气候变暖背景下黄河源区白河和黑河流域径流变化归因分析

使用Mann Kendall检验和STARS法对黄河源区白河和黑河流域1985-2016年水文气象序列进行趋势分析和突变点诊断,利用基于Budyko假设的傅抱璞公式定量评估气候变化(包括降水和潜在蒸散发)和人类活动对流域径流变化的影响程度.结果显示,两个流域气温上升趋势显著,年径流都呈减少趋势,降水和潜在蒸散发都增加,潜在蒸散发变化幅度大于降水.白河流域径流与降水均未发生突变,径流主要受气候变化影响.黑河流域径流发生两次突变,分别为1994和2012年.弹性系数计算结果显示,黑河径流的降水、潜在蒸散发以及下垫面弹性系数分别为3.82,-2.82,-0.74,表明与人类活动相比,黑河径流对气候变化更加敏感,降水比潜在蒸散发发挥的作用更大.归因分析表明,降水、潜在蒸散发和人类活动对两次黑河径流突变的相对贡献分别为-18.34%、30.12%、88.22%以及74.47%、-40.51%、66.04%,人类活动是导致黑河流域径流变化的主要原因.     

滹沱河上游流域径流变化归因分析

以滹沱河上游流域为研究对象,采用4种基于Budyko假设的弹性系数法和SWAT模型,量化气候变化和人类活动对径流变化的贡献率．结果表明:1961—2016年,滹沱河上游流域年降水、年径流分别呈下降、显著下降趋势,而潜在蒸散发呈显著上升趋势,流域的干旱化趋势明显．基于弹性系数法的计算结果显示,气候变化对径流减少的贡献率为49.62%~61.67%,人类活动的贡献率则为38.33%~50.38%．而SWAT模拟结果却表明:气候变化的贡献率高达84.42%,而人类活动贡献率仅为15.58%．这种差异性主要源于Budyko方程中的下垫面参数反映的不仅是人类活动,还包括气候变化的影响．因此,气候变化是滹沱河上游径流减少的主要因素,但人类活动对径流的影响正日益增强．使得滹沱河上游径流减少的具体人类活动并非是土地利用类型的改变,而是经济、人口的增长所导致的水资源的过度开发利用．      

1958—2007年秦岭南北气候变化的差异性分析

基于1958—2007年关中与陕南地区气温、降水实测数据,分析了50 a来秦岭南北气候变化的差异,研究表明:近50 a来,关中和陕南地区气候总体呈"暖干化"趋势,年均气温明显升高,而年降水量普遍减少;关中地区年均温在1990年发生突变,降水突变年为1985—1986年,秋季均温、降水突变年分别为2000年、1976年,冬季均温在1993年发生突变,降水突变不明显;陕南地区年均温突变年为1998年与2003年,1990—1991年降水突变,秋季均温、降水突变年份分别为2000年和1985—1986年,冬季均温突变年为1995—1997年,降水突变发生于2000年.由此得出:关中气候突变年份早于陕南,全球气候变化与区域人类活动为可能诱发因素;秦岭南北降水突变年份大多早于气温突变年份,相关机理仍待进一步研究.     

不同驱动因子对漳卫南运河流域径流变化的影响

基于漳卫南运河流域3期(1985年、1995年和2005年)的土地利用图、土壤分布图和主要水文气象站1960—2010年温度、降水、径流等基本资料构建SWAT分布式水文模型,建立了基于SWAT模型的气候变化和人类活动对流域径流影响的分项量化方法。在量化分析气候变化和人类活动对漳卫南运河流域径流影响的基础上,通过对不同情景的模拟计算,定量分析了不同年代水土保持、城镇化、水利工程和社会经济用水等不同人类活动驱动因子对流域径流变化的贡献率。结果表明:相对于基准期(1960—1978年),不同年代气候变化和人类活动对径流的影响程度不同,变化期(1979—2010年)气候变化和人类活动对径流变化的贡献率为29.39%和70.61%;在不同人类活动驱动因子中,除城镇化使径流增加外,水土保持、水利工程和社会经济用水均使径流减少,且社会经济用水对径流变化的影响最大,超过人类活动引起的径流减少总量的50%。     

基于Budyko假设和微分方程的淮河上中游径流变化归因分析

为探究淮河上中游流域气候变化和人类活动对不同时间尺度径流特征的影响,采用包括高流量、平均流量和低流量在内的7个流量指标表征径流变化特征,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动T检验识别各流量指标的突变年份,并利用推导出的流量指标变化微分方程改进原有的基于Budyko假设的方法,从而定量识别气候变化与人类活动对径流变化的贡献率,并构建了土地利用转移矩阵分析人类活动对径流特征变化的驱动机制。结果表明:淮河上中游大部分径流特征在突变年份后呈现下降趋势,其中平均流量特征最为明显,下降幅度为225%~4425%;高流量指标、汛期径流深与气候指标的相关性最高,相关系数为0859~0987,低流量指标和非汛期径流深的相关性较低;气候变化和人类活动使得大部分径流特征呈下降趋势,其中人类活动为主导因素,其在息县、王家坝、鲁台子和蚌埠站的贡献率范围分别为8755%~9846%、8091%~8850%、8042%~9242%和8323%~9999%。     

基于Budyko假设的鄱阳湖抚河流域 径流变化归因分析

气候变化和人类活动是河川径流变化的主要影响因素,以抚河流域为研究区,采用Mann-Kendal检验和双累积曲线分析研究区1961—2010年气象水文要素的变化特征,基于Budyko假设,评价气候变化和人类活动对抚河流域径流变化的贡献率.结果表明:①1961—2010年抚河流域径流量整体呈下降趋势,年均径流深为763.4 mm,降水量年际波动较大,整体变化趋势不明显,潜在蒸散量呈显著的下降趋势,下降速率达-5.472 mm/a;②抚河流域径流变化可划分基准期(1991—2002年)和人类强干扰期(2003—2010年)为两个阶段,径流变化弹性系数的绝对值由大到小依次是ε_P(降水)ε_(ET_0)(潜在蒸散)ε_w(下垫面指数),从1961—2010年这50年中,流域径流对气候的敏感性减弱,对下垫面的敏感性增强;③从参考期到人类强干扰期,抚河流域土地利用方式的转变以及水库、大坝等水利工程设施的修建所导致的下垫面变化是径流减少的主要原因,而气候要素降水量的贡献次之,潜在蒸散量的贡献最小.     

近50a葫芦河流域气候变化特征

根据静宁、秦安两站的水文气象资料,分析了葫芦河流域近50a气候变化特征.采用Mann-Kendall法分析,结果显示近50a气温总体呈上升趋势,降水量呈下降走向.利用Meyer小波及Morlet小波分别分析并相互检验校正葫芦河流域年均气温及年降水量的主要变化周期,其中:年平均气温普遍存在30a以上,22,12~14,10a左右的中长周期以及4～7,2～3a的短周期,而年降水量存在30a以上,20,12~14,10a左右的中长周期以及6～8,2～4a的短周期.近50a葫芦河流域河川径流的变化主要受当地降水波动的影响.     

泾河流域径流变化趋势及归因分析

基于泾河流域55年降水和径流数据,分析流域径流历史演变规律,定量计算气候变化和人类活动对径流量的影响,揭示泾河流域径流变化原因及未来变化趋势,为泾河流域水资源管理及开发利用提供依据。采用线性趋势、Mann-Kendall趋势检验和R/S等方法分析径流演变规律,预测其未来变化趋势。利用滑动t检验、有序聚类和双累积曲线法分析径流突变情况,判断突变年,确定基准期,采用径流还原法分析气候变化和人类活动对泾河流域径流变化的贡献率。结果表明:泾河流域降水量及径流量总体上呈下降趋势,丰枯悬殊,未来一段时间内泾河流域径流量将呈现减少趋势且有一定的持续性。在1961—2015年间,泾河流域突变年分别为1970年、1996年和2003年,由突变点1970年确定泾河流域径流基准期为1961—1969年。径流还原法分析结果表明:人类活动是导致泾河流域径流量减少的主要因素,且影响程度逐时段增加,1970—1995年、1996—2002年及2003—2015年人类活动对泾河流域径流量的贡献率分别为86.81%、87.70%和96.86%。     

气候变化和人类活动对汀江径流量变化的贡献

基于汀江流域控制站(溪口站)1965—2012年日均径流量实测数据及长汀、上杭、永定气象站逐日降水量、逐日气温资料,采用年段均值比较、5a滑动、趋势线分析和累积距平等方法,分析流域近50年来的径流量序列,揭示径流量变化的趋势,判别径流量变化的突变年份,划分径流量变化的阶段.并应用改进后的累积量斜率变化率比较法定量估算了近50年来气候变化和人类活动对汀江径流量变化的贡献率.结果表明:(1)径流量总体呈现下降—上升—下降的波动,判别突变年份为1972、2001年,划分径流变化阶段为1965—1972年(A阶段)、1973—2001年(B阶段)、2002—2012年(C阶段);(2)与A阶段相比,B、C阶段气候变化对径流量变化的贡献率分别为65.1%、50.5%,而人类活动对径流量变化的贡献率为34.9%、49.5%,可见人类活动对径流量变化贡献日趋突出.     

人类活动对老哈河流域近50年径流变化影响的定量评估

以中国北方典型的半干旱区老哈河流域为研究区,基于分布在流域内的53个雨量站、10个径流站和4个气象站数据研究老哈河10个子流域近50年来关键水文要素的时空变化规律。利用MK检验及Pettitt突变点检验,分析降水与径流的变化趋势和显著性水平,并计算其突变点。采用半分布式可变下渗能力(variable infiltration capacity,VIC)模型对10个子流域基准期的降雨径流过程进行模拟。基于率定后的模型参数,对变化期自然径流进行重建,从而定量分割出气候变化和人类活动对该流域径流急剧下降的影响。结果表明:自1980年以来,老哈河流域90%的径流下降是由人类活动引起的,而仅有10%归因于气候变化;就人类活动而言,特别是中下游地区大面积的农业灌溉用水是整个老哈河流域地表径流急剧下降的根本原因。此外,研究还发现人类活动对径流下降的贡献率随流域干湿变化而不同,在枯水年人类活动影响所占比重较大,而在丰水年人类活动的影响相对较小。     

1960-2007年无定河流域径流情势变化及其归因分析

在气候变化和人类活动的双重影响下,流域径流过程会发生显著改变.利用M-K法、有序聚类法、Yamamoto法对无定河流域径流量进行水文变异诊断,利用IHA/RVA法对变异前后径流情势进行对比分析,并量化分析气候变化和人类活动对径流改变的影响.结果显示:1)1970-2007年无定河流域径流量呈现显著减小趋势,并在1971年发生减小突变;2)突变后径流情势发生改变,径流量年内分配、极端流量及其发生时间、频率、平均延时等均具有较高改变程度;3)枯水期平均流量、最小90日平均流量和高流量平均延时可作为识别无定河流域径流量突变的关键指标;4)无定河流域径流量的减少受到气候变化和人类活动的综合影响,且气候变化和人类活动对径流量减少的贡献率分别为36.57%和63.43%.      

气候变化对挠力河径流量的影响

利用Mann Kendall突变检验法分别分析了1956—2005年50年来的宝清站和菜嘴子站年平均径流量演变的阶段性特征,并建立了径流 降雨的经验模型,利用该模型分析了气候变化和人类活动对径流的影响.研究结果表明：50年来宝清站和菜嘴子站的年平均径流量演变可分为两个阶段:1956—1967年的基准期和1968—2005年的变化期.变化期内径流量的年际和年内都发生了较大变化,体现在年平均径流量减少显著,两个站的年平均径流量减少量都在50%左右.径流变差系数有不同程度的增长,其中菜嘴子站增长了近30%.年内分配变化主要体现在径流峰值上,菜嘴子站的夏季径流峰值和最低值的出现时间都较第一阶段提前了一个月.变化期内年均径流量的变化主要是由人类活动引起的,气候变化引起的径流量变化占年均径流量总变化量的40%左右.     

龙川江流域近50年气温、降水及径流的变化趋势分析

根据有关气象和水文台站的实测资料,利用均值、线性倾向、累积统计距平等方法,统计分析龙川江流域近50年(1960年—2009年)气温、降水和径流的年际、年内变化,并用非参数Mann-Kendall检验法对气候和水文要素的变化趋势进行显著性检验。结果显示:研究区内多年平均气温呈上升趋势,尤其自上世纪80年代以来增暖趋势明显,其中:低气温升高对年平均气温的影响较大;流域多年平均降水量呈现显著增长的趋势,上世纪90年代是一个降水量由少变多的年代,在年内分配上,降水量在不同季节的变化呈现出不同的规律;径流量则表现出微弱的减少趋势,说明人类活动的影响在部分水文气象要素的变化趋势中可能占据了主导地位。     

气候变化对乌江流域水文水资源的影响

利用贵州省36个国家标准气象站1960—2008年实测日降水、日气温资料和1956—2000年实测月流量资料以及IPCC第4次评估报告发布的24个GCMs月气温和降水资料,采用基于ArcGIS的地理分析模块建立的气温-降水-径流关系及双参数气候径流弹性指数方法,分析了气候变化对贵州省思南以上乌江流域水文水资源的影响.结果表明:如降水增加20%,在气温保持不变时,径流将增加22%左右;在气温升高0.8℃时,径流仅增加17%;在气温降低0.5℃时,径流则增加27%以上.可见,贵州省思南以上乌江流域径流与降水显著正相关,与气温微弱负相关,而且径流对降水减少更敏感.气候径流弹性指数分析表明:降水增加1%时,径流相应增加1.15%~1.69%,降水减少1%时,径流则相应减少1.46%~1.69%.     

径流对气候变化和人类活动的响应——以渭河流域为例

定量区分气候变化和人类活动对径流的影响,对区域水资源管理具有重要的现实意义.本文基于实测径流数 据和前人重构的自然径流数据,借助趋势分析、突变检验、多元线性回归等方法,定量分析渭河流域气候变化和人类活动 对径流的影响,并通过与水文敏感性系数方法的分析结果相比较,进一步验证结果.结果表明:1965-2012年华县站、张 家山站和状头站的实测径流分别以7.99×108、2.86×108 和0.787×108 m3·(10a)-1的趋势减小(α<0.05).气象要素 中,渭河干流的风速和相对湿度呈显著减小的趋势,气温呈显著增加的趋势(α<0.05);泾河流域的相对湿度呈显著减小 的趋势,潜在蒸散发和气温呈显著增加的趋势(α<0.05);北洛河流域各气象要素的变化趋势同泾河流域相似.突变检验 表明华县站、张家山站和状头站的年实测径流分别在1993、1996 和1994 年前后发生了突变,其径流分别下降了 38.81%、47.67%和42.22%.多元回归分析表明气候变化对华县站、张家山站和状头站径流变化的贡献率分别为 49.30%、38.05%和69.86%.水文敏感性分析方法的结果同多元回归方法相似,气候变化对3个水文站径流变化的贡献 率分别为48.61%、39.21%和64.86%.      

基于不同气候变化情景的东江流域水资源量预测研究

采用半分布式水文模型HSPF,结合1978-1998年东江流域实测气象数据和5个气候模式在3种RCP气候情景(RCP8.5,RCP4.5,RCP2.6)下基准期(1960-2000年)和未来时期(2020-2070年)降水、蒸发情景模拟结果,在对东江流域径流模拟检验基础上,对2020-2070年东江流域水资源量做了深入分析。结果表明,HSPF模型能很好模拟东江流域年、月径流以及洪水期径流变化,博罗站的NASH系数均超过0.81,PBIAS低于10%,RSR低于0.45;所选取气候模式能很好的反映研究流域气象数据在年内分布情况。对未来气候和东江流域水资源量模拟结果表明:1 2020-2070年不同气候变化情景下东江流域降水及蒸发量在RCP2.6和RCP4.5情景下均呈上升趋势,而在RCP8.5情景下,东江流域蒸发量则呈现下降趋势;2未来东江流域多年月均径流量呈增加趋势;3未来东江流域不同频率下的洪水和枯水流量均呈不同程度的增长。相对于基准期,未来时期的洪水天数呈增长趋势,洪水灾害有加剧态势。     

气候变化和人类活动对汀江径流变化的贡献

基于汀江流域控制站溪口站19652012年日均径流量实测数据及长汀、上杭、永定气象站逐日降水、逐日气温资料，采用年段均值比较、5a滑动、趋势线分析和累积距平等方法，对流域近50年来的径流量序列进行分析，揭示径流量变化的趋势，判别径流量变化存在的2个突变年份，划分径流量变化的3个阶段. 应用改进后累积量斜率变化率比较法（SCRCQ）定量估算了近50年来气候变化和人类活动对汀江径流量变化的贡献率. 结果表明:（1）径流量总体呈现下降上升下降的波动，判别突变年份为1972、2001年，划分径流变化3个阶段为19651972年(A阶段)、19732001年(B阶段)、20022012年（C阶段）；（2）与A阶段相比，B、C阶段气候变化对径流量变化的贡献率分别为65.1%、50.5%，而人类活动对径流量变化的贡献率为34.9%、49.5%，可见人类活动对径流量变化贡献日趋突出.     

SWAT模型在青海湖布哈河流域径流变化成因分析中的应用

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,利用分布式水文模型SWAT对青海湖布哈河流域过去几十年径流变化进行了模拟研究.研究结果表明,20世纪80~90年代流域径流减少的主要原因是气候变化.在此基础上,根据未来不同气候情景的变化趋势,对布哈河径流变化进行了预测,得出未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势的结论.     

Recent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply

More than half of the solar energy absorbed by land surfaces is currently used to evaporate water. Climate change is expected to intensify the hydrological cycle and to alter evapotranspiration, with implications for ecosystem services and feedback to regional and global climate. Evapotranspiration changes may already be under way, but direct observational constraints are lacking at the global scale. Until such evidence is available, changes in the water cycle on land?a key diagnostic criterion of the effects of climate change and variability?remain uncertain. Here we provide a data-driven estimate of global land evapotranspiration from 1982 to 2008, compiled using a global monitoring network, meteorological and remote-sensing observations, and a machine-learning algorithm. In addition, we have assessed evapotranspiration variations over the same time period using an ensemble of process-based land-surface models. Our results suggest that global annual evapotranspiration increased on average by 7.1?±?1.0?millimetres per year per decade from 1982 to 1997. After that, coincident with the last major El Ni?o event in 1998, the global evapotranspiration increase seems to have ceased until 2008. This change was driven primarily by moisture limitation in the Southern Hemisphere, particularly Africa and Australia. In these regions, microwave satellite observations indicate that soil moisture decreased from 1998 to 2008. Hence, increasing soil-moisture limitations on evapotranspiration largely explain the recent decline of the global land-evapotranspiration trend. Whether the changing behaviour of evapotranspiration is representative of natural climate variability or reflects a more permanent reorganization of the land water cycle is a key question for earth system science.