气候变化对藏北地区草地生产力的影响模拟

利用政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)的A2和B2方案,通过区域气候模式系统PRECIS与草地生态模型SPUR相联接,模拟评估未来2071—2100年藏北地区草地生产力的变化。结果表明:2种温室气体排放情景下,温度升高、太阳总辐射降低和降水量增加的区域,各类型草地地上生物量基本呈增加的趋势;降水量减少的区域,高嵩草型草地地上生物量呈减少的趋势;藏北地区的草地生产力不大可能从CO2富集上得到多大好处。     

鄱阳湖流域极端降水时空分布和非平稳性特征

全球变暖背景下的极端天气气候事件显著增加。本研究基于PreWhitening Mann-Kendall(PWMK)、极点对称模态分解法和广义可加模型,利用鄱阳湖流域1959—2019年16个国家级气象站点的逐日降水数据,从极端降水的强度、频率和持续性3个维度系统检测和分析流域极端降水的时空分布和非平稳性特征。结果表明: 研究期间,鄱阳湖流域极端降水强度和频率呈显著增加趋势,持续性呈下降趋势,极端降水整体表现出强度大、频率高、持续时间短的特点;极端降水存在明显的汛期和非汛期时间分异规律,汛期极端降水集中在流域北部和中部,而非汛期多集中于中部,子流域中信江流域降水量增加趋势最显著,达到2.10 mm·a^-1;汛期极端降水的持续时间越长,强度和范围越小,非汛期极端降水则相反;鄱阳湖流域的极端降水强度和频率以平稳性特征为主,持续性表现出非平稳性特征。随着鄱阳湖流域极端降水量的不断增加,其可能引发的灾害风险将进一步增大。     

北京市妫水河流域人类活动的水文响应

选取1986-1987年、2005-2006年为两个研究时段,解译1987年和2005年两幅土地利用图,分析土地利用和气候变化情况.利用土壤水评价模型(Soil Water Assessment Tool,SWAT)量化近20年来人类活动对妫水河流域产生的直接与间接影响.结果显示:人类活动的间接影响使径流量增加,汛期(6-8月)增加显著,增幅达34.67％.另外,涨水与退水过程明显加快,径流分配趋于不均匀.人类活动的直接影响使径流量大幅度降低,平均径流系数下降了87％以上.涨水和退水过程基本消失,径流量分配趋于均匀.因此,在妫水河流域,人类活动的间接影响使流域涵养水源能力下降,易发生洪涝和干旱.人类活动的直接影响增加了降水的利用率,减少了洪涝和干旱.     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河上游土地利用和气候变化对径流的影响

选用SWAT分布式水文模型,定量分析了乌鲁木齐河流域土地利用与气候变化对径流的影响,采用情景分析方法设置3类情景,对变化环境下的流域径流进行了预测。以R~2、NSE和PBIAS等3个参数评价了模拟的拟合度,不确定性。结果表明:1)在模型校准期和验证期R~2分别为0.89和0.75,NSE分别为0.84和0.74,PBIAS在18%—23%范围内,说明SWAT模型在乌鲁木齐河上游径流模拟中具有较好的适用性;2)综合型情景模拟分析得出,研究区气候变化对径流的影响强度大于土地利用变化的影响强度。土地利用和气候共同引起流域年均径流量减少1.41 m~3/s,土地利用变化引起年均径流量减少0.04 m~3/s,气候变化引起年均径流量减少1.37 m~3/s;3)极端土地利用情景模拟分析得出,草地情景的年均径流增加0.1 m~3/s,林地情景的年均径流量减少0.58 m~3/s;4)气候变化情景模拟分析得出,流域径流量与降水变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。降水量增加10%和20%时,年均径流量增加3.05 m~3/s和4.02 m~3/s。当降水量减少10%和20%时,年均径流量减少0.93 m~3/s和2.25 m~3/s。气温升高1℃和2℃时,年均径流量减少2.71 m~3/s和3.02 m~3/s。在气候变化环境下,需要重视降水和气温的预测,应通过优化土地结构来减缓气候变化的水文效应。     

嫩江流域湿地生态需水量分析与预估

探讨了嫩江流域湿地生态需水量的计算方法,并对流域内不同降水频率下湿地生态需水量进行了计算。在此基础上,选择CMIP全球气候模式下RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5等3种排放情景,预测2030年、2050年和2100年嫩江流域湿地生态需水量的变化趋势。研究结果表明:不同降水频率下的流域湿地生态需水量分别为丰水年70.284亿m3,平水年118.696亿m3,枯水年169.343亿m3,反映了其与气候条件的相关性。3种排放情景下湿地生态需水量变化受到最高、最低气温和降水量变化的共同影响,其中RCP2.6情景下需水量呈先增加后减少的趋势;RCP4.5和RCP8.5情景下需水量整体呈增加趋势,到2100年分别达到147.337亿m3和132.659亿m3。气候变化条件下,如何协调水资源需求间的矛盾,维持湿地生态系统健康稳定,将是未来研究关注的重点。     

基于CENTURY模型的荒漠草原ANPP对气候变化响应的模拟

荒漠草原是内蒙古草原主要类型之一,生态系统脆弱,对气候变化响应敏感。利用四子王旗生态气象观测试验站50年的气候数据、近5年的土壤调查资料和7年草地样方资料对CENTURY模型适用性进行检验;分析了过去50年地上净初级生产力(ANPP)与26个气象因子之间的相互关系;最后基于区域气候模式系统PRECIS输出的2021—2050年SRES B2、A2和A1B气候排放情景数据,分析未来50年研究区ANPP的可能变化趋势。结果表明:CENTURY模型能够成功模拟这类荒漠草原的季节动态和年际变化;生长季内逐月地上生物量模拟值与观测值之间具有较好的相关性(R2=0.66,P0.01);在过去50年中,四子王旗荒漠草原温度增加,降水略增,ANPP增加;模拟的ANPP随气温和降水的变化呈现出明显的变化规律;相关分析表明,ANPP与降水量呈显著正相关,与年极端最高气温和年蒸发量呈显著负相关,与其余气象因子相关性不显著;在SRES B2、A2和A1B情景下,未来四子王旗荒漠草原平均最高气温、最低气温和降水量均呈现增加趋势,ANPP年际间波动较大,但总体增加趋势明显,分别较基准时段增加了2.55%、4.19%和9.44%;3种情景下,未来四子王旗气候变化均对ANPP产生正面影响。本研究实现了CENTURY模型在内蒙古荒漠草原上的应用,弥补了由于西部荒漠草原区缺乏连续长期野外试验数据及生态系统异质性而导致无法对草地生产力进行准确动态评估的不足。     

区域气候模式(PRECIS)对黄土高原降水模拟能力的评估

黄土高原水资源短缺,严重制约其社会经济发展;全球变暖背景下,需要对该区水资源状况进行详细的影响评估。区域气候模式可提供气候变化情景下的数据,但模式的模拟精度直接影响评估结果。为此利用ERA40再分析数据作为边界条件驱动PRECIS,从降水频率、降水量和极端事件3个方面,评估了PRECIS对黄土高原1960—2000年降水的模拟能力。结果表明,PRECIS能够模拟出各要素东南-西北方向变化的空间分布特征,还可模拟出整体的时间变化趋势,其中对非汛期的模拟较好,而汛期降水日数和降水量等被严重高估;并且涉及干旱的指标普遍偏低;还发现对于极端降水事件模式对强度指标的模拟能力优于频率指标。因此,还需要进一步探讨订正方法,才能更好的应用于气候变化水文效应评估。     

LUCC及气候变化对澜沧江流域径流的影响

运用SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了澜沧江流域土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)和气候变化对径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果表明:SWAT模型在澜沧江流域径流模拟中具有很好的适用性,率定期和验证期的模型参数R~2分别达到0.80、0.74,Ens分别达到0.80、0.73;从土地利用变化方面考虑,流域内的农业用地转化为林地或草地,均会导致径流量的减少,而林地转化为草地则会引起径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地草地林地,从气候变化方面考虑,流域内的径流量与降雨量成正比,与气温成反比;2006—2015年间澜沧江流域气候变化引起的月均径流减少幅度强于LUCC引起的月均径流增加幅度,径流变化由气候变化主导;在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,2021—2050年间澜沧江流域的径流均呈增加趋势,这与1971—2015年间流域实测径流的变化趋势相反。     

基于SWAT模型的流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响

选用国内外广泛应用的SWAT分布式水文模型,定量分析流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响,采用情景模拟分析方法设置3类情景进行定量分析.对上中下游的温泉、太平场和南岗3个水文站依次校正与验证得出：除温泉站在验证期的3个系数刚达标之外,其他的相对误差＜15%、相关系数＞0.8、Nash Sutcliffe效率系数＞0.75,说明SWAT模型在流溪河流域的径流量模拟中具有较高的适用性.综合型情景模拟分析得出：以1991-2000年为基准期,2001-2010年土地利用与气候变化综合引起年均径流量增加11.23 m³·s^-1,土地利用变化引起年均径流量减少0.62 m³·s^-1,气候变化引起年均径流量增加11.85 m³·s^-1,气候变化的影响强度强于土地利用变化的影响强度.极端土地利用情景模拟分析得出：与2000年土地利用现状模拟径流量相比,耕地情景和草地情景的径流量分别增加2.7%和0.5%,林地情景的径流量减少0.7%,证明林地有一定的截流能力.气候变化情景模拟分析得出：流域径流量变化与降水变化呈正相关关系（降水每升高10%,径流平均增加11.6%）,与气温变化呈负相关关系（气温每升高1 ℃,径流平均降低0.8%）,降水变化的影响强度强于气温变化的影响强度.在气候变化环境下,需要重视对强降雨的预测和灾害预防,可通过优化土地利用结构与空间布局来减缓气候变化带来的水文负效应,如洪涝灾害.     

应用SWAT模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响

为定量分析潮河流域土地利用和气候变化对流域径流变化的影响,应用SWAT模型对流域上游至下游的大阁、戴营和下会3个水文站径流进行模拟,采用情景法分析径流对土地利用和气候变化的响应。在模型校准期和验证期采用两个参数:p因子和r因子来评价模拟的拟合度及不确定性。结果表明,3个水文站在校准期和验证期的p因子值分别为:0.70和0.77,0.87和0.82,0.92和0.78,r因子值分别为0.63和0.90,0.97和0.79,0.88和0.92,评价整个流域模拟有效性的模型目标函数g最佳值为0.66,说明该模型对潮河流域的产水量模拟具有很好的适用性。以1981—1990年为基准期,1991—2000年流域土地利用变化造成年径流量减少了4.10 mm,而气候变化导致年径流增加了29.68 mm;2001—2009年土地利用变化造成年径流量减少2.98mm,气候变化造成年径流量减少了14.30 mm。与1999年土地利用条件模拟径流值相比,几种极端情景法模拟分析结果表明:灌木林地情景下年径流增加了158.2%,草地情景下年径流增加了4.1%,林地和耕地情景下年径流分别减少23.7%和41.7%;不同气候变异情景模拟结果显示,径流对降水的变化敏感性高于对温度变化的敏感性,降水每增加10%,径流平均增加23.9%。温度每增加12%,径流平均减少6%。因此,在气候变化背景下,优化土地利用结构与方式是实现流域水资源科学管理的途径之一。     

水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量

受气候变化和人类活动综合影响,鄱阳湖流域水文状况发生变异。河流生态系统适应了变异前的水文状况,变异后势必会影响当地生态系统。基于此,采用8种变异检测方法对水文变异进行综合诊断,阐明水文变异原因。在此基础上,采用15种概率分布函数分别拟合5站各月变异前日流量序列,最终确定5站点各月最优分布函数及所对应的概率密度最大处的流量,即得河道内生态流量。研究表明:(1)抚河于1962年发生弱变异,赣江、修河于1968年发生中变异,信江、饶河于1991年发生弱变异;(2)变异后,赣江、信江、饶河、修河生态需水满足率平均上升11%,抚河生态需水满足率下降32%;(3)水文变异增加提高生态需水满足率,水利工程建设降低年均生态需水满足率、提高干季生态需水满足率。高森林覆盖率提高干季生态需水满足率,对年均生态需水满足率影响不明显。研究结果为鄱阳湖流域水资源管理及区域水资源规划与配置提供重要科学依据。     

基于SWAT模型的汾河流域生态补水研究

随着人类对于河流的开发利用日益增强,显著改变了河流的天然径流过程,生态供水不足成为流域生态系统健康的重要制约因素。以山西省汾河流域为研究区,基于天然和实测径流数据,利用SWAT模型分别模拟了流域近30年天然径流和近10年跨流域调水情况下现状径流过程,并在此基础上对流域各河道生态流量及现状径流量进行时空量化,探讨了不同生态流量标准下生态缺水量在时间和空间上的变化情况。研究结果表明：(1)汾河流域各河道生态流量时空差异明显,汛期(0.50—18.80m~3/s)河道生态流量需求显著高于非汛期(0.05—1.81m~3/s),总体分布特征为中下游干流远高于上游支流;(2)在Tennant法的不同生态流量标准下,汾河流域非汛期生态流量保障情况整体优于汛期,高频缺水区主要分布在支流,呈上下游分散分布;(3)在中等级生态流量标准下,流域约84%的区域能保障基本生态流量需求,关键缺水区为岚河、潇河、浮山县及浍河地区;(4)建议流域生态补水在时间上侧重汛期补水,空间上侧重高频缺水地区,基于流域生态缺水量时空分布特征分配跨流域调水资源,提高水资源利用效率。研究从时空上量化了跨流域调水工程实施后流域生态流...     

Hydrological Response to Climate Change for Gilgel Abay River,in the Lake Tana Basin - Upper Blue Nile Basin of Ethiopia

Climate change is likely to have severe effects on water availability in Ethiopia. The aim of the present study was to assess the impact of climate change on the Gilgel Abay River, Upper Blue Nile Basin. The Statistical Downscaling Tool (SDSM) was used to downscale the HadCM3 (Hadley centre Climate Model 3) Global Circulation Model (GCM) scenario data into finer scale resolution. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was set up, calibrated, and validated. SDSM downscaled climate outputs were used as an input to the SWAT model. The climate projection analysis was done by dividing the period 2010-2100 into three time windows with each 30 years of data. The period 1990-2001 was taken as the baseline period against which comparison was made. Results showed that annual mean precipitation may decrease in the first 30-year period but increase in the following two 30-year periods. The decrease in mean monthly precipitation may be as much as about -30% during 2010-2040 but the increase may be more than +30% in 2070-2100. The impact of climate change may cause a decrease in mean monthly flow volume between -40% to -50% during 2010-2040 but may increase by more than the double during 2070-2100. Climate change appears to have negligible effect on low flow conditions of the river. Seasonal mean flow volume, however, may increase by more than the double and +30% to +40% for the Belg (small rainy season) and Kiremit (main rainy season) periods, respectively. Overall, it appears that climate change will result in an annual increase in flow volume for the Gilgel Abay River. The increase in flow is likely to have considerable importance for local small scale irrigation activities. Moreover, it will help harnessing a significant amount of water for ongoing dam projects in the Gilgel Abay River Basin.     

极端降水条件下延河水沙特征对比分析及其影响因素

为探究延河流域在开展水土保持工程前后极端降水条件下水沙特征变化情况,采用统计学方法对比分析了延河流域1977年和2013年7月两次极端降水条件下的水沙特征变化情况。结果表明:1977年7月极端暴雨具有降雨强度大和降雨量峰值大、降雨强度空间分布极不均匀的特征;2013年7月极端暴雨具有降雨总量和时段降雨量大、暴雨频率高、降雨强度空间分布较均匀的特征。2013年7月洪水洪峰流量、洪水总径流量、洪峰含沙量等特征值较1977年7月显著减小,输沙量随径流量的减小而显著减小。1977年7月洪水表现为陡涨陡落,洪水历时较短;2013年7月洪水表现为缓涨缓落,洪水历时明显延长。与1977年相比,2013年泥沙颗粒明显细化。该研究表明1990年代以来水土保持高水平的规模化治理改变了流域产、汇流的下垫面条件,是导致1977年和2013年7月极端降水条件下的水沙特征表现迥异的主要原因。该研究为应对极端降水引发的洪灾和防治水土流失提供可靠的科学理论依据。     

淮河流域双季稻气候适宜度及其变化趋势

选取淮河流域33个县市1961-2005年的逐日气象数据,运用模糊数学和空间插值方法,对淮河流域双季稻的温度、降水、日照和气候适宜度进行了研究.结果表明:温度和降水是淮河流域双季稻生长的关键气候因子,早、晚稻各气候因子适宜度地域差异明显;其中,早稻气候适宜度由中部平原向东部沿海和西部山区递减,晚稻气候适宜度由南向北递减;温度适宜度以0.01(10a)~(-1)的速率上升,说明温度对淮河流域水稻生长发育产生正效应;日照适宜度以>0.02(10a)~(-1)的速率下降,总的气候适宜度呈下降趋势.

Abstract：

Based on the 1961-2005 meteorological data from thirty three stations in Huaihe River basin, and by using fuzzy mathematics and spatial interpolation methods, the climate suitability of double-cropping rice in this basin were studied. Temperature and precipitation were the key climate factors affecting the growth of double-cropping rice, and the climate suitability of both early-and late rice had strong regional characters. The climate suitability of early rice decreased from central plain area to east coast and west mountain area, whereas that of late rice decreased from south area to north area. Temperature suitability increased at a rate of 0. 01 (10a)~(-1), sug-gesting that temperature had positive effects on the growth and development of double-cropping rice in Huaihe River Basin. Sunlight suitability decreased at a rate higher than 0. 02 (10a)~(-1).The overall climate suitability had a decreasing trend.     

基于扩展的Budyko模型定量评估平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的影响

流域季节性径流变化反映了年内水资源的动态特征。在以森林为主的流域中,森林变化和气候变异被普遍认为是影响流域水文过程的两大驱动因素。因此在全球气候变化背景下,研究流域森林恢复和气候变异对流域季节性径流的影响,可为协调区域碳-水关系和制订可持续的森林经营管理策略提供参考。选择鄱阳湖流域上游的平江流域为研究对象,根据流域历史森林覆盖率变化情况,将研究期划分为参考期（1961-1985）和森林恢复期（1986-2006）,采用Mann-Kendall趋势分析研究流域长时期水文气象数据是否存在显著变化趋势。同时引入月干旱指数（潜在蒸散发和有效降雨的比率）,将一年定义为能量限制季（1-6月）和水分限制季（7-12月）,结合扩展的Budyko模型定量分析平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的相对贡献。在本研究流域整个研究期内（1961-2006）,通过Mann-Kendall趋势分析发现,研究流域水分限制季径流呈现显著增加趋势,而能量限制季水文和气候变量变化趋势均不显著。其次,相较于参考期,流域森林恢复使能量限制季径流降低了11.71 mm/a （24.40%）,使水分限制季径流增加了12.27 mm/a （17.23%）。同时,气候变异导致能量限制季径流减少了36.28 mm/a （75.60%）,而使水分限制季径流增加了58.94 mm/a （82.77%）。上述研究结果表明,森林恢复对径流影响具有累积效应。森林恢复对季节性径流具有积极的调节作用,同时季节性径流对森林恢复的响应存在时间差,而且森林恢复对径流的影响在能量限制季和水分限制季具有相互抵消的作用,气候变异与森林恢复的影响效应类似。此外,本研究也证实,平江流域季节性径流变化主要是受气候变化主导,但森林恢复对季节性径流的贡献也不容忽视。     

Exploring the potential for a multi-decadal midsummer streamflow reconstruction of the upper Samalá river basin in Guatemala using an Abies guatemalensis tree-ring chronology

The Samalá River in western Guatemala is critical for sustaining diverse agricultural production systems, from staple crop production in the upper basin to sugar cane in the lowlands. The streamflow from the Samalá River also supports hydroelectric power generation within the basin. The watershed is home to more than a hundred settlements including cities, towns, and villages, some of which have experienced extreme hydrological events, including destructive flooding from the river. However, the Samalá River streamflow record, only 38 years in length (1979–2016), is too short to assess the full range of hydrological variability for this economically important region, including Guatemala’s second largest city –Quetzaltenango. This paper presents a tree-ring based reconstruction of mean August streamflow for 125 years (1889–2013). Our results suggest that annual tree-ring width measurements from Abies guatemalensis are correlated with monthly mean streamflow records in the upper Samalá River basin. This association seems to be modulated in part by variability in the ENSO 3.4 region in the Pacific Ocean, suggesting decreased streamflow during the warm events of the sea surface temperature in the Pacific Ocean. The record indicates that single year events of low streamflow dominate the record. Nevertheless, a period of up to 8 consecutive years below-average streamflow is shown in the record between 1905 and 1912. Overall, this extended record of streamflow suggests that tree-ring studies in the area have the potential to provide useful inputs in the future that can be utilized by stakeholders and decision-makers within the Samalá watershed involving the management of discharge for crop irrigation, hydropower production, and disaster mitigation.     

流域景观格局变化对洪枯径流影响的SWAT模型模拟分析

为了进一步揭示流域景观格局变化的水文效应,以晋江流域为研究区,基于SWAT模型分别模拟1985年和2006年两种景观格局下,2002—2010年气象条件时的日径流过程;应用景观格局分析法和Pearson相关分析法,定量分析了景观格局变化对洪枯径流的影响,探讨了影响机制。研究表明:(1)SWAT模型能够较精确模拟晋江流域的日径流过程;(2)2002—2010年气象条件时,与1985年景观格局相比,在2006年景观格局下晋江流域年平均最大1 d和连续最大5 d径流深分别增加5.46%和4.97%,年平均最小1 d和连续最小7 d径流深分别减少3.79%和2.55%;(3)洪水径流与景观格局相关性最显著,最大1 d和连续最大5 d与林地景观面积呈显著负相关,相关系数分别为-0.764和-0.721;最大1 d与Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数呈显著正相关,相关系数分别为0.721和0.736;与最大斑块指数和蔓延度呈显著负相关,相关系数分别为-0.61和-0.596,说明林地景观面积的减少降低了流域对强降水的截留能力;景观类型均衡化分布,连通性降低,降低了水分在流域的内部循环能力,导致洪峰流量的增加;(4)景观格局指数与最小1 d和连续最小7 d的相关性不显著,说明景观格局变化对枯水径流的直接影响较小。     

基于MaxEnt模型预测黄脊竹蝗在中国的适生区

为探明黄脊竹蝗Ceracris kiangsu在我国的潜在适生区,做好早期虫情监测.本研究根据267个黄脊竹蝗物种分布点,结合气候数据,采用最大熵(Maxent)模型和ArcGIS预测黄脊竹蝗在我国的适生区分布.结果表明:影响黄脊竹蝗适生区分布的主要环境变量为最干月降水量和最冷月最低温,次要环境变量为湿季降水量、最热月最高温、降水量季节性变异系数和温度年较差.预测的黄脊竹蝗高适生区、中适生区、低适生区分别占全国陆地总面积的3.0％、5.6％和10.3％,适生区主要分布在江淮流域、长江中下游地区、华南及西南等地.模型预测结果与实际调查一致性较高,能够反映真实分布情况,对科学开展黄脊竹蝗防控具有较高参考价值.