流域蒸散耗水率对气候和下垫面变异响应关系的稳定性研究

气候条件的变异和流域下垫面特征的改变是影响流域蒸散耗水的重要因素。本文聚焦于1900 2008年间全球83个典型流域数据,基于Budyko水热耦合平衡方程,探究100多年间不同条件下流域蒸散耗水率（AET/P）对气候和下垫面特征变异响应关系的稳定性。结果表明：(1)从长时间尺度看,大部分流域蒸散耗水率与气候干燥指数（PET/P）和流域特征参数（n值）变异的响应关系呈现较强的时间稳定性。从短时间尺度而言,半湿润流域内蒸散耗水率对干燥指数的响应系数?（AET/P）/?（PET/P）在20世纪内持续降低。不同气候条件下蒸散耗水率对流域特征参数的响应系数?（AET/P）/?（n）的变化差异显著。分不同下垫面特征来看,低n值（n<2）流域内AET/P对n值的变化更为敏感;(2)气候条件（PET/P）是大多数湿润区内蒸散耗水率的主导因素,在干旱与半干旱流域内,下垫面特征参数（n值）对AET/P贡献最大。在湿润区内,PET/P对AET/P的贡献程度随时间小幅提升;半湿润区内PET/P对AET/P的贡献度呈下降趋势。在低n值（n<2;流域持水能力较弱）流域内,n值对AET/P的贡献更多。在...     

气候变化对长江流域汉江和赣江径流的影响

近几年来,国家气候中心己经建立了中国主要四大流域气候对水资源影响评估的模式框架.本文拟进一步证明其中之一的两参数分布式月水量平衡水文模式对长江之上汉江和赣江两子流域径流的模拟能力,结果表明该水文模式对目前气候条件下径流模拟效果较好,运行稳定,可用于实时业务运行.在此基础上,利用ECHAM4和HadCM2两GCM(General Circulation Model)未来气候情景模拟结果及目前实测气候情况,对汉江和赣江两子流域的径流对未来气候变化的敏感性进行评估.经检验,两GCM对未来气候,特别是降水情景模拟存在一定差异,因此,造成径流对气候变化的响应不同,这充分反映了全球模式模拟结果不确定性在气候变化影响研究中的重要性.     

海洋对干旱半干旱区气候变化的影响

干旱半干旱区约占全球陆地总面积的41%,由于增温显著、降水稀少,导致生态脆弱、生存环境恶化,对全球气候变化的响应相对敏感.海洋作为地球气候系统的重要调节器,在干旱半干旱区气候变化过程中发挥着至关重要的作用;尤其在现代气候变化,海洋活动对干旱半干旱区气候变率的影响不可忽视.文章回顾了近百年干旱半干旱地区的气候变化特征,总结了海洋活动对其变化影响的研究进展,重点归纳了太平洋年代际振荡(PDO)、大西洋多年代际振荡(AMO)以及El Ni?o和La Ni?a等对干旱半干旱地区气候变化的影响;概述了不同海洋振荡因子协同影响干旱半干旱气候变化的机制.研究表明:全球干旱半干旱区在近百年来表现出显著的强化增温现象,呈现出明显的年代际干湿变化特征;该变化特征与海洋年代际尺度振荡因子有密切关系,由于海洋振荡因子的不同位相组合显著改变海陆热力差,进而影响西风急流、行星波及阻塞频率,导致干旱半干旱区温度及干湿特征发生改变.随着干旱半干旱地区气候变化的加剧,未来的海洋活动变化对其影响将出现新的特征,这将增加干旱半干旱地区未来气候变化的不确定性,加剧干旱半干旱区对全球气候的影响.     

气候变化对沅江流域径流影响研究

温室气体排放量增加造成气候变化,对全球资源环境产生重要影响.本文在水量平衡基础上,建立考虑气象要素和地形变化的月水文模型,利用实测径流资料对模型在时空尺度上进行验证.利用全球气候模型(GCMs)预测的未来气候变化情形,对处于湿润区的沅江流域径流过程进行预测.分析结果表明,该区域径流过程对降雨和气温变化十分敏感.根据英国Hadcm2模型对本世纪中叶气候变化预测结果,沅江流域未来年降雨量减少0.43%气温升高1.55℃,丰水期降雨增加,而枯水期将有较大幅度减少.年径流量相应减少6.8%,丰水期径流量增大11%,枯水期径流减少47%,不利于防洪和水资源开发利用.     

新疆天山北坡气候变化的生态响应研究

通过近40年天山北坡气候、水文、现代冰川、湖泊观测数据和近10年卫星遥感数据, 利用遥感和GIS技术, 从地表覆被生态系统和景观尺度, 提出了一套基于遥感的干旱区生态自然变化信息提取的研究方法, 分析了近40年天山北坡气候的变化趋势和与之相应的生态响应关系. 结果表明: (1) 近40年天山北坡气候变化的总体趋势是气温和降水增加, 特别是20世纪90年代以来的近10年气温、降水与径流量增加幅度较大; (2) 近10年天山北坡各地理分区植被综合指数显著提高, 提高幅度较大的是人工绿洲区和前山带, 其变化趋势有利于植被生态的改善; (3) 干旱区植被生态对气候变化的响应非常敏感, 由于近10年天山北坡气候的变化, 其植被覆盖度和生物量持续增加, 平原区增幅明显大于山区, 后期增幅明显大于前期.     

复杂环境下华南东江中上游流域筑坝导致的水文变异

采用可视化分析软件包XmdvTool来评价复杂环境下东江中上游流域(1952-2002)水文变异以克服常规RVA方法的限制,在分离了气候变化对水文变异影响后,结合RVA方法系统地研究了华南东江中上游流域由于筑坝等人类活动引起的河流水文变异时空演化规律.结果表明:(1)1952-2002间由筑坝导致的最显著的东江中上游流域水文变异是最小3d流量,低流量持续时间、1月平均流量和7月平均流量等3个IHA因子;(2)在河源和岭下两站水文变异9个IHA因子相关图中,1月和2月平均流量,1月平均流量和最小90d流量相关图中各存在一个较为明显的线性回归趋势,表明上述因子存在较明显的相关关系;(3)东江中上游综合水文变异强度由大至小分别为:河源、龙川和岭下.运用高维水文数据可视化分析技术结合RVA方法可有效用于天然河流水文变异时空变化研究,研究结果对于东江河流生态环境管理、生态恢复和水资源一体化管理具有重要意义,可为流域水文变异的理论与方法研究提供借鉴.     

鄱阳湖流域过去1000 a径流模拟以及对气候变化响应研究

为研究过去千年尺度径流变化及其对气候变化的响应,以长江中游鄱阳湖流域为研究区,运用气候模式CCSM4和ECHAM5模拟过去1000 a气候数据,空间降尺度后驱动水文模型模拟了鄱阳湖流域过去近千年流域径流序列.利用快速傅里叶变换、小波分析等手段,分析流域极端径流变化特征、周期和该流域旱涝事件发生频率.结果表明:2种气候模式均能反映出中世纪暖期及小冰期阶段的干湿交替变化,且小冰期内中干旱状态维持时间较长;径流的丰枯变化与降水量变化具有较好的对应关系.CCSM4和ECHAM5模式下发生旱涝灾害与极大极小降水事件发生频率基本相同,径流丰枯变化与降水变化周期相近,均具有30 a左右的主周期,10~15、7 a左右的子周期.小波系数模平方图中30 a左右显著的能量信号揭示了该周期与北太平洋气候的主要环流机制的太平洋年代际振荡周期相近,因此,大气环流涛动是造成气候-水文变化的主要原因.研究结果拓展了基于近代60 a观测记录的流域水文变化的认识,探讨了千年时间长度下流域干湿变化特征和水文对气候响应的动力机制,有助于全面系统认识长江中游在全球气候暖化背景下旱涝极端水文事件的发生机制与变化规律.     

鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数E_ns为0.71~0.84,确定性系数R²介于0.70~0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数E_ns变化为0.88~0.98,确定性系数R²为0.96~0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.     

长江中下游典型湖泊营养盐历史变化模拟

湖泊营养盐变化在自然条件下受到气候水文因素控制,同时受到湖泊生态系统生物群落作用和反馈.作为动力机制探讨,本文试图基于水文和生态动力学方法,分别构建气候-流域水文作用于湖泊营养盐的外源模式和湖泊生物群落作用于湖泊营养盐的內源模式.针对长江中下游典型湖泊,经过控制实验和率定,发现营养盐模拟与观测数据在时间序列上达到90%百分位的正相关,因此用来模拟1640 1840 A.D.期间的营养盐演变历史.研究表明:(1)模拟的湖泊营养盐变化与沉积钻孔揭示的历史营养盐变化基本一致,沉积记录与模式模拟的7个湖泊的营养盐变化均显著相关;(2)气候因素是湖泊营养盐历史演变的主控因子,来自于湖泊生物群落的反馈作用贡献约占40%;(3)在温度和降水因子的驱动下,湖泊营养盐历史变化主要受降水控制,在极端干旱时期,60%的营养盐变化同步响应于降水变化.同时,面积在400 km2以下的湖泊营养盐对气候变化的响应比2000 km2以上的大湖更为敏感.研究结果对长江中下游湖泊营养状态的长期变化机理认识和趋势控制提供科学依据.     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流过程影响的定量分析

量化气候变化和人类活动对流域水文影响及其对流域水资源规划和管理具有重要的理论与现实意义.采用水文模型和多元回归法定量分析气候变化和人类活动对鄱阳湖"五河"径流的影响,并通过与灵敏度分析法对比来进一步验证分析结果 .研究表明,1970-2009年,气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流增加的贡献率分别为73%和27%.气候变化是饶河、信江和赣江径流增加的主导因素,而人类活动是修水径流增加的主要因素,是抚河径流减少的主要原因.另外,不同季节影响径流变化的主导因素又有不同,人类活动为干季(11月到次年2月)径流增加和湿季(4-6月)径流减小的主导因素,其贡献率分别为78.9%和82.7%.本研究可为鄱阳湖流域防洪抗旱及水资源优化配置提供重要科学依据.     

半湿润半干旱流域空间组合模型研究

在半湿润半干旱地区,下垫面条件复杂,产流机制混合多变,而现有的水文模型由于其固定的结构和模式,无法灵活地模拟不同下垫面特征的洪水过程.本文利用CN-地形指数法将流域划分为超渗主导子流域和蓄满主导子流域.将新安江模型(XAJ)、新安江-Green-Ampt模型(XAJG)和Green-Ampt模型(GA)相结合,在子流域分类的基础上构建空间组合模型(SCMs),并在半湿润的东湾流域和半干旱的志丹流域进行检验.结果表明:东湾流域的参数由水文模型来主导;而志丹流域的参数受主导径流影响很大.在东湾流域,偏蓄满的模型模拟结果优于偏超渗的模型,且SCM2模型(XAJ和XAJG的组合模型)的模拟效果最好(径流深合格率为75%,洪峰合格率75%);而SCM5模型(GA和XAJG的组合模型)在以超渗产流为主的志丹流域模拟最好(径流深合格率53.3%,洪峰合格率53.3%).在半干旱半湿润流域,SCMs模型结构灵活,在地形和土壤数据的驱动下,具有更合理的模型结构和参数,模拟精度较高,适应性较强.     

中亚东部晚全新世水文气候变化及可能成因

中亚东部水文气候变化对中纬大气环流非常敏感.为了查明该地区水文气候的长期变化及其与大气环流的关系,文章利用位于中天山深水湖泊——赛里木湖钻孔岩芯,在137Cs、210Pb和AMS14C定年基础上,对湖泊岩芯有机碳、有机氮、碳/氮比、碳酸盐含量和粒度等多指标进行了分析,重建了晚全新世以来该地区水文气候变化历史.结果显示,晚全新世以来共发生了4次降水显著增加时期(4000~3780、3590~3210、2800~2160和890~280cal a BP)和1次降水微弱增加时期(1700~1370cal a BP),这与中亚东部地区已有的降水/湿度记录相吻合,表明晚全新世以来该地区具有相似的水文气候变化模式.太阳活动减弱以及整个环北大西洋地区大气环流南移,特别是中纬西风主要路径的南移,可能是中亚东部地区晚全新世水文气候变化的最主要原因.此外,赛里木湖研究结果还揭示了该地区最近100年降水显著增加,但中亚地区未来水文气候如何变化仍需更多不同载体的深入研究.     

利用HEC模型分析下垫面变化对洪水的影响——以伊河东湾流域为例

近些年,由于气候变化和人类活动的双重作用改变了流域下垫面的水文特性,探讨研究下垫面变化的水文响应过程具有重要的理论和现实意义.河南伊河洪水虽然量级不大,但发生几率较高,对水库运用和河道冲淤的影响较大.如果洪水变小,伊河下游的造床流量也相应减小,水库控制中常洪水的流量及所需的防洪库容可做相应调整,反之亦然.因此,为了科学...     

三工河流域绿洲时空变异及其稳定性研究

根据三工河流域1978, 1987年的航片和1998年TM影像以及气象水文观测资料, 利用GIS, RS和景观生态学的理论与方法, 从绿洲土地覆被、景观格局变化和绿洲冷岛效应, 研究了冲洪积扇-冲积平原型绿洲时空变异和稳定性.结果表明: (1) 流域绿洲上部、中部和下部土地覆被变化的幅度大且速度很快, 并且存在明显的空间变异性; (2) 1978~1987年期间, 绿洲景观的多样性和异质性增加, 绿洲景观稳定性降低, 而1987年后, 绿洲景观的多样性降低, 绿洲景观稳定性提高; (3) 60年代以来, 三工河绿洲的冷岛效应逐步加强, 从气候角度来说, 绿洲稳定性显著提高.     

新疆阿克苏河流域径流预报方法研究

阿克苏河(中吉国际河流)现已成为塔里木河的主河源,它对塔里木河干流的形成、发展和演变过程起着决定性作用.随着国家西部开发战略--塔里木河流域综合治理的深入开展和实施,阿克苏河流域的水文特征、水文预报等研究成为热点.特别是在干旱区中纬度高海拔流域的河流中,阿克苏河是以冰雪融水补充为主河流的典型代表,对阿克苏河流域径流进行预报研究具有理论和现实意义.鉴于此:(i)结合干旱区无资料或少资料的现状,利用现有的水文气象资料,尝试并构建日尺度水文预报方法;(ii)采用高空气温代替地面实测气温与日径流相关关系法、AR(p)预报模型、气温降雨修正的AR(p)预报模型和NAM降雨径流模型,对阿克苏流域的两大支流进行日径流模拟和预报;(iii)对4种方法模拟结果进行对比分析,表明利用气温和降雨修正后的AR(p)模型所用水文气象资料少、应用简便、预报精度较高、比较适用于资料较缺乏的阿克苏流域的短期径流预报.该研究以日尺度进行水文预报,在该流域尚属首次,不仅为阿克苏河、塔里木河的水文预报、洪水防治和全流域的水量调度等提供基础,也为干旱区其他流域的水文预报提供了参考方法.     

新疆阿克苏河流域径流预报方法研究

阿克苏河(中吉国际河流)现已成为塔里木河的主河源,它对塔里木河干流的形成、发展和演变过程起着决定性作用.随着国家西部开发战略--塔里木河流域综合治理的深入开展和实施,阿克苏河流域的水文特征、水文预报等研究成为热点.特别是在干旱区中纬度高海拔流域的河流中,阿克苏河是以冰雪融水补充为主河流的典型代表,对阿克苏河流域径流进行预报研究具有理论和现实意义.鉴于此(i)结合干旱区无资料或少资料的现状,利用现有的水文气象资料,尝试并构建日尺度水文预报方法;(ii)采用高空气温代替地面实测气温与日径流相关关系法、AR(p)预报模型、气温降雨修正的AR(p)预报模型和NAM降雨径流模型,对阿克苏流域的两大支流进行日径流模拟和预报;(iii)对4种方法模拟结果进行对比分析,表明利用气温和降雨修正后的AR(p)模型所用水文气象资料少、应用简便、预报精度较高、比较适用于资料较缺乏的阿克苏流域的短期径流预报.该研究以日尺度进行水文预报,在该流域尚属首次,不仅为阿克苏河、塔里木河的水文预报、洪水防治和全流域的水量调度等提供基础,也为干旱区其他流域的水文预报提供了参考方法.     

基于Copula函数的鄱阳湖流域极值流量遭遇频率及灾害风险

在以气温上升为主要特征的全球气候变化导致区域水循环加剧、极端气候水文事件频发的背景下,对极端水文事件,特别是水文极值遭遇频率的科学认识,对区域防洪抗旱具有重要意义.基于此,本文引入当前多变量分析中较常用的Copula函数.分析鄱阳湖流域主要支流赣江与抚河、乐安河与昌江的洪水、枯水流量联合概率特征,并对引起该流域水文极值...     

气候变化和人类活动对鄱阳湖水龄影响的定量区分

在气候变化和人类活动的双重影响下,湖泊内部的水动力条件正发生重大的变化,进而影响到湖泊水环境的变化.水龄是颗粒物从入口传输到指定点的时间,可以定量反映水体的运动和交换程度以及滞留情况.如何定量区分人类活动与气候变化对水龄的影响程度,对湖泊水资源科学管理和水环境的治理有着重要的科学意义.本文耦合了深度学习网络和传统二维水动力模型,通过引入基准期概念,定量区分了气候变化和人类活动对鄱阳湖湖区水龄变化的贡献程度.结果表明:(1)本文构建的鄱阳湖流域降雨径流和鄱阳湖湖区二维水动力耦合模型,能够较好地反映鄱阳湖湖区水量交换及流域产流过程,其纳西效率系数分别达到了0.96和0.90以上;(2)鄱阳湖湖区水龄的空间差异显著,东部湖区和南部湖区尾闾水龄平均为228.01 d,而大部分通江水体水龄较小,平均为24.21 d;(3)在气候变化的影响下,鄱阳湖年均有2054 km2的水体水龄呈现减少的趋势,减小幅度为30 d左右,而在人类活动的影响下,在涨水期和丰水期有约58%的湖区水龄呈现上升趋势,而在枯水期和退水期,平均有82%的水体水龄呈现下降趋势.研究结果能够为鄱阳湖水资源管理和水环境治理提供技术支撑,同时也为定量区分人类活动和气候变化对湖泊水动力的影响机制研究提供了一种新思路和视角.     

1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响

基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的...     

我国城市水源水库水质风险成因及对策

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。