土地利用变化对长江流域气候及水文过程影响的敏感性研究

使用区域气候模式(RegCM3)和大尺度汇流模型(LRM), 研究土地利用/植被覆盖变化对长江流域气候及水文过程的影响。RegCM3嵌套于欧洲数值预报中心 (ECMWF) 再分析资料ERA40, 分别进行了中国区域在实际植被和理想植被分布情况下两个各15年 (1987～2001年) 时间长度的积分试验。随后, RegCM3 两个试验的输出径流结果分别用来驱动LRM, 研究土地利用/植被覆盖变化对长江流域河川径流的影响。研究结果指出, 中国当代土地利用变化对长江流域降水、蒸散发、径流深及河川径流等水文气候要素的改变较大, 对气温的改变并不明显。土地利用变化引起长江干流河川径流量在夏季(6～8月)有所增加, 并且越向下游增加幅度越大, 其中大通站径流量增加接近15%。总体而言, 土地利用改变加剧了长江流域夏季水循环过程, 使得夏季长江中下游地区降水增多, 径流增大。     

未来气候变化对黄河流域水文过程的影响

使用NASA/NCAR有限区域大气环流模型FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3径流模拟结果同大尺度汇流模型LRM [分辨率0.25°(纬度)×0.25°(经度)]相连接,模拟预估未来气候变化对我国黄河流域水文过程的影响。结果表明:相对于当代气候,未来黄河流域呈现气温升高、降水增加(夏季7～8月降水减少)和蒸发增大的趋势,且空间分布极不均匀,造成河川径流在5～10月减少,加剧流域夏季的水资源短缺;未来气温升高使得融雪径流增加,可能导致更早和更大的春季径流,使径流过程发生季节性迁移,引起黄河流域水资源年内分配发生变化。     

未来气候变化对黄河和长江流域极端径流影响的预估研究

使用NASA-NCAR全球环流模式FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候情景模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3同高分辨率大尺度汇流模型LRM(分辨率0.25°×0.25°)连接,分析水文极端事件在A2情景下相对于当代气候的变化,预估未来气候变化对我国黄河和长江流域水文极端事件的影响。结果表明:(1)未来黄河流域径流年变率增大,月变率减小,日变率在头道拐站以上流域减小,以下流域增大。未来兰州以上半湿润地区,流域东南部湿润区出现径流量峰值的可能性增大,而流域西北部干旱半干旱区出现径流量百分位极值的可能性减小。未来黄河流域中游地区发生流域洪水的风险在夏季月份减少,其余月份均增大。(2)未来长江干流径流年际变率增大,上中游地区径流日和月变率减小,下游地区略有增大;未来汉江流域径流量的年、月和日变率均增大。未来长江干流发生流域洪水的风险在夏季明显降低,而汉江流域各月发生流域洪水的可能性均增大。     

北方土地利用变化对中国夏季气候可能影响的敏感性试验

为考察中国北方地区当代土地利用变化对中国夏季气候的可能影响,以区域气候模式RegCM3为模拟工具,利用1992年和1999年的土地利用资料,进行了中国地区植被覆盖变化的敏感性试验。结果表明,中国北方地区土地利用/植被覆盖的改变,将通过影响大气环流和改变陆地—大气或植被—大气之间的能量平衡状态等,对降水和气温等产生较大影响。     

利用RIEMS-LRM对黄河河川径流的模拟研究

利用区域系统环境集成模式(RIEMS）和一个offline的大尺度汇流模型(LRM)对黄河的河川径流做了模拟。中国科学院大气物理所东亚中心从1991年开始建立和发展RIEMS，并验证RIEMS对东亚区域气候有较好的模拟能力。LRM是以线性时基不变假定为基础并能够计算水的水平传输的数学模型。RIEMS—LRM可以用来模拟和预测大尺度河流的河川径流。RIEMS—LRM在黄河上游河段的应用证实其有能力对大尺度河流的河川径流进行模拟。此外，作还分析了模拟误差产生的原因。     

黄河断流与El Nio事件的遥相关

黄河断流事件的发生是人为因素与自然因素———人类生产活动用水量急增与天然径流量骤减共同作用的结果。自然因素作为天然背景具有不可低估的作用,在引起黄河断流的所有气候因子中,降水减少的贡献最显著,其次是蒸发增加的影响。当代黄河断流事件的发生和持续加重似与El Nin~o事件的频繁发生及其持续强劲有某种关联,本文即通过对黄河径流及其流域内的降水、蒸发、气温等方面气候因素与El Nin~o事件的遥相关作用进行分析,寻求导致黄河径流减少的可能原因,从而揭示黄河断流与El Nin~o事件的联系。结果表明,通常情况下,ElNin~o事件发生时,黄河流域年平均降水量减少10.35%,可造成黄河年径流减少12.95%(含有来自蒸发增加所造成的影响),约相当于减少73.45×108m3的水量。随El Ni~no事件强度的加深,降水量与径流量均迅速递减,强El Nin~o事件黄河流域年平均降水量减少20.43%,黄河径流量减少25.59%(147.17×108m3);1997年断流最严重时降水减少30.62%,径流骤减40.27%(229.96×108m3)。可见El Ni~no事件对黄河断流所造成的影响是相当深刻的。     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

大规模城镇化对黄淮海地区气候及水资源影响的数值试验

黄淮海地区是我国传统的农耕区,也是经济快速发展、城镇化进程快速推进的区域之一,使得该地区植被覆盖发生了明显变化。为研究城镇化对气候与水资源的影响,应用RegCM3区域气候模式,通过控制试验和敏感性试验,在保证积分时间（2001-2005年）的情况下,输出降水、蒸发、温度、湿度、土壤水分、径流、整层水汽含量等资料,利用敏感性试验和控制试验输出量的差值,来分析黄淮海地区城镇化对气候和水资源要素的影响情况。结果表明,城镇化对研究地区气候及水资源造成的影响主要表现在使局地风场减弱、降水减少、地面气温增加、空气湿度减小、水资源总量减少、土壤含水量减少和地表径流增加等方面,从而对气候和水资源造成影响。     

气候变化背景下黄河流域植被变化及其成因北大核心CSCD

研究黄河流域植被的时空变化及其影响因素,对生态文明建设政策的制定具有重要意义。基于2001~2020年MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)植被指数(Normalized Different Vegetation Index,NDVI)数据集及同期气象数据,运用均值法、一元线性回归、偏相关性分析和回归残差法等方法研究了近20年黄河流域植被时空变化及驱动因素。结果表明:黄河流域NDVI整体呈上升趋势并具有较大的空间异质性,其中黄河中游NDVI增长幅度最大,为0.0496(10 a)^(-1)。生长季受降水和沿黄灌区耕作的影响,西部地区、东南部区域和宁夏平原、河套平原植被指数明显较高;从整个流域来看,降水和温度变化对NDVI的贡献分别为32.6%和15.9%,其中降水对NDVI变化的贡献主要体现在黄河上游(50.7%),而温度的贡献则在黄河下游表现最突出(32.3%);20年来,人类活动和气候变化分别对黄河流域植被变化贡献了78%和22%,其中人类活动贡献率超过80%的区域主要集中在黄土高原中部区域;整个黄河流域NDVI与干旱程度有显著的正相关性,尤其在陇中黄土高原和河东沙区等区域。黄河上游NDVI与改进的帕默尔干旱指数scPDSI的相关性最高,而下游相对较低。     

黄河上游和源区气候、水文的年代际变化及其对华北水资源的影响

利用我国气象观测站1951~2000年降水、气温资料以及黄河上游有关水文测站1960~2003年的径流资料,分析了黄河上游和源区气候的年代际变化及其对径流变化的影响,并分析了黄河上游径流变化对华北水资源的影响。分析结果表明:黄河上游和源区降水从20世纪90年代有所减少,气温明显上升,导致了黄河源区和上游径流量锐减。黄河上游径流的减少是90年代黄河下游流量锐减、黄河断流天数增多的重要原因,并表明了黄河上游来水量的多少是影响华北地区水资源的重要原因。     

Validating the Runoff from the PRECIS Model Using a Large-Scale Routing Model

The streamflow over the Yellow River basin is simulated using the PRECIS （Providing REgional Climates for Impacts Studies） regional climate model driven by 15-year （1979-1993） ECMWF reanalysis data as the initial and lateral boundary conditions and an off-line large-scale routing model （LRM）. The LRM uses physical catchment and river channel information and allows streamflow to be predicted for large continental rivers with a 1°×1° spatial resolution. The results show that the PRECIS model can reproduce the general southeast to northwest gradient distribution of the precipitation over the Yellow River basin, The PRECIS- LRM model combination has the capability to simulate the seasonal and annual streamflow over the Yellow River basin. The simulated streamflow is generally coincident with the naturalized streamflow both in timing and in magnitude.     

作物生长对流域水文过程与区域气候的影响

利用区域气候模式RegCM3以及考虑作物生长过程的耦合模式RegCM3_CERES对东亚区域进行20年模拟,研究作物生长对流域水文过程与区域气候的影响。结果表明：考虑作物生长过程的耦合模式模拟海河流域、松花江流域、珠江流域多年平均降水效果明显改进,在除黑河流域外的各流域模拟的温度负偏差有所减小,其中在海河流域、淮河流域的夏季改进尤为明显。各流域夏季（6、7、8月）月蒸散量最高,其中长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域的夏季月蒸散量基本上在100 mm左右,并且七大流域蒸散发的季节变化趋势跟总降水基本一致。多数流域考虑作物生长过程的耦合模式模拟得出蒸散发减少且进入的水汽增加,导致局地水循环率减小;黑河流域与黄河流域降水有所增加,其他流域均有不同程度的减小。针对长江流域,比较耦合模式RegCM3_CERES与模式RegCM3模拟结果显示,叶面积指数减少1.20 m²/m²,根区土壤湿度增加0.01 m³/m³,进而导致潜热通量下降1.34 W/m²（其中在四川盆地地区减少16.00 W/m²左右）,感热通量增加2.04 W/m²,从而影响到降水和气温。     

The Linkage between Two Types of El Ni?o Events and Summer Streamflow over the Yellow and Yangtze River Basins

It is generally agreed that El Nino can be classified into East Pacific(EP)and Central Pacific(CP)types.Nevertheless,little is known about the relationship between these two types of El Ni?o and land surface climate elements.This study investigates the linkage between EP/CP El Ni?o and summer streamflow over the Yellow and Yangtze River basins and their possible mechanisms.Over the Yellow River basin,the anomalous streamflow always manifests as positive(negative)in EP(CP)years,with a correlation coefficient of 0.39(-0.37);while over the Yangtze River basin,the anomalous streamflow shows as positive in both EP and CP years,with correlation coefficients of 0.72 and 0.48,respectively.Analyses of the surface hydrological cycle indicate that the streamflow is more influenced by local evapotranspiration(ET)than precipitation over the Yellow River basin,while it is dominantly affected by precipitation over the Yangtze River basin.The different features over these two river basins can be explained by the anomalous atmospheric circulation,which is cyclonic(anticyclonic)north(south)of 30°N over East Asia.EP years are dominated by two anticyclones,which bring strong water vapor convergence and induce more precipitation but less ET,and subsequently increase streamflow and flooding risks.In CP years,especially over the Yellow River basin,two cyclones dominate and lead to water vapor divergence and reduce moisture arriving.Meanwhile,the ET enhances mainly due to local high surface air temperature,which further evaporates water from the soil.As a result,the streamflow decreases,which will then increase the drought risk.     

中国区域陆面覆盖变化的气候效应模拟研究

基于MODIS和CLCV陆面覆盖资料,利用区域气候模式RegCM4分别进行两组24年（1978-2001年）的数值模拟试验,研究中国区域陆面覆盖变化对区域气候的影响。结果表明,以荒漠化和植被退化为主要特征的陆面覆盖变化通过改变陆面能量、水分平衡与大尺度环流进而对气候要素产生重要影响。夏季,中国南方地区普遍降温,季风边缘区及藏北高原气温升高,降水减少;季风边缘区与西北地区气温年际波动加剧;内蒙古中东部地区西南风增强,进而水汽输送增强,一定程度上增加了该地区降水。冬季,中国东部地区偏北气流增强,更多干燥冷空气南下,使得黄河以南地区降水减少、气温降低。     

塔里木河流域下游的气候变化与生态环境

在了解塔里木河水量变化事实的基础上,使用塔里木河干流沿线１１个气象站３７年（１９６１～１９９７）的气候观测资料,揭示了塔里木河流域的气候变化特征,着重分析了沙尘暴、浮尘和大风等灾害的时空分布特征,认为近３０年尤其是９０年代以来塔里木河流域上中游气候条件总的来说是向好的方向变化,其自然降水的增加十分有利于塔里木流域内各河流水量的稳定增加和地表面植被的生物,但塔里木河流域下游气候变化与上中游并不完全一     

1961—2018年中国主要江河枯季径流演变特征与成因

枯季是水旱、水生态和水资源问题的重要时期,枯季径流的变化直接影响着河流生态和流域水资源管理。基于中国网格气象数据和主要江河枯季径流资料,初步分析了1961—2018年中国气候变化趋势和主要江河枯季径流演变特征与成因。结果表明,全国枯季平均气温显著上升,北方地区升温较早,南方地区2001—2018年升温明显。全国约84%的地区枯季降水有增加趋势,其中约42.2%的地区增加显著;全国枯季降水呈现西北、东北和东南显著增加,中部变化不显著格局。黄河中游和海河枯季径流下降显著,2001—2018年黄河中游枯季径流较1961—1980年减少了34%,同时期海河流域枯季径流量减少幅度均超过80%;松花江上游和长江流域枯季径流增加显著,2001—2018年松花江上游枯季径流量增加了约67%,长江流域枯季径流量增加了约16%。枯季降水增加主导了松花江上游、辽河、淮河、长江以及珠江枯季径流的增加;气温的显著上升对黄河中游和海河等地枯季径流有显著负向作用;人类活动是松花江中游、黄河和海河枯季径流下降的主要影响因素。尽管全国枯季降水的增加对于缓解流域生态和水资源问题有积极作用,但人类活动和气温显著上升加速了水资源的消耗,加大了流域水资源脆弱性。