—2050年间,流域内林地和建设用地的面积占比将分别增加2.8%和1.2%,而耕地和草地面积占比将分别减少1.5%和2.5%;③ 与单一气候变化或LUCC情景相比,气候变化和LUCC共同影响下的径流变化幅度最大,在RCP 4.5和RCP 8.5浓度路径下未来时期年平均径流分别增加5.10%、2.67%,且气候变化对径流的影响显著大于LUCC。本文的研究结果将有助于维护未来气候变化和LUCC共同影响下汉江流域的水资源规划与管理。     

全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化

利用有关水文气象观测资料,对全球气候变暖情景下祁连山区黑河流域水资源的变化特征、成因及趋势进行了分析,并在此基础上提出了未来各种假定气候情景下黑河山区径流变化的计算模式。分析及计算结果表明:黑河山区水资源对全球气候变暖的响应十分明显,但受其特殊地理位置的影响,水资源的变化又有着显著的地域性特征。总体上,山区的气温和降水随全球增温均呈上升和增加的趋势,且气温上升的幅度大于全球平均水平,山区径流亦随降水量的增加而增加,但增幅随着气温升高而逐渐减小,除非遭遇到比较极端的气候情景,如气温升幅与降水减幅同时出现较大值的"暖-干"气候组合或气温降幅与降水增幅的同时出现较大值的"冷-湿"气候组合等。因此,可以预计,未来几十年里黑河山区水资源量虽随着降水、气温的变化而上下波动,但变化相对稳定,其幅度基本在目前出山径流量的±10%左右范围内。     

未来百年不同排放情景下滦河流域径流特征分析

为了研究滦河流域未来百年（2010-2100年）不同排放情景下气候变化对径流的影响,利用ECHAM5/MPI-OM模式在3种排放情景下（A2高排放、A1B中排放、B1低排放）下所做的21世纪未来百年气候变化预估实验得到的数据,应用HBV模型对滦河流域进行了模拟研究,模型率定期和验证期的结果表明HBV模型在滦河流域具有很好的适用性。结合HBV模型和ECHAM5/MPI-OM模式在3种排放情景下的百年气候变化预估数据,结果显示在3种排放情景下滦河流域百年平均径流深度相差不大,但变化趋势有较大不同,年际变化突出。整体而言,未来百年在3种情景下滦河流域的径流深度都将有不同程度的增加趋势,其中在B1低排放情景下,增加趋势显著;在周期方面,A2和A1B情景下,2-9年的年际变化周期较为明显,而在B1情景下周期不太明显。     

青海湖水量变化模拟及原因分析

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,以分布式水文模型SWAT为基础,结合湖泊水量平衡模型,建立了青海湖水位(水量)模型,模拟了青海湖过去几十年水位变化过程。水文因子分析表明,20世纪80~90年代青海湖流域径流和湖泊水位变化的主要原因是气候变化。根据不同气候情景,对未来青海湖水位变化进行了预测。结果表明,未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势。这一结果将会缓解青海湖流域水资源日益紧张的局势,并有利于植被的恢复,减少土地沙化面积,对流域生态环境的改善和社会经济的发展将会有极大的帮助。     

多模式预测气候变化及其对雪冰流域径流的影响

冰川覆盖流域的雪冰融水对河川径流有重要的调节作用。气候变化影响雪冰融水过程和数量变化,河川径流过程和径流量相应变化,其程度与流域冰川情况相关。通过利用CMIP5气候模式输出气象数据驱动流域水文模型,模拟研究天山地区3个不同冰川覆盖率河流(库玛拉克河、玛纳斯河、库车河)的径流对气候变化的响应。结果表明:随着未来气温和降水的持续增加,3个流域的雪融水均有增加,冰融水变化受冰川覆盖面积的影响,在各个流域变化不一致。径流变化主要受降水增加和雪冰融水变化的综合影响,在未来情景下各流域径流均有增加,分别增加了5.8%～14.3%(库车河)、2.9%～11.4%(玛纳斯河)、12.9%～47.1%(库玛拉克河),且冰川覆盖率越大的流域,预估径流不确定性变化区间受冰融水影响越大。预估3个流域的径流、雪冰融水年内分布变化表明,各河流的春季融雪时间提前和融雪量增加使得流域春季径流量较历史时期增大;在夏季,受雪冰融水变化的影响库车河、玛纳斯河夏季径流峰值量减小,而库玛拉克河径流峰值量增加,且预估的各流域夏季径流变化不确定性区间明显大于其它季节。     

基于小波变换和GRNN神经网络的黑河出山径流模型

对黑河山区流域月降水量和气温做Harr小波变换,并作为GRNN神经网络的输入,对黑河出山径流进行模拟和预测验证,效果较好。应用全球变化成果,在不同的气候情景下,对黑河出山径流进行预测。结果表明,黑河出山径流在未来一段时间内,径流量会有一定程度的增加,最终会减少。但模型对气温反应不敏感。去除气温重构的细节系数后,气温也成为一个敏感因素,但径流量却随气温的增加而增加。可推断,引进Haar小波变换的GRNN神经网络模型可应用于径流量对气温不敏感的流域。     

上游不同开发情景对阿克苏河径流变化影响分析

萨雷扎兹河发源于吉尔吉斯斯坦(以下称吉国),入境水量约占阿克苏河水量的44.3%,对确保阿克苏地区经济社会的可持续发展具有重要的现实意义。近年来,吉国计划在萨雷扎兹河(阿克苏河上游)进行水资源开发,将会影响处于下游的我国境内阿克苏河流域的水资源量。基于阿克苏河流域的径流数据,定量分析了萨雷扎兹河的径流变化特征和不同开发情景对阿克苏河下游径流的影响。结果表明:在1958—2015年,萨雷扎兹河年径流整体呈显著上升趋势;径流的年内分配差异较大,主要集中在7、8月;春、冬两季径流呈显著增长趋势,夏、秋两季呈微弱增长趋势;从年代际变化看,除1958—1959年为偏枯水时段,1990—1999年为偏丰水时段外,剩下的时间段均为平水时段。吉国跨流域调水工程建设将对阿克苏河径流产生重大影响。从季节尺度分析,跨流域调水工程建设将导致阿克苏河下游径流呈减少状态,其中夏季敏感性最高;从年尺度分析,跨流域调水工程建设将导致阿克苏河下游径流呈减少状态,而且随着调水量的增多,阿克苏河下游径流不断减少。研究结果可以为我国政府在处理吉国跨流域调水工程建设对阿克苏河径流产生影响的问题上提供一定的参考。