1961-2005年嫩江流域右岸气候变化及对水资源的影响

利用累积距平法和气候倾向率对1961－2005年嫩江流域右岸气温、降水量和径流量资料进行分析,研究嫩江流域右岸气候变化及其对水资源的影响。结果表明：近45 a来嫩江流域右岸气温显著增高,平均以0.52 ℃/10 a的速率上升,而且四季均为上升趋势, 不同季节增温幅度以冬、春、秋、夏季依次递减,1986年以来为气温升高最显著的时段;降水变化可分为3个阶段： 1961－1982年降水量呈减少趋势,1982－1998年处于增加时期,1998年以来降水量又呈现减少趋势。夏季降水量变化趋势与年降水量变化趋势趋于一致, 降水量总趋势是在波动中微弱上升;嫩江流域右岸主要控制站年径流量与年降水量保持同步变化。     

Livestock production and the water challenge of future food supply: Implications of agricultural management and dietary choices

Human activities use more than half of accessible freshwater, above all for agriculture. Most approaches for reconciling water conservation with feeding a growing population focus on the cropping sector. However, livestock production is pivotal to agricultural resource use, due to its low resource-use efficiency upstream in the food supply chain. Using a global modelling approach, we quantify the current and future contribution of livestock production, under different demand- and supply-side scenarios, to the consumption of “green” precipitation water infiltrated into the soil and “blue” freshwater withdrawn from rivers, lakes and reservoirs. Currently, cropland feed production accounts for 38% of crop water consumption and grazing involves 29% of total agricultural water consumption (9990 km³ yr⁻¹). Our analysis shows that changes in diets and livestock productivity have substantial implications for future consumption of agricultural blue water (19–36% increase compared to current levels) and green water (26–69% increase), but they can, at best, slow down trends of rising water requirements for decades to come. However, moderate productivity reductions in highly intensive livestock systems are possible without aggravating water scarcity. Productivity gains in developing regions decrease total agricultural water consumption, but lead to expansion of irrigated agriculture, due to the shift from grassland/green water to cropland/blue water resources. While the magnitude of the livestock water footprint gives cause for concern, neither dietary choices nor changes in livestock productivity will solve the water challenge of future food supply, unless accompanied by dedicated water protection policies.     

气候变化和人类活动对石羊河流域水资影响评价

石羊河流域的年平均气温(最高、最低气温)自1951年以来总体呈上升趋势,增温速率为0.22℃/10a,增幅达1.2℃。1992年是年平均气温显著变暖的年份,与显著变暖前相比,年平均气温上升了0.85℃,低于近51年1.1℃的增幅水平。在近55年中,石羊河流域的年降水总体上在增加,出山口径流量在减少,流域尾闾民勤绿洲的地下水位在快速下降。气温显著变暖后,年降水量增加了约18.2 mm,增幅达5.8%,出山口径流量减少了4.1×108m3,民勤绿洲的地下水位下降了1倍~2倍。水资源变化的成因分析表明,出山口径流量的减少源自径流补充之一的上游山区降水的减少,而红崖山水库入库径流量的持续快速减少则是民勤地下水位快速下降的主要原因之一。受气候变化的影响,石羊河流域出山口径流量峰期有所提前,而人类活动严重地影响了石羊河流域中游地表径流利用量和下游可利用量分配比例。     

长江流域气候变化高分辨率模拟与RCP4.5情景下的预估

基于长江流域142个气象站1986—2005年月降水和气温数据,评估由MPI-ESM-LR模式驱动的CCLM区域气候模式对长江流域气温和降水的模拟能力,并采用EDCDF法对气温和降水预估数据进行偏差校正。结果表明：该区域气候模式能较好地模拟出长江流域平均气温的季节变化和空间分布特征,但模拟值无论在季节还是年际尺度上均高于观测值。对降水而言,该模式不能较好地模拟出降水的季节分布特征,导致春季、冬季及年模拟值高于观测值,而夏季和秋季模拟值低于观测值。总体而言,该模式对气温的模拟效果相对较好。偏差校正后的预估结果表明：在RCP4.5情景下,长江流域未来（2016—2035年）平均气温相对于基准期（1986—2005年）将升高0.66℃,年降水量将减少2.2%。     

气候变化条件下水资源短缺的状况及适应性措施：海河流域的模拟分析

 运用中国科学院农业政策研究中心开发的中国水资源模型,模拟分析了气候变化条件下海河流域的水资源短缺状况及相应的适应性措施的有效性。结果表明：随着社会经济的发展,到2030年海河流域的水资源短缺比例将提高25%,气候变化将使水资源短缺比例进一步提高2%～4%。无论是供给管理还是需求管理的适应性措施,在缓解水资源短缺方面都具有一定的有效性。但是,多标准的评估结果表明,所分析的几种需求管理的适应性措施比供给管理的适应性措施的可行性更高。在需求管理中,采用既提高灌溉水价又提高工业水价的混合水价政策可能是最优的策略选择,采用农业节水技术为次优策略选择。     

气候变化条件下水资源短缺的状况及适应性措施：海河流域的模拟分析

运用中国科学院农业政策研究中心开发的中国水资源模型,模拟分析了气候变化条件下海河流域的水资源短缺状况及相应的适应性措施的有效性。结果表明：随着社会经济的发展,到2030年海河流域的水资源短缺比例将提高25%,气候变化将使水资源短缺比例进一步提高2%～4%。无论是供给管理还是需求管理的适应性措施,在缓解水资源短缺方面都具有一定的有效性。但是,多标准的评估结果表明,所分析的几种需求管理的适应性措施比供给管理的适应性措施的可行性更高。在需求管理中,采用既提高灌溉水价又提高工业水价的混合水价政策可能是最优的策略选择,采用农业节水技术为次优策略选择。     

雅鲁藏布江流域夏季降水的年际变化及其原因

本文通过多套观测与再分析降水资料的比较,分析了雅鲁藏布江流域夏季降水的特征,从水汽含量与水汽输送的角度检验了雅鲁藏布江水汽通道的特点,研究了流域夏季降水的年际变化及其原因。分析表明:（1）该流域夏季降水大值位于雅鲁藏布江出海口至大峡谷一带,观测中流域平均降水可达5.8 mm d-1。不同资料表现的降水空间分布一致,但再分析降水普遍强于观测,平均为观测的2倍左右。（2）该流域夏季的水汽主要来自印度洋和孟加拉湾的偏南暖湿水汽输送,自孟加拉湾出海口沿布拉马普特拉河上溯至大峡谷,即雅鲁藏布江水汽通道。水汽收支诊断表明,夏季流域南部（即水汽通道所在处）是水汽辐合中心,流域平均的辐合约9.5 mm d-1,主要来自风场辐合与地形坡度的贡献。（3）不同再分析资料表现的流域降水和水汽分布特征总体一致,但量值差异较大。NCEP（美国国家环境预报中心）气候预报系统再分析资料CFSR、日本气象厅再分析资料JRA-25较欧洲中期天气预报中心再分析ERA-Interim资料更适于研究该流域（青藏高原东南部）的水汽特征,因为后者给出的流域降水和水汽偏强。（4）近30年该流域夏季降水无显著趋势,以年际变率为主。年际异常的水汽辐合（约为气候态的35.4%）源自异常西南风导致的局地水汽辐合（纬向、经向辐合分别贡献了16.5%、83.5%）,地形作用很小。流域夏季降水的年际变化是由印度夏季风活动导致的异常水汽输送造成的,其关键系统是印度季风区北部的异常气旋（反气旋）式水汽输送。     

气候变化对石羊河流域生态环境的影响分析

利用石羊河流域1959—2018年气象、水文和卫星遥感资料,采用线性倾向率、滑动t检验和相关系数(Pearson)等方法,分析石羊河流域内生态环境因素的变化事实及相互关系,得到气候变化对流域生态环境的影响程度。结果表明：石羊河流域气温呈显著上升趋势,增温速度为下游0.42℃·(10 a)^-1>中游0.36℃·(10 a)^-1>上游0.35℃·(10 a)^-1,近10 a增温最显著,较20世纪60年升高了1.67℃。四季气温均呈显著上升趋势,增温速度为冬季>秋季>春季>夏季。降水呈缓慢增加趋势,增幅为上游8.3 mm·(10 a)^-1>中游7.0 mm·(10 a)^-1>下游4.1 mm·(10 a)^-1,近10 a增加最显著,较20世纪60年代增加了17%。四季降水呈弱增加趋势,增加幅度为夏季>春季>秋季>冬季。河流流量基本持平,植被覆盖面积和归一化植被指数(NDVI)显著增大。近20 a流域气候...     

黄河上游和源区气候、水文的年代际变化及其对华北水资源的影响

利用我国气象观测站1951~2000年降水、气温资料以及黄河上游有关水文测站1960~2003年的径流资料,分析了黄河上游和源区气候的年代际变化及其对径流变化的影响,并分析了黄河上游径流变化对华北水资源的影响。分析结果表明:黄河上游和源区降水从20世纪90年代有所减少,气温明显上升,导致了黄河源区和上游径流量锐减。黄河上游径流的减少是90年代黄河下游流量锐减、黄河断流天数增多的重要原因,并表明了黄河上游来水量的多少是影响华北地区水资源的重要原因。     

Climate Simulation and Future Projection of Precipitation and the Water Vapor Budget in the Haihe River Basin

The climatological characteristics of precipitation and the water vapor budget in the Haihe River basin (HRB) are analyzed using daily observations at 740 stations in China in 1951-2007 and the 4-time daily ERA40 reanalysis data in 1958-2001. The results show that precipitation and surface air temperature present significant interannual and interdecadal variability, with cold and wet conditions before the 1970s but warm and dry conditions after the 1980s. Precipitation has reduced substantially since the 1990s, with a continued increase of surface air temperature. The total column water vapor has also reduced remarkably since the late 1970s. The multi-model ensemble from the Fourth Assessment Report (AR4) of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has capably simulated the 20th century climate features and successfully reproduced the spatial patterns of precipitation and temperature. Unfortunately, the models do not reproduce the interdecadal changes. Based on these results, future projections of the climate in the HRB are discussed under the IPCC Special Report on Emissions Scenarios (SRES) B1, A1B, and A2. The results show that precipitation is expected to increase in the 21st century, with substantial interannual fluctuations relative to the models’ baseline climatology. A weak increasing trend in precipitation is projected before the 2040s, followed by an abrupt increase after the 2040s, especially in winter. Precipitation is projected to increase by 10%-18% by the end of the 21st century. Due to the persistent warming of surface air temperature, water vapor content in the lower troposphere is projected to increase. Relative humidity will decrease in the mid-lower troposphere but increase in the upper troposphere. On the other hand, precipitation minus evaporation remains positive throughout the 21st century. Based on these projection results, the HRB region is expected to get wetter in the 21st century due to global warming.     

长江源区气候及水资源变化特征研究进展

本文对近年来长江源区的气候变化及水资源变化特征研究进行了概述与总结.结果表明：长江源区气候变化特征表现为,从20世纪60年代以来,长江源区年及四季气温呈显著增温趋势;水面和陆面蒸发量均呈增加趋势;进入21世纪后,长江源区降水量呈增加趋势.水资源变化特征表现为,冰川出现普遍的退缩现象;湿地退化明显;21世纪前长江源区径流量总体上呈明显的递减趋势,而在最近10多年水资源量有明显增多现象,其原因可能是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,同时进入21世纪后长江源区降水增加.预计未来到2050年,长江源区气温将升高,降水将增加,冰川面积将减少,地表水资源仍有可能以增加为主.     

1961～2017年雅鲁藏布江河谷地区夏季气候暖干化趋势

基于1961～2017年青藏高原腹地雅鲁藏布江河谷地区4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）夏季（6～8月）月平均气温、降水和相对湿度等观测资料,分析了该地区夏季气候年际和年代际演变特征,并探讨了气温、降水和相对湿度在年际和年代际时间尺度上的相互关系以及与总云量和地面水汽压的联系。结果表明:（1）1961～2017年该地区夏季气候出现了暖干化趋势。气温（相对湿度）显著升高（下降）,降水趋势变化不明显;本世纪初气温（相对湿度）均发生了显著的突变。（2）该地区夏季气候因子间在年际和年代际时间尺度上存在密切关系:气温与相对湿度和降水均存在明显的负相关,降水与相对湿度为正相关。（3）该地区夏季气候因子间的年际和年代际变化与同期总云量和地面水汽变化有关。1961～2017年总云量持续减少是气温显著升高的主要原因之一,气温的显著升高和降水变化不明显又造成了相对湿度的显著下降。     

近50多年来淮河流域气候水分盈亏时空变化

水分盈亏是区域干湿气候划分的重要依据。基于淮河流域63个气象台站1957—2014年逐日观测数据,运用累积距平、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析及ArcGIS反权重空间插值法,结合Penman-Monteith蒸散计算模型获得淮河流域水分盈亏量的周期特征、突变特征及其时空分布特征,并分析其主要影响因子。结果表明:(1)水分盈亏月变化基本符合5月最低,7月最高。(2)从季节分布来看,水分亏缺面积秋季春季冬季夏季,亏缺程度春季最强。从平均年水分盈亏量分布来看,水分盈亏量由南向北递减。且不论季节还是年状况,山地及河流对区域水分盈亏量的南北递减存在滞后作用。(3)从各因子气候倾向率的时空分布来看,江苏东南部、山东西部、河南大部、湖北中部水分盈亏量变化的主导因子为潜在蒸散量,其他区域的主导因子为降雨量。(4)淮河流域水分盈亏量存在周期特征,第一主周期为10 a。     

气候变化、植被改变及人类用水与黄河流域水循环的研究进展

受气候增暖和人类活动的双重影响,黄河流域的水循环正在发生显著变化,水资源供需矛盾突出。陆地水循环是一个复杂的非线性系统,为清晰认识水循环变化的全貌,并合理高效利用有限的水资源量,需要综合考虑水循环各个要素之间的协同变化机制。同时,在“人类世”背景下,黄河流域水循环研究必须考虑人类活动的影响,主要包括植被变化和人类用水,其中人类用水主体为农业灌溉。自从实施生态恢复工程以来,黄土高原植被覆盖明显改善的同时也引发了对径流、蒸散发、降水、土壤湿度以及地下水的一系列影响,且研究结论还存在一些争议,但黄土高原植被覆盖改善使得该地区蒸散发量增加基本达成共识,大多数研究支持植被改善减少径流的结论。黄河流域的农业灌溉方式主要为大水漫灌,其对地表蒸散发、地表水及地下水多个过程具有重要影响。本文主要针对黄河流域的水循环研究,讨论相关研究进展以及发展方向。     

水汽输送与江南南部初夏雨季及降水变化的联系

基于1961—2010年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析格点资料,分析了初夏水汽输送的分布和演变过程及其与中国江南南部初夏雨季的关系。结果显示,初夏水汽输送总体上随夏季风前沿自南向北加强,有3次水汽通量突然增大的涌先后从中国南海北传到25°N及其以南、25°—30°N、30°N及其以北地区,水汽涌和相应峰的发生时间分别对应华南前汛期、江南南部初夏雨季、长江流域梅雨的开始和结束时间。江南南部在初夏雨季处在水汽通量高值区的北缘、水汽辐合区内。青藏高原南侧水汽辐散区是影响江南南部初夏雨季的直接水汽源,澳大利亚北部到印度洋和阿拉伯海南部地区的大面积水汽辐散区则是间接水汽源。经向水汽输送演变对雨季起(讫)具有标志性意义,纬向水汽输送也不容忽视。雨季开始(结束)时江南南部地区的南界(北界)中低层水汽流入(流出)显著增大,但北界(南界)水汽通量并未同步发生显著变化;雨季期间的纬向水汽输送明显增强,水汽通量大于经向水汽输送。雨季强、弱具有年代际变化,且与纬向水汽流入的相关比经向水汽流入的相关更显著。影响江南南部初夏雨季的水汽输送路径主要有两条,北支是从孟加拉湾北部经缅甸和云南、贵州的水汽输送,南支是经孟加拉湾、中南半岛、中国南海与西太平洋副热带高压西侧水汽汇合的水汽输送。强雨季年孟加拉湾北部的东北向水汽输送和中国南海的北向水汽输送都增强,弱雨季年则相反。孟加拉湾、中国南海南部和西太平洋暖池区是显著的水汽辐合区,是江南南部初夏雨季的水汽输送通道而不是水汽源,水汽辐合越弱(强)越有利于(不利于)江南南部初夏雨季的降水,其影响机制可能在于通道上的对流活动对江南南部初夏雨季水汽输送具有拦截作用。     

Atmospheric and Terrestrial Water Balances of Labrador's Churchill River Basin,as Simulated by the North American Regional Climate Change Assessment Program

In an effort to understand the sources of uncertainty and the physical consistency of climate models from the North American Regional Climate Change Assessment Program (NARCCAP), an ensemble of general circulation models (GCMs) and regional climate models (RCMs) was used to explore climatological water balances for the Churchill River basin in Labrador, Canada. This study quantifies mean atmospheric and terrestrial water balance residuals, as well as their annual cycles. Mean annual atmospheric water balances had consistently higher residuals than the terrestrial water balances due, in part, to the influences of sampling of instantaneous variables and the interpolation of atmospheric data to published pressure levels. Atmospheric and terrestrial water balance residuals for each ensemble member were found to be consistent between base and future periods, implying that they are systemic and not climate dependent. With regard to the annual cycle, no pattern was found across time periods or ensemble members to indicate whether the monthly terrestrial or atmospheric root mean square residual was highest. Because of the interdependence of hydrological cycle components, the complexity of climate models and the variety of methods and processes used by different ensemble members, it was impossible to isolate all causes of the water balance residuals. That being said, the residuals created by interpolating a model's native vertical resolution onto NARCCAP's published pressure levels and the subsequent vertical interpolation were quantified and several other sources were explored. In general, residuals were found to be predominantly functions of the RCM choice (as opposed to the GCM choice) and their respective modelling processes, parameterization schemes, and post-processing.     

黄河流域蒸散发与气温和降水以及风速的相关性分析

黄河流经我国干旱半干旱地区,其流域蒸散发变化对当地的生态安全和经济发展尤其重要。本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析产品（ERA5）定量分析了1979-2020年黄河流域蒸散发的时空变化特征,并结合气温、降水和风速数据,对黄河流域蒸散发与3种气候因子进行了相关性分析。结果表明：黄河流域蒸散发在1979-2020年呈波动下降趋势,空间分布差异明显,源区附近蒸散发上升,上游的干旱区附近蒸散发基本不变,而中游和下游地区主要呈现下降趋势。1979-2020年黄河流域气温持续上升,降水呈波动下降趋势,风速呈上升趋势。对黄河流域蒸散发与气候因子的相关性分析表明,蒸散发与气候因子的相关性空间差异较为明显,蒸散发与气温、风速呈负相关,与降水呈正相关的区域占流域的较大部分;而在复相关性方面,黄河流域大部分地区蒸散发与气候因子的相关性较强,其中以流域上游的干旱区附近复相关性最强。研究黄河流域不同地区蒸散发与气候因子的相关性可为黄河流域水资源的开发管理和区域气候调节提供科学参考。     

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

The importance of population,climate change and CO2 plant physiological forcing in determining future global water stress

Future levels of water stress depend on changes in several key factors including population, climate-change driven water availability, and a carbon dioxide physiological-forcing effect on evaporation and run-off. In this study we use an ensemble of the HadCM3 climate model forced with a range of future emissions scenarios combined with a simple water scarcity index to assess the contribution of each of these factors to the projected population living in water stress over the 21st century.Population change only scenarios increase the number of people living in water stress such that at peak global population 65% of people experience some level of water stress. Globally, the climate model ensemble projects an increase in water availability which partially offsets some of the impacts of population growth. The result is 1 billion fewer people living in water stress by the 2080s under the high end emissions scenarios than if population increased in the absence of climate change.This study highlights the important role plant-physiological forcing has on future water resources. The effect of rising CO₂ is to increase available water and to reduce the number of people living in high water stress by around 200 million compared to climate only projections. This effect is of a similar order of magnitude to climate change.     

黄河中游强暴雨过程的中低纬度环流特征和水汽输送

利用1981～1991年6～9月气象资料，用合成分析方法研究了黄河中游强暴雨过程。根据环流特征，它可归纳为汛期暴雨型和非汛期暴雨型两大类。重点分析了每种类型的水汽通量、水汽通量散度、风矢量等的分布。结果表明，两种类型中，水汽源地，输送路径以及辐合强度等都有很大的差异。