RCP情景下内蒙古黄河流域径流预估及其对水资源的影响

根据内蒙古黄河流域内72个国家气象站观测的1961—2005年和区域气候模式CCLM模拟的1961—2100年的气温和降水数据,采用BP人工神经网络模型,预估分析3种RCP情景下头道拐水文站2011—2100年流量变化,评估未来气候变化对流域水资源的可能影响。结果表明:①2011—2100年内蒙古黄河流域气温升高,降水变化不明显,年平均流量呈减少趋势,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景分别减少3.6%、2.7%和23.4%。②未来春季流量以增加为主;夏季在不同情景的变化趋势不一致;秋季在21世纪50年代前以增加为主,之后以减少为主;冬季则以减少为主。③未来流域可利用水资源呈减少趋势,尤其夏季水资源的供需矛盾加剧,以及径流季节分配发生变化,可能产生更大的春季径流。     

气侯变化对东部季风区赣江和官厅流域径流的影响

选取中国东部季风区南方赣江流域和北方官厅流域,基于逐日气象和水文观测数据率定和验证了HBV水文模型,并以国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中输出要素最多的5个全球气候模式在3种典型浓度路径（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）下的预估结果驱动HBV模型,预估了气候变化对21世纪两个流域径流的影响。结果表明：(1) 1961—2017年,赣江和官厅流域年平均气温均呈显著上升趋势,升温速率分别为0.17℃/(10 a)和0.28℃/(10 a);同期,赣江流域降水显著增加,官厅流域降水微弱下降。不同RCP情景下,21世纪两个流域均将持续变暖、降水有所增加,北方官厅流域的气温和降水增幅均大于南方赣江流域。(2) 21世纪,官厅流域年、季径流增幅远大于赣江流域。官厅流域年径流在近期（2020—2039年）、中期（2050—2069年）、末期（2080—2099年）均呈增加趋势,RCP8.5情景下增幅最大、RCP4.5最小。赣江流域在RCP4.5下,近期、中期年径流相对基准期略有减少,但在整个21世纪径流呈上升趋势;RCP2.6和RCP8.5下,21世纪中期以后径流增幅下降。(3) 21世纪,东部季风区北部的官厅流域发生洪涝、南方赣江流域发生干旱的可能性增大,不同RCP情景预估得到相同的结论。     

1960-2009年石羊河流域气候变化特征

利用线性倾向率和Mann-Kendall非参数检验及克里金（Kriging）空间插值法,分析石羊河流域气温、降水量和蒸发量3个气候要素的年代际时空变化特征。结果表明：1960-2009年石羊河流域气温最小增速为0.25 ℃/10 a,高于中国及全球平均增速,且石羊河流域东部地区增温速度大于流域西部;20世纪60年代石羊河流域气温为降低趋势,其他年代流域大部地区均为增温趋势,且这种增温趋势是突变的。石羊河流域各年代及50 a平均降水量流域西部地区均比东部地区增加明显,近50 a石羊河流域降水量的变化趋势大多数未通过显著性检验,流域降水量的变化是由于降水的年际振荡造成的。近50 a石羊河流域大部地区的蒸发量呈先减少后增加的趋势,除民勤外,流域各地区蒸发量的减少或增加均存在突变。石羊河流域气温持续升高和蒸发量增加及二者的协同关系可能导致区域干旱的加剧。     

东北地区气候变化CMIP5模式预估

利用CMIP5的多模式集合资料,从时间变化和空间分布两方面分析了不同情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)中国东北地区未来100年的气候变化。结果显示:3种排放情景下,21世纪东北地区气温和降水呈显著增长趋势,中期和末期增幅较明显,冬季增幅高于其他季节,RCP8.5情景下气温增暖最为显著,RCP4.5次之,RCP2.6最小,随着年代的推移,气温和降水年较差逐渐减小;空间分布显示:3种排放情景下各个时期的增温分布形式基本一致,由南向北逐渐增大,辽宁南部增温幅度最小,最显著地区位于黑龙江大兴安岭;不同情景下气温变化率的分布形势略有不同,但均呈显著增温趋势;3种排放情景下降水距平百分率均为增加趋势,呈由东向西逐渐增大的经向分布特征;不同情景下的降水变化率分布形势相似,呈南大北小特征,辽宁地区增长最为明显,黑龙江西部地区增长相对较小。     

鄱阳湖流域气候变化事实研究

基于江西79个气象站1961-2010年逐日气温和降水观测资料,采用滑动t检验和Mann-kendell法对鄱阳湖流域年平均气温进行突变检验分析,利用线性回归方法分别对鄱阳湖流域气温、降水量、降水日数、降水强度等要素的变化趋势进行了分析。结果表明：（1）1961-2010年鄱阳湖流域年平均气温为18.0℃,升温趋势明显,升温率达0.16℃/（10 a）,在1996年出现显著突变。冬季升温趋势最明显,夏季气温虽呈上升趋势,但不显著。（2）流域平均年降水量为1643 mm,呈略增多趋势。20世纪60-80年代和21世纪00年代降水量偏少,90年代降水量相对偏多。最大年降水量出现在1975年,为2149.6 mm;最小年降水量出现在1963年,为1111.6 mm。（3）流域年降水日数总体呈现下降趋势,下降率约为6.9 d/（10 a）。其中,小雨日数下降最为显著,下降率约为7.1 d/（10 a）;中雨日数呈略下降趋势;大雨和暴雨日数呈现略增加趋势。（4）流域年降水强度总体呈现上升趋势,每10 a上升约0.52 mm/d,说明流域降水集中度增大,强降水事件增多。     

长江源区气候及水资源变化特征研究进展

本文对近年来长江源区的气候变化及水资源变化特征研究进行了概述与总结.结果表明：长江源区气候变化特征表现为,从20世纪60年代以来,长江源区年及四季气温呈显著增温趋势;水面和陆面蒸发量均呈增加趋势;进入21世纪后,长江源区降水量呈增加趋势.水资源变化特征表现为,冰川出现普遍的退缩现象;湿地退化明显;21世纪前长江源区径流量总体上呈明显的递减趋势,而在最近10多年水资源量有明显增多现象,其原因可能是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,同时进入21世纪后长江源区降水增加.预计未来到2050年,长江源区气温将升高,降水将增加,冰川面积将减少,地表水资源仍有可能以增加为主.     

澜沧江源区气温与降水对径流变化的影响

为研究澜沧江源区水文气候变化特征,采用线性回归拟合分析方法、M-K非参数检验法对1960—2010年间澜沧江源区的水文气候变化趋势进行分析,计算了各季节气温变化对年气温变化的贡献量,并基于Pearson相关分析法和贡献率的计算讨论了降水量和气温对径流量变化的影响。结果表明:澜沧江源区年平均气温和各季节平均气温均呈显著上升趋势,其中,冬季的增温对年平均气温增加贡献最大(38%)。澜沧江流域源区年降水量无明显增减趋势,但春季降水量显著增加。澜沧江流域源区年径流量未呈现显著变化趋势,冬季和春季径流量呈现出显著的增加趋势。年际尺度上,径流量的主控因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对丰沛的6—10月份;冬季和初春季节气温上升对径流量的改变存在一定的影响,且气温的贡献率要比降水的贡献率大,原因是气温升高加剧研究区内冰雪的消融,进而导致澜沧江源区的径流增加。     

1956-2007年河南省降水和水资源变化及评估

利用河南省103个气象站的降水量和各省辖市的水资源资料,分析了河南省1956-2007年降水和水资源变化特点,对降水资源量和水资源量进行了丰枯评估;分别采用线性相关法和产水系数法以降水量估算水资源量,并对估算效果进行了对比分析。结果表明：1) 52年来河南省年降水资源量呈不明显的减少趋势,减少速率为2.32亿m3/10a;省内不同区域降水资源量的变化趋势不太一致,豫北、豫西和豫中为减少趋势,豫东、豫西南和豫南呈不同程度的增加趋势。2) 52年来全省水资源总量呈减少趋势,减少速率为10.85亿m3/10a,大于降水资源量的减少速率,省内各区域水资源量均呈弱减少趋势,减少速率为豫西最大,豫北次之,豫中最少;全省水资源总量的年代际变化特点与降水资源量基本一致。3) 水资源总量与降水量关系密切,用年降水量估算水资源总量,平均相对误差为10%～22%;将线性相关法和产水系数法两种估算模式分别用于不同丰枯程度年景的估算,可减小估算误差。     

气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响

澜沧江-湄公河（澜湄）流域南北跨越了25个纬度,流域上下游气候差异明显。同时遭遇干旱或湿润通常不利于上下游水资源合作,而水文气象条件正常或上下游间的干湿条件不一样时有利于缓解流域内的竞争性用水状况。为探究气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响,基于普林斯顿降水数据集与全球气候模型预估数据,利用标准化降水指数（SPI）和Copula函数计算了历史时期（1985—2016年）与未来时期（2021—2090年）澜湄流域上下游同时面临干旱、湿润以及干湿存在差异的发生概率。基于典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景的预估结果显示与历史时期相比,未来时期澜湄流域在RCP4.5与RCP8.5情景下具有相似的变化趋势,即：遭遇同期湿润的概率在逐渐增大（最大达到199.5%),遭遇同期干旱的概率则在逐渐减少(最小达到-35.9%),而遭遇干湿差异时期的概率在所有时段均大幅减少（-53.1%~-42.5%)。未来澜湄流域上下游同期湿润概率的增加和遭遇干湿差异概率的减少预计将加大上下游面临水资源竞争的可能性,从而对澜湄流域各国家之间的水资源合作产生不利影响。这一研究可以为澜湄流域水资源合作策略的制定提供科学参考和依据。     

兰江流域近43年气候变化及对水资源的影响

利用累积距平法对兰江流域近43年（1961-2003年）气温、降水量和径流量资料进行分析，研究兰江流域气候变化及其气候变化对水资源的影响。结果显示：兰江流域近43年来气温、降水量总的趋势是上升的；1990年代是兰江流域气温上升和降水增加最显著的时段，主要表现在冬春气温明显上升，夏季降水量明显增加：兰江流域年径流深与年降水量基本保持同步变化。兰江流域过去43年的气候变化对流域内水资源产生了较大的影响，而且由于兰江流域内水资源空间分布差异较大，致使流域内人均水资源占有量较少的金华地区易受气候变化影响而出现供水紧张。     

长江流域径流对全球升温1.5℃与2.0℃的响应

全球变暖影响着以流域径流要素为主导的水文水资源系统的变化。长江流域未来水资源量的时空分布对长江大保护与长江经济带的发展意义重大。为探究全球升温1.5℃和2.0℃对长江流域径流变化的影响,使用基于偏差校正的气候模式集合数据驱动两参数月水量平衡模型,比较两种升温情景下径流量的响应差异。结果表明：基于偏差校正的气候模式集合数据可以较好地代表长江流域历史时期（1976—2005年）的年平均降水和年平均蒸散发情势。两参数月水量平衡模型与参数区域化方法相结合能较好地模拟长江流域各子流域的月径流量。升温1.5℃时,无论是年径流量还是季节径流量均呈上升趋势,与历史时期相比,50%以上三级子流域的增幅超过5%;升温2.0℃时,增幅超过8%。这表明升温2.0℃情景下长江流域水资源量将进一步增加。相对于历史时期,升温1.5℃与2.0℃情景下长江流域北部降水量增幅较大;径流量增幅分布格局基本与降水量一致。汉江流域是全流域径流量增幅最显著的区域。     

未来气候变化情景下长江上游年径流量变化趋势研究

依据政府间气候变化委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)未来不同排放情景(RCPs)下的多模式(CMIP5)气温和降水预估结果,构建基于气温和降水的未来径流量预估模型,并以宜昌站为例分析了不同模式不同排放情景下未来80年(2020～2099年)长江上游年径流量的变化趋势。多模式集合平均预估结果表明:在99%的置信水平下,未来80年长江上游年径流量在RCP2.6排放情景下呈不显著增加趋势,在RCP4.5排放情景下呈不显著减小趋势,而在RCP8.5排放情景下则呈显著减小趋势;在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下未来80年长江上游年径流量预估均值相对于1961～2000年分别减少6.42%、10.99%和13.25%;同时,未来80年长江上游年径流量变化具有一定的年代际特征,在RCP2.6和RCP4.5排放情景下21世纪初期偏多、中期偏少而后期变化并不明显,在RCP8.5排放情景下则是21世纪中期以前偏多而中期以后明显偏少。本研究方法可为未来气候变化情景预估分析提供技术参考,本研究成果可供气候变化背景下长江上游乃至长江流域水资源开发利用及对策分析提供决策依据。      

多区域气候模式集合对中国径流深的模拟评估和未来变化预估

对5组区域气候模式集合模拟的中国径流深进行评估,并且预估了温室气体高排放情景RCP8.5下的未来变化。结果表明：多区域气候模式集合结果能够基本模拟出径流深的观测特征,对年径流深的空间分布特征模拟较好,但量值存在一定的系统偏差,特别是黄河中游、海河和松辽河存在明显的正偏差,且对全国9个流域片中东南、西南和西北诸河的年内分配总体模拟效果相对较差。未来到21世纪末,全国平均年径流深在各个时段都以增加为主,增加幅度多在5%以内。未来变化存在明显的空间差异,大致表现为“北增南减”的分布特征,但不会改变中国水资源南多北少的空间格局;其中,黄河、西南和西北诸河流域片呈显著的增加趋势,淮河、长江和东南诸河流域片呈现显著的减少趋势,海河、松辽和珠江流域的变化趋势不显著。21世纪末期各地的变化多在±30%以内,且多模式预估的正负变化一致性较高。到21世纪末期,各流域片平均的径流深季节分配总体特征没有明显变化,径流深的最大月份基本维持不变,分配比例的数值有±2%以内的变化,且各季节的增减变化存在明显流域间差异。     

气候变化对中国东部季风区水资源脆弱性的影响评价

将耦合暴露度、灾害风险、敏感性与抗压性的脆弱性评估模型应用于中国东部季风区水资源脆弱性评价,从水资源供需平衡角度分析了气候变化对东部季风区水资源脆弱性的影响。结果表明,2000年气候条件下,我国东部季风区接近90%的区域水资源处于中度脆弱及以上状态。其中水资源中度和高度脆弱区域约占全区的75%,极端脆弱区域接近15%。中国北方海河、黄河、淮河和辽河流域的水资源脆弱性最高。未来气候变化影响将加剧水资源脆弱性的风险,不同RCP排放情景下2030年代我国东部季风区水资源中度脆弱及以上区域面积有明显的扩大,极端脆弱区域将达到20%～25%。由于未来需水的进一步增加,中国北方水资源脆弱性的格局并未发生根本变化,而南方东南诸河等区域将面临可能发生的水危机。     

21世纪珠江流域水文过程对气候变化的响应

应用HBV-D水文模型和多个气候模式预估了不同温室气体排放情景下珠江主干流西江的径流过程,分析了21世纪水资源量和洪水频率的变化。结果表明：2050年后年降水量和年径流量较基准期（1961—1990年）明显增加;流域平均的月降水量和径流量在5—10月间均呈增加趋势,12月至次年2月呈减少趋势;年最大1 d和7 d洪量逐渐增加,重现期逐渐缩短。2030年前枯水期径流增加有望缓解枯水期用水压力,而2050年之后丰水期径流量以及洪水强度、发生频率的增加将给珠江流域防汛抗洪带来更大压力,在制订气候变化对流域水资源影响适应性对策时应考虑这两方面的影响。     

辽河流域气候变化及对径流影响预估与评估分析

辽河流域属于气候变暖较为显著区域,增温幅度比全球和全国的增温幅度都要高。同时辽河流域也是水资源较为匮乏且需求量大的地区,因此气候变化对水资源影响问题也更值得关注。基于长期历史观测气象水文数据和未来不同情景下气候变化预估资料,建立评估气候变化与径流量的关系,预估未来气候变化对径流量的可能影响,为辽河流域应对气候变化决策提供科学依据。结果表明:1961—2020年,辽河流域气温为持续上升趋势,降水没有明显的增减趋势,但存在阶段性变化;辽河流域降水量与径流量有较好的相关关系,具有较为一致的长期变化趋势与特征,年降水量与径流量相关数达到0.6以上。日降水量与径流量相关分析表明,降水发生后次日且为大雨降水等级(即日降水量≥25 mm)时,两者相关系数可高达0.85;敏感性试验和模式模拟试验表明,径流量对气候变化有明显的响应,降水增加(减少)、气温降低(升高),则径流量增加(减少);在未来RCP8.5排放情景下气温升高趋势最为明显,未来径流量也为显著增加趋势;RCP2.6排放情景下气温增加的幅度最小,未来径流量也表现为无明显增减趋势;RCP4.5情景下,气温增加的幅度居中,未来径流量则为减少趋势。     

气候变化对长江上游径流影响预估

利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中5个气候模式在3种典型浓度路径(RCPs)下的预估结果驱动SWAT水文模型,预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明：预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势,21世纪末较当前(1986—2005年)升高1.5~5.5℃,降水总体呈增加趋势,在21世纪30年代后高于当前气候平均值,21世纪末相对于当前增加5%~15%。流域内气候变化存在明显空间差异,金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势,在21世纪30年代后高于当前多年平均值,21世纪中期增加4%~8%,21世纪末增加10%~15%。预估的径流年内分布的均匀性有所增加,但年际变化明显增大,极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异,金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小,对气候变化的响应表现为低敏感;嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大,同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著,是气候变化响应的敏感区域。     

不同气候情景下华北平原蒸发与径流时空变化分析

基于中国气象局国家气候中心生成的IPCC第四次评估报告中23种气候模式的情景集成数据,采用Schreiber公式和Thornthwaite方法计算实际蒸发和径流,分析了2001-2060年SRES A1B、A2和 B1这3种情景下,华北平原气温、降水、蒸发与径流的时空变化。结果表明：未来华北平原气温呈升高趋势,且冬半年升温幅度大于夏半年;降水亦呈增加趋势,而冬半年降水增加幅度小于夏半年;与此相应,华北平原蒸发和年径流呈增加趋势,增幅和空间差异随时间推移而增大,到2041-2060年蒸发将上升7.1%～9.4%,径流将增加8.7%～10.7%。     

FUTURE CHANGE OF PRECIPITATION EXTREMES OVER THE PEARL RIVER BASIN FROM REGIONAL CLIMATE MODELS

Based on RegCM4, a climate model system, we simulated the distribution of the present climate (1961-1990) and the future climate (2010-2099), under emission scenarios of RCPs over the whole Pearl River Basin. From the climate parameters, a set of mean precipitation, wet day frequency, and mean wet day intensity and several precipitation percentiles are used to assess the expected changes in daily precipitation characteristics for the 21st century. Meanwhile the return values of precipitation intensity with an average return of 5, 10, 20, and 50 years are also used to assess the expected changes in precipitation extremes events in this study. The structure of the change across the precipitation distribution is very coherent between RCP4.5 and RCP8.5. The annual, spring and winter average precipitation decreases while the summer and autumn average precipitation increases. The basic diagnostics of precipitation show that the frequency of precipitation is projected to decrease but the intensity is projected to increase. The wet day percentiles (q90 and q95) also increase, indicating that precipitation extremes intensity will increase in the future. Meanwhile, the 5-year return value tends to increase by 30%-45% in the basins of Liujiang River, Red Water River, Guihe River and Pearl River Delta region, where the 5-year return value of future climate corresponds to the 8- to 10-year return value of the present climate, and the 50-year return value corresponds to the 100-year return value of the present climate over the Pearl River Delta region in the 2080s under RCP8.5, which indicates that the warming environment will give rise to changes in the intensity and frequency of extreme precipitation events.