气候变化对嘉陵江流域水资源和极端水文事件的影响

全球变暖导致降水变率增大,水文波动性增强。嘉陵江水资源丰富,科学预估其未来水资源变化及极端水文事件对支撑经济社会和生态环境平衡发展至关重要。已有研究主要集中于嘉陵江历史径流演变,对气候变化背景下未来流域水资源响应及极端水文事件预估较少。基于第6次国际耦合模式比较计划CMIP6计划的22个气候模式耦合可变下渗容量模型(VIC模型),预估了不同代表性典型浓度路径下嘉陵江流域未来径流变化趋势,分析了极端水文事件强度的未来演变趋势。结果表明:(1)VIC模型在嘉陵江流域的适用性较好,各站点日径流模拟纳什效率系数均大于0.7,多年水量相对误差在8%之内,对极端水文指标年最大洪峰流量和年最大5日洪量模拟较好;(2)流域未来气候变化将以暖湿化为主,2031—2090年降水量相较基准期(1985—2014年)将增加5.5%~13.8%,温升幅度超2℃;(3)未来径流量很可能会增加,在2061—2090年,径流量相较基准期(1985—2014年)将增加7.0%~14.0%;(4)流域未来洪水强度可能增大,在2061—2090年,SSP5-8.5排放情景下基准期年最大洪峰流量与年最大5日洪量50年一遇值的重现期将缩短为10~20年。气候变化将导致流域水循环加快,水文形势不容乐观,需加强水资源综合管理及洪涝风险应对能力。

气候变化情景下黑河流域极端水文事件的响应

基于气候变化情景数据和VIC模型,选取黑河流域重要控制断面莺落峡为例,利用频率分析法研究了气候变化情景下黑河流域极端水文事件的变化趋势。结果表明,在SRES A2和SRES B2情景下,黑河莺落峡以上流域未来降水、最高气温、最低气温和蒸发均可能较基准年有所增加,但多年平均径流量却呈减少趋势;气候变化将导致水文循环和水资源分配的时程不均性加剧,莺落峡断面洪水事件和枯水事件的发生将更加剧烈;灌溉用水不足的风险将可能进一步加大。

新疆极端水文事件的时空分布特征

利用1901-2010年的资料,采用传统统计方法及通过衡量极端水文事件的集中度、集中指数,分析了新疆极端水文事件的空间分布特征和时间变化规律。结果表明:新疆极端水文事件在空间分布上主要集中在伊犁和阿克苏地区,吐鲁番、和田为少灾区;时间上主要发生在夏半年,而冬半年相对较少,但北疆的阿勒泰地区冬半年较多;吐鲁番地区年内分布非常集中,乌鲁木齐、奎屯-石河子、阿克苏地区次之,阿勒泰地区集中度最小。

新疆极端水文事件年际变化及对气候变化的响应

利用1901～2010年极端水文事件资料,采用Mann-kendall统计检验研究其年际、年代际变化及对气候变化的响应,结果表明:年际变化总体为增加趋势,20世纪70年代以来增加显著;各地区由于主导灾害不同,年代际变化不尽相同,冰雹为主导灾害的地区80年代的发生频次最多,其它地区呈逐年代平稳增加;各类型极端水文事件年际变化也不尽相同,但于近10 a达最大值;极端水文事件增加趋势与气温、降水一致,不同极端水文事件对气候变化因子响应略有不同。

疏勒河流域极端水文事件对极端气候的响应

为了明确疏勒河流域极端水文事件对极端气候事件的响应关系,选取疏勒河流域内及其周边的托勒、敦煌、瓜州、玉门、酒泉、马鬃山等气象站点的气温、降水和蒸发的日值数据,昌马堡水文站的日径流数据,通过趋势分析、滑动平均、主成分分析等方法,分析疏勒河流域极端气候指数、极端水文事件的年际变化规律以及影响极端水文事件的因素,并明确该流域极端洪水年内分布特征。结果表明:疏勒河流域年际气温升高趋势明显,降水量呈波动变化,增加趋势不明显,而蒸发量呈下降的变化趋势。表征高温的极端气温指数呈显著上升趋势,表征低温的极端气温指数呈显著下降趋势,说明疏勒河流域气温增幅明显。极端降水指数呈显著的增加趋势。该流域极端洪水事件和频次呈上升趋势,而极端枯水事件和频次呈下降趋势。极端洪水事件主要受控于极端降水事件,特别是极端降水总量,极端高温事件对极端洪水总量的增加也有影响,而极端枯水事件主要受控于极端低温事件。此外,2000-2016年年最大洪峰流量出现的时间有由8月向7月转变的趋势。

气候变化影响下极端水文事件的多变量统计模型研究

以黄河流域太原气象站和淮河流域鲁台子水文站为研究对象,利用Copula函数构建气候要素(降水)同极端水文事件(干旱和洪水)之间的多元统计模型,分析不同降水条件下不同等级干旱和洪水的发生概率变化。结果表明,Gumbel Copula能够较好地描述太原站7月份的前期累加降水量和帕默尔干旱指数(PDSI)的相关结构。随着降水量的增加,极端干旱的发生概率逐渐减小,重旱、中旱和轻旱的发生概率则先增加后减小。Clayton Copula能够较好地描述鲁台子水文站前期累加降水量和洪峰流量之间的相关结构。当前期累加降水量大于等于某一定值时,随着年最大洪峰x的增大,发生洪峰≥x的极端洪水事件的概率逐渐减小。在同一个极端洪水发生概率下,前期累加降水量越大,洪峰流量出现大值的可能性越大。

新疆极端水文事件年内分布的非均匀性

利用1901-2010年的资料,采用传统统计方法以及新引入的衡量年内分布情况的集中度、集中指数,对比分析了新疆极端水文事件的年内分布特征。分析发现,传统统计方法和集中度、集中指数得出的年内分布具有很好的一致性,是一种可靠的分析方法,今后可以借鉴使用。结果表明:新疆极端水文事件年内分布极不均匀,夏半年和夏季的集中指数较大,而冬半年和冬季的集中指数较小,即大部分地区极端水文事件主要发生在夏半年,冬半年发生相对较少,但北疆的阿勒泰地区冬半年极端水文事件较多;吐鲁番的极端水文事件年内分布非常集中,乌鲁木齐、奎屯—石河子、阿克苏地区次之,阿勒泰地区集中度最小。

汉江流域极端水文事件时空分布特征

利用1960—2012年汉江流域15个气象站点的日降雨资料和3个水文站同时期日径流资料,分析了9个极端降雨指数的空间分布规律,运用广义极值分布(GEV)、Gamma分布两种极值统计模型对各站点的最大1 d降雨、最大3 d降雨极值样本进行拟合,遴选描述降雨极值分布规律最优概率模型,进而推算给定重现期下的降雨设计值,并分析其空间分布规律;选用Gumbel、Clayton和Frank这3种Copula函数建立降雨-洪量极值联合分布模型,优选最合适的Copula函数,由此计算给定重现期下的洪量设计值。结果表明:GEV分布模型能更好地模拟降雨极值序列,不同重现期下的降雨极值在空间上均呈西低东高的特征;3种Copula函数中,Frank Copula函数能更好地拟合降雨-洪量相关关系,由此推求的洪量设计值大于单变量拟合设计值。

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧.以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征.结果表明:1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切.随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大.总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害.因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.

淮河上游极端水文事件对未来土地利用变化的响应研究

城镇化和工业化推进以来的土地资源开发使得淮河流域下垫面变化日趋剧烈,影响了区域水文过程以及洪旱事件的发生规律。揭示极端水文事件对土地利用变化的响应机理,对淮河生态经济带发展中的空间布局优化和水安全保障具有重要意义。以淮河上游息县流域为研究对象,采用纳入空间自相关因子的回归方法进行土地利用变化驱动力分析,构建了Autologistic-CA-Markov耦合模型预测研究区未来30年间土地利用分布格局,结合SWAT模型模拟未来LUCC情景下的逐日径流过程,基于极端水文指标、Pearson相关分析和水文设计值估计等方法分析了土地利用变化下的极端水文事件演变特征。研究结果表明:(1)沿2010—2020年发展趋势推衍得到三种未来土地发展情景,数量变化上以耕地缩减和建设用地扩张为主导,主体转变模式为建设用地侵占耕地,其余地类存在小幅增减和相互转化趋势。(2)流域整体土地利用变化导致极端高流量指标逐时期递增,极端低流量指标逐渐减小,高低流量发生天数无明显改变。(3)子流域各地类变化与洪枯径流深变化表现出不同程度的相关关系,洪水径流与建设用地呈显著正相关,耕地和林地次之,为显著负相关关系;林地对枯水径流具有显著正向作用,建设用地与其呈负相关。由建设用地和耕地组成的典型子流域中,洪水径流随建设用地的大幅增加迅速上涨,枯水径流反而减少;林地面积增加的子流域洪水径流有所减缓,枯水径流得到补充。(4)LUCC2020变化至LUCC2050,洪枯径流设计值分别呈递增和递减趋势,且低重现期小洪水变幅较大。

气候变化对叶尔羌河流域极端水文事件的影响生Ecolo丹,等.气候变化对叶尔羌河流域极hengyi,WANG Dandan,et al.Influen18,37(6):1-8.

通过选取叶尔羌河流域4个典型气象、水文观测站点的月值数据,对比分析了气候变化背景下叶尔羌河流域气温、降水及径流的演变特征,并探究了其对极端水文事件响应。结果表明:(1)气候变化中,近55 a叶尔羌河流域气候变化整体呈增暖增湿趋势,以1998年变化最为显著,且4个典型观测站中库鲁克栏杆站气温及降水变化率最大(0.24℃·10a^(-1),7.41mm·10 a^(-1));(2)径流变化整体呈线性增加趋势且年内变化显著,其中叶尔羌河及提孜那普河年内径流量最大值分布集中于7月和8月;(3)近55 a叶尔羌河流域极端水文事件呈显著增加趋势,且以6月径流变化最为显著,降水增加及冰川加速消融是流域极端水文事件频发的主导因子。因此,加强水文事件对气候变化的应对措施和洪水灾害的影响评估,对提高叶尔羌河流域水资源的利用效率,减少其气候变化的危害具有重要意义。

极端水文事件对水安全保障的影响及应对措施

受全球气候变暖的影响,极端水文事件发生频率和强度呈增加的趋势,对我国水安全保障构成严重威胁。文章对极端水文事件的定义及主要特点进行了梳理,分析了极端水文事件对水安全保障的影响,在此基础上提出相应的应对措施,为水旱灾害防御、社会经济高质量发展提供保障和支撑。

未来的极端天气气候与水文事件预估及其应对

人类活动造成的气候变化已经影响到全球每个地区的极端天气气候和水文事件。全球变暖的任何额外增量都会伴随极端事件更大的变化,如果没有全球性的碳中和行动,极端高温事件的增多增强以及极端冷事件的减少减弱趋势将贯穿整个21世纪,强降水以及一些地区的农业和生态干旱的强度和发生频率也会显著增加。当代的儿童和后代在未来更容易受到气候变化和相关极端事件风险的影响,即使是在相对于工业化以前的1.5℃温升水平下,到21世纪末遭受的极端天气气候和水文事件的数量仍将增加近4倍。针对日益严峻的气候变化与极端事件灾害风险,亟须积极推进“双碳”行动,并大力减少甲烷等其他温室气体的排放。同时,亟须做好防灾减灾相关政策与措施的制定,推进极端事件监测与早期预警系统及恢复力建设,加强对复合极端事件与小概率高影响事件的预防,保障未来几代人的福祉安康和可持续发展。

气候变化下极端水文事件的研究进展

气候异常变化导致洪涝灾害、干旱等极端水文事件的发生及其增加的水灾害风险正成为人类生存所面临的重大挑战。近年来,开展气候变化背景下流域极端水文事件的变化趋势、发生机理及其对气候变化的响应与预测研究正逐渐受到国内外众多学者的关注。本文从极端水文事件的定义、研究方法、水文极值分布函数、观测事实及模拟研究等方面分析评述了极端水文事件问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。

气候变化下水文极端事件变化预测研究进展

全球气候变化对洪水、干旱等极端水文事件的影响已成为一个亟待解决的科学问题。针对国内外在气候变化下采用统计降尺度和降雨径流模型对水文极端事件进行预测的研究进展进行了系统分析,在分类阐述的基础上,总结了国内外最新的研究进展及在预估过程中存在的问题和解决方案,试图凝练出一些气候变化背景下水文极端事件预估的新思路。结果表明:为有效降低极端水文事件预估的不确定性,各种集合模拟技术、数据同化方法、强化观测技术及水文模型的尺度转换理论将是有效的解决途径。

西北干旱区极端气候水文事件特征分析

中国西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一。气候变化导致气候水文系统的不稳定性加剧,极端气候水文事件的频度和强度增大、重现期缩短,灾害程度加重。借助资料分析和文献阅读,对过去50 a中国西北干旱区极端气候/水文事件的发生规律、影响机制及未来趋势进行了梳理总结,主要结论如下:(1)西北干旱区的极端气候/水文事件呈逐年增加趋势,特别是20世纪70年代以来增加显著;气温和降水极值都表现为一致的增强趋势。降水量的增多是降雨频率和强度共同增加的结果。(2)中国西北干旱区低温、降水极值在1986年左右发生了明显的突变,高温极值在1996年左右发生突变。突变后,气温和降水极值均发生了显著增强变化。(3)北半球极涡面积指数和青藏高原指数对西北干旱区气候极值变化具有重要影响,冬季极值还受冬季北极涛动和北大西洋涛动等影响。(4)新疆地区有变暖湿趋势,而河西走廊东部则为变干趋势。强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流造成新疆地区降水增加,而河西走廊干旱增加是由东亚夏季风减弱引起的。

CO_2加倍对弥河流域水文极端事件的影响研究

当前,气候变化对洪水干旱等水文极端事件的影响已引起许多研究者的关注。在现有可用于气候变化(CO2 加倍)研究的日流量随机模型基础上,用 适线法"按皮尔逊Ⅲ型分布生成年径流量。结果表明,经过改动后的日流量随机模型适用于所研究的弥河流域,在CO2 加倍条件下,弥河流域水文极端事件以旱灾为主,但同时也存在发生大洪大涝灾害的可能。

长江流域极端水文气象事件时空变化特征及其对植被的影响

利用1982—2015年高时空分辨率地面气象再分析数据,识别以降水和大气饱和水气压差(VPD)为指标的极端干旱(Dry-VPD和Dry-PRE)和极端湿润(Wet-VPD和Wet-PRE)事件,分析其年际变化趋势;结合归一化植被指数(NDVI),探讨植被与不同极端事件发生频数的相关关系与差异。结果表明:除Wet-VPD外,Dry-VPD、Wet-PRE和Dry-PRE总体呈上升趋势,特别是1998年以后Dry-VPD在长江上、下游流域显著增加;长江流域植被对极端干旱事件的敏感性(以负相关为主)高于极端湿润事件,且长江上游植被对Dry-VPD敏感,而中下游植被对Dry-PRE敏感。综上,长江流域极端干旱事件日趋严重,相较于降水干旱限制植被生长的传统认识,本研究指出在长江上游地区大气干旱对植被的负效应更加明显。

气候变化下的黄河流域极端水文现象特征分析

利用黄河流域近50年气象水文资料,开展了黄河流域气候变化和极端水文现象特征研究,研究结果表明:20世纪80年代以来黄河流域的气温显著升高,年降水量呈不明显下降趋势,暴雨、洪水、干旱等极端水文现象更加突出,研究成果为科学规划和水资源优化调度提供了有力依据。

下垫面条件对流域极端事件影响及综合应对框架

在剖析下垫面条件变化对流域极端水文事件演变影响的基础上,构建了流域极端水文事件综合应对技术框架,并阐述其中的关键研究命题。结果表明,自然植被条件能够提高流域干旱之前土壤含水量并降低干旱过程中土壤蒸发速率,在一定程度上起到减缓干旱的强度和持续时间的作用;水利工程通过调节流域水资源的时空分布,增加可利用水资源量,能够缓解甚至规避流域干旱事件,但同时可能加剧坝址下游地区的干旱程度。自然植被条件将延长降水坡面产-汇流历时、降低洪峰流量,对极端降水洪涝事件具有一定的消减作用;此外,流域水土保持和修建水利工程等下垫面条件改变有利于河道行洪过程,能够起到缓解洪涝事件的作用。基于下垫面条件变化的流域极端水文事件综合应对技术框架包括旱涝事件监测、机理识别、影响评价和综合应对四个方面的内容,其中的关键研究命题主要为下垫面条件变化对流域极端水文事件影响的定量评估、面向流域极端水文事件合理的水土资源配置及其集成管理等。