焉耆盆地冬小麦对降水与气温变化的响应研究

研究作物产量对气候变化的响应,对于指导区域农业生产,保障粮食安全具有重要作用。该文结合大田试验与APSIM模型,在验证研究区冬小麦产量可靠性的基础上,分析降水和气温变化梯度组合情景下作物产量变化。结果表明:APSIM模型对冬小麦产量和生物量的模拟精度较高,决定系数R2为0.913,模型有效系数为0.874。冬小麦在气温升高、降水减少的情景下减产,减产幅度为31.3%;冬小麦在气温降低、降水量增加时增产,增产幅度为25.6%。研究结果对焉耆盆地冬小麦生产走势,制订农业布局、管理措施等具有一定意义。     

气候变化对伊逊河流域水资源量的影响

海河流域作为中国水资源最为紧张的流域,其水资源对气候变化非常敏感.以海河流域中受人类活动影响较小的伊逊河流域为对象,基于海河流域未来气候变化研究成果构建了20种气候变化情景,应用具有物理机理的分布式流域水文模型模拟了不同气候变化情景下的流域水循环情景,对气候变化对伊逊河流域水资源量的影响进行了分析,结果表明气温升高1℃将使流域内3.8mm的径流转化为蒸散发,降水的增加将使流域的蒸发和径流都有所增加,其中新增降水50%转化为蒸发,30%转化为径流.同时径流和蒸散发对于高温和强降水更为敏感.未来气候变化的不确定性使未来水资源量的变化也有很大的不确定性,在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,伊逊河流域天然径流量可能进一步衰减.     

黄河中游水文变化趋势及其对气候变化的响应

黄河中游水资源匮乏,分析水文要素变化趋势对实现水资源的可持续开发利用具有重要意义。根据流域地貌特征及水文站控制情况,将黄河中游划分为3个区间,分别为:河-龙区间、龙-三区间和三-花区间,采用Mann-Kendall秩次相关检验法与线性回归方法,分析检验了各区间年径流量的历史变化趋势。采用设定情景与水文模拟相结合的途径,评估了不同区间河川径流量对气候变化的响应。根据1950-2005年资料分析,结果表明:黄河中游干流控制站实测径流量与区间径流量均具有显著的减少趋势。若气温升高1℃,年径流量将减少3.7%~6.6%;河川径流对降水变化更为敏感,若降水减少10%,河川径流量将减少17%~22%;近些年黄河中游气温升高和降水减少是河川径流减少的重要原因之一。     

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。     

基于气候模式筛选的碧流河水库流域未来期径流预估研究

为评估IPCC第四次评估报告中的15个全球气候模式对碧流河水库流域气温和降水的模拟效果,通过LARS-WG降尺度方法,选取了HADCM3等3种气候模式,分析其在A2、A1B和B1三种排放情景下未来期(2011~2040年)碧流河水库流域气温和降水的变化,进而结合ABCD月尺度水文模型,预估未来气候变化下碧流河水库流域的径流变化特征,为流域水资源规划和管理提供依据。结果表明:CNCM3、HADCM3和IPCM4三个模式对碧流河水库流域模拟效果较好;与基准期相比,未来期多年平均降水变幅为-6.4%~3.7%,多年平均温度升高0.8℃~1.2℃,实际蒸发增幅为2.4%~4.4%;多年平均年径流量变化范围为4.8~6.2(108m3),三种排放情景下各模式平均径流量均呈减少趋势,较基准期减幅为-4.7%~-27.1%,未来水资源利用将会面临更大挑战。     

基于不同排放情景的洞庭湖流域水资源演化研究

流域水资源演化与气候变化和人类活动紧密相关,气候变化与人类活动的加剧极大地改变了流域水文循环。通过相似性和独立性分析,从CMIP5公开发布的47个气候模式中筛选出5个代表性气候模式,然后计算未来高、中、低3种不同排放情景下的气温和降水,构造符合研究区产汇流特性的水文模型,计算洞庭湖流域水资源量并分析其演化规律。结果表明:不论温室气体排放水平如何,洞庭湖流域水资源量在未来60a呈现增加态势,汛期水量增加概率加大,而在高排放情景下枯季水资源量表现为减少趋势;未来洞庭湖流域水资源的时程分配将更趋不均匀化,而温室气体的持续排放将使其变化加剧。     

衡水市气侯影响水资源变化特征及对策

利用衡水市1处国家基准气候站,68处雨量站1957～2007年的气温、降水和水资源评价资料,分析了气候变化对水资源量及水环境的影响。运用高桥浩一郎公式,计算了衡水市逐年蒸发量。分析表明,水资源量随着降水的减少而减少,气温的升高而下降,而与蒸发量无明显相关性。提出了几种应对气候变化对水资源影响的有效方法。     

基于水文模型与机器学习集合模拟的水沙变异归因定量识别——以黄河中游窟野河流域为例

黄河水沙变化是当前流域水文与江河治理领域研究的前沿和热点问题。以黄土高原窟野河流域为典型研究对象,利用VIC水文模型和8种基于机器学习算法的输沙量模型,耦合构建流域水沙集合模拟技术,定量识别流域水沙演变特征与变异成因。结果表明:① 1960—2014年窟野河流域年气温和降水分别呈显著增加和不显著减少趋势,径流和输沙量都呈显著减少趋势,1980和1999年是流域产水产沙特性发生改变的重要转折点;②模拟月径流和输沙量的Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数分别超过了0.6和0.7,适用于该流域水沙过程模拟;③与天然期1960—1979年相比,1980—2014年气候变化和人类活动对径流减少的贡献分别为24%~39%和61%~76%,对输沙量减少的贡献分别为15%~36%和64%~85%;④人类活动是窟野河流域水沙减少的主要原因,且随时间推移呈增大趋势。相关成果为流域水沙变异归因定量识别提供了新的技术方法,对促进黄河流域水资源开发利用和水沙治理具有重要的支撑作用。     

气候变化及人类活动对水资源的影响探讨——以河北省为例

由于气候变化和人类活动的影响,河北省水资源量处于减少态势。降水量减少、气温升高是造成水资源减少的根本原因。地下水超采所引起的地下水位持续下降,造成地表产流减少,使降水对地下水的补给量减少。作物产量水平的提高,在直接消耗大量水资源和土壤水分的同时,也使农田蒸散加强,造成地表径流量和地下水补给量的减少。要充分考虑环境变化对水资源的影响,加强地下水位大埋深条件下,地表产流量,地下水补给量,以及作物产量水平提高对水资源影响的实验研究。     

基于不同排放情景的浑河流域水资源演化研究

人类活动与气候变化是影响流域水资源演化、水文循环规律的两大关键性因素。以浑河流域为例,通过分析CMIP5公布的气候模式相关性和相似性,选取5种典型模式并分别计算不同排放情景下的降水和气温,建立产汇流特性水文模型分析模拟浑河流域水资源及其演化规律。结果显示:在未来30年浑河流域水资源量呈现出逐渐增大的趋势,并增加了汛期水量的提升概率;枯季水资源量在高排放情景下呈现出降低的变化趋势,浑河流域水资源时程分配在未来更加不均衡,温室气体的排放将进一步加剧这种不均匀态势。     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应

气候变暖背景下干旱区水文、水资源的变化仍是影响区域水资源利用和洪水灾害防治的关键科学问题。基于1957—2019年长序列的水文、气象资料,系统分析了昆仑山北麓车尔臣河流域的水文变化特征及其对气候变化的响应。总体上,车尔臣河流域的水文过程的显著变化发生在1990s末期,变化前后年径流量约增加了54.67%,所有季节径流的增加共同造成了年径流的增加,其中夏季径流的增加对年径流增加的贡献最大,其次依次为秋季、春季和冬季。降水增加（第一控制因素）和气温升高（第二控制因素）共同造成了车尔臣河流域水文过程的变化。具体到径流年内变化,降水是春夏季径流变化的主控因素,而秋冬季径流变化的主控因素是气温。径流增加为中下游提供更多水资源的同时,也导致年际间水文洪涝和干旱事件发生的频率增加、强度增强。冰冻圈在该地区水文循环中起着重要的作用,但其对水文过程的影响仍不明确,加强阿尔金高山区的冰川、多年冻土监测将为进一步预估水文对气候变化的响应提供基础数据支撑。     

黄河支流汾河流域水资源开发利用现状及生态环境问题

【研究目的】汾河是黄河第二大支流,也是山西省的第一大河,流域内水资源供需矛盾突出,分析水资源开发利用现状及其生态环境问题是进行流域生态修复的前提。【研究方法】本文在分析汾河流域水资源特征及其开发利用现状的基础上,系统总结了汾河径流量衰减、岩溶大泉断流和水质恶化等生态环境问题,并对其成因进行了分析。【研究结果】研究表明：汾河流域多年平均水资源量为33.59亿m³,其中地下水资源是水资源的主要组成部分,约占72%;2005年以后由于跨流域调水、地下水压采等汾河流域综合治理措施的实施,水资源的供水结构发生了较大的变化,地表水的供水比例由最初的30%提高到55%,地下水供水比例由原来的62%降低到目前的37%。整体上,汾河流域的水资源开发利用程度高达80%以上,水资源的过度开发已导致汾河干流断流、入黄径流量大幅衰减、岩溶大泉断流等严重的生态环境问题。其中,汾河流入黄河径流量从1955至2018年衰减程度达63.5%,衰减的原因主要是降水量的减少和岩溶大泉的流量衰减;汾河流域内8个岩溶大泉的总流量从1956至2018年的衰减程度达69%,50%的岩溶大泉已在不同时期断流,岩溶大泉的水质恶化问题也非常严重,如晋祠泉和龙子祠泉的TDS和SO₄^2-呈逐年升高的趋势,煤矿开采是造成岩溶泉水SO₄^2-含量快速升高的主要原因。【结论】汾河流域的水资源供需矛盾十分突出,虽然通过跨流域调水等生态修复措施实现了汾河干流全年不断流、地下水位止降回升和地表水环境质量初步改善,但生态环境恶化的趋势依然严峻。创新点：分析了山西省汾河流域近15年的水资源特征及其供水结构的变化规律;系统总结了汾河流域的生态环境问题,并对其成因进行了探讨。     

基于MODIS蒸散量数据的淮河流域蒸散发时空变化及影响因素分析

淮河流域作为我国重要的粮食产地,其水资源利用情况具有很高的研究价值。利用MODIS蒸散发数据产品（MOD16/ET）、降水和气温时序数据以及土地利用数据,探讨了淮河流域2000—2014年蒸散量时空变化特征及其对气候变化、土地利用的响应。结果表明:淮河流域蒸散量在空间上表现为南高北低,蒸散量多年均值为589.1 mm,夏季最高,冬季最低。整体而言,淮河流域15年间蒸散量具有先增加后减少的趋势;趋势分析结果显示,31.4%的地区蒸散量呈显著或极显著减少趋势,5.4%的地区蒸散量呈显著或极显著增加趋势,63.2%的地区蒸散量无显著变化。从蒸散量的气候因子分区看,52.0%的区域表现为非气候因子驱动型,44.1%的地区为降水驱动型,双因子驱动型和气温驱动型范围很小,面积占比分别为2.4%、1.5%,表明人类活动对蒸散发的影响巨大。四种植被覆盖土地利用蒸散量均值表现为林地>水田>旱地>草地。根据2000—2014年土地利用转变引起蒸散量变化的统计结果,草地转变为水田时蒸散量明显增加,旱地转变为草地、林地转变为旱地后蒸散量明显减少。     

Future climate change impact evaluation on hydrologic processes in the Bharalu and Basistha basins using SWAT model

Urbanisation and climate change can have adverse effects on the streamflow and water balance components in river basins. This study focuses on the understanding of different hydrologic responses to climate change between urban and rural basins. The comprehensive semi-distributed hydrologic model, SWAT (Soil and Water Assessment Tool), is used to evaluate how the streamflow and water balance components vary under future climate change on Bharalu (urban basin) and Basistha (rural basin) River basins near the Brahmaputra River in India based on precipitation, temperature and geospatial data. Based on data collected in 1990–2012, it is found that 98.78% of the water yield generated for the urban Bharalu River basin is by surface runoff, comparing to 75% of that for the rural Basistha basin. Comparison of various hydrologic processes (e.g. precipitation, discharge, water yield, surface runoff, actual evapotranspiration and potential evapotranspiration) based on predicted climate change scenarios is evaluated. The urban Bharalu basin shows a decrease in streamflow, water yield, surface runoff, actual evapotranspiration in contrast to the rural Basistha basin, for the 2050s and 2090s decades. The average annual discharge will increase a maximum 1.43 and 2.20 m³/s from the base period for representative concentration pathways (RCPs) such as 2.6 and 8.5 pathways in Basistha River and it will decrease a maximum 0.67 and 0.46 m³/s for Bharalu River, respectively. This paper also discusses the influence of sensitive parameters on hydrologic processes, future issues and challenges in the rural and urban basins.     

利用反向法评价气候变化下的水资源系统风险

目前多数研究直接将大气环流模式(GCM)获得的气候要素输入水文模型或者系统动力学模型评价气候变化所引起的风险,而忽视了一些重要统计要素的实际影响。针对目前研究存在的问题,利用随机模型产生大量模拟数据并输入到关于水资源系统的系统动力模型,通过评价指数和模拟数据间的统计关系建立"气候响应模型",最终利用多种大气环流模式来进行风险评价。通过A2气候变化情景下36种GCM对美国麻州Quabbin水库未来两个时段2036—2065年和2066—2095年由气候变化引起的风险进行评价。结果表明,在1950—1999年流域净流量年际方差100%～140%范围内,2036—2065年的风险为0.25～0.30,2066—2095年的风险为0.30～0.45。     

基于MOD16产品的淮河流域实际蒸散发时空分布

蒸散发是陆面过程中的重要环节,联系着陆面水循环和地表能量平衡.淮河流域地处中国南北气候过渡带,对淮河流域实际蒸散量时空变化的研究,有助于深入理解中国气候过渡带水循环对全球气候变化的响应.应用遥感技术对淮河流域MOD16_ET数据进行精度验证,并分析2000-2014年淮河流域蒸散发时空分布特征.结果表明:MOD16_ET产品在淮河流域内的精度总体上符合要求;淮河流域多年平均蒸散发的空间分布整体上呈南高北低,季节蒸散量的空间分布与年蒸散量的空间分布大体一致;近15 a淮河流域平均的实际蒸散量变化范围为531.7~634.0 mm,且存在不显著的下降趋势,实际蒸散量的季节变化大致呈单峰型分布,且季节变化较为明显,夏季(257.2 mm) >春季(143.7 mm) >秋季(120.7 mm) >冬季(66.6 mm);淮河流域西北部,夏、秋、冬三季的季节蒸散量变化速率对年蒸散量变化速率的贡献较大;淮河流域东部,春季的蒸散量变化速率占年蒸散量变化速率的比重较大.研究结果对于淮河流域内水资源短缺问题的解决、有限水资源的合理利用以及旱涝灾害的监测和预警有着重要的意义.     

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。