不同气候变化情景下的水文响应研究
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水文循环与气候变化的相互关系气候变化是当今全球面临的最大挑战之一。
随着全球温度的升高和极端天气事件的增多,人们越来越关注气候变化对地球的影响。
而水文循环是气候变化的重要组成部分,两者之间存在着复杂而微妙的相互关系。
水文循环是指地球上水分在不同形式之间的循环过程。
它包括水的蒸发、降水、蓄水、径流和地下水等多个环节。
这些水文过程对气候变化具有重要影响。
首先,气候变化会导致温度上升,进而加速水的蒸发过程。
由于水蒸发是气候系统中的重要能量传输方式,其增强可能引起更频繁的降水和气候极端事件。
其次,气候变化还会改变降水分布格局。
一方面,全球变暖可能导致高纬度地区的降水增加,而低纬度地区的降水减少。
这种变化不仅会影响地区的水资源供应,还可能对农业生产和生态系统造成严重影响。
另一方面,降水过程的变化还可能引发洪灾、干旱等极端天气事件,给人们的生活和社会经济带来巨大困扰。
与此同时,水文循环也会反过来影响气候变化。
水汽是大气中的主要温室气体之一,其含量的变化将直接影响到地球的能量平衡。
大规模的蒸发和降水过程会改变大气中水汽的含量和分布,进而影响到地球的辐射平衡和能量交换。
而地表和地下水的蓄积和蓄水过程则对气候系统的稳定性和调节起到重要作用。
例如,湿地的蓄水能力可以减缓洪水的发生,而地下水储备可以缓冲干旱期间的水资源短缺。
因此,保护水资源,合理利用水文循环的调节作用,对于缓解气候变化的影响至关重要。
为了更好地理解水文循环与气候变化的相互关系,科学家们进行了大量的研究和观测。
通过地球观测卫星和气象站点等手段,他们记录并分析了全球范围内的降水分布、蒸发量、地表水储存等数据。
这些数据不仅有助于准确评估气候系统中水文过程的变化趋势,还为进一步研究气候变化的原因和后果提供了重要的依据。
除了科学研究,政策制定也是应对气候变化的重要手段。
国际社会已经意识到了气候变化的严重性,许多国家和组织纷纷采取行动,制定了一系列的减排政策和气候适应措施。
全球变化下湖泊生态系统响应机制研究随着人口数量和经济发展的不断增长,全球生态系统和环境面临着重大挑战。
湖泊是地球上最受欢迎的淡水系统之一,也是重要的生态系统之一,湖泊为我们提供了水,食物和环境服务等。
然而,在当今全球变化的背景下,湖泊生态系统遭受了许多威胁,包括破坏性入侵物种、气候变化、土地利用变化和污染等。
湖泊生态系统的演变是复杂而动态的过程,需要深入的研究,以便了解它们如何响应全球变化的影响,以及如何保护和管理湖泊生态系统。
在探索湖泊生态系统响应机制的研究中,以下几个要点需要重点关注:1. 生命多样性和协同适应湖泊环境的改变可能会对生命多样性造成重大影响,如水生植物物种类的改变和已存在的植被的消失等。
湖泊的生态系统需要具备协同适应的能力以应对这些挑战。
例如,一些湖泊中的细菌和浮游藻类可能适应了水体中存在的污染物和富营养化现象。
这些生物具有高度适应性,因为它们通过调节生理机制来改变其代谢过程,以适应湖泊中生态环境的变化。
2. 湖泊物理和生化过程湖泊内的水文、水动力学和化学过程对湖泊生态有着深刻的影响。
湖泊的水温、水体流动速度、水深和氧气含量等物理过程会直接影响湖泊内生物群落的结构和功能。
同样,湖泊中的生化过程,如微生物的代谢过程,会影响水质和水文化学环境。
对湖泊内物理和生化过程的了解,是有效管理湖泊生态系统的关键。
3. 复杂的人类影响湖泊的生态系统往往受到城市化、农业和工业活动等人类活动的影响。
这些影响不仅对生态系统造成了损害,而且还影响到湖泊供水、渔业和旅游等服务。
有效地管理和减少人类活动的影响,就成为了维护湖泊生态系统的关键。
4. 跨尺度的湖泊研究湖泊系统具有很强的空间和时间可变性,因此对湖泊的研究应该关注不同空间尺度和时间尺度。
在更详细的尺度上,对湖泊生态系统的微观和分子机理的研究会得到更细致而准确的结论。
而在较大的尺度上,如区域或全球性的观察,会揭示出湖泊生态系统与其他地理和生态系统相互作用的关系。
气候变化和土地利用变化对水文过程影响研究进展张成凤;杨晓甜;刘酌希;管晓祥;关铁生;杨勤丽;王国庆【摘要】气候变化及强人类活动已经对区域水资源情势造成了一定的影响.变化环境对水文过程的影响是国际水文十年Panta Rhei计划强调的核心主题.环境变化使流域水文过程变得复杂,区域水文循环对变化环境的响应机理和不确定性研究是未来水文科学研究的重要内容.文中系统综述了气候变化、土地利用变化对区域水文过程的影响以及分布式水文模型在中、大尺度流域应用等方面的研究进展;在此基础上,进一步讨论了变化环境下水文科学领域需要强化研究的方向.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】5页(P46-50)【关键词】水文模型;水文过程;气候变化;土地利用变化【作者】张成凤;杨晓甜;刘酌希;管晓祥;关铁生;杨勤丽;王国庆【作者单位】河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029;河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029;河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029;河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029;水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;电子科技大学资源与环境学院,四川成都611731;水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029【正文语种】中文【中图分类】TV11水是生命的源泉,在人类生产活动中扮演着不可或缺的角色,是当今社会经济发展的重要战略资源。
随着社会经济的快速发展,人类对水资源的需求日益增多[1];同时,气候与下垫面变化也对区域的水资源情势产生一定影响[2]。
收稿日期收稿日期:2014-04-14;修订日期修订日期:2014-06-14基金项目基金项目:中国科学院重点部署类项目(KZZD-EW-04-05)资助。
作者简介作者简介:成爱芳(1982-),女,陕西澄城人,博士研究生,主要研究方向为气候变化水文响应。
E-mail:aifangcheng@未来气候情景下气候变化响应过程研究综述成爱芳1,冯起1,张健恺2,李宗省1,王岗1(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000;2.兰州大学大气科学学院,甘肃兰州730000)摘要摘要:气候变化将会对生态系统、自然资源、极端气候和人类社会产生一定的影响,科学评估未来气候变化响应是应对气候变化的前提。
通过对当前研究成果的回顾,建立未来气候情景下气候变化响应研究的系统思路,并总结了研究所涉及的方法。
系统论述了应用第5阶段耦合模式比较计划(CMIP5)气候模式前进行适用性评价的必要性;分析了当前降尺度方法尤其是统计降尺度的主要方法及进展;归纳了偏差校正过程中普遍使用的方法,最后,综合分析了整个研究过程中的不确定性。
研究将为气候变化响应分析提供方法和思路指导。
关键词:降尺度方法;偏差校正方法;气候变化响应;CMIP5中图分类号中图分类号:P467文献标识码文献标识码:A文章编号文章编号:1000-0690(2015)01-0084-071研究意义IPCC 第5次评估报告(AR5)指出:自从19世纪后半期以来,全球尺度的平均气温在不断升高,过去的3个连续10a 的平均气温比有器测记录以来的任意一个10a 都高;冰川、格陵兰和南极冰盖等累积冰量的减少导致海平面上升速率由1993~2009年间的(1.0~1.4)mm/a 增加到2005~2009年间的(1.2~2.2)mm/a [1]。
报告中还指出,1971~2010年间,海洋表层0~700m 海温呈现正的变化趋势,海洋热含量也在不断增加[2]。
报告通过新的科学观测事实,更为完善的归因分析和气候系统模式模拟结果,进一步确认了近年来气候变暖的事实[3]。
基于CMIP6的气候变化下资水流域径流响应研究隆院男;张雨林;蒋昌波;莫军成;黄春福;宋昕熠【期刊名称】《水土保持研究》【年(卷),期】2024(31)4【摘要】[目的]探究未来气候变化情景下资水流域的径流响应情况,为实现流域可持续发展、制定防洪抗旱决策提供科学支持。
[方法]基于3个CMIP6全球气候模式,通过构建流域SDSM降尺度模型和SWAT水文模型,预估了SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景下资水流域2030—2089年的气温与降水变化,并进一步探究流域径流对气候变化的响应。
[结果]未来资水流域呈较显著暖湿化趋势,空间上流域全范围升温且以新宁、邵阳站附近增幅最大;降水增加区域主要集中在以冷水江为中心的中下游地区,减少区域位于洞口站以西。
在此背景下,未来桃江站与邵阳站年均径流与流域降水的变化趋势基本一致,邵阳站以上的上游区域可利用水资源量减小的可能性较大。
枯水期流域水资源将面临更加紧缺的风险,且汛期有提前的趋势,主汛期水资源分配的均匀程度将上升。
[结论]在气候暖湿化的背景下,资水流域水资源管理将遭遇更严峻的挑战,应加强水资源保护和流域综合管理。
【总页数】12页(P114-125)【作者】隆院男;张雨林;蒋昌波;莫军成;黄春福;宋昕熠【作者单位】长沙理工大学水利与环境工程学院;洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室;湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司【正文语种】中文【中图分类】P333.1;P467【相关文献】1.气候变化下石羊河流域上游产流区的径流响应研究2.基于CMIP5 RCP情景的清江流域径流对气候变化的响应研究3.气候变化与人类活动影响下大清河流域上游河流径流响应研究4.基于SWAT模型的修河上中游流域径流与气候变化响应研究5.基于流域气候水文模型的白龙江径流对气候变化的响应研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
第43卷第2期 2 0 l 2年1月 人 民 长 江
Yangtze River Vo1.43,No.2
Jan., 2012
文章编号:1001—4179(2012)02—0026—04
气候与森林植被变化对水文影响的定量研究进展
刘士余 ,孙 阁 ,郭细根 (1.江西农业大学国土资源与环境学院,江西南昌330045; 2.Southern Global Change Program,USDA Forest Service,Raleigh NC27606)
摘要:如何科学定量地界定气候与森林植被变化对河川径流影响的贡献率,不仅是气候变化影响研究领域中 的科学问题,而且也是目前流域管理者所关注和面临的难题。为了给森林植被削洪减灾的作用大小和影响程 度提供一个科学的量化依据,在论述森林植被的水文作用及其局限性的基础上,阐述了气候与森林植被变化 对流域水文影响贡献率的国内外研究进展。结果显示,由于研究方法的差异以及研究流域和尺度的不同,研 究结果存在较大差异,有关的普遍规律研究仍在探索之中。 关键词:气候变化;森林植被变化;流域水文;定量研究 中图法分类号:X143 文献标志码:A
自20世纪初开展森林植被与水关系的科学研究 以来,世界各国就森林的水文作用进行了大量的研究 工作,取得了丰硕的成果,如森林植被的林冠层截留作 用、枯枝落叶层拦蓄作用和根系土壤层渗蓄作用对降 雨进行再分配,从而影响流域的水文过程 。但在很 多方面也存在着争论,如森林能否减少年径流、调节枯 水径流,森林能否削减洪峰等 ,尤其是在气候与森 林植被变化对流域水文影响的贡献率定量研究方面, 研究结果存在较大差异。如何科学定量地界定气候与 森林植被变化对河川径流影响的贡献率,不仅是气候 变化影响研究领域中的科学问题,也是目前流域管理 者所关注和面临的难题 。 1研究背景 1998年长江流域发生特大洪水之后,长江上游天 然植被的破坏对洪水灾害的影响问题,引起了各方广 泛重视。普遍认为,该次洪水是天灾(强降雨)与“人 祸”(植被破坏)共同影响的结果,天灾借助“人祸”, “人祸”加剧天灾,二者构成明显的叠加效应 。然 而,关于强降雨和植被破坏在洪水径流形成过程中所 起的作用,长江上游的森林植被破坏在多大程度上加 剧了这次特大洪水的发生,在离散暴雨和连续暴雨条 件下,降雨与森林植被对流域水文过程影响的贡献率 等问题,定量研究的成果罕见报道,导致对森林植被削 洪减灾的作用大小和影响程度缺乏一个科学的量化依 据 -8]。 2森林植被的水文作用 森林植被一般包括林冠层、枯枝落叶层和根系层 等3个水文层。当降雨到达林冠层时,一部分被枝叶 和树干临时容纳,接着又蒸发返回大气中,产生降雨的 第一次再分配。剩余雨量到达枯枝落叶层,再度消能 后,通过吸收、分散而进行第二次再分配。林冠层和枯 枝落叶层的截留作用消除了部分或全部的降雨动能, 同时对径流也具有滞缓、分散和过滤作用。此外,通过 根系的机械运动,森林植被可降低土壤容重,增大孔隙
黄河上游气候变化对地表水的影响摘要:气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分,其任何变化都会对自然生态系统及社会经济产生深刻影响。
本文首先分析缓和上游气候和水文概况,然后分析黄河上流地表水变化特征,最后探讨黄河上游气候变化对地表水影响。
关键词:黄河上游;气候变化;地表水;年际变化一、黄河上游气候及水文概况黄河上游地处青藏高原,南界巴颜喀拉山脉,北临柴达木盆地,西界昆仑山脉,东依黄土高原,属高寒草原地貌;兰州站以上全长2119km,集水面积约22 万km2,不到黄河流域面积30%;平均海拔高度4000m 以上,多年平均气温-2.5℃。
由于地势高、气温低,因此流域内积雪时间较长,且部分地区常年积雪,冰川地貌发育。
二、黄河上游地表水变化特征(一)地表水资源年际变化从1961~2002 年黄河上游年平均流量变化曲线可见(图1a),黄河上游流量丰枯交替较频繁,1961~2002 年42 年间出现5 次丰枯水循环,功率谱分析得出年流量存在14 年的显著性周期。
若以流量距平百分率绝对值20%为正常年,距平百分率>20%和<-20%分别为丰水年和枯水年,则42 年中正常年份有22 年,丰水年和枯水年分别为8年和12 年,尽管在38 年中正常年份居多,但枯水年份较丰水年份多1/3,且丰水年份主要集中80 年代,出现年份占整个丰水年份的近50% ,而枯水年份则主要集中在90 年代以后,出现年份占枯水年份的2/3,且九十年代以来12 年中有10 年出现负距平。
年平均流量差积曲线(图1b)说明自60 年开始至80 年代,流量总体上呈增多趋势,80 年代末期达到极值后开始呈现出减少趋势,进入90年代后减少趋势更明显。
通过计算黄河上游流量气候倾向率得出,流量以每十年45.3 m3/s 速率减少,42 年累计减少径流量60 亿m3,较平均值减少29%。
图1 1961-2002 年黄河上游年平均流量变化曲线(a)及差积曲线(b)(二)地表水资源年内变化1、流量年变化特征黄河上游1961~2002 年42 年中流量年内变化可看出(图2),黄河上游流黄河上游流量年内分配呈“双峰型”分布。
探讨黄河源区水文水资源对气候变化的响应发表时间:2020-09-08T11:18:28.150Z 来源:《工程管理前沿》2020年4月第12期作者:巨宏臻康健[导读] 气候的不断变化是目前世界范围内科学工作者们重点关注的问题之一。
摘要:气候的不断变化是目前世界范围内科学工作者们重点关注的问题之一。
黄河源区由于受到气候的变化以及人类活动等因素的影响,生态系统以及水文情势都发生了非常明显的变化,本文就气候因素对黄河源区的影响展开了调查,分析了源区气温的变化趋势以及发生突变的年代,降水的分配以及其发展趋势。
关键词:黄河源区水文水资源气候变化引言:黄河源区处于特殊的地理位置和比较脆弱的生态环境中,因此逐渐形成了其独特的水文系统和天然的冻土环境。
本文通过计算径流年内分配不均匀系数判断径流分配的均匀性,分析华东平均序列的曲线判断整个时间序列的趋势,结果表明,在气候因子的变化分析中,1960年到2014年中,黄河源区的平均气温开始上升,降水年内分配差异较大,降水量呈不明显的上升趋势,径流量不均匀系数较大,集中度高,说明径流分配有明显的丰枯季节变化,径流整体呈下降趋势,并且在90年代到21世纪中期都比较明显。
一丶研究区概况以及研究方法(一)研究区概况黄河的源头为青藏高原巴颜克拉山北麓的约古宗列曲,本文研究的黄河源区为唐乃亥水文站以上的部分,流域面积大约为2.2万KM2,其地势呈现西南较高和东北较低的特点,整体海拔较高,海拔大约在2600米--6400米之间,属于高原大陆气候,日照实践比较长,辐射也比较强,大气压比较低,昼夜温差大。
黄河源区属于半湿润地区,但是其区域内的降雨分布却十分不均匀,呈现出东南地区降水丰富,西北地区降雨稀缺的特点。
其独特的地理位置和气候,使该地区的冰川分布较广,冻土较为发育,湖泊湿地较为分散,充分的发挥出了黄河源区补给水源的重要功能,黄河源区的冻土地貌处于季节冻土到片状连续多年冻土的过渡区,相比高原深处,多年的冻土具有温度更高和厚度更薄的特点1。
气候与土地利用变化的流域水文系统响应——以东江流域为例的开题报告研究背景和意义:随着全球气候变化和人类活动的持续发展,土地利用变化对水文系统的影响越来越受到关注。
流域水文系统是复杂的生态-水文-社会系统。
气候变化和土地利用变化对流域水文过程的影响需要通过深入理解其相互作用机制才能进行准确评估。
东江流域是广东省最大的河流流域之一,其水资源的可持续利用受到气候变化和人类活动的影响。
研究东江流域流域水文系统对气候变化和土地利用变化的响应具有重要的科学和现实意义。
研究目的和内容:本研究旨在探讨气候和土地利用变化对东江流域流域水文系统的影响及其相互作用机制。
主要研究内容包括:1. 分析气候变化对东江流域水文过程的影响,包括降水、蒸发、径流等方面;2. 研究土地利用变化对东江流域水文过程的影响,包括土地利用类型、植被覆盖度、土壤饱和度等方面;3. 探讨气候变化和土地利用变化对东江流域流域水文系统的相互作用机制;4. 构建东江流域流域水文模型,预测未来水资源变化趋势。
研究方法和技术路线:本研究将运用统计学、遥感技术和水文模型等方法,获取气候和土地利用变化数据,建立东江流域流域水文模型,并开展数值模拟与预测。
具体技术路线如下:1. 收集东江流域气象、水文、土地利用等基础数据;2. 调查分析流域土地利用变化情况;3. 应用遥感技术提取流域植被覆盖度及土壤饱和度等信息;4. 利用统计学方法分析气候和土地利用变化与水文过程之间的关系;5. 建立东江流域流域水文模型,模拟预测未来水资源变化趋势。
预期成果和应用价值:通过对东江流域流域水文系统响应的深入探讨,本研究可获得以下成果:1. 揭示气候变化和土地利用变化对东江流域水文过程的影响;2. 探究气候变化和土地利用变化对东江流域流域水文系统的相互作用机制;3. 构建东江流域流域水文模型,为流域水资源管理提供科学依据;4. 总结气候变化和土地利用变化对流域水文系统的影响机制,为其他流域的水资源管理提供参考。
气候变化对水文水资源的影响简析摘要:近年来,我国水文水资源管理越来越受到重视。
全球气候的逐渐变化破坏了正常的水文循环,严重威胁着水资源系统的结构和功能。
水资源问题作为整个生物圈和人类生存与发展的基础,极大地影响着国家和社会经济的安全发展。
因此,研究气候变化对水文和水资源的影响具有重要意义。
本文根据气候变化对水文水资源的影响,提出了相应的对策,以供参考。
关键词:气候变化;水文水资源;影响分析一、我国水文水资源的发展现状自从两次工业革命爆发以来,工业科学技术的空前快速发展必将带动人类社会事业的快速进步。
由此产生的后果是,工业过程对城市环境资源产生了更加严重的污染。
大量新建工厂和重复建设项目对城市土地环境造成了重大破坏。
工业排放的大量温室气体二氧化碳将导致未来全球变暖,日益威胁到人类在世界上的生存状态和发展。
虽然中国南方幅员辽阔,资源丰富,但中国各地区的资源分布不均。
水资源还表现出南多北少、沿海地区雨量充沛、内陆地区雨量稀少的共同特点。
年降雨量和降雨频率也可能与全球气候变化直接相关。
如今,随着全球变暖造成的自然温室效应的影响逐渐显著增强,只有通过对世界气候变化的长期影响和全球水文资源开发进行更深入的研究分析,提高公众对未来气候变化风险的关注度和研究度,并采取积极相应的有针对性的战略应对和措施,以大幅度降低极端气候变化事件对人类水文和水资源生态的实际影响和程度,改善地球人类的水生存和环境,维护水资源生态发展的平衡。
这不仅是中国面临的问题,也是世界未来必须关注和思考的重要问题。
二、气候变化对水文水资源的影响2.1对冰川积雪的影响随着夏季北半球全球气候逐渐变暖,冬季将直接影响两极之间山地冰川的降雪。
由于这种变化,冰川也开始破碎、变形和融化,进一步减少了南极冰川的平均降雪量,这也是全球海平面逐渐上升的重要气象诱因。
同时,如果北极的海拔仍然很高,在冬季全球变暖的极端条件下,山脉之间的冰川雪也可能开始融化。
特别是在冬季山顶积雪是冬季生活用水重要来源的湖泊和河谷地区,由于冰川逐渐融化,人们夏季工农业生活用水的生产能力往往受到严重影响,而发展正常农业用水所需的大量水资源无法及时有效提供。
http://www.paper.edu.cn -1- 不同气候变化情景下的水文响应研究 钟冬梅 南京河海大学水文与水资源学院,南京 (210098) E-mail:zhongwen1919@yahoo.com.cn 摘 要:大多数气候变化对水文水资源影响的研究通常以GCMs输出构建未来气候变化情景,缺少对多种气候变化情景生成技术的综合考察。本文采用GCMs输出和随机天气模型两种技术生成未来气候变化情景,通过分布式陆面水文模型VIC,研究我国南水北调中线工程水源地-汉江流域在气候变化环境下的水文响应。 关键词:气候变化情景;VIC模型;水文响应
1.引 言 气候变化不仅影响人类社会经济生活,同时也影响水文和生态系统。在东亚季风的变异与变迁下,我国水资源呈现年际间的丰枯交替、年内洪涝、干旱频繁、空间分布严重不均等特点,导致我国水旱灾害、水资源短缺、水污染等多种问题并存[1]。目前,水资源问题已成
为制约国民经济发展的关键所在,恶化的气候变化趋势将加大水资源供需矛盾。因此,气候变化对水文循环影响的研究也成为当前水文水资源研究领域的热点[2]。目前,众多学者研制
了多种水文模型,结合气候模型,以气候变化情景生成技术为依托,研究未来气候变化对水文水资源的影响,并建立了一系列评估模型。本章将以VIC模型为基础,构建气候变化对汉江上游流域径流影响的评估模型,通过选择并比较不同的气候变化情景,对气候变化环境下汉江上游流域的径流变化趋势进行预测。
2.流域地理介绍 选取汉江上游汉中水文站以上集水区域作为研究区域。该区域位于北纬32.5-34.5ºN、东经106-107.5ºE,内设7个水文站、50个雨量站及1个气象站。集水面积9 349km2,地形较为复杂,海拔高程为459-3 408m。该地区的洪水主要由暴雨形成,由于流域内山高地陡,洪水汇流速度很快,具有陡涨陡落、峰形尖瘦的特点。
3.VIC模型简介 评价气候变化影响的方法有三种:影响、相互作用和集成方法[3]。气候变化对区域水文水资源的影响的研究通常采用影响方法,即探讨在气候变化情境之下,水文循环各个分量将随之发生怎样的变化。这种研究模式的关键之一,在于选择或建立适合研究区域的水文模型。通常采用概念性或者基于物理机制的水文模型来研究气候变化下的水文响应。 分布式陆面水文模型VIC(Variable Infiltration Capacities)用空间概率分布函数来描述计算栅格内变化的入渗能力,考虑了蓄满产流和超渗产流两种不同的产流机制,同时还考虑到次网格内土壤、降水、植被非均匀性对产流的影响以及积雪、融雪及土壤冻融过程,可同时进行陆-气间水分及能量平衡的模拟,弥补了传统水文模型对能量过程描述的不足[4],在
世界上很多地区进行水文过程的模拟取得了良好的效果,并参与了国际陆面参数化方案的比较计划项目[5]。基于以上特点,VIC模型也常用于研究气候变化对水文水循环的影响。现今主要使用的VIC-3L模型,该模型将土壤分成三层,Liang和Xie[6,7](2001,2003)在VIC-3L模
型中进一步考虑网格单元内土壤特性的空间不均匀性对超渗产流和蓄满产流的影响,以及考虑地表水和地下水的相互作用,加强了VIC-3L模型的水文过程模拟功能。如图1所示,在http://www.paper.edu.cn -2- 研究中,利用数字高程流域水系模型勾划流域边界、确定网格水流方向并生成河网,为VIC模型的应用搭建数字流域平台;系统收集研究区域的气象水文资料、土地覆被数据和土壤质地数据,为VIC模型提供输入;在各网格上进行蒸散发与产流计算,通过开发适合该地区的汇流模型,最终输出流域出口断面的径流过程和实际蒸散发空间分布。
图1 VIC-3L模型数值模拟框架图 4.汉江上游不同气候变化情景的构建 气候变化情景(简称气候情景)是建立在一系列科学假设基础之上,对未来气候状态时间、空间分布形式的合理描述[8]。情景描绘了未来世界发展的各种可能性,它由许多相互关
联的变量组成,在一系列连贯的有关主要发展驱动因素及其相互关系的假设或理论基础上,形成对未来世界的总体描述。由于许多物理系统和社会系统的未来演变是不可预测的或预测结果具有很大的不确定性,因此情景有助于我们了解复杂动态系统的未来可能发展趋势,它是进行科学评估和决策的有用工具。90年代以来,根据气候变化影响的需要和气候情景的要求,已开展了大量的有关气候变化情景生成技术的研究。常见的方法主要有:历史资料类比分析、古气候资料重建与分析、任意情景设置、时间序列分析、CCMs输出等方法[9]。GCM
输出是最常用的气候情景生成技术,而利用随机天气发生器生成气候情景的研究还不深入,目前也没有成熟的调控模式参数的办法。
4.1 IPCC-SRES温室气体排放情景 在气候变化领域,情景是进行气候模拟、评估气候变化影响和脆弱性、选择适应和减缓措施以及分析气候变化相关政策的基础。在评测气候变化影响时,通常构建几个不同的气候情景。目前常采用温室气体排放情景来描述未来气候的可能变化趋势。2000年气候变化政府间研究小组IPCC在温室气体排放情景特别报告SRES(Special Report on Emission Scenarios)中,在对已有温室气体排放情景进行分析的基础上设计了4种未来全球发展模型,分别为A1、A2、B1和B2共4类情景,其中A1和A2强调经济发展,但在经济和社会发展程度上有所不同;B1和B2强调可持续发展,但在有关发展程度上同样存在差异。各类情景的社会经济基本假设和主要特征如下[10,11]:
空间信息库 气象强迫资料 土地覆被参数 土壤参数
冠层蒸发 裸土蒸发植被蒸腾 网格蒸散发 网格产流 地面径流 地下基流
坡地汇流模块坡面汇流 地下基流汇流河道汇流
VIC-3L水文模拟数字流域水系构建 流域边界 网格中心点坐标水系生成 网格流向网格有效面积比
土壤含水量 实际径流量
径流过程 输出http://www.paper.edu.cn
-3- A1:高经济发展情景。未来世界的经济高速增长,但人口增长缓慢,全球人口在本世纪中叶达到峰值,随后减少,并快速引进新技术和更高效的技术。主题是地区间的融合、能力建设、日益增加的文化和社会的相互影响,同时大幅度降低人均收入的地区性差异。人们追求的是个人福利而不是环境质量。 A2:国内或区域资源情景。未来世界的发展很不均匀。主题是自力更生、保护区域特性,强调家庭价值和当地传统。不同地区间人口出生率的趋同极为缓慢,因而导致全球人口的持续增长。经济发展主要是区域性的,人均经济增长和技术变化的速度要慢于其他情景系列。 B1:全球可持续发展情景。未来世界更为趋同,和A1情景系列一样,全球人口在本世纪中叶达到峰值,随后减少,但是经济结构向服务业和信息经济快速转变,材料强度降低,并引入清洁生产技术和更有效利用资源的技术。该情景着重于全球性解决经济、社会和环境的可持续发展。 B2:区域可持续发展情景。未来世界着重于局地性解决经济、社会和环境的可持续发展。全球人口持续增长,但增长速度比A2情景系列慢,经济发展速度中等,与B1和A1情景系列相比,技术变化的速度较为缓慢且变化多样。尽管该情景也是致力于环境保护和社会公平,但还是以局地和区域水平为重点。 根据Hadley中心预测,从现在至21世纪末全球平均温度将在A1情景下升高4℃,A2情景下升高3.5℃,B1和B2情景下升高2℃[12]。
4.2 PRECIS模型 由于GCM可输出多变量、时空尺度齐全,并含有温室效应输入项的资料,能部分地解释当前气候系统的物理机制,因此,利用GCM的输出结果已成为气候影响中最常采用的气候情景生成技术。但是目前GCM的可靠性不高,其控制试验与观测值之间、不同模式在统一网格上的气温、降水等气象项目之间均存在较大差异,且模式分辨率低,不能很好地描述区域尺度的地形特征和陆面物理过程,对区域气候的模拟及气候变化预测产生较大的偏差[13]。而区域气候模型RCM(Regional climate model)网格分辨率较高,可以考虑小尺度地
形(山地、海岛)对区域气候的影响,较GCM能模拟出更为合理的区域气候情势,因此对区域气候进行模拟和预测时,可以将GCM的模拟结果作为RCM的侧边界条件,采用RCM进行降尺度分析。 本研究利用PRECIS(Provding Regional Climates for Impacts Studies)模拟的IPCC-SRES的A1、A2、B1和B2情景下的气候要素输出结果来描述汉江流域未来百年间的气候变化。PRECIS是由英国Hadley气候变化与研究中心研制的RCM,其水平方向的网格大小为50km×50km,垂直方向为19层。采用PRECIS模拟区域高分辨率气候变化情景时,应用GCM-HadAM3H(HadCM3的大气部分,其水平分辨率为纬度1.25º×经度1.875º)模拟的大尺度场在侧边界单向嵌套驱动PRECIS[13]。
本文采用的PRECIS输出结果由水利部水利信息中心提供,包括基准年(1961—1990年)以及A1、A2、B1和B2情景(1991—2100年)汉江流域50km×50km网格尺度上日最高/最低气温和日降水量。
4.3 NCC/GR-WG 天气发生器 天气发生器(Weather Generator),又称天气数据模拟模型,是研究某个地区或气候的一