我国十大流域不同等级降水的变化趋势分析

利用我国612个气象站1961—2010年逐日降水量资料,分析我国十大流域不同等级降水量的年度、季节变化趋势。结果表明,近50年来我国不同等级降水存在明显的季节和地区差异。全国十大流域中,西北诸河流域具有明显的变湿趋势,即年降水量呈现明显的上升趋势,其不同等级降水,即小雨、中雨和极端降水的降水量也体现出一致上升的趋势。辽河流域、海河流域和黄河流域呈变干趋势,即年降水量呈现下降趋势,其中辽河流域主要是由小雨和夏季中雨的降水量下降引起;海河流域由小雨、暴雨(或极端降水)的降水量下降引起;黄河流域主要由小雨、中雨的降水量下降引起。就不同级别降水的降水量变化趋势而言,小雨和极端降水的降水量变化趋势较为突出,小雨的降水量在全国东部大部分地区,即辽河流域、海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流域和珠江流域均呈下降趋势;极端降水的降水量在我国西部与东南大部分地区,即西北诸河流域、淮河流域、长江流域东部、东南诸河流域、西南诸河流域和珠江流域东部均呈上升趋势。

1961-2010年中国十大流域水分盈亏量时空变化特征

采用线性回归方法和Mann-Kendall方法对1961-2010年中国和十大流域水分盈亏量的气候及变化趋势特征进行分析,并对各流域年水分盈亏量变化成因进行探讨。结果表明:1中国多年平均年水分盈亏量(1961-2010年平均)为负值,水分条件表现为亏缺。空间分布总体呈现南方盈余,向北向西水分亏缺态势。2中国水分盈亏量月变化特征表现为夏季6-8月有盈余,7月盈余量最大;其余各月为亏缺,4月亏缺量最大,十大流域月变化特征各有不同。31961-2010年,中国年水分亏缺量呈现多—少—多变化态势,1990s亏缺量为近50年来最少。2000s中国水分亏缺量较常年偏多,主要是由于大多数流域水分亏缺量偏多或盈余量偏少造成的。4近50年来,全国平均年和春夏冬三季水分盈亏量呈现增加趋势,秋季减少趋势显著。5松花江、辽河、海河、黄河流域及西南诸河年水分盈亏量呈现减少趋势,除西南诸河是由于年降水量增加速率小于蒸散量增加速率导致其减少趋势外,其它四个流域则是由于年降水量减少速率大于潜在蒸散量减少速率,年降水量减少变化趋势起主要作用;其余流域年水分盈亏量呈现增加趋势,淮河和长江流域主要是因为潜在蒸散量减少速率大于降水的减少速率,潜在蒸散量的减少变化趋势起主要作用,东南诸河、西北诸河、珠江流域由于年降水量增加、潜在蒸散量减少,二者均对水分盈亏量增加有利。

几种降水降尺度方法在中国十大流域的适用性分析

天气发生器、回归模型、机器学习算法等几类统计降尺度方法被广泛用于校正气候模型输出的区域降水数据。为探讨各类方法在我国不同气候背景下的适用性,以Weather GENerator(WEGN)、Long Ashton Research Station Weather Generator(LARS-WG)、Statistical Downscaling Model(SDSM)、支持向量机(support vector machine,SVM)为例,利用中国十大一级流域50个国家气象站点1961—2000年的逐日降水数据与美国国家环境预报中心/国家大气研究中心再分析数据,分别构建了逐月的日降水降尺度模型。结果显示,SVM、SDSM与LARS-WG分别在中国干旱、半干旱与湿润地区表现出更好的整体适用性。其中,SDSM利用添加了随机项的多元回归模型,可较好地反映降水发生概率与降水量的变异特征;LARS-WG通过在半经验分布函数中设置特定分位数而优化了对极端降水的模拟,尤其在湿润地区效果良好;SVM凭借灵活的非线性拟合能力能够较好地模拟降水均值,但因缺少对降水过程随机性的描述而难以反映年际演变特征。

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国实际蒸散发时空变化特征

蒸散发是水文循环的关键过程,研究升温背景下的蒸散发对水资源综合管理有着重要意义。基于17个全球气候模式1961-2100年逐月蒸散发输出,分析了全球升温1.5℃和2.0℃情景下,中国实际蒸散发时空变化特征。结果表明:(1)全球升温1.5℃,年实际蒸散发呈现由东南沿海向西北内陆递减态势。与基准期1986-2005年相比,中国年实际蒸散发约增加4.4%,其中,西北诸河流域增长率最大,达7.7%。季节尺度上,冬季实际蒸散发增长速率最快,约5.2%。(2)全球升温2.0℃,中国实际蒸散发比1986-2005年上升7.8%,南方流域增长速率比北方流域小,珠江流域仅增长3.9%,实际蒸散发增长最为迅猛的辽河流域和西北诸河流域中部增长率达10%。春冬两季中国蒸散发增加最明显,达8.3%。(3)与全球升温1.5℃情景相比,全球平均气温额外增加0.5℃可能导致中国实际蒸散发增加3.4%。其中,西南诸河西北部、西北诸河西南部及辽河流域增加明显,而西北诸河东北部和西北部等地微弱减少。春季蒸散发增长速率最大,秋季最小。随着全球变暖,中国实际蒸散发呈现上升趋势,可能加剧区域干旱事件,对农业生产带来不利影响。

基于指标体系的中国水环境评价研究

从水压力、水管理、水污染、灾害风险及社会经济效应5个要素出发,构建水环境综合评价体系,并用均值法求得水环境综合评价指数,对我国31个省(市、自治区)的水环境状况进行评价。以人口数量为权重将分省(市、自治区)要素指标转化为流域尺度,对我国十大流域片进行水环境评价及5个单要素分析,指出地域间水环境差异及水环境问题。

近十年中国陆地水储量变化及其时空分布规律

利用GRACE重力卫星数据分析了我国及十大流域近十年水储量变化趋势、年变化特征、年内分布特征以及时空分布规律,结合TRMM降水数据分析了水储量与降水的关系。研究结果表明：近十年,中国水储量变化趋势具有空间差异性,西南大部、华北平原及黄河中下游、西北准噶尔盆地一带水储量呈减少趋势,东南部、长江大部分区域、长江黄河源头以及塔里木盆地区域水储量呈增加趋势;中国水储量年变化幅度较小,淮河、海河、珠江、松花江流域振幅较大,西北诸河流域振幅最小,全国除黄河、海河和西北诸河流域外,流域水储量年变化与降水年变化均呈显著正相关,东南诸河、珠江、长江流域相关系数均达0.7以上;年内分布上,我国冬春季水储量亏缺,夏秋季水储量盈余,3月-4月西南诸河及长江流域水储量亏缺严重,7月-9月则盈余较大,华北平原5月-7月水储量有亏缺,其他月份则水储量略为盈余。此外,黄河、长江、东南诸河、西南诸河以及珠江流域水储量与降水量年内分布一致性较好,西北诸河流域2月-4月份水储量与降水一致性较差,其他月份一致性较好,而其它流域则一致性较差。

近年全国地表水水质变化特征

采用2012~2020年国家地表水环境质量监测网839个可比断面(点位)数据分析了9年间地表水环境质量变化特征.结果表明,全国地表水环境质量持续改善,Ⅰ~Ⅲ类水质断面比例稳步上升,劣Ⅴ类比例持续下降;主要污染指标氨氮、总磷和高锰酸盐指数的年均值均呈逐年下降趋势,2020年比2012年分别下降75.9%、 48.2%和17.5%.广西、海南和宁夏Ⅰ~Ⅲ类水质断面比例保持100%,湖北和江西呈逐年下降趋势,其余省份均呈逐年上升趋势;广西、海南、宁夏、湖南和福建劣Ⅴ类水质断面比例保持为0,其余省份均呈逐年下降趋势;广西、江西的总磷和湖北、海南、辽宁的高锰酸盐指数呈逐年上升趋势,其余省份主要污染指标年均值均呈不同程度下降.十大流域主要江河Ⅰ~Ⅲ类水质断面比例均呈波动上升趋势;劣Ⅴ类比例除浙闽片河流一直为0以外,其余流域均呈波动下降趋势;主要污染指标年均值均呈不同程度下降. 2020年,32个重要湖泊中53%处于富营养状态,与2012年相比增加了12个百分点.总体来看,9年间全国地表水水质普遍好转,尤其是“十三五”以来,水污染防治工作取得显著成效,但各省、各流域之间具有差异性,水资源分布不均,水质改善存在不平衡性和不协调性,湖库富营养化趋势不容乐观.未来应统筹水资源、水环境和水生态,在地表水的精准治污和生态修复上着重发力.