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。     

基于气候模式与水文模型结合的渭河径流预测

为预测渭河流域未来时段的径流变化规律,提出了CanESM2气候模式下RCP4.5、RCP8.5两种情景与半分布式水文模型VIC相对接的研究方案。采用气候模式输出的降水、气温等资料作为VIC模型的输入数据,分析未来2020s、2030s、2040s、2050s四个时期渭河流域径流变化规律。计算结果表明:由于未来气温变化幅度较小,故影响水文模型预测值的主导因素为降水变化;两种情景下,未来径流与降水变化规律相同,整体上呈现减少趋势,在四个时期内呈现先减少后增加的趋势。     

气候变化对大盈江流域径流的影响

为揭示大盈江流域气候变化对径流的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5这2种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示:1)SWAT模型在大盈江流域径流模拟中具有较好的适用性,可以用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期模型参数R~2、C_(Ens)分别为0.68、0.66,验证期R~2、C_(Ens)分别为0.69、0.67;2)流域内径流的变化趋势与降雨量变化趋势成正比,与气温变化趋势成反比,1995—2015年间,大盈江流域内降雨的减少和气温的升高导致月均径流量下降3.58m~3·s~(-1);3)在RCP4.5和RCP8.5这2种气候情景下,2021—2050年大盈江流域径流均呈减少趋势,减少的速率分别为15.43亿和6.48亿m~3·(10a)~(-1),这与1976—2015年间,流域实测径流减速为1.87亿m~3·(10a)~(-1)的变化趋势一致,但这2种情景下,径流的减少趋势明显增强,分别达到1976—2015年减速的8.26、3.47倍。     

RCP情景下未来50年鄱阳湖流域气候变化预估

基于典型浓度下BCC-CSM1-1全球模式1980～2060年逐日平均气温、最高气温、最低温度和降水四要素数据,运用双线性插值法将其降尺度到鄱阳湖流域内79个县市级气象站;利用 1980～2005年逐日气象观测资料,对模式空间模拟能力和时间趋势模拟能力进行分析和评估;再开展鄱阳湖流域未来2011～2060年气温和降水预估分析。结果表明： 1.模式模拟能力较强,不仅空间分布而且时间趋势都模拟的较好;2. 2011～2060年,不同碳排放情景下均呈现升温趋势。在RCP4.5和RCP8.5情景下,升温最快的地区恰好正是流域的高温中心,未来流域高温中心可能进一步加强;3. 未来流域降水总体趋势不明显,年际间波动较大。RCP2.6和RCP4.5情景下平均年降水量相当,RCP8.5情景下年平均年降水量最少,但RCP8.5情景下年代际降水则呈现一个明显的上升趋势,说明在RCP8.5情景下,鄱阳湖流域可能出现一个明显的“热-湿”化倾向。     

未来气候模式下淮河流域极端降水量的时空变化分析

本文以淮河干流小柳巷以上14个气象站1960—2015年逐日降水观测数据为基础,选取HadGEM2-ES气候模式,预测了2016—2075年RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种排放情景下日降水量数据,选取年最大日降水量序列(AM)与超门限阈值峰值序列(POT),分析未来气候模式下淮河流域极端降水量的时空变化和重现期。研究发现:在三种排放情景下,淮河流域暴雨中心均未发生明显转移,暴雨中心仍将集中于流域上游,这将给该地区带来潜在的防洪压力;极端降水量随着重现期的增长而增大;同时极端降水量按照RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5的顺序增大;相同重现期,相同排放情景下AM序列略大于POT序列。研究结果对淮河流域未来防洪规划具有重要的的参考意义。     

5个CMIP5模式对低纬高原气温的模拟和预估

利用CMIP5中5个气候模式19612005年的月平均气象要素资料、低纬高原区高分辨的月平均温度格点资料,采用BP神经网络、EOF分析以及多元回归方法对低纬高原地区2006年1月至2099年12月期间的温度进行预估研究.结果表明,各温度模型集合模拟的低纬高原地区未来94年温度在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5 三种排放情景下均呈明显的上升趋势.至2099年,与2005年平均温度相比,RCP2.6排放情景下,温度升高0.9℃,RCP4.5排放情景下,温度升高1.8℃,RCP8.5排放情景下,温度升高3.3℃.     

不同排放情景下塔里木河流域近52年水循环要素变化及未来趋势的分析

塔里木河流域是生态环境极端脆弱的干旱内陆河流域之一,探讨不同情景下水循环要素的变化趋势对于干旱区流域水资源的调控具有重要意义。本文以1958-2010年间玛纳斯河气象水文资料为基础,并根据RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5三种不同温室气体排放情景下的气候模式,对21世纪塔里木河流域的水循环要素可能的变化趋势进行分析,结果表明:塔河山区水循环要素与平原区水循环要素大体上均表现出了上升趋势,山区土壤水分通量(W)增长趋势最为微弱,21世纪初期与90年代相比仅增长了1.1×108m3,塔河荒漠区壤中流(RI)、年地下径流(RG)、年地表径流(RS)均在50年代末至90年代末呈减小趋势,土壤水分通量(W)整体呈上升趋势;在IPCC所设定的3种排放情景下,塔里木河流域山区与平原区水循环要素在21世纪整体均表现出上升趋势,RCP4.5模式下水循环要素整体上升速度最小,RCP8.5模式下上升速度快于RCP6.0模式,塔里木河流域荒漠区21世纪RG、RS、W在3种排放情景下变化幅度基本一致,其他水循环要素变化量未在21世纪发生较大幅度的变化。水循环要素的变化趋势以及定量分析,为塔里木河流域人水协调提供科学依据,促进整个塔里木河流域经济的可持续发展。     

气候变化对长江源区土壤水分影响的预测

采用线性回归法对长江源区2011—2021年土壤水分含量年际变化趋势进行分析,采用t检验法对长江源区2011—2021年平均气温和降水量变化与土壤水分含量变化间的相关性分析,并采用CMIP5全球气候模型的3种情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）下耦合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型,预测长江源区未来（2022—2100年）土壤水分年际、年内变化趋势.结果表明,长江源区2011—2021年土壤水分整体呈减少趋势,年平均气温和降水量与土壤水分变化具有明显的相关性（P<0.05）. 3种RCPs气候情景下,21世纪末期（2081—2090年）土壤水分含量较21世纪中期（2041—2050年）减少,4—9月土壤水分占全年土壤水分占比较21世纪中期降低.土壤水分年际间波动较大,在50%～500%之间变动,土壤水分年内分布不均匀,1—5月土壤水分增加,6—12月土壤水分递减,1—2月土壤水分变化趋势相对平稳,年内各月份土壤水分含量差别较大.在3种RCPs气候情景下,长江源区未来土壤水分存在明显减少趋势,应加强长江源区土壤水系保护.     

CMIP5不同典型浓度情景下中国极端高温的时空变化

基于CMIP5 的5个模式逐日最高温度模拟数据,在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下,以年高温日、强危害性高温日、热浪日数及高温极值等4个极端高温要素为研究对象,通过多模式集合加权平均预估了未来2011年～2099年间近期(2011年～2040年)、中期(2041年～2070年)和远期(2071年～2099年)不同时段极端高温的时空变化,结果表明：1) 随着排放浓度的增高,4个高温要素值均呈增加趋势,RCP8.5情景下增加最为剧烈;与基期(1981年～2010年)比较,RCP8.5远期(2071年～2099年)高温日数、强危害性高温日数、热浪日数大多增加4～8倍,西北、黄淮海、东南、长江中下游等区域普遍出现了45℃以上高温极值;与基期比较,远期极端高温增加1.2～7.5℃;2) 对于各高温要素值,RCP2.6、RCP4.5中期增幅较大,而RCP6.0、RCP8.5远期增幅较大;3) 4种浓度情景下,各区域高温要素值增量变化差异较大,其中,高温日数、热浪日数在东南区增量最大,其余由大至小为依次为长江中下游区、黄淮海区、西北区、西南区、东北区;而强危害性高温日数、年高温极值则以长江中下游区增量最大,其余由高至低为西北区、黄淮海区、东南区、西南区和东北区.     

基于CMIP5 RCP情景的清江流域径流对气候变化的响应研究

气候变化的径流响应在近些年逐渐成为研究热点.在建立清江渔峡口以上流域SWAT模型的基础上采用CMIP5模式组3种模式下各RCP情景2016年～2100年的月降水数据集,经降尺度后对研究流域的月径流进行预测,并与历史时期(1990年～1999年)径流情况进行对比以评估径流变化.结果表明：以恩施站为代表的未来年内最大月降水出现时间提前1～2个月,流域年内最大月径流出现时间也提前1～2个月,降水和径流均在2016年～2100年间呈整体增强趋势.短期(2016年～2035年)内,大部分模式预测的降水和径流将低于历史时期(1990年～1999年),但中期(2046年～2065年)大部分模式预测的年降水量和径流量呈增加趋势,在2081年后该趋势更为明显.CMIP5模式组中不同预测模式的不确定性大于不同典型浓度路径,且降水的输入为径流预测误差的主要来源.     

用区域气候模式对1951—2000年我国夏季降水的模拟

为了检验区域气候模式对我国夏季降水的模拟能力,利用高分辨率区域气候模式RegCM3对1951—2000年的夏季中国区域降水进行了数值模拟。初始值及边界值取自美国国家环境预测中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料。每年的模拟积分时段从5月1日开始到9月1日结束,但是每年降水量的分析只使用6—8月的模拟结果。主要结论如下:(1)从全国平均总降水量看,该区域模式的模拟结果与观测比较接近,明显好于NCEP的降水资料,但模拟的降水量空间分布不理想;(2)从降水量距平的空间分布来看,该区域模式对我国的东北夏季降水的模拟结果明显好于全国其他地区,黄河中下游最差;(3)从时间分布上看,该模式模拟能力呈现出明显的年代际变化,20世纪60年代及90年代模拟较好,也比较稳定,70年代及80年代的模拟能力呈大起大落不稳定状态;(4)模式未能模拟出70—80年代我国降水偏少的观测事实,说明模式对我国夏季降水年代际变率的模拟能力不足。     

用区域气候模式对1951——2000年我国夏季降水的模拟

为了检验区域气候模式对我国夏季降水的模拟能力,利用高分辨率区域气候模式RegCM3对1951?2000年的夏季中国区域降水进行了数值模拟。初始值及边界值取自美国国家环境预测中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料。每年的模拟积分时段从5月1日开始到9月1日结束, 但是每年降水量的分析只使用6?8月的模拟结果。主要结论如下: (1) 从全国平均总降水量看,该区域模式的模拟结果与观测比较接近,明显好于NCEP的降水资料,但模拟的降水量空间分布不理想; (2) 从降水量距平的空间分布来看,该区域模式对我国的东北夏季降水的模拟结果明显好于全国其他地区,黄河中下游最差; (3) 从时间分布上看,该模式模拟能力呈现出明显的年代际变化,20世纪60年代及90年代模拟较好,也比较稳定,70年代及80年代的模拟能力呈大起大落不稳定状态; (4) 模式未能模拟出70—80年代我国降水偏少的观测事实,说明模式对我国夏季降水年代际变率的模拟能力不足。     

土地利用/土地覆盖变化对区域气候影响的生物地球物理途径研究进展

本文从LUCC对气候影响的生物地球物理途径角度阐述其对气候系统的影响机制,并且结合多项研究结果归纳了诸如森林砍伐/造林活动、城市化、农业发展等人类LUCC活动在区域尺度的气候效应.气候模式是研究LUCC对区域气候及其变化最重要的试验工具之一,本文概括了气候模式经历了大气环流模式、区域气候模式、耦合的大气-陆面模式等一系列发展过程及其特点,提出利用遥感技术获取气候模式中的地面生物物理参数可以大幅提高模拟精度.最后,评论了目前LUCC气候效应研究中存在的问题,提出未来研究应着手降低区域气候模式模拟的不确定性,引入景观生态学理论与方法等可以更好地了解人类活动与气候变化的关系,进而制定适应气候变化的区域土地系统优化方案.     

基于耦合气候模式的始新世全球季风数值模拟

全球一半以上人口生活在季风区。为了研究温室气候时期全球季风气候的特征,利用耦合气候数值模式(Community Earth System Model),模拟了距今最近的温室气候时期——始新世(40 Ma B.P.)的全球季风气候特征。该模式全面考虑了大气、海洋、陆地、陆冰、海冰、植被等气候子系统的耦合作用,大气CO2含量设为工业革命前的4倍。模拟结果表明,在始新世时期,全球季风的范围、强度与现今大体相当,但是区域上,各季风区的特征与现今有明显差异。     

气候嵌套模式的进展及双向嵌套模式对降水的模拟

区域气候模式发展的回顾表明区域气候模式在近20年来取得了长足的进步，将它与全球大气环流模式进行嵌套是研究区域气候变化的有效方法。单向嵌套是目前区域气候研究的主要手段，对区域气候的模拟和预测有明显的改进，加深了人们对区域气候变化的认识；双向嵌套能够体现不同尺度大气运动之间的相互作用，是区域气候变化研究的发展方向，尽管实现的难度很大，但模拟的结果明显优于单向嵌套。利用一个双向嵌套模式进行数值试验，结果表明它能够成功模拟我国南方的降水。     

荒漠化扩展对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3研究了西北沙漠面积变化对我国区域气候变化的影响．共设计了3组试验：控制试验A、沙漠面积扩展试验B、在试验B基础上增大粗糙高度的试验C．分析表明：中国西北沙漠区扩展后对中国夏季降雨量和中国夏季风有明显影响．结果表明：植被退化、荒漠化加剧会导致季风减弱，降水量减少，增大地面粗糙高度后的影响更为显著．     

基于全球模式对中国21世纪夏季高温的变化预估

根据12个全球气候系统模式(GCM)3种排放情景(A2,A1B和B1)下对中国地区21世纪近100 a的夏季平均气温的模拟值,以1971—2000年为基准,计算并分析了该区域未来夏季高温的变化趋势.不同排放情景下各模式的模拟结果不同,且各模式对夏季高温模拟的差异大于对异常高温的模拟.就模式平均而言,A2情景下高温日数最多,A1B次之,B1情景下最少.增长趋势也是A2情景下最快为6.0 d.(100 a)-1,A1B和B1情景分别为5.4和3.4 d.(100 a)-1.对异常高温频次的模拟,B1情景下异常高温频次最多,为8.8 d.a-1,A1B和A2情景下均为8.7 d.a-1,三者之间差距很小.A2情景下异常高温频次增长最快,增长趋势为2.6 d.(100 a)-1,A1B情景下增长略慢,为1.9 d.(100 a)-1,B1情景下增长最慢,仅为1.5 d.(100 a)-1.对3种情景下各模式对高温日数的模拟能力进行了分析,从多方面比较了各模式的模拟能力.     

Forced response of atmospheric oscillations during the last millennium simulated by a climate system model

Variations in global atmospheric oscillations during the last millennium are simulated using the climate system model FGOALS_gl. The model was driven by reconstructions of both natural forcing (solar variability and volcanic aerosol) and anthropogenic forcing (greenhouse gases and sulfate aerosol). The model results are compared against proxy reconstruction data. The reconstructed North Atlantic Oscillation (NAO) was out of phase with the Pacific Decadal Oscillation (PDO) in the last millennium. During the ...     

近50年渭河关中地区地表径流变化及其归因分析?

采用流域水文过程模拟和水文气象统计学相结合的方法,归因分析了近50a来渭河关中地区地表径流的变化.通过对关中地区1958—2008年水文气象要素进行趋势检验分析,发现近50a来该区域地表径流量呈现显著下降趋势,而降雨量和潜在蒸散发量没有明显的变化,说明径流的变化主要受人类活动的影响,并用Mann-Kendall法检验出1990年为径流过程的突变点.基于此,构建SIMHYD月降雨—径流水文模型,以1958—1989年为模拟预处理期,1990—2008年为模拟检测期,通过模拟分析获得气候变化和人类活动对径流影响的归因分析结果.同时采用改进的气候弹性系数法对上述径流变化归因分析进行验证,也得到了近似的结果.结果表明,气候变化对径流减少的影响程度为18%~22%,而人类活动为78%~82%.