青藏高原河源区气候变化特征分析

利用1954-2007年青藏高原河源区(包括长江、黄河、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江)30个气象站的年平均气温和降水量,通过计算气候倾向率和距平小波分析(墨西哥帽小波函数)等方法分析了近54 a来青藏高原河源区的气候变化特征.结果表明:青藏高原河源区年平均气温变化在7^-3℃之间,由东南向西北逐渐减少;并呈现逐年上升的趋势,自20世纪90年代以来升温更为强烈.年降水量的分布大致是由东南向西北逐步减少,在同一纬度上,东部的降水量多于西部,2001-2005年的多年平均降水量达到历史最大值.年平均气温和降水的周期振荡在高频区振荡频繁,有多个突变点,中低频区则较平缓.不同河源区的气温增温率具有显著的区域性差异,雅鲁藏布江源区最大(0.54℃.(10a)-1),黄河次之(0.31℃.(10a)-1),澜沧江和怒江最小(0.17℃.(10a)-1).除少数气象站外,区域内各站的年平均气温也普遍升高.澜沧江源区是整个青藏高原河源区降水量升幅最大的地区,而雅鲁藏布江源区为降水量升幅最小的区域.从整个青藏高原来看,温度和降水均普遍升高,整个区域呈现暖湿化趋势,但降水量的增加较微弱.

气候变化对黄河源区水资源的影响

利用气候模型结果和大尺度分布式水文模型评估黄河源区未来的水资源.根据IPCC DDC的13个系列的GCMs成果,结合黄河源区的实测气象资料,分析了该地区气候在未来100 a内的可能变化;建立了考虑融雪和冻土影响的分布式水文模型,经验证该模型能够适用于黄河源区.计算出了相应的径流情景,分析了黄河源区水量尤其是水资源特性(径流的年内、年际分布)的可能变化;对南水北调西线工程的需水量进行了简单评估.

淮北平原裸土潜水蒸发趋势及其影响因素分析

为揭示淮北平原裸土潜水蒸发规律及机理,该文依据五道沟实验站1991-2008年潜水蒸发及水文气象观测资料,分析裸土潜水蒸发的年内分配规律以及随土质、埋深的变化趋势,采用累积距平曲线法和Mann-Kendall法联合检测了该区域年、季节时间序列的裸土潜水蒸发变化趋势,并用SPSS统计学软件分析不同气象要素对2种土质、不同埋深裸土潜水蒸发的影响。结果表明:黄潮土潜水蒸发量与砂姜黑土的潜水蒸发量比值随着埋深的增加在扩大;淮北平原裸土历年潜水蒸发量呈增加趋势,不符合"蒸发悖论",春季对年潜水蒸发量增加的贡献率最大;气象要素对砂姜黑土和黄潮土的最大影响深度分别是0.4和1.0m;在垂直方向上热量的年内传递过程与潜水蒸发量年内分配一致。该研究为准确把握潜水蒸发规律、更好的认识水文循环提供依据。

气候变化下淮河流域极端洪水情景预估

利用IPCC第4次评估公开发布的22个全球气候模式在A1B、A2和B1三种典型排放情景下的未来气温和降水预测结果,结合新安江月分布式水文模型,在对模型验证效果良好的基础上,参照集合预报方法,对未来90年(2010～2099年)气候变化下淮河流域的极端洪水进行预估。研究结果表明,从出现概率来看,淮河流域未来可能发生极端洪水年份的密集程度从大到小依次为A2情景、A1B情景、B1情景。A1B情景下,21世纪下半叶出现极端洪水的可能性增大,A2情景在2035～2065年以及2085年以后是极端洪水发生较为集中的时期。B1情景在21世纪70年代左右发生极端洪水的可能性较大。综合各种极端事件的定义方法,将极端洪水划定3个洪水量级。A2情景预估极端洪水的平均洪量在3种情景中最大,B1情景最小。3种情景未来一级极端洪水发生比例都比历史上偏大,A2情景下增加最多。二级极端洪水都较历史略有减少,三级极端洪水减少最显著。3种情景下各个量级极端洪水所占比例各不相同,A1B和A2情景二级以上极端洪水出现比例较大,B1情景下极端洪水量级多为三级,超1954年的一级极端洪水所占比例较小。

区域气候情景Delta-DCSI降尺度方法

降尺度方法是利用分辨率较低的GCM输出进行区域气候变化影响研究时必要的尺度转换手段。降水和气温的空间分布对产汇流、蒸散发等水循环要素的模拟结果有很大影响。为增强未来降水和气温情景对区域次网格的空间描述能力,提高区域水资源情景预测的时空分布可信度,提出一种新的考虑空间分布的Delta-DCSI降尺度方法,通过双三次多项式曲面插值来考虑气候要素变化率在GCM大尺度网格内的空间不均匀性。并利用IPCC第四次评估发布的GFDL模式CM2.1在A2情景下的输出结果对Delta方法和Delta-DCSI方法进行了比较分析,结果表明,由于Delta-DCSI方法加强了降水情景变化率的次网格分布描述,在一定程度上保持了GCM情景在空间上的连续性特征,使得到的未来降水和气温情景变化率在空间上分布更合理。

气候变化对地表水资源的影响

总结了气候变化对水文水资源影响方面的研究方法,分析了气候变化条件下水文水资源变化的研究现状和存在问题.并以山西省和黄河源区为研究对象,以分布式水文模型为工具、GCMs输出的气候情景为输入条件,针对不同的下垫面特征建立不同的分布式水文模型,分别采用气候情景趋势分析结果和直接利用GCMs输出结果两类方法确定气候变化的数据源,对研究区域未来的地表径流过程和地表水资源可能的变化趋势进行了研究.从气候情景的预测结果来看,未来50年山西省的气温和降水都呈增加趋势,但由于各自对水资源带来的影响不同,将使山西省水资源呈现先增加后减少的趋势;且由于冬季气温和降水的增幅比夏季大,使得未来山西省的水资源年内分布有略微平缓的趋势.对黄河源区而言,虽然未来100年内的降水和气温都呈增加趋势,但由于降水增长引起的地表水资源的增加不足以抵消气温升高带来的影响,因此将导致径流量不断降低的总体趋势,并使径流年内分布略趋平缓,而年际分布将越来越不均匀,旱涝威胁日趋严峻.

黄河源区水文模拟中地形和融雪影响

为分析地形和融雪对水文模拟影响,利用SWAT模型在黄河源区进行1960—1990年水文模拟。二者的影响分别通过对子流域划分高程带和运用融雪模块来体现。研究表明,单独考虑融雪影响或考虑融雪、地形的共同影响下,模拟结果均能达到合格;单独考虑地形的影响下能达到良好。相比融雪影响,地形对流域水量平衡的模拟起主要作用。划分高程带对子流域的气温影响较大,对降水影响小。子流域气温的降低使得蒸散发减小,从而增加产水量,其中地下水增加最多,其次是地表径流和壤中流。地形和融雪的影响使地下水的补给来源改变,调整地下水参数后,最终模拟结果达到优秀。地形和融雪在黄河源区水文模拟中的影响可以为其他高山地区水文研究提供参考。

DEM空间分辨率的初步分析

分布式模型的输入及其参数具有时空变异性,模型的校正也依赖于网格单元的大小,因此需要确定适当的空间分辨率来描述和控制空间变化。随着分辨率的不同,DEM的精度以及由此提取的流域特征值(如高程、坡度、地形指数、河网长度)在统计特性上也会随之变化。对50m分辨率的DEM平均取样获得150～950m的9组DEM,对不同分辨率下提取的流域特征值进行了统计分析,并采用信息熵度量不同分辨率的信息量。

IPCC AR4气候模式对长江流域气温和降水的模拟性能评估及未来情景预估

利用政府间气候变化专门委员会第四次评估报告的22个新一代全球气候模式基准期(1961～1990年)模拟结果,从时空尺度分别讨论了与观测过程的差异,评估了模式对长江流域气温和降水的模拟性能。结果表明22个气候模式对长江流域具有一定的模拟能力,地面气温的模拟值都偏低,部分降水的模拟值局部偏高。不同的气候模式的模拟能力差异显著,大部分模式对长江流域的模拟精度有待进一步改进,只有少数几个模式(降水有6个模式,气温有5个模式)的年变化趋势与实况基本一致。综合比较,UKMO_HadCM3和NCAR_PCM两个模式基本能再现长江流域降水和气温的年变化特征。长江流域降水和气温未来情景预估表明各个模式和情景结果虽然存在差异,但对未来90年气候变化的模拟趋势基本一致,将持续增温、降水出现区域性增加,并着重讨论了UKMO_HadCM3模式在2020s(2010～2039年)、2050s(2040～2069年)和2080s(2070～2099年)3个时段的降水和气温时空变化特征,研究结果表明3个时段气温和降水在不同情景下都是逐渐增加的,A2情景下未来降水增幅最显著,B1情景增幅最小。

TRMM降水资料在青藏高原的适用性分析

利用32个观测台站降水资料,在江河源区以均方根误差(Nrmse)、相对误差(BIAS)和相关系数等指标对TRMM降水数据精度进行了评估。结果表明,TRMM降水数据有较好的适用性,与观测数据相比误差在偏负10%以内,在月时间尺度上两者相关系数达到0.9以上。把TRMM数据应用到整个青藏高原,给出了整个高原1998～2009年降水的年均、季均、月均空间分布。降水从东南向西北逐渐递减,东南部年降水量达到1000mm/a,而西北部仅为200mm/a左右,特别是北缘低于100mm/a;降水主要集中在5～9月,冬季降水很少。

淮河中上游参考作物腾发量趋势变化及其成因

参考作物腾发量(ET0)是由平均气温(Tm)、实际水汽压(ea)、风速(u2)和净辐射(Rn)等多个气候要素驱动的,因此,气候变化对ET0的影响是显而易见的。分析ET0和各气候要素的时空变化特征可以获得气候变化对ET0的影响。利用Mann-Kendall(MK)检验分析了淮河中上游流域1959—2009年ET0及各气候要素的变化趋势。并且利用偏相关分析和贡献分析获得ET0和主要气候要素之间的定性和定量关系。结果显示,大部分站点的年ET0表现出显著的下降趋势。在夏季,所有站点的ET0都表现出显著的下降趋势,且西北部地区尤其显著。其他3个季节显著下降的ET0趋势主要分布在淮河中上游流域的西北部地区。年及夏季的ET0在1970年以后表现出下降的趋势并且在1975年以后变的显著,其余3个季节ET0并无明显变化特征,说明夏季ET0的显著减少是年ET0显著减少的主要原因;实际水汽压与ET0之间表现出显著的负相关关系,而平均温度、净辐射和风速则表现出显著的正相关关系;无论从定性的偏相关关系还是定量的贡献分析都可看出虽然年及四季的平均气温是显著上升的,并且导致了ET0的增加,但是整个流域显著下降的风速和净辐射直接导致了年及夏季ET0的显著减少。

坡度作用下土壤水分时空异质性研究

国内外对于坡度作用下土壤水分空间异质性尚无定论,且国内时间异质性研究尚很缺乏,以野外水文山实验流域为研究对象,选取偏干和偏湿年份分析了土壤水分的时空异质性。空间异质性的研究表明,土壤水分的主要趋势是60cm大于30cm,但在有的时间段30cm含水量也会超过60cm;总体而言从坡顶到坡脚土壤含水量依次增加,但是在某种特殊情况下也会发生变化。即土壤水分在空间上的分布结构在时间上具有一定的稳定性,并且降水量越多坡度的作用表现得越明显。时间异质性的分析表明,土壤水分的时间变异表现出明显的季节性差异,并且坡面不同位置的变异性不同,偏干年份的年内变化类似于正弦曲线。

GCMs模式在黄河源区的适用性分析

利用黄河源区24个气象站1961～1990年的月平均气温、最高气温、最低气温、月降水资料和IPCC提供的5个全球海气耦合模式（CCC，CCSR，CSIRO，GFDL，HADL）的模拟结果，采用多年平均、不均匀系数、绝对变化幅度等统计特征，验证分析了各个模式对黄河源区降水和气温的模拟效果．结果表明：各个模式在降水和气温2个方面的模拟效果均不相同，如GFDL模式对降水的模拟效果最好，GFDL和HADL模式对气温的模拟效果较好；若同时考虑降水、气温2个方面的模拟效果，GFDL模式要略优于其他模式．

黑河上游水文气象要素变化规律分析

为揭示气候变化对干旱地区水文气象要素的影响,在对黑河上游莺落峡站以上地区1960～2010年平均气温、年平均径流、年平均日照时数、年降水及年平均相对湿度资料进行线性趋势分析的基础上,采用M-K非参数统计检验对其显著性进行判断,运用小波变换探讨了各序列的多时间尺度变化特征,并采用R/S法分析了流域各序列的持续性,估算各项指标的Hurst指数以定量估计未来序列的变化趋势。结果表明,该地区降水、气温和径流均呈上升趋势,相对湿度和日照时数均呈下降趋势;径流、降水、相对湿度和日照时数具有一致的主周期和次周期;黑河上游径流成分由降雨和融雪径流组成,同时受降雨和气温的影响。

DHSVM模型在宝库河流域的径流模拟适用性分析

以宝库河流域为例,探讨了DHSVM模型在高寒区无冰川流域的适用性。介绍了DHSVM模型的概况、物理过程及数字化资料的收集与处理,并以实测径流对模型进行校正,其中Nash-Sutcliffe模型效率系数与实测径流的相关系数较高,模拟的相对误差较低。对比分析模拟径流与实测径流的变化过程发现,DHSVM模型能较好地反映该流域的日、月径流水文过程,具有一定的适用性。

土地利用变化对海河流域典型区域的径流影响

为研究海河流域径流对土地利用变化的响应,以阜平流域、匡门口流域和界河铺流域为研究区,利用1970—2011年的水文气象资料,分析了不同土地利用的时空转移特征,然后结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,设置4种土地利用情景,评价了土地利用变化对径流的影响。结果表明:模型能够较好地模拟全年及汛期月流量过程;多年径流量呈下降趋势,20世纪80年代到90年代中期呈波动性变化;不同的土地利用类型在时空上的转化呈现可逆性,主要是林地增加,草地减少,耕地略有增加;林地的增加和草地的减少会降低汛期径流量以及最大月径流量;汛期径流系数随着林地面积的增加而减小。合理地规划土地利用格局,对控制流域水文事件具有重要意义。

基于DEM的数字水系的生成

讨论了由DEM生成河网过程中所用的填平和主干河道数字化的方法,通过填平方法,解决了由洼地引起的河网不连续的问题;而对主干河道进行数字化处理,则解决了平坦地区主干河道偏离其自然位置的问题。经过这些处理后生成的河网,与实际情况比较接近,从而使水文要素的模拟更具有实际意义。

近十年山西省土壤墒情时空变化规律

以2003-2012年山西省64个墒情站土壤墒情观测资料为基础,在ArcGIS环境下通过IDW插值法分析了土壤含水量的空间变化规律,以及土壤含水量的年际和季节变化规律,探讨了降水和气温对土壤含水量变化的影响。结果表明,山西省土壤含水量东南部整体偏高,北部和南部整体偏低。10、20和40 cm土层水平空间变化规律与整体一致,纵向空间各层变幅由上到下依次变小。近10年年际变化趋势减少且不显著。从季节变化角度来看,土壤水3月份开始减少,到6月份增加,增加到10月份再减。降水是影响全省土壤含水量时空变化的主导因素,气温的影响不大。降水的多寡决定土壤含水量的高低。

不同地形下DEM的坡度坡向算法比较

基于淮河流域、黄河源区、东江流域三类不同地形区的DEM,利用简单差分、二阶差分、Frame差分、三阶不带权差分、三阶反距离平方权差分、三阶反距离权差分六种算法计算了坡度、坡向值,引入面积累积曲线来判断六种坡度、坡向计算方法在三类不同地形区的适用性。结果表明,三阶差分系列算法在三个地区适用性较好;简单差分、二阶差分的适用性较差;Frame差分在黄河源区、东江流域的坡度、坡向计算中结果较好。

土地利用变化对阜平流域的径流影响研究

选取不同年份Landsat遥感卫星图像,分析了阜平流域土地利用变化;以SWAT模型为工具,利用1968-2010年的水文气象资料,针对土地利用情况研究土地利用变化对流域径流的影响。结果表明,近几十年来,多年降水量变化不显著,而径流量呈显著下降趋势;流域林地增加(草地转林地)是径流减少的主要原因,从1993年的926 km2增加到2004年的1 119 km2,径流量减少6.46%;不同情景下模拟的多年平均流量总体呈现减少的趋势;林地的增加和草地的减少能够导致径流的减少;林地和草地的变化通过影响蒸散发量影响水文循环;径流量的变化趋势与蒸散发量相反。