天山北坡中小河川降水与径流变化特征——以精河为例

利用精河山口水文站近50 a(1957-2005年)的气象、水文资料,采用(Mann-Kendall)非参数检验和相关分析法,对天山北坡精河近50 a的降水与径流的变化特征以及径流对降水变化的响应进行了探讨。结果表明:精河流域的径流对降水变化具有很好的响应关系,二者的变化趋势相近。精河流域降水在20世纪70年代出现减少过程,这期间河川径流量也显著减少;80年代以后降水呈现增加趋势,河川径流量也呈现增多趋势,山区降水变化是影响径流变化的重要因子。精河流域的降水、径流变化与我国西北地区气候向暖湿化变化的趋势基本一致,这种向暖湿化方向转变的现象在精河流域始于80年代初期,较塔里木河流域略早。     

气候变化下新疆及咸海流域河川径流演变及适应性对策分析

 中亚咸海流域地处全球气候变化的敏感中心,生态环境脆弱、水资源紧缺,过去百年来中亚咸海流域气候、人类活动、生态环境均经历了较为显著的变化,分析中亚咸海流域气候-水-生态-人类活动的关系,对自然与人文相近的新疆可持续发展具有重要的借鉴意义。以最新收集的资料为基础,对比研究近50 a来新疆及近80 a来中亚咸海流域的气温、降水和主要河流的径流变化情况,结合二者水资源开发利用的演变历程,分析气候变化与人类活动对研究区生态环境与持续发展的影响,最后借鉴中亚咸海流域气候变化、人类活动、生态环境的综合关系,讨论气候变化下新疆水资源开发利用的适应性对策。结果表明：近80 a来,新疆与中亚咸海流域气候呈现较为一致的变暖趋势,尤其是20世纪80年代以来,二者绝大部分地区气候呈现“暖干”向“暖湿”转型迹象,河川径流也有不同程度的增加,但由于人类活动规模与强度的迅速、持续增强,研究区生态环境呈现尚未得到有效遏制的恶化趋势。立足于有利的气候时期,强化水资源开发利用管理,提高水资源利用效率和效益,加快关键水源工程建设,完善水资源配置网络体系的建设,是未来一段时期内应对气候变化下新疆水资源开发利用的主要适应性对策。     

沂河流域水文特征变化及其驱动因素

以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951—2002年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20世纪60年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51．6％,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39．3％和60．7％。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。     

祁连山大野口流域气温、降水、河川径流特征分析

水库底层深入基岩层,无地下潜流等优势可准确地测得流域河川径流量。通过大野口流域气温、降水和流域河川径流18 a(1994-2011)的长期监测,采用特征值参数计算、回归分析、线性倾向分析、百分比排位等方法对其数据进行处理和分析,结果表明:(1)从特征参数看,气温年际变异最大、河川径流次之,年降水最小;年均气温、年降水量和年河川径流量分别在1.16~2.08℃、307.43~440.69 mm、129.04~204.42 mm区间内变动的年份占68%左右,大气降水的44.57%形成了河川径流。(2)从回归模型看,如年均气温1.62℃、年降水量为374.06 mm,则流域年河川径流量的估计值为165.47 mm。(3)从线性倾向分析法,气温、降水和河川径流均呈波动性上升趋势,其中气温,平均趋势变化率约为0.23℃·(10 a)-1、降水和流域河川径流平均趋势变化率均为18 mm·(10 a)-1左右。(4)从月份相关函数分析,气温、降水和河川径流在1月份最小,平均值分别为-11.91℃、2.74 mm和0.32 mm;7月份最大,平均值分别为14.38℃、82.48 mm、37.48 mm。通过研究,可为中等流域尺度上进一步揭示水源涵养功能机理及其流域产流机制提供参考和科学依据。     

塔里木河源流区近50 a径流量与气候变化关系研究

 通过对近50 a塔里木河源流区径流、温度、降水量的年代际分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50 a里,塔里木河三源流径流量总体呈现增加的趋势,尤其体现在20世纪90年代以后,丰水年出现次数较多;对径流和降水量与温度作相关分析可知,随着温度的逐年代升高,其对径流量的影响越来越显著。蒸发量随着温度的升高也在逐渐增大,但是降水量的增长速率远大于蒸发量的增长速率,所以即使蒸发量的增加也不足以使径流量减少。     

中国天山山区235 a气候变化及降水趋势预测

  利用4个降水重建序列与天山山区10个气象站降水变化的响应关系,重建了天山山区近235 a来气候变化的年降水序列,重建序列的方差解释量达到47.7%。对过去235 a天山山区气候变化中降水变化的特征分析发现：降水大致经历了7干7湿的变化阶段,其中偏湿年份为124 a,多于偏干年份;天山山区的降水量以2.1 a、3.0 a、5.8 a、6.0 a的高频变化和24~25 a的低频变化周期最为显著。研究表明,近百年天山山区气候变化中的降水变化分为两个阶段,20世纪初到80年代,降水量逐渐减少,导致冰川退缩、河流径流量减少、湖泊萎缩、沙漠面积增大、植被覆盖率减少;80年代后期至今,降水量迅速增加,导致河川径流量增加、湖泊面积增大和沙尘暴日数减少,生态环境趋于好转,但同时造成洪水和地质灾害频繁。采用基于方差分析的周期叠加方法对天山山区未来23 a气候变化中降水的演变趋势进行预测,结果表明：未来23 a气候变化中天山山区以湿润为主,期间有部分年份可能较常年干旱。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

黑河流域荒漠区土壤水分对降水脉动响应

 利用气象站资料,对黑河流域荒漠区降水特征及其土壤水分对降水脉动响应进行了系统研究。结果表明,荒漠区降水属于降水脉动事件,降水前后土壤水分特征存在显著差异,且随土层增加差异逐渐变小。土壤水分在降水量、土壤深度和降水前后的差异极显著,交互效应也极显著(P<0.0001),表明荒漠区土壤水分对降水脉动具有显著的响应现象。土壤水分的降水脉动响应表现为降水后土壤含水量激增,在蒸散作用下缓慢减小。降水前后土壤含水量的时间序列变异规律均能较好地拟合成变异函数的理论模型。降水前后土壤含水量随机变异均小于结构性变异,反映出荒漠区土壤水分在时间尺度上具有较强的自相关性格局。降水使土壤水分空间结构差异呈现下降趋势,在时间序列上异质性降低。     

近 60 a 以来祁连山中部气候变化及其径流响应研究

利用 1960—2017 年水文、气象资料，采用相关分析、Mann-Kendall 和小波分析等方法，研究 了祁连山中部气候和径流量变化特征。结果表明：（1）近 60 a 来祁连山中部气温、降水和径流量总 体呈现出气温上升、降水增加、径流量增大的趋势。年平均气温以 0.39 ℃·（10 a）^-1 的幅度上升，四 季气温升高趋势明显，年平均最低气温和冬季气温的升温幅度最高。降水增加了约 19.2%，降水的 增加主要归因于夏季降水的增多。（2）平均气温在 1993 年出现突变，气温突变时间早于西北其他 地区。气温和降水的主周期分别为 8 a 和 30 a，在径流量周期响应中，短周期（8 a）与平均气温振荡 非常一致，长周期（30 a）与年降水变化较为一致。（3）分析表明，降水和气温都是影响径流量变化 的主要因素，建立的径流量预测模型纳什效率系数为 0.68，能很好的分析和预测径流量，降水和气 温变化分别使径流量增加了 21.1%和 10.9%，降水对径流量的影响作用更大。     

艾比湖流域气候变化及其径流响应

利用艾比湖流域5个气象站45年的气温降水资料,分析了艾比湖流域的气候变化特征。在近45年当中,艾比湖流城的气候发生了显著的变化,主要表现在气温的升高和降雨量的增加。艾比湖流城气候变化对区城水文水资源的影响主要表现在:1)近45年来艾比湖流域气温存在着明显变暖的总趋势,尤其以20世纪90年代最为明显。气候变暖具有明显的季节性差异,主要是在冬季,而春季变暖的趋势较为缓慢;2)近45年来艾比湖流域降水量呈现增多趋势,尤其是进入20世纪90年代后期,降水量明显偏多,其中夏半年降水量增长趋势率要高于冬半年降水量增长趋势率;3)艾比湖流域主要河流年径流的多年变化不大,总体上博尔塔拉河下游径流量呈减少趋势,而精河径流量呈上升趋势。博尔塔拉河下游地表径流对博乐站年降水量有正响应,精河地表径流对精河水文年降水量有正响应;4)变暖也造成了河湖水质的不断恶化,艾比湖和河流下游水体的矿化度逐年升高,水体化学类型由碳酸盐型向碳酸盐—硫酸盐型再向硫酸盐—氯化物型过渡。     

西北干旱区气候变化对水文水资源影响研究进展

西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一,研究分析全球变暖背景下的西北干旱区水资源问题,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。本文通过对西北干旱区气候变暖影响下的水资源形成、转化与水循环等关键问题最新研究成果的总结分析,得出如下结论：(1) 西北干旱区温度、降水在过去的50年出现过“突变型”升高,但进入21世纪,温度和降水均处于高位震荡,升高趋势减弱;(2) 西北干旱区冬季温度的大幅升高是拉动年均温度抬升的重要原因,而西伯利亚高压活动和二氧化碳排放是引起冬季升温的重要影响因素;(3) 西北干旱区蒸发潜力在1993年出现了一个明显的转折变化,由显著下降逆转为显著上升的趋势。气候变暖、蒸发水平增大对西北干旱区生态效应的负作用已经凸显;(4) 西北干旱区冰川变化对水资源量及年内分配产生了重要影响,部分河流已经出现冰川消融拐点。在塔里木河流域,冰川融水份额较大 (50%),可能在未来一段时期,河川径流还将处在高位状态波动。全球气候变暖在加大极端气候水文事件发生频率和强度的同时,加剧了西北干旱区内陆河流域的水文波动和水资源的不确定性。     

青海湖水量变化模拟及原因分析

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,以分布式水文模型SWAT为基础,结合湖泊水量平衡模型,建立了青海湖水位(水量)模型,模拟了青海湖过去几十年水位变化过程。水文因子分析表明,20世纪80~90年代青海湖流域径流和湖泊水位变化的主要原因是气候变化。根据不同气候情景,对未来青海湖水位变化进行了预测。结果表明,未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势。这一结果将会缓解青海湖流域水资源日益紧张的局势,并有利于植被的恢复,减少土地沙化面积,对流域生态环境的改善和社会经济的发展将会有极大的帮助。     

气候变化对中亚天山山区水资源影响研究

本文结合资料分析和文献阅读,对全球气候变化背景下的中亚天山山区水文、水资源变化进行了讨论分析。在全球升温滞缓背景下,中亚天山山区在过去的10余年,气温却一直处于高位态波动状态;气候变暖及持续高位态波动加剧了山区冰川和积雪等固态水体的消融,导致山区降雪率降低,天山山区降雪率从1960-1998年的11%~24%降低到2000年以来的9%~21%,有97.52%的冰川表现为退缩状态,水储量呈明显减少趋势,减小幅度约为-3.72 mm/a;气候变暖直接影响区域水循环和水系统的稳定性,引起径流补给方式和水资源数量的改变,加大了水资源时空分布的不确定性。天山山区在短时期内因冰雪融水增多,会出现径流量增加现象。但在未来气候持续变暖、降水条件维持不变的条件下,河川径流量将会出现减少趋势。     

基于径流对气候变化敏感性指标的多源数据质量评估

准确评估径流对气候变化的敏感性对水资源管理至关重要。多源气象水文数据集已被广泛应用于径流对气候变化敏感性的分析中,但目前尚无研究从径流敏感性的角度评价不同数据集。基于中国6个不同气候条件流域的实测气象水文资料,本文计算了径流对降水和潜在蒸散发变化的敏感性,并以此为基准评估4类数据集GLDAS、ISIMIP2a、ISIMIP2b、CMIP6 共45套子数据集的径流敏感性模拟效果。结果表明：GLDAS数据集模拟精度较低,CMIP6、ISIMIP2a、ISIMIP2b数据集模拟精度差异较小;3套子数据集ISIMIP2a中的CLM4.0、CMIP6中的UKESM1-0-LL、MIROC6在6个流域均具有较好的径流敏感性模拟效果,可适用于不同气候条件下的径流敏感性模拟与演化趋势分析。本文研究结果可为气候变化影响下中国稀缺资料流域的径流和水资源变化预估提供参考。     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。     

长江源区地表水资源对气候变化的响应及趋势预测

利用1961-2011 年长江源区流域水文、气象观测数据和国家气候中心2009 年11 月发布的中国地区气候变化预估数据集(2.0 版本), 通过分析长江源区流量的演变规律和揭示气候归因, 预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明:近51 年来长江源区地表水资源总体呈增加趋势, 特别是2004 年后增加趋势显著, 并具有9a、22a 的准周期;青藏高原加热场增强, 高原季风进入强盛期, 流域降水量显著增加, 加之气候变化导致冰川融水增多, 是引起长江源区地表水资源增加的主要气候归因;根据全球气候模式预测, 在SRESA1B气候变化情景下, 未来20年长江源区地表水资源仍有可能以增加为主。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

Evaluating climate change induced water stress: A case study of the Lower Cape Fear basin,NC

With the possibility of future fresh water shortages increasing, a methodology that incorporates climatic and anthropogenic factors is needed. This research estimates future water availability in the Lower Cape Fear basin using changes in climate, land use, and population growth. The USGS Thornthwaite monthly water balance model is used with estimates of climate change and land use change parameters to assess future water resources based on predicted monthly fluxes of the water balance.The southern United States is a rapidly growing region. Trends present in the population data are used to produce future estimates of population for the basin. Precipitation and temperature estimates based on Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) predictions and current climatology are inputs to the model. Projected increases in impervious surface cover due to population growth and urbanization are incorporated through the model runoff factor. Water stress indicators are used to categorize the sub-watersheds as water rich, water stressed, or water scarce. Scenarios incorporating regional predictions of climate change indicate a decrease in summer soil moisture minima and increases in summer water deficits. Ensemble runs indicate a shift toward water stress in the Lower Cape Fear River basin, due to a warming climate as well as increased demand. While climate change has a significant impact on water resources, population growth was found to have the most substantial impact. The methods and findings have application to water managers at local and regional levels.     

全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化

利用有关水文气象观测资料,对全球气候变暖情景下祁连山区黑河流域水资源的变化特征、成因及趋势进行了分析,并在此基础上提出了未来各种假定气候情景下黑河山区径流变化的计算模式。分析及计算结果表明:黑河山区水资源对全球气候变暖的响应十分明显,但受其特殊地理位置的影响,水资源的变化又有着显著的地域性特征。总体上,山区的气温和降水随全球增温均呈上升和增加的趋势,且气温上升的幅度大于全球平均水平,山区径流亦随降水量的增加而增加,但增幅随着气温升高而逐渐减小,除非遭遇到比较极端的气候情景,如气温升幅与降水减幅同时出现较大值的"暖-干"气候组合或气温降幅与降水增幅的同时出现较大值的"冷-湿"气候组合等。因此,可以预计,未来几十年里黑河山区水资源量虽随着降水、气温的变化而上下波动,但变化相对稳定,其幅度基本在目前出山径流量的±10%左右范围内。