基于统计降尺度模型的博斯腾湖流域未来气温和降水变化趋势分析

SDSM统计降尺度模型是解决空间尺度不匹配问题的有效工具,它使气候变化响应研究得以在区域尺度上展开。本文将SDSM模型应用于博斯腾湖流域分析它的适用性,并对流域未来气温和降雨的变化趋势进行了预测。以日平均气温、最高气温、最低气温和日平均降雨量为预报量,选取合适的NCEP大气环流因子为预报因子,建立预报量与预报因子间的回归关系。利用1961年-1990年、1991年-2001年的实测数据和NCEP大气变量分别对SDSM模型进行率定和验证,效果较好。把HadCM3输出的A2、B2情景下的大气环流变量作为模型输入变量,模拟流域未来3个时期(2020s、2050s和2090s)的气温和降水变化。结果显示,流域未来日平均气温、最高气温和最低气温都呈现明显上升趋势,升高幅度为:日最高气温日平均气温日最低气温,且A2情景下气温增幅略大于B2情景;冬季气温增幅最小,夏季增幅最大;与全国降水的增加趋势不同,博斯腾湖流域未来的年降水量呈现明显减少趋势。分析结果可为博斯腾湖流域开展气候变化的水文响应研究以及气候变化的适应性研究提供科学依据。     

统计降尺度法分析太湖流域未来气候变化情景

大气环流模型(GCMs)预测的气候变化情景,需通过降尺度处理得出区域尺度上未来气候变化的时空分布信息,才能满足气候变化对资源、环境和社会经济等影响进行评估的需要。本文简单介绍了目前降尺度模式的研究现状,重点分析了统计降尺度的优缺点及适用性,并应用太湖流域7个气象站点基准期(1961年～1990年)日最高气温和最低气温实测资料,对统计降尺度模型(SDSM)进行率定和验证,确定模型应用的预报因子变量,建立未来3个时期(2020s、2050s和2080s)的气温变化情景。结果表明,SDSM模型对于太湖流域日最高气温和最低气温的模拟效果较好,可以很好地模拟太湖流域未来的气温变化。与基准期相比,A2、B2情景下,太湖流域未来3个时期的日最高和最低气温变化情景都表现出明显的上升趋势,且随时间推移增幅明显增大;流域未来3个时期气温的季节变化较为明显,其中冬季增温最显著,秋季次之,春季和夏季变化相对较小。分析成果可为太湖流域未来气候变化情景的构建提供科学依据,以期为决策支持部门提供参考。     

基于统计降尺度的渭河流域未来日极端气温变化趋势分析

本文基于GCM输出和统计降尺度技术,在渭河流域应用统计降尺度模型SDSM(statistical Downscaling Model),选取日最高和最低气温作为预报量,分析了渭河流域未来最高气温与最低气温的变化趋势.利用NCEP再分析数据与站点实测数据选择合适的预报因子并建立大尺度环流因子和预报量之间的经验统计关系,其中数据序列分为1961年～1990年和1991年～2000年2个时段,分别用于模型率定和验证;然后,应用确立的统计关系将HadcM3输出的未来数据(包括A2、B2两种情景)降尺度到站点尺度,基准期选取1961年～1990年.研究结果表明:渭河流域未来日最高和最低气温总体呈增温趋势,其增温幅度在A2情景下比B2情景下高;两种情景下,日最高气温增温幅度较日最低气温略大;日最高和最低气温在2020s、2050s和2080s时期的空间变化趋势较为一致;日最高和最低气温的空间变化在A2和B2情景下大体呈现出由流域西北部向东南部逐渐变弱的趋势.     

SDSM模型在海河流域统计降尺度研究中的适用性分析

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。选取NCEP/NCAR再分析日资料(简称NCEP)和HadCM3在A2和B2情景下的大气变量日资料(简称H3A2和H3B2),并选取海河流域上11个站点1961年～2000年日平均温度、蒸发皿蒸发量以及降水的实测资料,采用SDSM(the Statistical Down-Scaling Model)方法,进行海河流域气候变化特征量的降尺度研究。研究表明：①使用SMLR (Stepwise Multi-Line Regression)方法,可以在广阔的空间范围内优选出具有一定物理机制的适用于不同预报量的预报因子;②SDSM方法对日平均温度、蒸发皿蒸发量以及降水都能较准确模拟,其观测与模拟值的确定性系数分别可达99%,92%和73%以上;③SDSM方法在模拟极端事件时存在一定系统偏差,而且模拟的峰值略滞后。     

气候变化下石羊河流域径流模拟与影响量化

石羊河流域是河西走廊水资源利用率最高、供需矛盾最突出的地区.本文选取石羊河中上游流域为对象,基于流域水文模型SWAT,研究1988年-2005年以及未来多种气候情景下出山口径流的变化特征,探讨气候变化对其中上游地区水文情势以及水资源的影响.研究表明:①采用SWAT模型对石羊河各条支流径流模拟已能够体现该流域中上游地区的降水径流特性,模拟精度满足未来气候变化对流域水文情势影响分析的要求;②通过调整历史降水和潜在蒸散发驱动SWAT模型对比分析未来A2和B2情景下2020s(2020年-2037年)、2050s(2050年-2067年)和2080s(2080年-2097年)三个时间段径流过程.未来A2和B2情景下石羊河流域降水和潜在蒸散发持续增加,但降水增幅略高.由此导致径流呈持续上升趋势,但增幅较小.A2与B2情景相比,A2情景下降水和潜在蒸散发的增幅均略高于B2情景.气候变化影响下未来石羊河流域径流量将略微增加,杂木寺断面增幅为1.37％～9.03％,而西营断面增幅为0.12％～5.04％.研究可为气候变化环境下的石羊河流域水资源综合管理规划提供技术支撑和依据.     

西藏高原冬虫夏草产区气候变化特征分析

了解西藏高原冬虫夏草产区气候变化对当地冬虫夏草资源可持续利用和生态环境保护十分重要。本文利用产区24个气象站1981—2015年的气温、降水、日照资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验等方法,对产区气温、降水和日照的变化时空特征进行了分析,并集合平均5种气候模式在RCP4.5、RCP8.5两种情景下对产区未来年平均气温和年降水量进行了模拟预估。结果表明:近35年产区年平均气温表现为明显的升高趋势,冬春季升温最为显著,其次为夏秋季;雨季平均气温升温率小于年平均气温升温率。年和雨季的平均最高气温、平均最低气温均呈显著升高趋势,绝大部分站点的年、雨季平均最低气温升温率和平均最高气温升温率均明显大于同期平均气温升温率。年降水量大部分站点为增加趋势,但地区差异性较大;年平均日照时数和雨季日照时数均表现为明显的减少趋势。预估表明产区21世纪未来不同时段气候均表现为气温升高,降水增多的暖湿化发展趋势。未来冬虫夏草适宜海拔下限直接抬升将导致适宜区范围缩小,气候变化将对冬虫夏草的产生和生长造成严重威胁。     

黄河源区径流变化模拟及未来趋势预估

黄河源区是黄河流域的重要组成部分,其径流变化影响着整个流域的水资源和生态系统安全。本文利用1976—2014年黄河源区径流、气象、数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）、土地利用、土壤以及第六次国际耦合模式比较计划CMIP6（6^th Coupled Model Inter-comparison Project）中8个模式的3个未来情景（SSP126、SSP245和SSP585）气象数据,基于SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型,对黄河源区主要水文站的径流进行了模拟、未来预估和变化分析。研究表明：①SWAT模型对黄河源区历史径流模拟的适用性较好,径流模拟的不确定性较小,模拟值较接近于实测值。②参数敏感性分析表明27个与水文有关的参数都对径流模拟有一定的影响。其中,土壤蒸发补偿因子、湿润条件II下SCS（Soil Conservation Sevice）径流曲线数、浅层地下水径流系数的敏感性较强,径流受陆面蒸散发、下垫面和降水影响较大。③降水是影响未来径流的主要因素。在SSP126和SSP245两种未来情景下,吉迈、玛曲和唐乃亥3个水文站在2021—2100年的两个时期（2021—2060年和2061—2100年）年均流量均呈增加趋势;而在SSP585情景下,2021—2060年呈增加趋势,2061—2100年则呈减少趋势。相对于1976—2014年,未来近期（2021—2060年）唐乃亥和玛曲站年均流量在SSP585情景下增加幅度最低,SSP126情景下增加幅度最高;吉迈站在SSP245情景下增加幅度最高,SSP126情景下增加幅度最低;未来远期（2061—2100年）3个水文站除了吉迈站是在SSP126情景下增加幅度最低外,其余均是在SSP585情景下增加幅度最低,SSP245情景下增加幅度最高。研究结果可为黄河流域水资源管理、防洪蓄水和生态环境保护等提供科学依据与理论支撑。     

基于HIMS的黑河上游山区径流模拟分析

基于HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）,构建了黑河上游山区的分布式水文模型,取得了较高的模拟与验证精度,并在不同的气候变化情景下模拟分析黑河上游山区莺落峡水文站径流,结果表明：①HIMS在黑河上游山区具有适应性,日过程模型率定期和验证期Nash-Suttcliffe效率系数均达0.80,月过程模型率定期和验证期均高达0.97;②莺落峡站年径流量与气温呈负相关关系,与降水量呈正相关关系,气温升高和降水量减少都会减少年径流量;③降水不变情景下,气温对不同月份径流量影响不同,气温降低2℃时会加剧径流年内分配不均的程度;而在气温不变的情景下,月径流量均随降水增加而增加,但径流量年内分配格局未受到降水变化的显著影响;④不同气候变化情景下年径流量差异明显,对年径流量最不利的气候变化情景是气温升高2℃,降水减少20%;最有利的情景是气温降低1℃,降水增加20%。     

1951年至2010年北京市降水和气温的变化特征

根据北京市1951年-2010年的降水和气温数据资料,综合运用滑动平均法、Mann-Kendall检验、Hurst指数法、GM（1,1）模型等方法,从不同时间尺度和层面上分析北京市降水和气温变化的规律以及未来的趋势特征。结果表明：北京市降水的72.5%集中在夏季,7月份的降水最多,12月份最少;极端降水指标中的1日最大降水量、极端强降水日数、极端强降水比率、最长连续无降水天数呈不同程度的递减趋势,零降水日数以2d/10a的速率递增;北京市历年的降水量以44.3mm/10a的速率递减,1994年为降水的突变年份,未来的降水整体上呈增加趋势,北京市下一次旱灾大致指向2028年-2029年左右;北京市历年的平均气温、平均最高气温和平均最低气温呈不同程度的增加趋势,平均最低气温的增加趋势最为显著,平均气温和平均最低气温的突变年份都是1989年,而平均最高气温的突变年份为1993年-1994年和1996年,三者未来整体上都呈增加趋势,而平均最低气温的增加趋势最为显著。     

中国东部冬季气温和降水的气候变化特征分析

利用中国东部1951年-2007年冬季气温、降水资料及NECP/NCAR再分析资料、NINO3-4区海温资料、欧亚纬向风指数和南方涛动指数,采用气候统计诊断方法,探讨了中国东部3个气候带(热带、副热带和温带)冬季气温和降水的变化特征及与大气环流和海温的关系。结果表明:过去57年间,中国东部热带、副热带和温带冬季平均气温、平均最高和最低气温均有不同程度的增加趋势,其中温带地区增温最为显著而热带地区增温幅度最小。3个气候带冬季降水量的变化趋势都不明显,但≥0.1mm降水日数呈下降趋势。副热带地区≥5.0mm降水日数显著增加,而热带和温带变化趋势不明显。3个气候带冬季平均气温、最高气温和最低气温与西伯利亚高压指数、东亚冬季风强度指数和欧亚纬向风指数显著相关,大气环流和海温与各气候带≥5.0mm降水日数的相关性好于与≥0.1mm降水日数的相关性。     

基于IPCC情景下新疆地区未来气候变化的预估

新疆地区地形复杂且地面观测站点分布稀疏,降低了以往基于中国地区的气候变化预估效果。在降尺度方法中,偏差校正方法相对于区域气候模式和统计降尺度方法,对于区域气候变化预估更加实用和经济。本文采用Delta方法对24个GCMs模型月数据降尺度至0.5°水平分辨率,分析A1B、A2和B1三个情景下新疆未来气候变化格局。结果表明到2099年三个情景下年平均气温分别为10.0℃、11.1℃和8.5℃,年降水量有显著的增加趋势。在中天山地区、伊犁河流域、天山南坡和塔里木河下游地区的带状区域增温幅度小于北疆准噶尔盆地、帕米尔高原和昆仑山北坡。对于年降水量,在南疆西部相对于参考时期呈现微弱的减少趋势,在昌吉地区、吐鲁番地区、哈密地区和昆仑山北坡-阿尔金山一带呈现显著性的增长趋势。     

黄河上游流域气候变化对径流的影响

黄河上游是我国重要的水源涵养区。然而,近年来黄河上游年平均气温呈逐年上升趋势,对流域水资源情势造成较大影响。本文基于SWAT模型,研究在未来不同气候情景下,流域径流在未来两个时期（2046年-2065年以及2081年-2100年）的时空分布规律。结果表明,在未来两个时期内,流域径流量呈减少趋势,且2081年-2100年时期的减少幅度较2046年-2065年时期大;流域多年平均径流量、年径流量序列的第10和90百分位值（R10和R90）的最大值与最小值分别出现在CSIRO-A2和INM-B1两种组合情景下;CSIRO模式下流域径流量最大,INM模式下最小,MRI模式居中;日径流量的第90百分位值（Q90）在所有组合情景下都表现出减小的趋势。在不同气候变化情景下,流域未来多年平均径流深的空间分布与基准期较为一致,即上游径流深较大,下游径流深较小;在不同情景下流域多年平均径流深要低于基准期。研究结果可以为黄河流域水资源管理和相关政策的制定提供科学依据。     

近50年来黄河源区流量对气候变化的响应及其未来变化趋势预测

利用1961年-2009年黄河上游唐乃亥水文站水文资料及同期该流域气象资料,研究黄河源区流量对气候变化的响应及预测模型,并根据气候模式输出数据,经降尺度处理生成的未来气候情景,对未来黄河源区流量进行了预估。结果表明：近49a间,源区气温呈波动上升态势;蒸发量显著增大,年均降水量没有出现明显的趋势性变化,但具有明显的年际和年代际振荡。源区流量的变化与降水量、气温及蒸发的变化相关关系显著,近49a年来,由于气温的持续上升导致径流蒸散发损耗超过降水量的补给,源区流量总体呈减少趋势。预测未来两个时期2020s、2050s,源区年平均流量分别为593.61m3/s和525.11m3/s,较气候标准期1961年-1990年分别减少14.9%和24.7%。     

Climate Change and its Impact on Water Resources in the Huai River Basin

Rainfall and air temperature data from six meteorological stations above the Bengbu Sluice and hydrological and water resources evaluation data from the Bengbu Hydrological Station in the Huai River Basin from 1961 to 2008 are used to analyze the impact of changes in climatic factors on the amount of water resources in the Basin. There was a general trend of rise in its average annual air temperature, with the highest increase of 0.289oC/10a recorded at Bengbu in Anhui Province. Rising rainfall was mainly observed in the western part of the study area, while rainfall actually declined in the eastern part, i.e. the middle reaches of the Huai River. The Average rainfall in the study area was in a vaguely declining trend. In other words, the rainfall in the Basin is still much affected by natural fluctuations. On the whole, there was a trend of gradual decrease in the quantity of the Basin’s water resources for the period under study. Water resources quantity is found to fall with decreasing rainfall and rising air temperature. Regression analysis is used to establish a mathematical model between water resources quantity and climatic factors (i.e. air temperature and rainfall) in order to explore the impact of climate change on water resources in the Basin. Moreover, various scenarios are set to quantitatively analyze the response of water resources to climate change. Sensitivity analysis shows that changes in rainfall have a much bigger impact on its water resources quantity than changes in its air temperature.     

全球变化下秦岭南北旱涝时空变化格局

依据1961年-2010年秦岭南北59个气象站逐月降水数据,采用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和经验正交函数分解法(Empirical Orthogonal Function,EOF)对秦岭南北旱涝时空变化特征进行了分析.结果显示:①秦岭南北近50 a气候总体呈暖干化趋势,降水变化经历了四个时期:正常期-湿润期-干旱期-过渡期;②关中、陕南两地的旱涝等级变化,无论从步调上还是趋势上都基本一致.关中旱涝等级年代波动幅度小于陕南,暖干化程度大于陕南;③EOF分析得出近50a秦岭南北降水主要空间分布类型为:受大尺度气候变暖影响,降水量以秦岭为界,关中地区由北向南纬向递增,陕南呈现西南-东北向带状分布的全区一致型,这是最主要的分布特征.此外受纬度因素、季风气候、小尺度地貌单元等综合因素的影响,有西北(渭北旱塬)-东南(大巴山地区)向的降水分布相反型,以汉中盆地为正值中心的东北-西南向降水分布相反型,以汉江谷地中段为负值中心的东西向降水分布相反型.