气候变化下雅鲁藏布江拉孜以上流域径流过程模拟与预测

西部高寒河源区因冰川积雪冻土等特殊的地理环境,其径流过程的模拟与预测一直是水文学研究的难点和热点问题之一,全球气候变暖为这一地区的水文模拟提出了新的挑战。以雅鲁藏布江拉孜以上流域为研究区域,基于可考虑冰川积雪融水的SWAT分布式水文模型对拉孜站径流过程进行模拟,评估SWAT模型在高寒河源区的适用性。基于未来气候变化情景,统计分析了未来研究区降水、气温的变化趋势,预估了气候变化对区域径流过程的影响。结果表明:SWAT模型在拉孜以上流域径流过程模拟中具有较好的适用性,模型在率定期和验证期月尺度NS系数分别达到了0.78和0.84;未来研究区降水、气温均呈现出增加趋势,且随着排放情景的上升,气温、降水增加幅度有变大趋势;未来研究区不同时段径流量也呈现出不同的增加趋势,在2020～2049年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,相较于基准期径流分别增加了约11.8%、14.0%、16.5%,为下游水资源可持续开发利用带来了更大的挑战。     

天山南坡清水河流域径流过程对气候变化的响应

干旱区的高山寒区水文过程对气候变化特别敏感,冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响.以天山南坡清水河流域为研究区域,通过分析水文站径流变化,结合流域上游山区巴伦台的气象资料,研究了高寒流域在气候变化背景下径流过程的响应特征.结果表明:降水变化决定着径流过程,但气温上升对径流产生额外影响;气温变化产生的径流变化对径流产生延迟效应,冬季径流明显增加.南疆天山地区冬季积雪较少,产生的春季融水径流不明显;夏季降水和径流同期出现,使得高寒山区水文过程对固体降水变化不敏感;冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显.为应对气候变化对水文过程产生的影响,应加强山区水库建设,通过工程措施调节,保障持续的水资源供给和利用.     

气候变化对挠力河径流量影响的定量分析

三江平原位于黑龙江省东北部,是中国沼泽湿地集中分布区且面积最大的区域,挠力河作为该区域的一条典型沼泽性河流,其径流演变过程受到气候变化和人类活动的双重影响.文中利用水量平衡法和降水-径流经验模型,定量分析了变化期气候变化对径流的影响,并比较了两种方法的优劣性,研究结果表明:50年来挠力河变化期(1968~2005年)内的年径流量的变化大约40%是由气候变化引起.气候变化对径流量影响的主导因素是降水量的变化,降水量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率分别为43%和35%,蒸发量变化对两水文站径流量减少的贡献率为10%左右.利用水量平衡法研究气候变化对河流径流量的影响,其研究结果要优于一般的降水-径流经验模型法,但经验模型也不失为一种快速且简便的方法.     

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。     

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.     

气候变化对寒区水循环的影响研究进展

随着全球气候变暖,气候的变异性变得越来越极端,极端天气事件的频率和强度也在不断地上升.气候变化改变了水文循环,其变化趋势对世界水资源的管理提出了严峻的考验.气候变化对寒区水循环的影响包括对降水、蒸散发、径流、降雪与积雪面积、冰川和冻土等方面的影响: 近百年来,全球降水在波动中略有增加;在北半球水面蒸发量呈逐步减少的趋势,径流量及其时空分布发生了巨大变化;全球以积雪形式的降水越来越少,且积雪面积越来越小; 冰川出现加速退缩的现象.随着全球变暖,多年冻土融化,导致活动层厚度有明显增大趋势.所有现存的模型都表明了一个更暖的未来世界.为降低地球各圈层系统对气候变化的脆弱性,需要控制温室气体的排放,建立更精确的气候预测模型,提高水资源管理者的技术水平等手段来提高系统的适应能力,以解决人类的水资源需求问题.     

海河流域河川径流对气候变化的响应机理

利用可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型,在海河流域选取了6个典型流域来率定VIC模型的参数。通过模型参数移植技术,建立了全流域的径流模拟平台。根据假定的气候变化情景,分析了海河流域河川径流对气候变化的响应机理。结果表明:在年平均气温升高2℃时,海河流域的径流量将减少6.5%;当年降水量增加或者减少10%时,海河流域的径流量将分别增加26%和减少23%;当汛期降水占年降水量的比例分别增加或者减少10%时,全流域的径流量将会增加12%或者减少7%;在空间上,在年平均气温升高和年降水量变化的情景下,海河流域西北部的河川径流比东南部更敏感;在降水年内分配变化的情景下,海河流域东南部的河川径流比西北部更敏感。总体上,年降水量越大,径流量对降水量的敏感性越小,对平均气温的敏感性也越小,而对降水年内分配的敏感性越大。     

1959-2017年天山乌鲁木齐河源1号冰川流域径流及其组分变化

冰川是气候变化的指示器,气候变化对冰川及其径流的影响研究是目前国内外关注的热点和前沿领域之一,目前的研究以模拟为主,实测资料十分有限且不确定性很大。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川（简称“1号冰川”）流域为例,基于中国科学院天山冰川观测试验站1959-2017年观测数据,研究了中国西部典型小型冰川流域径流及其组分长期变化以及对气候变化的响应,为冰川径流长期变化过程的认识提供重要参考。结果表明,1号冰川流域径流主要由冰川径流和非冰川区降水径流组成,分别占70%和30%。其中冰川径流又可分为冰川区降水径流和冰川融水径流,分别占44%和26%。59年间,冰川径流整体呈上升趋势,在1992年之后出现了一个阶梯式的上升,与气温升高和降水的增加有关,1997-2007年达到高峰,2008年以后出现波动下降趋势,其原因除了与该时段的降水有所减少有关之外,冰川面积减小的影响也不可忽视。另外,还利用实测径流和冰川物质平衡值,通过水量平衡模型,检验了模型使用的冰川区和非冰川区径流系数。     

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。     

乌鲁木齐河流域积雪面积变化及其对径流的影响

积雪面积是干旱区分布式水文模型的重要输入因子,为了研究其与径流间的关系,基于MODIS数据提取乌鲁木齐河流域英雄桥站以上积雪面积,分析了流域近年来积雪面积变化特征,采用偏相关分析法阐明了降水和气温变化对积雪面积的影响,并利用多元逐步回归与通径分析研究了径流同积雪面积、降水、气温间的关系。结果表明:(1)流域积雪面积12月份达到最大,7月份达到最小,多年积雪面积变化呈不明显下降趋势;(2)气温对积雪面积的变化较降水更加敏感;(3)流域内各因素间的相互影响促进了径流的产生。     

水文模型在估算冰川径流研究中的应用现状

冰川径流估算是气候变化风险评估和水资源可持续管理的重要内容.冰川径流估算方法主要包括:直接观测法、冰川物质平衡法、水量平衡方程法、水化学示踪法和水文模型法.本文首先对五种方法的应用情况进行简要总结,进而重点阐述水文模型法在估算冰川径流研究中的应用现状.水文模型法是冰川径流估算研究中使用最频繁的方法,使用方式主要包括耦合冰川模块和开发新的冰川水文模型.冰川水文模型中的消融算法主要包括温度指数模型(度日因子法)、修正的温度指数模型、能量平衡模型.受当前观测条件限制,修正的温度指数模型兼顾能量平衡模型和温度指数模型的优势而成为冰川水文模型中最流行的方法.随着学科的发展进步,能量平衡模型与水文模型的耦合将会成为未来的研究重点,发展大尺度分布式冰川水文模型是冰川水文学的未来发展方向之一.     

干旱区融雪径流模拟的研究进展与展望

融雪径流模拟是干旱区水文水资源研究的热点问题,对干旱区春季融雪洪水风险评估和流域水资源管理至关重要。结合文献查询及资料分析,重点讨论了不同类型融雪径流模型的特征和发展情况,比较了不同融雪径流模型在干旱区一些典型河流的应用情况,并对其功能及优缺点进行了评估。结合对目前流域融雪径流模拟研究中存在的问题的分析,提出未来融雪径流模拟要注重提高数据分辨率的观点。借助多源遥感数据驱动获取更为精确的输入数据,在数据获取难度减小、精度提高的基础上山区融雪径流模拟将更多地以基于能量平衡的物理性模拟为主。模型的构建要充分考虑由气候变暖所带来的其它参数的变化,精确描述山区融雪过程,以提高对融雪径流的模拟精度。     

Changes of the Hailuogou Glacier, Mt. Gongga,China, against the Background of Global Warming in the Last Several Decades

Great change, associated with global warming, has occurred at the Hailuogou (海螺沟)has retreated 1 822 m in the past 106 years, with an annual mean retreat of 17.2 m, and the front elevation has risen by 300 m since 1823. Comparison of glacier variations and temperature fluctuations in China and the Northern Hemisphere, over the last 100 years, indicates that glacier retreat stages occurred during the warm phase, and vice versa. Mass balance records during 1959/60--2003/04 have shown that the glacier has suffered a constant mass loss of snow and ice. The accumulated mass balance, -10.83 m water equivalent, indicates an annual mean value of -0.24 m water equivalent. The correlation between the mass balance and temperature is significant, which also indicates that climate warming is the crucial cause of glacier loss.Local hydrological and climatic data demonstrate that runoff from the glacier has been increasing both seasonally and annually.The correlation analysis and trend analysis indicate that ice and snow melted water is the main cause of an increase in the runoff. As the climate has become warmer, changes in the glacier surface morphology have obviously occurred. These include a decrease in glacier thickness, enlargement of glacial caves, and reduction of the size of clefts on the glacier surface. The ablation period has lengthened and the ablation area has expanded. A variety of factors thus provide evidence that the Hailuogou glacier has suffered a rapid loss of snow and ice as a result of climatic warming.     

Review on snowmelt runoff simulation in mountain regions,Northwest China北大核心CSCD

Snowmelt runoff is a valuable water resource in Northwest China. In the past few decades, progress has been achieved in snowmelt runoff simulation in mountainous areas, including observation and simulation of snow melt process, improvement and development of distributed snow melt runoff model, and ability for application of snow melt runoff model with temporal and spatial distribution driving data. The development of interpolation algorithm, remote sensing and data assimilation technology provides data support for the widespread application of distributed snowmelt runoff model in northwest mountainous regions of China. Climate warming and economic and social development will further aggravate the contradiction between supply and demand of water resources in the arid regions of Northwest China, which requires higher precision and detail spatial and temporal resolution of snowmelt runoff simulation. Based on the progress and challenges on snowmelt runoff simulation in mountainous regions of Northwest China, following studies need more attention：the mechanism of snow accumulation and ablation, snow cover spatial and temporal distribution monitoring and high precision of snow distribution data acquisition, quantitative climate change impact on river basin snowmelt runoff. © 2022 The authors.     

气候变化对我国水文水资源的可能影响

以平衡的GCM模型输出作为大气中CO₂浓度倍增时的气候情景,采用月水量平衡模型及水资源利用综合评价模型研究我国部分流域年、月径流、蒸发的可能变化及2030年水资源供需差额变化。结果表明淮河及其以北气候变化的影响最为显着,各流域水量的增多或减少主要由汛期径流及蒸发的增减决定。在未来气候条件下,黄、淮、海三个流域水资源短缺可能进一步加剧。     

基于能量平衡的分布式融雪径流模型

采用MODIS影像数据提取的积雪特征及T639L60气象预报场数据在WRF模式中的运行结果作为驱动,构造了一个以能量平衡为基础的融雪径流模型,将该融雪模型应用在天山北坡军塘湖河流域,对2010年径流模拟预报结果和实际观测数据分析显示:模型对雪深、雪水当量及融雪径流的模拟具有较好的拟合度,对提高融雪水资源管理效率及对融雪洪水预警具有一定的参考价值。     

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.     

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.     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

Climate change effects on snow melt and discharge of a partly glacierized watershed in Central Switzerland (SoilTrec Critical Zone Observatory)

A comprehensive hydrological modeling study in the drainage area of a hydropower reservoir in central Switzerland is presented. Two models were tested to reproduce the measured discharge dynamics: (1) a detailed energy-balance model (ALPINE3D) primarily designed for snow simulations; (2) a conceptual runoff model system (PREVAH), including a distributed temperature-index snow and ice melt model. Considerable effort was put into distributing available meteorological station data to the model grids as forcing data. The recent EU regional climate modeling initiative ENSEMBLES provided up-to-date climate predictions for two 30-a periods in mid and late 21st century. These were used to estimate evolutions in the water supply of the hydropower reservoir in response to expected climate changes. The simulations suggest a shift of spring peak-flow by almost two months for the end of the century. Warmer winter temperatures will cause higher winter base-flow. Due to glacier retreat, late-summer flow will decrease at the end of the century.