天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

叶尔羌河上游不同流域夏季气候和径流变化研究

叶尔羌河是以冰雪补给为主的河流,径流的变化主要受气温和降水的影响,其中, 气温起主导作用. 基于1972-2011年近40 a的气温降水和径流的实测资料,分析叶尔羌河上游不同流域地区夏季气温、降水、蒸发以及径流的变化特征及相关性. 结果表明：库鲁克栏杆站夏季降水显著增加,蒸发减少,其余要素没有变化趋势;后20 a（1992-2011年）较之前20 a（1972-1991年）气温、降水和径流的变化分别为-0.6℃、40%、4%,径流的增加是春季融雪增多、降水增大、蒸发减少和溃决洪水补充的结果. 塔什库尔干站夏季各要素均没有变化趋势,后20 a较之前20 a气温、降水和径流的变化分别为0.4℃、27%、20%,径流的增加主要是由气温增加引起的,降水的增加补充一部分径流.     

气候变化对玛纳斯河的径流量影响预测模拟分析

山区积雪和冰川融水径流是内陆干旱区的重要水资源, 研究全球变暖情景下温度对融雪径流的影响具有重要意义. 以典型的内陆河玛纳斯流域上游为例, 利用基于度-日因子算法的SRM(Snowmelt Runoff Model)融雪径流模型, 根据当前变化趋势和年内分配模拟出20种假定来模拟未来气候情景(气温上升1 ℃、 2 ℃、 3 ℃、 4 ℃和降水变化率为0、 ±10%、 ±20%的随机组合情况)下的河道径流量, 从而计算出径流量的变化率, 分析了温度和降水变化对径流量的影响. 结果表明: 对于以雪冰融水为主要补给的玛纳斯河, 随着温度和降水的增加, 径流量也会增加, 并会使融雪径流提前. 假定降水量不发生大的变化, 温度增高1 ℃, 径流量增大13%~16%; 在气温一定时, 降雨量增加10%, 径流量增加2%左右, 说明气温和降水都对干旱区内陆河山区径流形成具有重要影响. 该研究对制定气候变化情景下的水资源适应对策具有重要指导意义.     

APHRODITE降水数据驱动的融雪径流模拟

针对流域内气象观测站点稀少和融雪径流过程的特点,利用APHRODITE降水数据进行插值,应用日有效活动温度改进度日数;依据季节性冻土受有效活动积温影响的特点,建立有效活动积温与径流系数的关系,提高模型中融雪速率和径流系数的计算精度。结合气象、水文资料和MODIS遥感积雪产品,应用改进的融雪径流模型（SRM）对开都河流域2000年与2006年融雪期的径流进行了率定和验证模拟。改进模型在率定期和验证期的模拟结果远远优于用日平均温度作为度日数的结果。结果表明,用APHRODITE降水数据及改进的度日数和径流系数作为SRM模型参数输入,能够较好模拟开都河流域融雪径流过程,大大提高模型模拟精度。     

我国过去50a来降水变化趋势及其对水资源的影响(Ⅱ):月系列

应用全国范围内的678个气象站1951-1998年长系列逐月降水资料, 用线性回归方法研究降水量的变化趋势, 同时结合长江、黄河和松花江主要控制水文站同期的径流资料, 研究径流对气候变化的响应. 结果表明: 降水的年内变化表现出较大的区域特性, 最显著的变化特点是秋冬季 (8～12月) 东部地区降水量普遍减少, 1～3月江南地区降水有增加趋势. 气候的上述变化趋势对我国干旱的西北地区有利, 该区河流径流量有明显增加; 另一方面, 夏季降水的增加可能会导致洪水事件的濒发, 与此同时, 降水量的年内不均匀变化, 特别是在 8～12月长时间的降水减少趋势, 导致枯水期径流的减少, 从而加剧秋冬季水资源的供需矛盾. 长江、黄河和松花江主要控制水文站6个站1～4月径流基本上表现为增加趋势, 而6～12月大多表现为减少趋势, 只有黄河上游唐乃亥站6月, 长江下游大通站7月和松花江哈尔滨站8月径流为增加; 另外, 气候变暖使发源于青藏高原的长江(宜昌站3、 4月)和黄河上游(唐乃亥站4～6月)的春季的融雪过程提前, 融雪期径流增加.     

黑河流域上游融雪径流时间变化特征及成因分析

以黑河流域上游莺落峡水文站和札马什克水文站1959-2008年及祁连水文站1967-2008年的天然径流序列为基础数据, 通过计算水文站的流量质心时间来表示融雪径流时间, 研究了黑河流域上游融雪径流时间变化的特征. 结果表明: 莺落峡站和札马什克站自20世纪70年代起, 融雪径流时间表现为提前的趋势, 祁连站自20世纪80年代起融雪径流时间提前.野牛沟站和祁连站10月至次年4月降水量增加或4-7月气温升高, 会使得莺落峡站融雪径流时间提前, 札马什克站融雪径流时间的提前与野牛沟站10月至次年4月降水量的增加具有较高的相关性, 祁连站融雪径流的提前与祁连气象站4-7月气温升高的相关性较强.通过分析莺落峡站融雪径流时间与年径流及各季节径流的相关性, 可知如果融雪径流时间提前, 莺落峡站观测到的年径流量和夏秋季的径流量均会减少, 而同时冬春季的径流量会增加, 这对合理安排流域水资源配置和管理具有重要的指导意义.     

基于分布式水文模型的雅鲁藏布江径流水源组成解析

为开展河川径流的水源解析,构建过程描述和本构参数两方面均有较强物理性的分布式水文模型。以雅鲁藏布江为对象,利用水文分区曲线对降雨、融雪和融冰等不同水源主导的流量过程进行划分,以划分的流量过程线子集对相应水文过程参数进行分步率定,提高了水文模型参数的物理性,以此构建了雅鲁藏布江流域分布式水文模型及参数集,内部多个水文站点和流域雪水当量的验证表明模型具有良好的性能。基于模型解析了2001-2015年间雅鲁藏布江的径流水源组成,降雨、融雪、融冰水源对总径流量贡献的比例分别为66%、20%和14%。本文方法对高山寒区径流的水源解析有普遍意义,结果对理解气候变化下雅鲁藏布江径流变化趋势有参考价值。     

全球变暖对新疆水循环影响分析

随着全球气候变暖,新疆地区降水量、冰川数量、径流量、地下水位等自20世纪80年代中后期以来发生了很大的变化.通过对61个国家水文、气象站点20世纪50年代到2000年的降水量、气温、冰川、径流量、湖泊水量、地下水位的变化资料分析,探讨了新疆水循环的变化趋势和原因.结果表明:新疆地区降水量增加主要是由于全球水循环速度加快引起的.通过分析新疆高山冰川的变化,试图揭示全球气候持续变暖对新疆乃至整个西北地区水资源可能造成的巨大影响.     

基于分布式水文模型的雅鲁藏布江径流水源组成解析

为开展河川径流的水源解析，构建过程描述和本构参数两方面均有较强物理性的分布式水文模型。以雅鲁藏布江为对象，利用水文分区曲线对降雨、融雪和融冰等不同水源主导的流量过程进行划分，以划分的流量过程线子集对相应水文过程参数进行分步率定，提高了水文模型参数的物理性，以此构建了雅鲁藏布江流域分布式水文模型及参数集，内部多个水文站点和流域雪水当量的验证表明模型具有良好的性能。基于模型解析了2001—2015年间雅鲁藏布江的径流水源组成，降雨、融雪、融冰水源对总径流量贡献的比例分别为66%、20%和14%。本文方法对高山寒区径流的水源解析有普遍意义，结果对理解气候变化下雅鲁藏布江径流变化趋势有参考价值。     

Response of runoff to climate change in the area of runoff yield in upstream Shiyang River Basin,Northwest China: A case study of the Xiying River

The objective of this study was to analyze the response of runoff in the area of runoff yield of the upstream Shiyang River basin to climate change and to promote sustainable development of regional water resources and ecological environment. As the biggest tributary of the Shiyang River, Xiying River is the only hydrological station (Jiutiaoling) that has provincial natural river and can achieve long time series monitoring data in the basin. The data obtained from this station is representative of natural conditions because it has little human activites. This study built a regression model through identifying the characteristics of runoff and climate change by using Mann-Kendall nonparametric statistical test, cumulative anomaly, and correlation analysis. The results show that the average annual runoff is 320.6 million m³/a with the coefficient of variation of 0.18 and shows slightly decrease during 1956–2020. It has a significant positive correlation the average annual precipitation (P<0.01). Runoff is sensitive to climate change, and the climate has becoming warm and wet and annual runoff has entering wet period from 2003. Compared to the earlier period (1955–2000), the increases of average annual temperature, precipitation and runoff in recent two decades were 15%, 9.3%, and 7.8%, respectively. Runoff in the Shiyang River is affected by temperature and precipitation among climate factors, and the simulation results of the runoff-climate response model (R = 0.0052P ? 0.1589T + 2.373) indicate that higher temperature leads to a weakening of the ecological regulation of surface runoff in the flow-producing area.     

甘肃黄河流域与疏勒河流域降水径流变化特性对比分析

分析了甘肃黄河流域及内陆河疏勒河流域降水径流的年际变化特性。结果表明,黄河流域降水量与径流量变化一致,总体呈现减少的趋势;内陆河疏勒河流域降水量与径流量的变化趋势不一致,降水量呈总体减少趋势,径流量为总体增加趋势。两流域径流补给来源有差异,黄河流域径流补给来源为降水,疏勒河流域径流主要补给来源除降水外,与气温升高融雪水增大有关。     

气候变化对巴音布鲁克高寒湿地地表水的影响

通过对巴音布鲁克高寒湿地各特征气候要素的变化分析,研究了近50a来巴音布鲁克高寒湿地地表水环境和气候变化的变化趋势和年际分布特征.结果表明:巴音布鲁克湿地不论冬季还是年平均气温都没有明显的升高趋势,极端最高、最低气温也没有明显变化,但夏季增温幅度高于新疆平均水平;夏季降水量占了全年降水量的68.4%,是巴音布鲁克湿地水体的主要来源.20世纪80年代中期是降水量最少的时期,此后开始逐步增加;开都河的径流量自1987年后呈现逐步增加趋势,并与巴音布鲁克年降水量和年均气温存在良好的响应关系.气候变化对湿地水环境的影响直接关系到湿地的生态系统.     

开都河源区气候变化及径流响应

应用巴音布鲁克水文站和气象站1960-2005年的观测资料,分析了开都河流域源区气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应.结果表明:近46 a来开都河源区气温总体呈上升趋势,而降水量年际波动较大,降水量自1989年以来增加显著,降水和气温是开都河源区径流量变化的主要影响因素.年降水量与年径流量的单相关系数最大,为0.73;年平均气温与年径流量的相关系数为0.36.在降水量不变的情况下,径流量随气温升高而减少;在气温不变的情况下,径流量随降水量的增加而增加;而在降水量和气温都增加的情况下,径流量将有所增加.     

1990年以来天山乌鲁木齐河上游水资源研究进展

乌鲁木齐河是我国西北地区典型的降水、冰川和地下水综合补给的内陆河,对其水资源的研究不仅是西北寒区旱区水环境和水资源研究的热点,而且对区域生态环境改善和经济可持续发展具有重要意义。乌鲁木齐河水文水资源的研究内容十分广泛,并取得了很多高水平的学术成果。从高山区气候变化与冰冻圈的相互影响,山区降水变化与径流的相互影响,出山口径流对气候变化的响应以及洪灾、致灾因子分析,流域内同位素、树轮气候和水环境研究等四个方面总结了相关研究。结果表明：（1）乌鲁木齐河上游气候趋于暖湿。气温的升高很大程度上受冬季气温大幅度升高影响,气温对高山区冰川积雪的影响要大于降水;冬季负积温也加快了冻土的消融;气温和降水的变化导致乌鲁木齐河上游河段冰川后退加速,积雪融化、雪线上升,冻土活动层增厚。（2）乌鲁木齐河流域降水量和降水变化速率具有明显的垂直特征,在中高山地区降水量和降水变率较大;山区降水还具有年代际特征,20世纪90年代以来,山区降水量呈现增加趋势并促进了山区径流量的增加。（3）降水量和冰川融雪量的增加,很大程度上加大了乌鲁木齐河流域山区的径流量,使得出山口区域洪水灾害的发生频率增加。（4）同位素分析的运用对探索径流形成和转化的机理具有重要意义。树轮研究为乌鲁木齐河流域气候变化序列的重建提供了技术手段。今后,乌鲁木齐河水资源承载力、水循环过程和水污染问题,是区域实现生态环境建设和可持续发展的重要研究内容。     

1975-2011年渭河上游径流演变规律及对气候驱动因子的响应

为探讨渭河上游径流的变化特征及其对气候变化的响应,选取1975-2011年河流实测径流量进行计算和分析. 结果表明：近40 a来,渭河上游径流总体呈明显下降趋势,其中,20世纪90年代前处于丰水期,90年代后进入枯水期,进入21世纪有明显增多趋势. 径流年际丰枯变化激烈,枯水年的发生概率高、持续性强,最长的连枯年份达8 a. 径流量集中在汛期,各年代的分配峰型有所不同,在70、80年代为7、9月双峰,之后变为单峰型分布. 流域内气候增暖明显,降水减少,蒸发加剧;90年代为明显的暖干型气候,21世纪初期气候向暖湿型转变的过程对径流的增加十分有利. 径流对气候变化有较强响应,但响应程度随时间变化而变化. 通过定量分析气候因子对径流变化的贡献值,发现由于气候增暖导致潜在蒸散量的加剧对径流变化的负贡献达60%以上,绝对值高于降水量的正贡献.     

基于四元驱动的海河流域河川径流变化归因定量识别

海河流域水资源极为短缺,河川径流下降显著,定量识别径流变化成因对于科学认识流域水循环演变机理、支撑水资源开发利用具有重要的科学意义和实际价值。基于模型参数区域化技术构建了海河流域可变下渗容量（VIC）模型,重构了流域天然河川径流序列。建立了气温变化、降水变化、下垫面变化和取用水四元要素驱动的河川径流变化归因定量识别技术体系,分析了4种因子在海河流域河川径流减少中的贡献。结果表明:①1956—2010年,人类活动是海河流域河川径流减少的主要原因,但是气候变化的影响不可忽略,其中气候变化的贡献约为1/3,人类活动的贡献约占2/3;气候变化中,降水下降的贡献远大于气温升高的影响,分别约为30%和4%;人类活动中,取用水的影响大于下垫面变化的影响,分别约为55%和11%。②海河流域4个水资源二级区的河川径流变化成因相比,从北向南气温升高的影响减小,降水减小的影响增大,海河北系和海河南系的取用水影响较大,滦河流域径流变化时间较晚,徒骇马颊河径流变化程度最小。     

气候变化对河西内陆干旱区出山径流的影响

根据祁连山区与河西走廊平原区有关水文气象台站的降水、气温和径流观测资料，分析了该区域近50a来气候变化的特征及其与全球气候变暖的关系。出山径流对气候变化的响应以及未来的变化趋势，结果表明，河西内陆干旱区的山区和走廊平原区近几十年来气温变化总的呈上升趋势，与全球增温存在着某种种度的一致性。但山区气温的变化幅度一般大于走廊平原区，其中祁连山中段温度升幅为最大。全球增温对河西内陆干旱区气候与出山径流的影响有着明显的地域性差异，受此影响影响，河西祁连山东部地区出山径流呈明显的下降趋势，中部地区出山径流的增加趋势不是十分明显，西部出山径流在山区降水量与气温同时上升的情况下，呈明显的上升趋势。     

Regional climate change and its effects on the runoff of Manas River,Xinjiang, China

The effects of climate change on annual runoff were analyzed on the basis of hydrologic and meteorological data for the past 50 years recorded by six meteorological stations and the Kenswatt Hydrological Station in the headstream of the Manas River watershed. The long-term trends of climate change and hydrological variations were determined in a nonparametric test, and the periodicities were determined employing the extrapolation method of periodic variance analysis. Subsequently, a periodicity-trend superposition model was used to predict future change. The results show that both the climate factors (temperature and precipitation) and runoff have increased considerably and have significant relations; the relation between temperature and runoff is the more significant. There is periodicity of 18 years in the change in annual runoff, and the primary periodicity of changes in temperature and precipitation is, respectively, 3 and 15 years. The runoff variations are affected by climate change in the headstream, but do not shift simultaneously with abrupt changes in temperature and precipitation in the headstream. There is a significant positive relationship in winter between the North Atlantic Oscillation (NAO) and runoff, while there are negative correlations annually and in summer for the runoff lagging the NAO by 1 year. The NAO has certain effects on climate change that are mainly due to atmospheric circulation in the Manas River Basin, and thus, the NAO affects the runoff.     

近期博斯腾湖水位变化及其原因分析

新疆博斯腾湖1987年以来湖泊水位的变化(上升)与主要补给河流开都河径流量的变化有直接关系, 而这与发源于天山中段降水和高山冰雪融水的河流, 受到气候变化影响很大有关. 全球变化研究结果显示, 中亚干旱区是全球温度上升幅度较大的地区. 当地的气象资料表明, 过去20 a年平均温度明显升高的趋势, 对水资源储量和补给来源影响深远.     

河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究

为探讨河西地区内陆河径流对气候变化的响应, 选取1955-2008年石羊河、黑河和疏勒河的河流流量资料进行计算和分析. 结果表明: 50多年来, 石羊河年径流总体呈明显下降趋势, 黑河呈略有增加趋势, 疏勒河呈明显增加趋势, 地域上呈现愈往西部的河流年径流量增加愈明显. 三大河流进入1990年代后有下降趋势, 进入21世纪均有明显增多趋势. 三大河流径流对气候变化有不同响应, 石羊河流域主要受季风气候影响, 气候变暖, 蒸发加剧, 水分散失量大, 是造成径流减少的主要原因;黑河和疏勒河流域主要受西风带环流影响, 径流增多的重要原因是气候变暖降水明显增多. 为减缓气候变化对流域水资源利用的不利影响, 在分析三大内陆河流量对气候变化响应特征的基础上, 提出了适应性水资源管理的建议. 建议应提高水资源利用效率;改变生产方式, 调整农业种植业结构与布局;加大祁连山自然保护区建设, 搞好水资源可持续利用;积极开发祁连山丰富的空中云水资源、哺育祁连山冰川等流域适应性水资源管理对策, 对流域进行综合治理与开发利用, 这些措施和对策将为流域水资源开发提供科学依据.