Projected increase in continental runoff due to plant responses to increasing carbon dioxide

In addition to influencing climatic conditions directly through radiative forcing, increasing carbon dioxide concentration influences the climate system through its effects on plant physiology. Plant stomata generally open less widely under increased carbon dioxide concentration, which reduces transpiration and thus leaves more water at the land surface. This driver of change in the climate system, which we term 'physiological forcing', has been detected in observational records of increasing average continental runoff over the twentieth century. Here we use an ensemble of experiments with a global climate model that includes a vegetation component to assess the contribution of physiological forcing to future changes in continental runoff, in the context of uncertainties in future precipitation. We find that the physiological effect of doubled carbon dioxide concentrations on plant transpiration increases simulated global mean runoff by 6 per cent relative to pre-industrial levels; an increase that is comparable to that simulated in response to radiatively forced climate change (11 +/- 6 per cent). Assessments of the effect of increasing carbon dioxide concentrations on the hydrological cycle that only consider radiative forcing will therefore tend to underestimate future increases in runoff and overestimate decreases. This suggests that freshwater resources may be less limited than previously assumed under scenarios of future global warming, although there is still an increased risk of drought. Moreover, our results highlight that the practice of assessing the climate-forcing potential of all greenhouse gases in terms of their radiative forcing potential relative to carbon dioxide does not accurately reflect the relative effects of different greenhouse gases on freshwater resources.     

甘肃葫芦河流域径流变化的SWAT模型模拟

利用SWAT模型模拟研究了甘肃葫芦河流域过去9年的径流变化.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,模拟了葫芦河1985年的径流变化.得出气温影响相对较小,降水变化对葫芦河流域径流量的影响较大,径流量随降水的增加而增大,随气温的升高而减小.在气温降低配合降水增加的情况下,径流响应最剧烈,且呈明显增加趋势;相反,气温升高且降水减少不利于径流的产生,减少了实测值的61%.     

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。     

吐鲁番市近57年气候变化特征分析

气候变化对全球的自然生态系统以及社会经济体系具有深远的影响,是当今各国政府和科学界乃至普通民众广泛关注的热点问题.文章利用吐鲁番市1953～2009年的气温、降水量、日照时数、蒸发量等气象资料,采用线性拟合法、偏值方法、阶段分析法,对气候变化进行研究分析.结果表明:近57 a来吐鲁番市气温在波动中呈现出上升趋势,上升幅度为0.35℃.(10 a)-1,尤其80年代后这种上升趋势更明显;降水量在波动中呈现出稍微降低趋势,下降幅度为0.56 mm.(10 a)-1;日照时数和蒸发量也呈现出不同程度的降低趋势,降低幅度分别为55.5 h.(10 a)-1,234 mm.(10 a)-1,下降幅度都比较急剧.     

洮儿河流域平原区气候变化情景下浅层地下水水位动态响应分析

利用研究区降水、气温、地表水径流和地下水埋深数据,使用Mann-Kendall非参数检验法,分析水文气象要素变化趋势,结合研究区水文地质概况,建立地下水数值模型,对未来气候变化下的地下水水位动态进行预测．结果表明:研究区地下水埋深呈显著增加趋势,降水量增加不显著,气温呈升高趋势,地表径流显著减少;通过建立的Visual MODFLOW模型,对基准情景（基准期平均降水量条件）和3种气候情景（SSP126、SSP245、SSP585）下研究区未来地下水位进行预测:基准情景和3种气候情景下研究区北部浅层地下水埋深持续增加,南部地下水埋深有所减少;3种气候情景下地下水埋深均大于基准情景下地下水位埋深．      

广西北部湾入海流域径流演变特征及其对气候变化和人类活动的响应

为探讨入海流域径流的演变特征，定量分析气候变化和人类活动对入海流域径流的影响，本文基于气象数据和径流数据，采用彭曼公式、滑动t检验、Hurst指数和小波分析等方法对比分析广西北部湾入海流域径流深的时空演变特征和未来趋势，并采用累积量斜率变化率比较法定量评估气候变化和人类活动对广西北部湾入海流域径流深变化的贡献率。结果表明：广西北部湾入海流域径流深空间分布格局分异较大，北仑河流域和防城江流域多年平均径流深较大，分别为2 115.58 mm和2 105.56 mm；径流深较小的是钦江流域和南流江流域，多年平均径流深分别为719.33 mm和744.50 mm。仅钦江流域径流深呈不显著上升趋势，其余流域均为下降趋势。广西北部湾入海流域各流域径流深的突变年份呈现一致性，均在1992年和2003年附近。在演变周期上，钦江流域、南流江流域、大风江流域、防城江流域、北仑河流域的历年年均径流深演化过程中存在2-6 a、7-15 a和16-24 a 3种时间尺度的周期变化规律，丰、枯交替变化比较明显；茅岭江流域径流深的周期震荡变化稍有不同，存在7-24 a和25 a以上两种时间尺度的周期变化规律。T2时期相对于T1时期，降水是广西北部湾入海径流变化的主导因素，人类活动次之，蒸散发对径流的影响极小；但随着时间推移，T3时期相对于T2时期，人类活动对径流的影响作用增强，蒸散发对径流的影响也相对增强。     

气候变化影响下的流域水循环：回顾与展望?

随着全球气候变化的影响日益加剧,气候变化对流域水循环影响的研究成为普遍关注的焦点.数理统计和水文模拟两大手段的运用贯穿于过去30余年的研究当中,本文就其中所涉及的水文气象要素趋势分析、大气环流模式(GCMs)评估、降尺度技术及其选择、水文模型及其选择、不确定性分析5大内容的研究成果进行回顾与展望,以拉萨河流域为例综合运用前述技术分析区域气候变化特征及其对流域径流的影响.结果表明,在未来经济社会发展与气候变化情景下,流域径流时空分布不均匀性更加显著,具体表现为集中性增强,这给区域防洪抗旱与水资源配置等都带来了巨大挑战.通过系统阐述如何开展气候变化对流域水循环的影响研究及所包含的关键问题,可为后续相关研究和区域水资源管理提供科学依据与决策支撑.     

气候变化对重庆岩溶地区水文水资源的影响

分析了重庆岩溶区水文水资源对气候变化的响应。结合水文数据与气象数据，运用数学分析的方法研究了气温和降水对水文水资源要索的影响。结果表明：岩溶区降水变化对径流量影响显著，呈显著正相关，并且年均降水量与年均径流量存在指数增长关系。同时由于降水的变化，导致重庆岩溶区干旱、洪涝和正常年交替出现，且旱涝持续时间长。气温是影响蒸发的重要因子。可能蒸散随着气温的变化呈现出明显的季节变化和年际变化，气温升高，则蒸发量增加，反之则减少。从空间上，可能蒸散量大体上西部大于东部，北部大于南部。     

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.     

安徽巢湖杭埠河流域近50a来降水和径流特征探讨

通过对安徽杭埠河流域近50a来水文资料分析,得出以下结论：（1）杭埠河的水源主要以降水补给为主,年径流量的变化随年降水量的变化而变化．流域内特大的降水发生在1954年、1969年、1991年,干旱发生在1978年,其次是1965年～1968年．（2）典型水文站的水位主要受降水影响,晓天站的年均水位整体趋势在1952年～2000年是下降的;龙河口水库坝上站的水位、年径流量变化较大,是由于水库的调蓄作用引起的;但巢湖的年均水位在20世纪50年代以后整体是上升的,这是由于上游泥沙汇入引起淤积导致的．（3）流域内的年降水量较大的年份与该年的太阳黑子相对数峰值具有较好的对应关系,由此可见影响降水的因素与太阳活动密切相关;通过与厄尔尼诺现象的发生对比,发现流域内的降水异常年主要发生在厄尔尼诺年,流域的降水主要是受全球的大气候影响而变化．     

土地利用变化对阜平流域的径流影响研究

选取不同年份Landsat遥感卫星图像,分析了阜平流域土地利用变化;以SWAT模型为工具,利用1968-2010年的水文气象资料,针对土地利用情况研究土地利用变化对流域径流的影响。结果表明,近几十年来,多年降水量变化不显著,而径流量呈显著下降趋势;流域林地增加(草地转林地)是径流减少的主要原因,从1993年的926 km2增加到2004年的1 119 km2,径流量减少6.46%;不同情景下模拟的多年平均流量总体呈现减少的趋势;林地的增加和草地的减少能够导致径流的减少;林地和草地的变化通过影响蒸散发量影响水文循环;径流量的变化趋势与蒸散发量相反。     

河套灌区近50年气候变化特征及趋势分析

以河套灌区为研究区,收集、整理和分析了河套灌区由西向东的磴口、杭后、临河、五原、前旗5个区域近50年的气候资料:包括降水量、气温、日照总时数、无霜期、平均风速、蒸发量等,分别运用线性趋势法、Mann-Kendell法和小波分析等手段,研究了该地区不同时段、不同区域的气象因子的趋势性、突变性和周期性.结果显示:近50年来灌区年平均气温呈逐年上升的趋势,并且通过了M-K显著性检验.50年间增温幅度约为2℃,各月极端气温差约为41℃,且各月气温呈明显的升高趋势,突变点为1990年;灌区年降水量在波动中呈微弱增加的线性趋势,增加总量不足10mm;而灌区年蒸发量自2000年以来呈现出明显的增加趋势,增加的蒸发量体现在春季的2、3、4月份;灌区年平均风速有明显的降低趋势,突变点为2000年;年日照总时数有变短、年无霜期有增加趋势,但二者变化趋势并不明显.     

气候变化对雄安新区城市建设的影响及应对策略

 利用全国近50年气象资料（雄安1974年以来的完整资料）,研究分析了全国尤其是雄安近几十年来的气候变化和气候生态特征。雄安属暖温带半湿润季风气候,气候背景与北京、天津类似。近几十年来,气温、降水等气象要素的变化趋势明显但幅度较弱,年平均气温变化趋势为平均每10年升高0.2℃,高温日数平均每10年增加0.8 d,暴雨日数呈减少趋势,上述要素的变化幅度虽低于全国及周边城市,但均显示出了气候变化对雄安的影响,且极端天气事件也呈增加的趋势,如强降雨重现期缩短,极端强降雨量明显增大等,这与IPCC（联合国气候变化政府间专门委员会）的报告和中国大部地区趋势一致。结合灾害历史资料分析和气候模式预测,指出在全球气候变暖背景下,雄安新区在发展中将面临气候变化背景下增加的气象灾害和气候风险,进而给出了相关城市建设的建议。     

Response of water budget to recent climatic changes in the source region of the Yellow River

Discharge in the source region of the Yellow River significantly declined after 1990.China Meteorological Administration(CMA) data show that precipitation in this region was low in the 1990s but returned to above normal after 2002;in recent decades there has been rapid warming of surface air,moistening and wind speed decrease.To investigate the influences of recent climatic changes on the water budget,this study simulates the surface water budget at CMA stations within and surrounding the source region during 1960-2006,using an improved land surface model.Results indicate that the spatial pattern of precipitation change is an important factor(except for precipitation amount and intensity) in determining the response of runoff to precipitation changes.Low runoff in the 1990s was consistent with precipitation amount and intensity.The recovery of precipitation after 2002 is mainly from increased precipitation in the dry area of the source region.Evaporation was mainly limited by water availability in this dry area,and thus most of the precipitation increase was evaporated.By contrast,energy availability was a more important influence on evaporation in the wet area.There was more evaporation in the wet area because of rapid warming,although precipitation amount partly decreased and partly increased,contributing to the reduction of runoff after 2002.This control on evaporation and its response,together with the modified spatial pattern of precipitation,produced a water budget unfavorable for runoff generation in the source region during recent years.     

1951—2014年淮河流域典型等值线变化特征

利用1951—2014年淮河流域29个站点月平均气温和月降水量数据,运用线性倾向估计、累积距平、Mann-Kendall检验及空间分析等方法,分析了1月均温和年降水量的时空变化特征.结果表明:过去64 a,1月均温呈显著升高趋势,升高速率为0.3℃/10a,1986年以后升温趋势显著,并于1973年发生升温突变;年代际方面,20世纪50年代均温最低,20世纪90年代均温最高.年降水量呈不显著减少趋势,减少速率为5.9 mm/10a;年代际降水量波动幅度不大,其中21世纪00年代平均降水量最高,21世纪10年代平均降水量最少.相较于淮河流域年均温变化,1月均温发生暖化突变时间早于年均温,说明1月均温在响应全球变暖方面更加敏感.过去64 a,1月0℃等温线和800 mm等降水量线与秦岭—淮河一线不重合,其主要原因是全球变暖导致的自然带显著北移.     

The twentieth century was the wettest period in northern Pakistan over the past millennium

Twentieth-century warming could lead to increases in the moisture-holding capacity of the atmosphere, altering the hydrological cycle and the characteristics of precipitation. Such changes in the global rate and distribution of precipitation may have a greater direct effect on human well-being and ecosystem dynamics than changes in temperature itself. Despite the co-variability of both of these climate variables, attention in long-term climate reconstruction has mainly concentrated on temperature changes. Here we present an annually resolved oxygen isotope record from tree-rings, providing a millennial-scale reconstruction of precipitation variability in the high mountains of northern Pakistan. The climatic signal originates mainly from winter precipitation, and is robust over ecologically different sites. Centennial-scale variations reveal dry conditions at the beginning of the past millennium and through the eighteenth and early nineteenth centuries, with precipitation increasing during the late nineteenth and the twentieth centuries to yield the wettest conditions of the past 1,000 years. Comparison with other long-term precipitation reconstructions indicates a large-scale intensification of the hydrological cycle coincident with the onset of industrialization and global warming, and the unprecedented amplitude argues for a human role.     

Potential impacts of a warming climate on water availability in snow-dominated regions

All currently available climate models predict a near-surface warming trend under the influence of rising levels of greenhouse gases in the atmosphere. In addition to the direct effects on climate--for example, on the frequency of heatwaves--this increase in surface temperatures has important consequences for the hydrological cycle, particularly in regions where water supply is currently dominated by melting snow or ice. In a warmer world, less winter precipitation falls as snow and the melting of winter snow occurs earlier in spring. Even without any changes in precipitation intensity, both of these effects lead to a shift in peak river runoff to winter and early spring, away from summer and autumn when demand is highest. Where storage capacities are not sufficient, much of the winter runoff will immediately be lost to the oceans. With more than one-sixth of the Earth's population relying on glaciers and seasonal snow packs for their water supply, the consequences of these hydrological changes for future water availability--predicted with high confidence and already diagnosed in some regions--are likely to be severe.     

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。     

玛纳斯河流域绿洲区气候的变化特征

利用玛纳斯河流域绿洲区5个气象台站1961~2003年气温、降水和蒸发量资料,分析了该绿洲区气候变化趋势及突变情况。结果表明:近43年来玛纳斯河流域绿洲区年平均气温及四季气温均普遍升高,其中以春、冬两季最为明显;降水量的变化呈现出显著的增加趋势,1987~2000年比1961~1986年平均降水量增多24.8%。降水偏多主要是在冬季和夏季,分别偏多了24.3%和16.2%;四季和年蒸发量都是呈现下降趋势,四季中以夏季和春季下降趋势最为明显,趋势系数分别为-0.25和-0.37通过了置信度α=95%的置信检验;玛纳斯河流域绿洲区降水,用Mann-kendall方法检验在1983年发生了由低向高的突变,温度在1995年发生了由低向高的突变。这些气候趋势和突变现象的发生,都能明显地反映在荒漠生态与环境变化中。     

石羊河上游1956-2009年出山径流量特征及其对气候变化的响应

利用石羊河上游气象站1956-2009年逐日气象资料及天祝县六条河流1956-2009年年出山径流量资料,应用FAO Penman-Monteith模型、小波变换及累积距平等方法分析石羊河上游天祝县出山径流量特征及其对气候变化的响应,结果表明:1956-2009年石羊河上游天祝县出山径流量在波动中总体呈微弱减少趋势,径流量变化倾向率为-0.288×10~8m~3/10a,其中,减少速度最快的是黄羊河,年径流量变化倾向率为-0.069×10~8m~3/10a.1950s,1960s及1980s为丰水期,1970s,1990s为枯水期,进入21世纪,尤其是2002-2009年径流量有所增加;降水量波动呈微弱增加趋势,降水量变化倾向率为1.165mm/10a,径流量与降水量存在显著正相关震荡,两者变化过程具有极吻合的同步性;气温整体呈明显上升趋势,气温变化倾向率为0.298℃/10a,尤其是20世纪80年代中后期以来,增温趋势更加明显;潜在蒸发量在波动中呈增加趋势,其变化倾向率为2.206mm/10a,径流量与气温、蒸发量呈显著负相关震荡;通过小波方差检验,径流量与降水量、气温及潜在蒸发量等各气候要素均分别存在22年左右、7-8年和3年左右的的显著变化周期,而且第一主周期均为准22年,径流量对气候变化响应明显.