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。     

黄河源区植被净初级生产力时空变化特征及其对气候要素的响应

以2000-2010年MODIS NPP数据为基础,并结合该区同期气温和降水量数据,采用趋势分析和偏相关分析法研究了黄河源区植被NPP年累积量(aNPP)时空变化特征及影响因素.结果表明: 受水热条件和植被类型分布的地带性规律影响,黄河源区植被aNPP呈由东南向西北逐渐递减趋势.常绿针叶林aNPP最高,高寒草原aNPP最低.2000-2010年黄河源区植被aNPP呈显著增加趋势,线性增长率为3.64gC/(m²·a),其中高寒沼泽、常绿针叶林、高寒草甸和高寒草原aNPP的增长率分别为4.47gC/(m²·a)、4.08gC/(m²·a)、3.61ggC/(m²·a)和3.53gC/(m²·a).植被aNPP显著增加区域占研究区面积的46.67%,并主要分布在黄河源区中下游的河谷地带.植被aNPP显著减少区域仅占研究区面积的0.03%,在空间上呈零星分布.植被aNPP与6-9月平均气温和6-7月降水量呈显著正相关性.植被aNPP与温度呈极显著正相关和显著正相关的区域分别占研究区面积的58.53%和18.36%,并主要分布在黄河源区西部、中部和东南部.植被aNPP与降水量呈极显著正相关和显著正相关的区域分别占研究区面积的3.87%和11.27%,并主要分布在黄河区北部.气候的暖湿化是导致黄河源区植被aNPP增加的主要原因.     

黄河源区植被覆盖度对气温和降水的响应研究

本文基于1982-2006年NOAA/AVHRR NDVI和2000-2012年MODIS NDVI两种遥感植被数据以及同期站点的月平均气温和降水资料,通过对重叠观测时期的数据建立映射关系,对NOAA/AVHRR NDVI数据延长插补,分析黄河源区1982-2012年植被的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明,黄河源区植被覆盖度呈由东南向西北递减的分布格局;海拔在3 000m以下和4 500m以上地区植被覆盖度相对较差,3 000~4 500m地区植被覆盖度相对较好;植被覆盖度在时间变化上呈增加趋势,但在2000年出现突变点,2000年之后增加速率约为之前的2倍;植被覆盖在整体增加的背景下,也存在零星的退化现象,而在西部高海拔和北部较干旱的低植被覆盖度区域植被覆盖的增加仍存在着较大的年际波动,并不稳定;相对于降水,研究区的植被覆盖对气温变化的响应更为敏感,属于热量限制型生态区。     

长江上游降水变化及其对径流的影响

利用长江上游地区60个国家基本、基准站1960年-2009年的月降水量资料和干流区屏山、寸滩和宜昌3个水文控制站同期径流资料,分区域对长江上游地区的降水量、径流量变化趋势以及降水量和径流量的相关性进行了分析.主要结论如下:①年降水量呈上升和下降趋势的气象站点空间分布相对集中,分别分布在屏山站以上流域和屏山站以下流域;屏山站以下流域和整个长江上游地区年降水量近50年呈现下降趋势,屏山站以下流域秋季降水量的显著减少是长江上游年降水量减少的主要原因;②整个长江上游月降水量趋势从1月-7月以上升趋势为主逐渐转变到8月-12月以下降趋势为主,且月降水量变化趋势空间分布有从3月份至9份月由屏山站以下流域开始逐渐向长江源头过渡的趋势,到9月份整个长江上游基本呈减少趋势;③与降水量变化趋势基本一致,屏山站以下流域寸滩和宜昌站年径流下降趋势显著的主要原因是5月-11月径流的减少,且秋季下降显著,而屏山站春、夏、冬和年径流呈上升趋势,且春季和冬季上升趋势很显著;④整个上游地区面雨量与径流量具有很好的相关性,同期面雨量与径流量在月、季和年尺度上相关性都较显著.屏山以上流域隔月相关比同期相关性强.     

黄河源区未来气候变化的水文响应

借助大气环流模式（GCMs）进行区域气候影响评价往往受气候模式的分辨率限制,缺少对应尺度的气候情景,目前一般的做法是通过降尺度方法弥补GCMs气候情景的不足。本文集成GCMs输出数据、降尺度模型和分布式水文模型SWAT（Soil and Water Analysis Tool）建立了气候-陆面单向连接系统。将未来气候情景（日降水量、最高和最低气温情景）,输入到SWAT模型模拟径流,重点预测评估黄河源区未来不同时期的径流变化情况,并分析讨论气候变化情景下径流深的空间分布及响应。其结果表明,SWAT模型可以较好地模拟黄河源区的流量过程,未来气候变化对黄河源区径流量变化影响很大,而且不同的降尺度情景对模拟结果会产生不同的影响。统计降尺度（SDS）情景模拟表明,黄河源区未来径流量的减少趋势不可避免,未来3个时期（2020s、2050s和2080s）将分别减少88.61m³/s（24.15%）、116.64 m³/s（31.79%）和151.62m³/s（41.33%）,而Delta情景下研究区年平均流量变化相对较小,与基准期相比未来2020s和2050s分别减少63.69m³/s（17.36%）和1.73m³/s（0.47%）,而2080s将增加46.93m³/s（12.79%）。     

黄河源区气候水文和植被覆盖变化及面临问题的对策建议

黄河源区是黄河流域最重要的水源地和产流区,贡献了超过全流域37%的产流量,对流域中下游地区的水资源安全、粮食生产和生态环境有决定性的意义。明晰黄河源区近60年来的气候水文和近30年来的植被覆盖特别是草地退化的变化特征,不仅是深入理解黄河源区水文循环机理的前提,也是准确把握源区及中下游水资源状况和生态环境的关键,更是贯彻习近平总书记"黄河流域生态保护和高质量发展"要求的核心问题。从气候角度看,黄河源区自1951年以来经历了显著的暖湿化过程,20世纪90年代有所回落。但从2000年以来,气温和降水以更快的速度增大,进而引发了冰川积雪消融加剧、蒸散发增加和冻土层退缩等一系列后果。然而,由于各个过程中水分损耗的加剧以及人类活动的影响,这种增湿并不能转换为有效的水资源,黄河源区的观测和天然河川径流量均呈现出减少的趋势。而不断退化的草地则使得区域水分涵养能力不断降低,生态环境不断恶化。面对黄河源区严峻的水资源和生态环境挑战,除了继续深入研究黄河源区水文循环机理外,建议应做到:(1)将生态环境保护放在首位;(2)水资源的有序开发利用;(3)社会生产与自然环境的和谐共存;(4)从战略高度贯彻实施有序适...     

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。     

塔里木河流域径流变化特征及其对气候变化的响应

塔里木河是典型的干旱区内陆河，自身不产流，干流水量主要依靠源区河流的补给，本文以塔里木河流域的源流区(出山口以上区域)为研究对象，基于实测水文气象数据运用Mann-Kendall非参数检验、小波分析法和EOF分析法研究历史水文过程的特征与规律，以及区域气候的时空变化特征，分析气候变化对水循环和径流变化的影响。研究结果表明冰川积雪融水是径流的主要补给来源；EOF分析表明源流区内的气温、降水量和蒸发量呈现增加趋势；受冰川调节和区域气温升高的双重影响，年平均径流量多年保持稳定并在近年来有所增加，小波分析表明1990年后在大于15年的时间尺度上进入丰水期；多变量非参数检验表明径流随气温和蒸发量变化较为敏感，月径流量随着气温升高而呈现指数增加的变化趋势，1991年～2002年源区径流量比1956年～1990年增加了6.5%。由于塔里木河流域特殊的地理位置与流域结构，具有河川径流以冰川积雪融水补给比重大的特征，当气温升高1℃径流量相应增加10%～16%，随着气温升高和冰川消融量的增加，径流量也将进一步地增加。     

雅鲁河流域降水、径流与洪水特征分析

采用雅鲁河流域巴林水文站和碾子山水文站12a历时水文资料,对雅鲁河流域降水、洪水、径流等水文特征的变化规律进行了分析,结果表明,雅鲁河流域降水量年际变化大,最大年降水量为最小年降水量的2.2倍;流域年内分配极不均匀,其特点是汛期降水量大而集中,冬季降水稀少;流域的洪水具有峰高、量大、涨势迅猛的特点;雅鲁河流域为降雨补给型河流,流域径流量受降水量年内及年际变化的影响,径流具有年内集中、年际变化悬殊的特点。     

三江源地区融雪径流时间变化特征与趋势分析

融雪径流是三江源地区水资源重要的组成部分.随着全球气候变化的加剧,融雪径流时间在发生变化,对于该区年径流量及其季节分配将产生重要影响.本文通过计算流量质心时间(Timing of the Center of Mass for Flow)来表示融雪径流的开始时间,利用时间序列的趋势分析方法,发现在1957年～2000年间,三江源地区主要水文站的融雪径流时间都有提前的趋势,其中澜沧江源的香达站、黄河源唐乃亥站以及长江源的直门达站融雪径流时间的提前趋势在95%的置信水平上表现显著,从变化幅度来讲,香达站融雪径流时间提前最大,大约有10天左右,而沱沱河提前最少,约为4天左右.通过相关性分析,认为三江源地区融雪径流时闻与年径流量存在正相关关系,即融雪径流时间越晚年径流量越大,这种关系在直门达、吉迈以及唐乃亥站都表现显著.融雪径流时间的提前同时也会影响径流的季节分布,即会伴随着春季径流增加、夏秋季径流的减少,而与冬季径流的关系在各站不一.最后,对三江源地区融雪径流时间与大尺度气候信号的关系进行了探讨,分析了三江源地区融雪径流时间的可预测性.该研究的开展将会为三江源地区水资源的管理和预测提供科学借鉴.     

近50年东江流域降雨径流变化趋势研究

基于东江流域近50年降雨、径流数据集,采用Mann-Kendall趋势检验、线性回归等方法,对流域的降雨、径流变化趋势以及两者之间的耦合关系进行了统计分析.结果表明:①年尺度下,东江流域径流主要来源于降雨,而由于人为调控,径流量在年内分配趋于均匀化;②月尺度下,雨季径流对当季降雨响应更为明显,人类活动对径流影响则在旱季更为突出.随着时间推移,旱季径流逐渐由纯粹依赖降雨演变为更多由人工水库、闸坝等补给调控,即人类活动对东江径流的影响有增强趋势.     

长江黄河源区近45年气候变化特征分析

气候要素序列的变化主要包括趋势变化、随机变化和周期变化,因此本文采用M-K趋势分析、R/S分析及小波分析研究长江黄河源区近45年(1961年-2007年)气候变化特征。经M-K检验和R/S分析,表明近45年长江黄河源区气温显著升高,增幅明显高于青藏高原平均值,其对全球变暖的响应更为显著,降水变化不一致,总体呈现增加的趋势;气候变暖存在非对称变化现象,长江源区年平均最高气温和极端最高气温变化明显,而黄河源区正好相反,年平均最低气温和极端最低气温变化显著;各项气候要素变化长期相关性特征均表现为持续性,过去总体升温的趋势预示未来气温总体趋势仍将继续上升,降水变化趋势与过去一致;小波分析结果表明,长江黄河源区各个站点的年降水量和年均气温的变化周期及相位都具有很好的一致性,基本上都存27～28年、16～21年、7～11年、3～5年等时间尺度的周期。     

金沙江流域汛期径流量变化的气候特征分析

利用金沙江流域的直门达、石鼓、小得石以及屏山4个站的径流量,以及NCEP／NCAR再分析资料和我国地面观测站逐日降水资料,研究了金沙江流域汛期（7月-9月）径流量变化的气候特征,结果表明：汛期金沙江流域径流量的年际变化趋势并不显著;直门达站径流量以2～4a时间尺度为主要振荡周期;而石鼓、屏山以及小得石站径流量在1970年前后存在显著突变,这种突变主要体现为变率突变,1970年以前振荡周期以2～4a时间尺度为主,1970年以后振荡周期则转变为以8～16a时间尺度为主;当伊朗高原至青藏高原中西部地区上空的西风水汽输送加强（减弱）时,三江源地区的降水增加（减少）,有利于金沙江流域源头径流量增加（减少）;当沿青藏高原南侧边缘西风水汽输送以及中国东部至日本附近地区气旋性水汽输送环流西侧的东北水汽输送加强（减弱）时,金沙江上游及雅砻江中下游沿岸降水偏多（偏少）,导致金沙江中下游径流量增多（减少）。     

黄河源地区牧民对草地退化的感知——以达日县为例

位于青藏高原腹地的黄河源地区是典型的生态环境脆弱区,该区域草地退化被认为是自然因素和人类活动共同作用的结果,并且人类活动起主导作用。牧民作为牧区最主要的经济活动主体与最基本的决策单位,对草地退化的感知和应对措施对草地资源的可持续发展和牧区可持续发展具有重要意义。本文采用参与式农村评估法对黄河源地区达日县143户牧户进行调查,分析牧户对气候变化和草地退化的感知、响应、应对措施,以及牧户草场建设的参与性等。结果表明:牧民对气候变化感知敏锐,特别是极端天气变化感知强烈;牧户对草地退化意识较强,但对草地退化原因理解不够全面,需要政府的大力宣传及引导;牧民对草地退化治理措施感知各异,多从自身需求考虑,因此偏向于对自己有利的措施,如草场建设、补饲等措施增强了牲畜抵抗风险的能力,得到牧户认可;牧民对政府政策不完全认可,今后的工作应加强以牧民利益为主的措施,拓展牧民生计方式,才能真正调动牧民积极性,使当地的退化草地得以恢复,经济得到发展,从而走上可持续发展道路。     

黄河上中游降水正态性与稳定性分析

基于1961-2011年黄河上中游45站年、月降水量资料,利用偏态(峰度)系数、变差系数、皮尔逊Ⅲ型分布等统计方法,对该区降水量进行正态性和稳定性分析,并拟合不同保证率下的年降水量及百年重现期.结果表明:年降水量有33.3％的台站未通过正态性检验.月降水量冬季各月几乎所有台站均不服从正态分布,夏季各月降水量正态性略好,但未通过正态性检验站数也在60％以上.对降水量进行非线性变换后的正态化效率达95.4％,其中1月、2月、3月平方根法优于立方根法,11月、12月反之,其余月份基本相同.降水稳定性冬季最差,春季次之,夏、秋季最好,从区域看,青海高原东部降水稳定性最好,河套北部最差.P=50％和P=80％保证率下的降水量自东南向西北递减,前者接近平均值,后者远低于平均值.有21个台站年降水量历史极大值突破了百年一遇,与年降水量未通过正态性检验的台站基本对应,主要集中在陇中-陇东-宁夏南部地区,该区域属于气候变化的敏感区和极端降水事件的多发区.     

长江上游川江段气温、降水及径流变化趋势分析

本文运用Mann-Kendall统计检验、线性倾向估计和小波分析等方法对长江上游川江段气象水文要素的长期变化趋势及周期性进行了分析。研究表明：①川江段气温、径流呈不同程度的减少趋势,而降水则呈小幅度增加趋势,年变化率分别为气温-0.0017℃、降水0.3023mm、宜昌径流-6.6668m³/s、寸滩径流-9.5840m³/s,其中寸滩径流量减少趋势十分显著,通过了5%显著水平的信度检验;②川江段气温、降水、径流序列具有不同的周期成分,如年平均气温具有4年、8年和23年主周期,年降水具有3年、6年和16年主周期,寸滩站径流具有3年、8年和16年主周期,宜昌站径流具有3年、16年和45年主周期,且在时域分布上也是不均匀的;③另一方面,在气温略有降低、降水略有增加的气候组合下,川江段径流却呈现减小的变化趋势,同时川江段寸滩站和宜昌站的年径流量从20世纪90年代后期至今在变化特征上也表现出相反的趋势,这是因为人类活动所致还是气候变化影响所致,还有待深入研究。     

1960年至2012年黄河流域极端降水时空变化

利用黄河流域1960-2012年76个气象台站53a的逐日降水资料,应用趋势分析法、小波分析法、Mann-Kendall 突变分析法、反距离加权法,研究极端降水时空变化。结果表明：①时间上,极端降水量、降水频数、降水强度倾向率分别为-0.64mm/10a、-0.0079d/10a和-0.078mm·d^-1/10a,仅有极端降水比率表现为增长趋势,倾向率为0.49%/10a。极端降水量、降水频数、降水比率的突变时间不明显,而极端降水强度在1967年存在明显突变。极端降水指数均存在有28a和17a两个主振荡周期。上、中和下游极端降水量趋势变化发生转折的时间分别为1982年、2000年和1974年,UF与UB曲线均存在有多个交点,但都不是突变时间点;②空间上,黄河流域极端降水量由西北至东南呈阶梯式增多趋势,极端降水频数由流域北部向南部逐渐增大,极端降水强度和降水比率呈由西向东逐渐递增的规律。53a来,黄河流域极端降水量在流域西部、北部和西安周边地区呈不断增加趋势,极端降水频数在流域西部和北部地区具有增加态势,极端降水强度增加的区域主要分布在西宁和兰州周边以及银川—西安一带,极端降水比率整体呈增加趋势。