基于SDSM模型的博斯腾湖流域水资源变化模拟

全球气候变暖对陆地水循环会产生重大影响,统计降尺度方法是解决大尺度气候信息和小尺度水文响应的空间尺度不匹配问题的有效方法之一。文章采用SPEI指数与SDSM(Statistical Down-Scaling Model)方法,进行流域气候变化特征量的降尺度研究。结果表明:近50 a来,塔里木河流域SPEI指数呈显著上升趋势并在1986年发生突变;博斯腾湖水位变化与流域SPEI指数变化具有一致性,湖水位在1955—1986年以下降为主,1987—2002年以上升为主;SDSM模型的气温模拟能力较好,对日降水的模拟值偏小,未来日均、日最高气温在A2、B2两种情景下均呈上升趋势,日最低气温在B2情景下呈下降趋势;2种情景下的年降水量在2020年和2030年均呈下降趋势;在A2情景下,开都河出山口日径流量呈下降趋势;在B2情景下,日径流量在2010年时段呈增加趋势,在2020年和2030年呈持续下降趋势。

基于SDSM-SWAT模型的汉江上游径流变化模拟

为分析汉江上游流域径流对气候变化的水文响应过程,耦合了SWAT水文模型和SDSM降尺度模型,选用石泉和黄家港水文站1990～2005年历史月径流资料,对水文模型进行率定和验证,并将2011～2100年CanESM2模式下低等排放情景(RCP2.6)和高等排放情景(RCP8.5)两种情景输出因子降尺度到汉江上游流域各站点,生成未来气候情景数据,模拟流域未来气候变化下的径流响应过程。结果表明,SWAT模型在该流域径流模拟中具有很好的适用性;未来流域径流会呈现增加态势,RCP8.5情景较RCP2.6情景变化剧烈,且未来各月径流相对基准期变化更加剧烈,这为流域水资源管理与保护提供了参考与支持。

基于CMIP6的气候变化下资水流域径流响应研究

[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。

基于HEC-HMS模型的兰江流域径流预测

[目的]分析兰江流域径流对气候变化的水文过程响应,为区域水资源可持续发展和防洪抗旱提供科学基础。[方法]利用2015—2018年日降雨径流过程和6场暴雨洪水过程率定并验证HEC-HMS水文模型在该流域的适用性;基于SDSM统计降尺度模型,对2030—2100年CanESM2模式下RCP2.6,RCP4.5和RCP8.53种情景的气候数据进行降尺度,生成兰江流域6个气象站点未来日降水序列以预测未来气候变化下的径流响应。[结果] HEC-HMS模型对场次洪水和逐日径流模拟的相关系数平均值达到0.89,0.77,平均效率系数达到0.86,0.76;RCP2.6情景下研究区面降水量较于基准期(2015—2018年)减小0.82%,在RCP4.5,RCP8.5情景下分别增大6.18%,18.17%;RCP2.6,RCP4.5,RCP8.53种情景下多年平均径流相较于基准期分别增幅为17.00%,26.22%,41.93%。[结论] HEC-HMS模型在兰江流域有较好的适用性;未来兰江流域径流呈显著上升趋势,增幅程度随辐射强迫度的增加同步增大。当辐射强迫度升高至8.5 W/m^(2)时,流域径流量平均每10 a上升49.49 m^(3)/s。预计21世纪末多年平均径流量达到1 101 m^(3)/s,年径流变化起伏剧烈,汛期径流占全年比例较高,旱涝事件趋于频繁,对人民福祉威胁较大。

三江平原ET_(0)时空特征及其未来情景下预测研究

参考作物蒸发量(Reference crop evapotranspiration,ET_(0))的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大意义,可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961—2010年逐日气象资料,采用Penman-Monteith(P-M)公式计算ET_(0),对历史期(1961—2010年)ET_(0)及相关气象要素的时空特征进行分析;依据美国国家环境预报中心再分析数据以及大气环流模型(GCM)中加拿大CanESM2模式的预报因子日序列的输出数据,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的ET_(0)进行预测。结果表明:历史期ET_(0)呈上升趋势,多年年平均气温与ET_(0)趋势相同,而年平均风速、相对湿度和净辐射整体呈下降趋势,空间分布上多年年平均ET_(0)总体表现为中部高于周边、西部高于东部的趋势;模拟精度检验方面,基于CanESM2模式下historical情景模拟的ET_(0)模拟值与P-M公式的ET_(0)计算值进行检验,两者对应率定期+验证期(1961—2005年)的纳什效率系数(NSE)为0.46~0.61,决定系数R2为0.53~0.61,说明SDSM模拟效果较好。未来2011—2100年年内ET_(0)变化中,两种情景下2011—2040年、2041—2070年、2071—2100年3个未来时段月平均日值的变化趋势与历史期基本一致,均似开口向下的抛物线状,且表现为不同程度的上升趋势;未来2011—2100年年际ET_(0)变化中,未来ET_(0)较历史期为上升趋势,RCP4.5情景下3个未来时段较历史期分别增加11.11%、18.70%、20.24%,其中2011—2040年时段多年ET_(0)为较明显上升趋势,2041—2070年、2071—2100年时段总体为较缓下降趋势;RCP8.5情景下3个时段较历史期分别增加13.01%、24.05%、34.46%,3个时段内多年ET_(0)均为上升趋势。研究区未来ET_(0)的升高可能导致水资源短缺问题进一步加剧,研究结果可为研究区水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。

气候变化下汉江流域虚拟水贸易分析

探讨气候变化下未来虚拟水贸易,为流域水资源合理配置研究提供了一种新的思路。本文在计算历史基准年2010s汉江流域主要作物虚拟水含量及贸易量的基础上,应用BCC-CSM1.1气候模式和SDSM模型,分析预测三种代表性浓度路径(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景)下未来水平年2030s汉江流域内三大省份(湖北、陕西和河南省)7种主要农作物的虚拟水含量以及贸易量结果。结果表明:在三种气候变化情景下,2030s汉江流域主要农作物虚拟水含量基本上较2010s均减小;气候变化对农产品耗水结构影响较小;气候变化对虚拟水净流入量为正反馈作用,增强了经济增长对虚拟水净流入量的增多作用。在未来虚拟水贸易量分析中,不能仅考虑经济增长所带来的影响,必须同时考虑气候变化的影响。

顾及土地利用类型的大坡岭流域水文响应模拟研究

鉴于开展变化环境下流域的水文响应研究是实现流域良好管理的前提,以淮河源头大坡岭流域为例,通过构建SWAT模型,模拟并分析了流域不同土地利用类型的土壤水分值和地下水补给量,研究了在多种极端土地利用情景下流域径流的变化情况,并使用经过统计降尺度后的未来气象数据,结合未来土地利用预测数据,预估径流的变化情况。结果表明,SWAT模型适合在大坡岭流域进行径流模拟;大坡岭流域耕地的土壤水分值最高,林地最低;林地的地下水补给量最多,耕地最少;耕地对流域径流增加的贡献最多,林地最少;未来气候情景下,2021~2040年大坡岭流域径流量将会增加,2024年增加明显,应加强汛期防汛工作。

未来气候情景下兰江流域径流响应模拟

通过耦合SWAT水文模型和SDSM统计降尺度模型,研究全球气候变暖背景下兰江流域未来气候及其径流响应。选用2008~2019年兰溪水文站径流资料建立月尺度SWAT模型,将2030~2100年CanESM2模式RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景数据降尺度到兰江流域各气象站点,生成未来气候数据并输入到已校准的SWAT模型,模拟未来气候变化下的径流响应。结果表明,未来兰江流域径流呈上升趋势,RCP8.5情景增幅最大,RCP2.6情景次之,RCP4.5情景涨幅最小。各时段年径流量呈不同变化趋势,RCP2.6情景下为增至峰顶后稳定,RCP4.5情景下为增至峰顶后减少,RCP8.5情景下为持续上升态势。

运城市过去50a和未来气候变化趋势研究

基于运城市1961—2010年的年平均气温和降水量实测数据,运用Mann-Kendall趋势检验和线性回归法对其进行了分析,并结合SDSM模型分析了未来两种气候情景下年平均气温和降水量的变化趋势。结果表明:1运城市50 a来年平均气温呈显著上升趋势,且1990年之后的年平均气温明显高于1990年前的,降水量呈下降趋势,但1991—2010年变化趋势较为平缓;2未来两种气候情景下,年平均气温和降水量基本呈上升(增加)趋势,且累计增长率也呈逐渐增大趋势,与B2情景相比,A2情景下年平均气温的增幅更大。

气候变化条件下雅砻江流域未来径流变化趋势研究

雅砻江为我国重要的水电基地,未来气候变化条件下流域径流变化将直接影响雅砻江梯级水库群运行安全和发电调度,因此研究气候变化对雅砻江流域径流的影响十分必要。首先建立了流域月尺度的SWAT模型,然后使用统计降尺度模型(SDSM)模拟未来2006—2100年流域内各站点的气象数据,最后使用流域SWAT模型对未来2006—2100年月径流进行模拟。结果表明,未来雅砻江流域径流呈上升趋势,且增幅随着辐射强迫的增加同步增大,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5这3种典型浓度路径下年平均径流增幅分别为8.9%、12.5%、16.7%,且2020S(2006—2035年)、2050S(2036—2065年)、2080S(2066—2100年)这3个时期年径流量呈现不同的变化趋势,其中RCP2.6浓度路径下为先逐步增加达到峰值后略有减少,RCP4.5浓度路径下为先逐步增加达到峰值后趋于稳定,RCP8.5浓度路径下为持续增加。流域径流年内分配方面,3种典型浓度路径下汛期径流占全年比例在2020S、2050S、2080S这3个时期均为先降后升趋势,整个预测期总体为降低趋势,RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5这3种浓度路径下整个预测期的均值分别由基准期的75.9%降低为72.9%、72.0%、71.2%。径流增加会对流域洪水特性产生较大影响,为此应该修正流域设计洪水计算结果和调整防洪调度方案,以降低雅砻江流域梯级水库群因气候变化而产生的运行风险,并提高发电调度效率。

我国东部河流水文水质对气候变化响应的研究

基于A2和B2气候变化情景,采用统计降尺度模型SDSM,将由3个国际上流行的大气环流模式GCMs(Had CM3、CSIRO-Mk2和CGCM2)模拟的未来我国东部长乐江流域的气温和降水,与水土评价模型SWAT相耦合,分析了该流域水文水质对气候变化的响应,并比较了3个大气环流模式模拟结果的异同.结果表明,所有气候情景下,TN浓度有明显的升高趋势;TP浓度有增有减,总体上仍呈微弱增加趋势.河川径流呈微弱减少趋势,而营养物负荷量呈微弱增加趋势,说明该流域水文水质状况受气温升高的影响大于降水微弱增加的影响.另外,在不同的气候变化情景下,年内径流和营养物负荷变化情况存在较大差异.研究结果可为理解河流水环境对气候变化的响应及其应对管理提供理论依据.