CMIP6模式对淮河中上游流域气候要素模拟效果的评估研究

全球气候模式(CMIP6)是大尺度模拟预测未来气候变化的主要手段,但其模式数据的模拟质量以及在不同研究区域的适用性有待评估。以1960—2014年淮河中上游流域19个气象站点实测数据为基准,利用等距离累积分布函数法、均值(mean)、离散系数(C v)、皮尔逊相关系数(PCC)、标准差(STD)以及均方根误差(RMSE)等5个精度指标对19个CMIP6全球气候模式模拟气候数据进行系统性评估,得出以下结论:①对偏差校正后的19个CMIP6模式的模拟数据初步筛选出对降水数据模拟的排名前二的气候模式有ACCESS-ESM1-5、CMCC-ESM2;对气温数据模拟排名前五的气候模式有ACCESS-ESM1-5、CMCC-ESM2;②从年内变化趋势和空间分布2个方面对优选的CMIP6模式的历史时期数据和实测历史气候数据进行评估,验证优选出适合淮河中上游流域的CMIP6模式;③从大气环流因子对气候的影响进行分析,AO与淮河中上游流域的气候数据相关性较好,模式与大气环流数据的相关性与实际情况也接近。综合评价显示最能模拟淮河中上游流域的模式是ACCESS-ESM1-5、CMCC-ESM2。对模拟淮河中上游流域的CMIP6模式数据的系统性评估,为研究合理选择和使用CMIP6数据集对流域未来情景下的气候变化要素研究提供理论和技术参考。

APEX模型在淮河流域中上游的适宜性研究

探讨了APEX（Agricultural Policy／Environmental eXtender）模型在淮河流域中上游的适宜性。将APEX模型用于淮河流域中上游监测资料较匮乏的3个径流小区，用日径流／产沙的实测值和模拟值校正和验证模型，用校正过的模型评价不同土地管理措施的长期水土保持效益（1981～2005）。在模型校正阶段，3个小区日径流量和产沙量的平均百分误差绝对值（APE）小于20％，平均纳希-苏特克利夫有效系数（EF）大于0．6，平均尺。大于0．7；在模型验证阶段，3个小区日径流量和产沙量的平均APE小于12％，平均EF大于0．5，平均R^2大于0．7，APEX模型可模拟出径流、产沙的日变异。在水土保持效益评价结果中，与对照（休闲地）相比，管理措施2（林地-水平沟）的径流量平均减少37％，产沙量平均减少89％，管理措施1（林草混交-水平梯田）的水土保持效益要略低于管理措施2，构建水平沟、水平梯田以及增加地表植被是控制该地区水土流失的有效措施。研究结果表明：APEX模型适应性强，可用于预测和评价淮河流域中上游不同土地管理措施下的水土流失，这为资料匮乏地区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。

淮河流域中上游径流变化归因分析

为了研究与量化人类活动、下垫面和气候变化等影响因素对淮河径流变化的贡献率,以淮河流域中上游(蚌埠站以上)为研究区域,采用M-K检验、滑动t检验、R/S分析法,分析1958—2018年的降水和潜在蒸发序列及1958—2016年的径流序列的变化趋势,确定径流序列的突变点,并采用土地利用转移矩阵分析土地利用变化及其对径流变化的影响。基于Budyko水热耦合平衡理论,计算降水、潜在蒸发和下垫面参数的弹性系数,定量分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。研究结果表明:蚌埠站径流序列在1990年发生突变,变化期多年平均径流深比基准期减少了20.9 mm,草地面积也在1990年出现大幅下降,占比更大的林地、水域面积对应的径流量表现为下降趋势。基准期和变化期降水、潜在蒸发、下垫面参数的弹性系数分别为2.11、-1.10、-1.10和2.36、-1.36、-1.07。在导致径流变化的各因素中,气候变化、下垫面变化、人类活动的贡献率分别为37.13%、-53.53%、-9.34%,其中下垫面变化是导致径流减少的主要原因。