澜沧江和怒江流域的气候变化及其对径流的影响

采用VIP(Vegetation Interface Processes)模型和HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,模拟分析了1957—2012年澜沧江和怒江流域(简称两江流域)水资源量的演变。根据CMIP5 RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景预测,模拟了2030年代和2050年代流域水资源的变化。研究发现,过去50年间,两江流域的气温都呈升高趋势,但海拔较高的上游地区升幅大于下游。年总降水量的变化趋势不明显,但春季降水增加趋势明显。两江流域年总水资源量为650亿~850亿m^3,水资源总量长期变化趋势不明显,其中澜沧江的波动性(1.884,最大与最小之比)大于怒江。空间上水资源量呈现北低-南高的格局。在未来,两江流域气温仍呈增加趋势,降水呈增加趋势,径流呈增加趋势,空间变异性趋小,但较强的季节性变化对水资源安全仍具有较大的挑战性。

青藏高原草地地上生物量的ANNs模拟分析

草地地上生物量(Aboveground biomass,AGB)的估算有助于理论载畜量的确定。基于人工神经网络(Artificial neural networks,ANNs),利用遥感植被指数和气候变量与AGB观测值构建函数关系,进行了青藏高原草地AGB的模拟,并基于岭回归分析了每个气候因子对AGB变化的影响强弱。结果表明,在训练期(测试期),ANNs的模拟值与实测值之间的R^(2)为0.92(0.88),RMSE为18.48(23.62)g·m^(-2)。草地类型从草丛到草甸再到草原,AGB依次减少。AGB随海拔的升高先增加后减少。海拔3400~3800 m的区域AGB最高。ANNs与5个机理模型对比,发现ANNs模拟值偏低和偏高的面积分别占总面积的1%和10%,主要原因是训练资料的均值与相应地区中机理模型模拟值的偏差所致。影响因子按重要性从高到低的排序分别为大气CO_(2)浓度、饱和水汽压差、前一年降雨量、平均风速和平均气温。

基于VIP模型评估不同全局敏感性分析方法有效性及效率

参数敏感性分析可提高复杂过程模型参数优化及模型应用效率。为评估不同全局敏感性分析方法在筛选农田生态系统模型敏感参数时的有效性及其效率,该研究以VIP(Vegetation Interface Processes)模型模拟华北平原土壤硝态氮为例,对比分析PSUADE(Problem Solving Environment for Uncertainty Analysis and Design Exploration)提供的8种敏感性分析方法在筛选华北平原农田土壤硝态氮敏感参数时的有效性及其效率。结果表明:在验证敏感性分析方法有效性时,Spearman秩相关系数(Spearman’s correlation coefficient,SPEA)法和Gaussian Process(GP)法与其他方法的敏感参数筛选的结果差异较大;多元自适应回归样条(Multivariate Adaptive Regression Splines,MARS)、Delta Test(DT)、Sum of Trees(SOT)法、McKay法、Morris法和Sobol’法能有效筛选出敏感参数。在分析敏感性方法效率时发现,正交阵列(Orthogonal Array,OA)和基于拉丁超立方的正交阵列(Orthogonal Array-Based Latin Hypercubes,OALH)抽样方式最适于多元自适应回归样条法(Multivariate Adaptive Regression Splines,MARS),所需样本量为361。蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)抽样方式最适合DT和SOT敏感性分析方法,所需最小样本量分别为425和510;与其他抽样方式相比,OALH抽样更适合McKay敏感性分析方法,需要样本量最少;Morris法和Sobol’法所需最小样本量分别为340和810。对于复杂过程模型,可先选用定性敏感性分析方法以较低的计算成本选择敏感的参数,再进行模型参数优化和不确定性分析。

GCM预测情景下中国21世纪干旱演变趋势分析

未来气候变化情景下,我国干旱事件发生的趋势具有诸多不确定性。基于国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中6个GCM模式的未来气候变化情景数据,采用帕尔默干旱指数(Palmer Drought Severity Index,PDSI),评估了21世纪RCP(Representative Concentration Pathway)4.5和RCP 8.5情景下我国干旱事件发生的时空变化特征。结果表明:21世纪中后期,由于气候显著变暖而降水变化不稳定,我国将面临广泛的干旱化趋势,其中干旱频次、持续时间和强度都呈显著上升趋势。相对于基准期,干旱事件的空间格局也将发生变化,其中北方地区干旱事件历时和频次明显增加,而南方严重干旱事件的强度加剧。尽管未来气候变化情景下降水小幅增加,但仍不能扭转因增温所导致的区域干旱化趋势。因此,在制订和实施应对气候变化的旱灾预防、减缓及适应性方案和措施时,需要考虑气温和降水变化时空不匹配等因素的影响,从水热两方面调控干旱的不利影响。