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。     

淮河上游干流径流量对不同气候要素变化的响应研究

基于淮河流域上游地区8个气象站点1959~2008年日降水量与温度数据,通过改变降水量和温度建立25种气候情景,利用SWIM水文模型,对不同情景下的径流量进行模拟,分析了淮河上游地区径流量对不同气候要素变化的敏感性,有利于该地区旱涝灾害的及时预警。结果表明,淮河流域上游地区,降水量的变化对径流量的影响较大,在仅考虑降水量和温度的情况下,径流量对降水量变化的敏感性系数处在1.7012~2.1358范围内,而对温度变化的敏感性较弱,三个站点径流量对温度变化的敏感性系数处在-0.0499~0.1547范围内;研究区在研究期内降水量变化对径流量的变化贡献较小,由大坡岭向下游依次为-0.0014,-0.0052,-0.0009,温度变化对径流量的贡献较大,由大坡岭向下游依次为0.0828,0.0152,0.0039,径流量对气候要素的响应不仅由其对气候要素变化的敏感性决定,也受到气候要素变化幅度的影响。     

白龙江干流代表站径流变化特征及未来趋势预测

白龙江引水工程被列入国家确定的172项重大水利工程项目之一,分析研究白龙江干流代表站径流变化特征并进行未来趋势预测,为实施白龙江引水工程提供技术支撑。对白龙江干流白云、舟曲、武都、碧口4个代表站1956~2013年的实测径流系列资料进行分析,采用周期波均值外延叠加模型、谐波分析模型和逐步回归分析模型组合形成的加法模型对代表站未来径流变化趋势进行分析预测。结果表明:(1)该4站9月份多年平均流量占全年径流量比例最大,主汛期6~9月多年平均流量占全年径流量比例达到50%左右。(2)4个水文站多年径流量变化趋势呈现出逐渐缓慢减少的趋势,上游减少的幅度比下游小。(3)预测2015、2020、2025年年径流量的结果是:白云水文站均小于多年平均值,武都水文站均大于多年均值,舟曲和碧口水文站在多年均值上下浮动。     

涪江流域径流变化趋势及其对气候变化的响应

采用Mann-Kendall非参数检验方法分析了涪江流域实测径流量的变化趋势,根据假定的气候变化情景和HADCM3预估的气候情景,利用考虑融雪的水量平衡模型(SWBM模型)分析了径流对气候变化的响应。结果表明:涪江流域径流量总体呈现递减趋势,但非汛期的个别月份有增加趋势,实测年径流变化主要是由于气候要素变化引起的,流域内的水电开发对径流量的季节分配存在一定的影响。SWBM模型对涪江流域月流量过程具有较好的模拟效果,实测与模拟径流量总体较为吻合,只有个别年份峰值模拟误差相对较大。气温变化固定的情况下,降水变化与径流变化之间的关系接近线性;在降水变化相同的情况下,单位气温变幅引起的径流量变化幅度也基本相当。尽管不同排放情景下涪江流域径流量的变化有一定差异,但总体来看,未来水资源可能以偏少为主,特别是2030年以后,多年平均偏少量将可能超过5%。     

澧水水沙变化特征及成因分析

以澧水控制站石门站和津市站多年长系列水文数据为基础,运用M-K趋势检验、小波分析和双累积曲线法等,分析了澧水水沙变化特性及其成因。结果表明:1960~2007年澧水石门站和津市站的年径流量呈波动状态,无显著上升下降趋势,在9a尺度上有较显著的丰枯周期;月径流量表现为1月、2月有明显增加的趋势,发生突变的时间为1998年,4月、10月有所减少,突变时间为2004年,其他月份无明显变化;年输沙量总体呈波动下降趋势,突变时间为1998年。进一步分析表明,径流量主要受降水量的调节,人为活动特别是水库建设是年内径流分配变化的主要原因,而输沙量则受到径流量、大型水库和水土保持工程的综合影响。     

中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨

由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.     

叶尔羌河径流量与降水量的变化特征分析

利用叶尔羌河源流区近50 a的逐月降水量与径流资料,借助 Mann-Kendall单调趋势检验、小波分析等方法研究了叶尔羌河年径流量与降水量变化特征。结果表明：（1）叶尔羌河径流量呈不显著的增加趋势,而降水量增加显著。（2）叶尔羌河径流量存在9和17年的周期变化,而降水量的周期则为8和22 a。（3）径流量在9 a周期处的2008-2011年和2015-2017年将处于枯水期,而降水量8 a周期在2008-2010年和2013-2015年将处于枯水期。     

叶尔羌流域极端气候变化特征及其对径流的影响研究

基于1954—2015年叶尔羌流域的气温、降水和径流数据,采用M-K突变检验、距平、趋势分析、Hill估计方法揭示了影响流域水文过程的气候指标,采用主成分回归分析方法探讨了极端气候与极端水文事件之间的关系。结果表明：（1）叶尔羌河流域年平均气温、降水均呈显著上升趋势;年平均气温突变时间为1998年,年平均降水不存在突变。（2）流域径流量、极端径流量呈上升趋势,其中径流量变化显著,极端径流的阈值为148.3 mm,64年间共计发生18次极端径流事件。（3）流域极端降水对径流以及极端径流的变化影响较大,极端气温影响次之。     

甘南高原区大峪沟流域水文要素特性分析

以大峪沟流域为研究对象,利用多坝水文站水文要素监测资料,采用趋势分析、距平分析和MannKendall检验等方法,对水文要素进行了时空变化分析,结果表明:大峪沟流域水文要素年内分配不均匀;年降水量和年径流量变化呈减小趋势,减小倾向率为1.127 6 mm/a、0.027 6亿m~3/a,年蒸发量变化呈增大趋势,增加倾向率为1.601 mm/a,降水量、蒸发量的变化趋势不显著,径流量的变化趋势显著;不同年代段降水量的变化较为平稳,处于正常水平,径流量变化幅度不大,蒸发量变化相对平稳;降水量、径流量、蒸发量在序列内均发生突变,该流域径流量的减少、蒸发量的增加与降水量减少有密切关系。     

庄浪县水资源量变化趋势研究

以葫芦河流域3个重要水文站和庄浪县境内雨量站,1956-2009年54 a资料系列,采用动态趋势分析,对径流量年际、年内和地区分布进行分析,对降水量进行年际变化分析。得出径流量和降水量总体趋势为减少。本次研究对庄浪县水资源合理开发具有一定的参考价值。     

Simulation of surface runoff in theWujiang River watershed based on GIS

Surface runoff in the Wujiang River watershed was simulated by a GIS-based method using precipitation, hydrology data, and land-use data. The volume of surface runoff is chiefly controlled by climates, topographical characteristics and types of land use at the watershed. Five subwatersheds that can represent the whole watershed were chosen and their average annual precipitation, average annual surface runoff and current land use were calculated respectively in the grid model of the Wujiang River watershed based on the climate and hydrology data from 1965 to 2000 and the land-use data acquired in the year of 2000. Surface runoff is assumed to be a function of precipitation and land use and the multiple regression tool is used to determine the relationship between surface runoff, precipitation and present land use. Thus, the rainfall-runoff model for each land-use type has been established. When calibrating these models, the results show that the percent errors are all below 7%, which indicates that the accuracy of this simulation is high.     

叶尔羌河源流区近50年来年径流变化及其对气候变化的响应

  基于新疆卡群水文站和塔什库尔干气象站1959～2005年的观测资料,运用小波分析和统计分析相结合的方法,从多时间尺度研究叶尔羌河源流区近50年来年径流的非线性变化趋势,以及径流对气候变化的响应。结果表明: 1）年径流、气温和降水的主要变化周期几乎一致,年径流和年降水量都存在24年的主要变化周期,而年平均气温则是23年。2）年径流量表现出具有时间尺度依赖性的非线性变化趋势,与区域气候变化密切相关。3）年径流变化是区域气候变化响应的结果,从8（2³）年、4（2²）年和2（2¹）年时间尺度上来看,年径流量与年平均气温和年降水量之间存在显著的线性相关关系。     

1957-2010年天山玛纳斯河流域夏季径流及洪水过程对极端气候事件的响应

利用玛纳斯河流域肯斯瓦特站1957-2010年的气温、 降水和洪水径流等资料, 分析了该流域自1957年以来的气候变化以及夏季洪水径流过程对极端气候的响应. 结果表明: 玛纳斯河流域自1957年以来平均气温呈明显的上升趋势, 1979年是年均温由下降趋势转为上升的转折点, 并且1978年之后极端高温天气增多, 主要出现在7月份.玛纳斯河年降水量总的变化趋势是波动减少的, 1986年以后降水有所增加, 但只是恢复到多年平均降水量水平的上下波动.降水主要集中在4-8月, 约占年降水量的70%.气温高的月份与降水量多的月份并不完全对应, 如5月份气温较低, 但降水较大; 7月气温最高, 但6月降水量最大; 8月气温较高, 但降水量较少.玛纳斯河年径流主要集中在6-9月, 4个月的总径流量约占全年总径流量的80%, 7月份径流量最大, 约占全年总径流量的28.8%.历年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 1993年是最大洪峰流量由下降变为增多的转折点, 而1994-2010年最大洪峰流量基本保持在高位上下波动.最大15日洪量占年径流量的比例较大, 说明洪水过程持续时间较长, 汛期水量较为集中.最大洪峰流量出现时间基本都在7月和8月上旬.玛纳斯河夏季月径流与夏季月气温和降水的关系并不密切, 低度相关, 说明玛纳斯河流域自1993年以来夏季洪水频繁发生, 尤其超标准洪水次数增多、 量级增大主要是由于夏季极端高温和极端降水天气增多引起的.     

基于DEM的天山山区气温和降水序列推算方法研究

为了计算天山山区区域气候要素平均值序列,提出了一个新的气候序列计算方案.对天山山区17个气象站和10个水文站的1961-2000年的年气温、降水资料进行了自然正交分解(EOF),并以DEM(Digital Elevation Model)的1 km×1 km网格数据为基础,结合多元回归等方法,分别建立了前3个特征向量与经度、纬度及海拔高度因子的插值模型,由此推算出天山山区(海拔≥1500 m)年平均气温、降水序列.误差分析表明,27站实测的年平均气温序列与计算的区域平均序列值的相关系数为0.996,系统性偏差小,平均相对误差为5.5%;年降水量序列的实测值与计算值平均相对误差略大,为14.8%,相关系数为0.972.区域平均序列的计算值与测站简单的算术平均序列在量值上存在明显的差异,计算出的气温平均偏低4.3℃,降水量平均偏高43.2 mm.此方法为计算站点稀少、地形复杂的区域平均的要素时间序列方面提供了一个解决手段.     

基于中国气象资料的趋势检验方法对比分析

结合全国317个气象站1956-2005年气象资料,分别利用普通Mann-Kendall、预置白Mann-Kendall、去趋势预置白Mann-Kendall趋势检验方法分析了年降水量、年平均气温和年蒸发皿蒸发量的趋势检验结果及自相关系数变化规律。其中,年降雨序列的自相关性不显著,3种趋势检验方法的分析结果差异不大;年平均气温和年蒸发皿蒸发量自相关性显著,其3种方法的检验结果差异性较大,需要剔除自相关性后进行趋势检验;空间特征上,北方站点气象要素的自相关显著性较高。数据分析和数学推导表明,序列正自相关性会放大序列趋势的显著性,序列的趋势项会增大计算的自相关系数。     

Impact of Climate Change on the Regional Hydrology – Scenario-Based Modelling Studies in the German Rhine Catchment

The aim of the study is an impact analysis of global climate change on regional hydrology with special emphasis on discharge conditions and floods. The investigations are focussed on the major part of the German Rhine catchment with a drainage area of approx. 110,000 km². This area is subdivided into 23 subcatchments. In a first step, the hydrological model HBV-D serves to simulate runoff conditions under present climate for the individual subbasins. Simulated, large scale atmospheric fields, provided by two different Global Circulation Models (GCMs) and driven by the emission scenario IS95a (“business as usual”) are then used as input to the method of expanded downscaling (EDS). EDS delivers local time series of scenario climate as input to HBV-D. In a final step, the investigations are focussed on the assessment of possible future runoff conditions under the impact of climate change. The study indicates a potential increase in precipitation, mean runoff and flood discharge for small return intervals. However, the uncertainty range that originates from the application of the whole model chain and two different GCMs is high. This leads to high cumulative uncertainties, which do not allow conclusions to be drawn on the development of future extreme floods.     

基于Budyko假设预测长江流域未来径流量变化

基于Budyko水热耦合平衡假设,推导了年径流变化的计算公式,分析了长江流域多年平均潜在蒸发量、降水量、干旱指数和敏感性参数的空间变化规律。选用BCC-CSM1-1全球气候模式和RCP4.5排放情景,把未来气候要素预估值与LS-SVM统计降尺度方法相耦合,预测长江流域未来的气温、降水和径流变化情况。采用乌江和汉江流域的长期径流观测资料,分析验证了基于Budyko公式计算年径流变化的可靠性。结果表明:降水量变化是影响径流量变化的主导因素;长江各子流域未来径流相对变化增减不一,最大变幅10%左右;在未来2020s(2010—2039年)、2050s(2040—2069年)和2080s(2070—2099年)3个时期内,长江南北两岸流域的径流将出现"南减北增"现象,北岸径流变化增幅逐渐升高,南岸径流变化减幅逐渐降低。     

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。     

近50年黄河入海径流变化特征及影响因素分析*

以黄河口利津站实测、天然径流资料为依据,采用回归分析、相关分析和随机水文学的方法,对黄河入海径流的变化特征进行了分析,并结合流域气候和人类活动资料,定量探讨了近50多年来自然变化和人类活动对入海径流的影响。采用费希尔最优分割法检测出黄河实测入海径流出现1968年、1985年和1996年3个跳跃点,依据3个跳跃点,将入海径流分为4个阶段:即Ⅰ(1950~1968年)和Ⅱ(1969~1985年),Ⅲ(1986~1996年)和Ⅳ(1997~2004年),4个阶段径流量逐阶段递减。根据降雨与径流的相关分析计算出各阶段取水量占入海天然径流量的比重,第Ⅰ阶段为24 ％ ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ阶段分别升至44 ％ , 65 ％ 和79 ％ ,说明流域取水量的增加是造成入海径流量逐阶段减少和断流严重性增强的主要原因,也反映了黄河入海径流由第Ⅰ阶段受自然变化影响为主逐渐过渡至第Ⅲ阶段后受人类活动影响为主。1985年以后流域暖干化、大水库的调节和水土保持等则是促使径流量减少和断流的辅助因素。