气候变化对陆地水循环影响研究的问题

简要地回顾了现存的由气候情景驱动水文模型研究气候变化对陆地水循环影响的方法。指出这种单向连接方法很难将气候变暖及人类活动引起的陆地水循环变化反馈给大气。这既影响对降雨的预测精度,又不能正确地描写陆地水循环的变化。近10年来气候学家对大气环流模型中陆面过程模型的改进以及水文气候学家对大尺度水文模型研究所取得的进展,展现了它们之间的互补性,以及未来用水文-气候耦合模型方法研究气候变化与人类活动对陆地水循环影响及水资源预测的可能性。     

陆地水循环过程的综合集成与模拟

在气候变化与人类活动的影响下,陆地水循环过程发生了明显改变,并导致了一系列资源环境问题。深入认识陆地水循环过程的变化机理,发展陆地水循环过程综合集成模拟技术,预估未来陆地水循环的变化趋势,是当前水循环研究面临的重要任务。主要关注人类活动影响下的大尺度(大河流域或大陆尺度)陆地表层系统水循环模拟,梳理了近年来陆地水循环过程综合集成与模拟相关的研究进展,指出当前大尺度陆地表层系统水循环模拟模型的主要问题是对自然过程与人类活动过程间相互作用描述不足,以及人类活动参数化方案的不完善。因此,完善人类活动参数化方案,构建陆地水循环过程的综合集成模型,是模拟研究的重要发展方向之一。同时,考虑多要素过程的综合集成模型有助于解释气候变化与人类用水活动影响水循环变化的关键机制,为探索变化环境下陆地水循环变化成因及其效应提供理论与实践基础,其结果将为区域水资源配置及应对全球变化的战略决策提供科学依据。     

黑河流域陆地-大气相互作用研究的几点思考

陆地和大气之间是相互作用、相互影响的,不仅陆面分布与地表过程对大气变化有着响应过程,而且陆面物理过程、地表特征分布对大气过程也有着重要影响。我国西北地区地形分布极不均匀,是水资源变化和气候变化的敏感区与脆弱地区。这里,由于海拔高度起伏造就了以水为主线的上游山区冰雪、冻土—中游森林、绿洲—下游戈壁荒漠的多个自然景观带共存的内陆河流域,是开展陆—气相互作用研究的理想场所。文章集中黑河流域水循环过程、冰雪/冻土与大气相互作用、降水异质性、人类活动影响以及尺度等问题,阐述了流域研究现状以及研究热点,指出发挥各学科优势,将大尺度的大气过程与中间尺度和小尺度的陆面水文/生态过程结合,建立流域尺度大气—水文—生态过程真正的双向耦合模式,不仅研究气候变化对陆面水文、生态的影响,同时探讨陆面小尺度过程对大气的反馈机理,探索流域尺度的水循环过程和驱动机理,为水资源合理利用提供理论基础。     

全球变化与中国水循环前沿科学问题——-香山科学会议第 187次学术讨论会

变化环境下的水循环研究关注地球生物圈、全球变化以及人类活动对水循环的影响 ,是国际水文学与水资源学科及地理、生态等众多学科交叉的前沿性问题。中国地域广阔 ,七大江河及中国内陆地区的水文循环与陆地表层系统中各种自然地理要素的时间和空间分布密切相关 ,机理比较复杂 ,对全球变化有重要的响应。讨论全球变化与中国水循环前沿科学问题对于促进地学相关学科的交叉渗透 ,深化我国该领域的发展 ,解决与水密切相关的水资源短缺和生态环境退化等问题具有重要的意义。2 0 0 2年 7月 3～ 5日在北京香山召开了以“全球变化与中国水循环前沿…     

珠江流域大尺度陆面水文耦合模式的构建及应用

以珠江流域为研究对象,通过更新陆面水文模式所需的下垫面参数数据库,建立适合于珠江流域的大尺度陆面水文耦合模式系统,并利用该模式开展了1963~2006年流域水文水循环过程的数值模拟,通过与实测流量比较,系统考察了陆面水文耦合模型对珠江流域水循环各分量的模拟性能。分析结果表明,该陆面水文耦合模式对珠江流域年平均各水循环要素具有良好的模拟能力;模式对珠江流域干流主要控制水文站的月平均流量也有较高的模拟精度,模式模拟的水量平衡系数均接近1,相关系数均高于0.84,IOA相似度系数均高于0.9;相对而言,模式对流量峰值的模拟能力还有待提高。     

大型灌区陆地水循环模式的参数化方案:LWCMPS_ID

地表水系统、地下水系统和土壤植物大气连续体的强烈耦合作用是大型灌区水文过程的基本特点,这导致对大型灌区的陆地水循环和水资源进行评价必须采取综合的方法,然而目前还缺少适用的模拟工具。农业灌区的水文特征与天然流域存在显著差别,常规流域水文模型和陆面过程参数化方案用于大型灌区陆地水循环的分析还存在较大的困难。LWCMPS_ID是本文提出的一个适用于大型灌区陆地水循环模式的参数化方案,采用分块集中参数模型简明地实现了地表水、地下水和土壤水的动力学耦合分析,并且包含了一个土壤水冻结融化的简化模型。对处在黄河流域的内蒙古河套灌区,用LWCMPS_ID进行20 年水文动态的模拟,取得了较好的效果。     

人类活动对水文干旱形成与发展的影响研究进展

在高强度人类活动对地球系统产生全方位深刻影响下,干旱灾害已经不再是严格意义上的自然灾害,而成为自然-人为复合灾害。人类活动通过改变大气成分(主要通过温室气体排放)引起全球或区域性水循环过程的变化,导致气象干旱时空特性变化,从而间接影响到水文干旱的形成发展;通过改变河流蓄存状态与水力联系(主要通过蓄、引、提、调水工程)以及用水特性变化,改变河流与地下水系统调蓄功能与产汇流过程,从而直接影响到气象干旱向水文干旱的传递过程以及水文干旱的发展过程。考虑自然和社会水循环之间复杂的相互作用过程,揭示人类活动对干旱形成与发展的影响是干旱研究的重要发展方向。     

黄淮海平原浅层地下水埋深对气候变化响应

地下水是陆地水循环的重要组成部分,它受气候条件和植被地形及人类活动的影响.地下水埋深对气候变化的响应研究是气候变化影响研究的前沿和热点之一,对于水资源管理及其相关研究与应用具有重要意义.本文利用陆面水文模型VIC驱动统计模型RTFN开展气候变化的敏感性试验,探讨黄淮海平原地区浅层地下水埋深对气候变化的响应.研究表明,地下水埋深对降水变化的敏感程度远大于温度变化,埋深较浅区比埋深较深区敏感.在温度变化2～5℃,降水变化±15%的情景下.黄淮海平原区平均地下水埋深变化范围大致为-81～96mm.由于地下水具有自记忆性,导致埋深对降水盈余响应滞后.该地区最大的埋深变化出现在8月.     

黑河流域中游人工水循环系统在分水前后的变化

介绍了黑河流域中游人工水文循环过程及其中各系统之间的关系,目标是为黑河流域生态—水文过程模拟提供一套较准确的数据集。利用张掖市水利年报、莺落峡水文站资料以及张掖市水资源管理年报等调查数据分析了黑河分水前后,2000年和2010年黑河流域中游引水、输水和用水系统的变化过程,得出以下结论:①人工水文循环过程通过引水系统、输水系统、储水系统和用水系统来影响农业水资源在时空上的分配,它是人类活动影响下的中游水文循环过程的重要组成部分;②2010年比2000年引水口门减少了26处,渠道综合水利用率提高了3.6%;③与2000年相比,2010年地表水和地下水资源开发利用在空间上产生了很大变化,地表水引水量减少了1.05亿m3,地下水开采量增加了1.64亿m3。最后,从径流、地下水、大气水方面分析了人工水循环过程对自然水循环过程的影响。     

耦合水库群参数化方案的区域陆面水文模拟

中国水库数目众多,密集的水库运行和调蓄影响着陆地水循环和陆气间的水分能量交换过程,给高强度开发地区水文规律认知和水文模拟及预报带来了挑战。围绕这一问题,本研究以鄱阳湖流域及流域内千余座水库为研究对象,从水库水量平衡方程、水库蓄泄规则、多阻断扩散波汇流等方面构建了水库群参数化方案,并从地表水、地下水、蒸散发、能量通量等角度实现了其与陆面水文双向耦合模式（CLHMS）的动态耦合。结果表明:所构建的水库群参数化方案可以较好地模拟水库的蓄泄过程,提高了耦合模式在鄱阳湖流域的径流模拟精度;水库群可以使赣江、信江、抚河丰水期径流减少3.7%~6.0%,枯水期径流增加5.9%~12.6%,多年平均径流减少0.6%~1.5%;在空间分布上,水库群对流域中部和北部径流的调蓄作用相对显著。本研究所改进的陆面水文模式可以为高强度人类活动影响下气象、水文、水资源交叉领域的研究提供分析工具和模型基础,从而支撑变化环境下区域水资源的可持续利用。     

新书介绍:生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合     

水分蒸散发研究国内外进展与趋势

蒸散发(evapotranspiration)是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。然而,随着全球气候变暖和人类活动的影响,近年来全球各地区(潜在)蒸散发及其对气象要素的响应发生了显著变化。如何精确测定和估算蒸散发已成为定量研究水循环响应全球气候变化的重要内容。本文从蒸散发理论方法的发展、国内外蒸散发的变化趋势及影响因素、蒸散发的时空变化及敏感性分析三个方面进行综述,总结了目前国内外蒸散发的主要估算模型。估算和测定蒸散发的主要方法有水文学法、微气象学法、植物生理学法、遥感方法和SPAC综合模拟法。本文综述了各种蒸散发估算、测定方法的适用性和优缺点,基于敏感性和趋势分析重点总结了蒸散发的变化趋势及影响因素。研究表明,全球范围内不同地区均出现"蒸发悖论"现象,潜在蒸散发或蒸发皿蒸发量呈减少趋势,日照时数和风速是影响蒸散发变化的主要因素。本文系统的对比分析可以为研究气候变化条件下的水循环过程及对水资源的影响、大气—土壤—植被系统的水文循环机理、农业管理等提供重要的科学依据。     

基于分布式水文模型的区域“四水”转化

根据天津市现状,利用中国水利水电科学研究院水资源研究所近期针对强人类活动地区,尤其是复杂的农田系统开发的分布式水文模型——MODCYCLE模型,构建了天津市MODCYCLE模型,并对天津市"四水"转化特征进行了定量分析。结果表明:天津市"四水"转化过程受社会侧支水循环的影响较大,有地表产流少、土壤补给大消耗量大、地下水超采以及入境水和外调水利用率高等特点。当地地表水已不能满足区域用水需求,现状条件下通过消耗上游来水量和外调水量保证区域用水,未来虽然还有南水北调工程补水,但仍需要执行严格的水资源管理制度才能逐步减少地下水超采,增加入海水量。     

新书介绍:生态水文过程观测方法

生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理.生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制.目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题.     

新书介绍:生态水文过程观测方法

生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理.生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制.目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题.     

基于水循环分析的水资源乘数效应评价:以黄河上游北川河流域为例

针对半干旱地区大规模植被恢复对流域水资源的影响,引入经济学的乘数效应理论,探索创建了基于流域水循环演变的水资源效应评价模型,从广义水资源的角度出发,评价了植被恢复引起水循环演变条件下水资源效应的变化趋势。结果表明:大规模植被恢复引起北川河流域水循环条件发生明显变化,在降水条件基本稳定的情况下,植被恢复前后地表产流系数从0.254降为0.207,基流系数从0.156降为0.134;陆地水循环过程中,土壤-植被系统的有效用水占比增加,土壤水-地下水系统有效用水占比减小;单位降水量(100 mm)的狭义水资源效应降低了7.2 mm,涵盖生态效应的广义水资源效应增加了5.2 mm,水循环变化引起流域水资源效应提高。植被恢复引起降水在不同水循环环节上分配的变化趋势符合国家以生态为核心的布局,对提高半干旱地区流域水资源综合效应发挥着重要作用。     

新书介绍：生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题。     

新书介绍：生态水文过程观测方法

正生态水文学(Ecohydrology)是生态学和水文学的新兴交叉学科,研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,揭示陆生环境和水生环境植物与水的相互作用关系,了解与水循环过程相关的生态环境变化原因与调控机理。生态水文学关注在不同时空尺度上和一系列环境条件下的生态水文过程,系统性研究气候—土壤—植被动态过程中的水文机制。目前水资源短缺已经成为全球性问题,对生态水文过程的认知是评估全球变化对水安全和生态系统功能影响的基础,这不仅是联合国可持续发展目标的重要议程之一,同样也是"未来地球"和地球关键带研究的热点问题。     

土壤冻融条件下的陆面过程研究综述

冻土是全球中高纬地区和高山地带普遍存在的自然现象,它对全球以及区域性气候、水循环、水平衡等都有着巨大的影响,土壤冻融条件下的陆面过程正是这种影响的重要环节,介绍了土壤冻融条件下陆面过程的研究现状,特别是在大气环流模型(GCM)中引入水文陆面模型以来陆面过程研究的迅猛发展,对现在国际上正在进行的考虑冻土的陆面过程研究项目,如陆面过程参数化比较计划的第二阶段第五期PILPS(2E)以及美国NASA的寒区陆面过程实地试验计划也进行了介绍,并在此基础上对土壤冻融条件下陆面过程的发展趋势进行了分析.     

基于二元水循环模拟抚河流域径流变化人工影响解析

人类活动的影响使得流域水循环过程呈现二元特性,径流变化归因分析对流域水资源精细化管理意义重大,当前多数研究难以消除基准期的影响且不能区分不同类型人类活动对径流的影响。以“自然-社会”二元水循环理论为基础,考虑农业灌溉取水、工业生活取水以及大中型水库调度影响,构建了抚河流域二元水循环模型,采用多因素贡献解析法分析流域径流受三种人工因素的影响程度。结果表明,1956~2014年抚河流域年均径流减少量呈一定增加趋势,多年平均径流量减少约8.24×108m3/a,其中农业灌溉取用水贡献达80.1%。