用耦合模型模拟青弋江流域水文对气候变化的响应

用陆面模式SSiB与动态植被模型TRIFFID以及流域地形指数水文模型的耦合模型SSiB4T/TRIFFID模拟了长江下游的青弋江流域植被和水量平衡的动态过程,分析了气温和降水变化对流域径流和蒸发的影响。结果表明：（1）流域气温上升10C,径流减小6.7-9.7%;气温上升20C,径流减小11.7-17.4%;（2）降水增加5%,径流增加9.2-11.6%,降水减小5%,径流减小8.6-11.6%;（3）温度不变仅降水变化对流域蒸发影响很小,温度增加20C,流域总蒸发3-10月份增加8.0-10.7mm,其余月份增加5.4-7.1mm,1月和12月蒸发对温度增加最敏感;（4）气温上升20C,叶面积指数1月和12月增加,5-10月略有减小。降水和气温变化对青弋江流域径流影响明显且与植被类型有关,流域蒸发的变化主要受温度变化的控制。     

RCP4.5情景下长江上游流域未来气候变化及其对径流的影响

基于1961—2010年长江寸滩以上流域50个气象站的逐日观测数据和寸滩水文控制站的逐日径流数据,结合流域的地形、土地利用和土壤信息,采用HBV和SWAT水文模型,模拟了流域降水径流定量关系,并利用CCLM区域气候模式,开展了气候变化背景下,寸滩未来径流的可能演变趋势分析。结果表明:HBV和SWAT水文模型都适用于位于湿润地区的长江寸滩以上流域,月径流的模拟Nash-Sutcliffe效率系数都在0.90以上。相比较,SWAT水文模型对于枯水径流的模拟较差,HBV水文模型峰值流量的模拟高于实测。相对于基准期(1986—2005年),RCP4.5情景下,2011—2040年寸滩以上流域平均气温、最高气温、最低气温将明显增加,并呈持续上升趋势;流域降水也有一定的增加,但2030年后呈弱减少趋势。从两类水文模型对径流模拟的集合结果来看,2011—2040年年径流将上升14.2%;而径流量的概率分布尾部特征及径流分位数变化进一步表明,流域的未来峰值流量预计将有所增大。     

兰江流域气候与水文模拟研究

该文建立了气候-水文嵌套模式,用于气候变化情景下流域气候、水文模拟,并在此基础上进行水资源评估.首先应用20km高分辨率的区域气候模式RegCM3,嵌套全球环流模式FvGCM的大气部分,在中国东部地区进行了两组30a积分的模拟试验,即控制试验和未来预测试验.控制试验(1961-1990年)结果表明,RegCM3能较细致地刻画浙江省的地形分布,模拟的浙江省的多年平均气温和降水均呈现出明显的地形特征,与实况较为符合.兰江流域年平均气温模拟较好,但夏季降水模拟量明显偏低.在未来预测试验中,构建了SRES A2排放情景下兰江流域2071-2100年的气候变化情景.然后,用兰江流域的历史观测资料对分布式水文模型DHSVM进行了率定和验证,该模型较好地再现了兰江流域的历史径流过程,具有较好的模拟特性.最后,将RegCM3的两组试验结果输入到DHSVM中,驱动模型进行水文模拟.模拟结果表明:相对于1961-1990年,兰江流域2071-2100年各月的平均气温均呈上升趋势,年平均气温上升幅度达2.84 ℃;年降水量也将增加,主要发生在4-7月的汛期,可能会导致汛期洪涝灾害发生频率上升;年径流深变化与年降水量变化基本一致,汛期径流将明显增加.在全球持续变暖的背景下,兰江流域未来高温热浪和洪涝等气候、水文极端事件有可能进一步加剧.     

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。     

一个区域气候模式水文过程的改进及年尺度模拟研究

本文将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入区域气候模式RegCM3模式,利用此区域水文气候模式分别对1988、1990、1991年3个不同气候年的水文气候进行了模拟.模拟结果表明,模式对入渗非均匀和降水非均匀的响应在年尺度上是敏感的:模式能成功模拟年平均降水及降水的年内变化,较好地再现了降水分布和大小;并入VXM模型后模式对南方径流的模拟能力得到较大的提高,模拟的年平均及年内变化与实际较为一致.结果还表明,径流机制的改进有助于改善降水模拟能力,并引起蒸发、温度等气候要素相应的变化;并入VXM模型后对模拟结果的影响更主要体现在夏季.     

基于SWAT模型的洪湖流域供水资源模拟研究

利用SWAT分布式水文模型,对洪湖流域1961—2011年供水资源变化情况进行模拟。结果表明:SWAT模型对洪湖流域供水资源模拟适用性良好。近51 a流域年平均地表径流和降水量增加趋势相当,且降水量峰值对应地表径流和地下径流均较高。流域在1960s、1970s相对偏枯,1980s后降水相对丰沛,流域呈现由干转湿的变化。进入21世纪后,流域又趋于偏枯。流域季节降水量、地表径流、地下径流、蒸散发量及土壤含水量变化最大值均出现在夏季,最小值均出现在冬季,但丰、枯年季节分配不同,各要素月季节分布差异较大。洪湖年均入湖水量呈略增加趋势,春、夏季增加趋势较为明显。     

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。     

淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

CN05.1气象数据在流域水文模拟中的应用——以新疆开都河流域为例

为探讨中国再分析气象数据集CN05.1在流域水文模拟中的适用性潜力,以开都河流域为研究区,分别使用CN05.1数据集和传统气象站数据驱动SWAT水文模型,采用决定系数（R ²)、纳什效率系数（NSE）和相对误差（R_e）等评价指标对二者模拟效果进行对比分析,以确定CN05.1数据的适用性;最后采用两种数据订正方法对CN05.1降水数据进行了订正,并以水文模拟效果进行评价。研究结果表明:(1) CN05.1气象数据在开都河流域的水文气象模拟中具有较强的适用性;(2) 基于SWAT模型的水文模拟显示,CN05.1数据驱动的水文模拟精度高于传统气象站数据,其率定期（1995—2005年）和验证期（2006—2016年）的R ²分别为0.81和0.73,NSE分别为0.81和0.72,R_e分别为-0.97%和0.39%;(3)两种数据订正方法均能较好地再现流域径流变化过程,但基于空间关系订正法的径流模拟效果更好,R ²和NSE均在0.72以上,|R_e|＜1.7%。由此,订正后的CN05.1降水数据一方面弥补了传统气象站数据缺失的问题,另一方面补足了未订正CN05.1降水数据在径流模拟中峰值欠佳的问题。     

淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

清水河水文特性分析

依据清水河克尔古提水文站实测资料及河流所处的地理位置,分析了该河的降水、蒸发、径流、泥沙、冰情、洪枯水及水质等水文特性,为进一步了解洪水特性和发生发展规律,合理开发利用水资源,为下游工农业生产服务提供了依据。     

未来气候变化对淮河流域径流的可能影响

采用新安江月分布式水文模型, 结合1961—2000年历史月气候资料和4个CGCMs的3个SRES排放情景下 (B1, A 2, A 1B) 未来降水和气温情景模拟结果, 对过去淮河流域的径流进行模拟检验并对未来2011—2040年的径流影响进行评估, 为水资源管理和规划提供依据。结果表明:水文模型能较好地反映年、月流量以及多年平均值和季节的变化; 年流量模拟一般好于月流量, 淮河干流主要控制水文站如王家坝、鲁台子、蚌埠的年流量模型效率系数均在80%以上; 多年平均值模拟效果好, 平均绝对相对误差为10%。多数CGCMs不同排放情景下气候模拟结果表明:未来2011—2040年, 淮河流域气候将趋于暖湿, 但年径流量将可能以减少趋势为主。这对淮河地区水资源的可持续发展以及东线调水工程水资源统一调配和管理提出了较大的挑战。淮河流域大部分区域2011—2040年月径流量减少将主要发生在1月和7—12月, 变化趋势较为确定; 4—6月, 径流量将以增加趋势为主, 不确定性较大; 2—3月, 径流具有增加趋势的地区多分布在淮河以北地区, 具有减少趋势的地区则多分布在淮河干流及以南地区和洪泽湖、平原区, 这些地区增加或减少趋势的不确定性较大。     

博斯腾湖流域气候变化及其对径流的影响

利用博斯腾湖流域开都河、黄水沟和清水河的出山口水文站月径流量和气象站月平均数据，开展变化特征分析和径流变化对气候因子的响应研究。结果表明，博斯腾湖流域年际气候变化以气温上升为主，降水量增加趋势不显著；域内主要河流径流量持续上升。突变检验发现，三条入湖河流90年代之前径流量增加主要是域内降水量增加的结果，随后受气温上升导致冰雪消融加快也对径流量的增加有贡献。相关分析结果显示，博斯腾湖三条入湖河流年径流量变化主要受4月和7月降水因子影响。此外，开都河的径流变化还表现出对8月气温和降水的显著响应，同时开都河流域集水区冰川的面积和占比均大于黄水沟和清水河流域，这表明冰川融水补给对开都河径流的影响大于黄水沟和清水河。所建立的气候因子-径流量多元线性回归模型，能够很好的模拟开都河、黄水沟和清水河的径流变化过程，证明了博斯腾湖流域水文变化受气候因子的显著影响。     

长江流域水分收支以及再分析资料可用性分析

首先利用实测资料定量计算了长江流域水分收支的各分量,包括降水、径流、蒸发、水汽辐合等,分析其季节循环、年际变化以及线性趋势变化。结果表明,多年平均该流域是水汽汇区,主要来自平均流输送造成的水汽辐合,而与天气过程密切相关的瞬变波则主要造成流域的水汽辐散。蒸发所占比例接近于径流,对流域水分循环十分重要。大部分要素的季节变化和年际变化都很大,只有蒸发和大气含水量的年际变化较小。降水和平均流输送造成的水汽辐合一般在6月达到年内最大,12月达到年内最小,而径流和大气含水量则一般滞后1个月于7月达到年内最大,1月降为年内最小。1958—1983年,夏半年降水略微增加,冬半年略微减少,各月实测径流为弱的增长趋势,但均不显著,年平均蒸发亦无显著的趋势变化。然后将实测资料同ECMWF及NCEP/NCAR再分析资料作进一步对比分析,以检验两套再分析资料对长江流域水分循环的描述能力。在量值上,NCEP/NCAR再分析资料中的降水、蒸发、径流均比实测偏大很多,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合则偏小很多;ECMWF再分析资料中的降水量、径流量基本上与实测接近,蒸发量偏大,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合偏小,但比NCEP/NCAR再分析资料要接近实测。另外,该两套再分析资料均可以较好地描述长江流域水分收支的季节循环和年际变化,而且同样是ECMWF再分析资料与实测资料的一致性更好。但是两套再分析资料在1958—1983年均存在十分夸张的线性趋势变化,尤其是ECMWF再分析资料。     

我国北方地区降水再循环率的初步评估

利用1976~1995年的20年月平均NCEP/NCAR再分析资料, 对我国北方地区降水再循环率进行了评估, 结果表明:黄河流域总的降雨只有19%来自当地的水汽蒸发, 其他81%降水来自外部的水汽流；黄河上游降水主要由来自青藏高原较强的水汽所提供，因此这里的降水再循环率小于15%。但黄河上游的降水蒸发后，在西风的输送下, 为黄河下游提供了大量的水汽，通过汇合南北方向来的水汽，在黄河下游形成了降水再循环率达到30%以上的椭圆形区域。评估结果显示:降水再循环率随季节变化差异较大, 8月份的降水再循环率最高, 达31%, 而在11、12、1月份3个月的降水再循环率不到5%。结果还显示蒸发率和降水率的空间分布以及它们的年际变化都对应得很好，表明我国北方地区蒸发受降水影响较强。蒸发率、降水率和降水再循环率在20年中均有增加, 表明气候变暖对我国北方地区的水汽循环的影响已经显现。     

MACROSCALE HYDROLOGICAL MODELING OVER THE HUAIHE RIVER BASIN

The Xin'anjiang Model is used as the basic model to develop a monthly grid-based macroscalehydrological model for the assessment of the effects of climate change on water resources.Themonthly discharge from 1953 through 1985 in the Huaihe River Basin is simulated.The sensitivityanalysis on runoff is made under assumed climatic scenarios.There is a good agreement betweenthe observed and simulated runoff.Due to the increase of time interval and decrease ofprecipitation intensity on monthly time scale,there is no monthly runoff in some model girds as themomhly hydrological model is applied to the Huaihe River Basin.Two methods of downscalingmonthly precipitation to daily resolution are validated by running the Xin'anjiang model withmonthly data at a daily time step.and the model outputs are more realistic than the monthlyhydrological model.The metbods of downscaling of monthly precipitation to daily resolution mayprovide an idea in solving the problem of the shortage of daily data.In the research of the climatechange on water resources,the daily hydrological model can be used instead of the monthly one.     

基于不同降水产品的WRF-Hydro模式径流模拟——以漳河流域为例

以漳河流域为研究区域,以CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源降水融合数据和ERA5再分析降水资料为WRF-Hydro模式的输入,进行径流模拟,对比分析模拟径流与实测径流的差异,探讨基于两种降水数据的WRF-Hydro模式在漳河流域的径流模拟效果。结果表明:三源降水融合数据的径流模拟效果较优,纳什系数均达到0.7以上,模拟径流与实测径流过程吻合较好;采用三源降水融合数据和ERA5再分析降水资料率定WRF-Hydro模式,以ERA5再分析降水资料为输入,径流模拟结果都不佳;总体而言,三源降水融合数据与WRF-Hydro模式耦合能够较好地模拟漳河流域径流过程。      

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。     

Precipitation changes in wet and dry seasons over the 20th century simulated by two versions of the FGOALS model

Seasonal precipitation changes over the globe during the 20 th century simulated by two versions of the Flexible Global Ocean–Atmosphere–Land System(FGOALS) model are assessed. The two model versions differ in terms of their AGCM component, but the remaining parts of the system are almost identical. Both models reasonably reproduce the mean-state features of the timings of the wet and dry seasons and related precipitation amounts, with pattern correlation coefficients of 0.65–0.84 with observations. Globally averaged seasonal precipitation changes are analyzed. The results show that wet seasons get wetter and the annual range(precipitation difference between wet and dry seasons) increases during the 20 th century in the two models, with positive trends covering most parts of the globe, which is consistent with observations. However,both models show a moistening dry season, which is opposite to observations. Analysis of the globally averaged moisture budget in the historical climate simulations of the two models shows little change in the horizontal moisture advection in both the wet and dry seasons. The globally averaged seasonal precipitation changes are mainly dominated by the changes in evaporation and vertical moisture advection. Evaporation and vertical moisture advection combine to make wet seasons wetter and enhance the annual range. In the dry season, the opposite change of evaporation and vertical moisture advection leads to an insignificant change in precipitation. Vertical moisture advection is the most important term that determines the changes in precipitation, wherein the thermodynamic component is dominant and the dynamic component tends to offset the effect of the thermodynamic component.     

黄河上中游径流对气候变化的敏感性分析

利用月水文模型, 采取假定气候方案, 分析了黄河上中游径流对气候变化的敏感性。 结果表明, 径流对降水变化的响应敏感, 对气温变化的响应相对较弱, 如气温不变, 降水增加 10 %时, 径流量约增加 17%。 如降水不变, 气温升高 1 ℃, 则径流减少 5 %左右。 在区域上分布, 中游较上游对气候变化更为敏感。