气候变化对我国华南沿海地区水资源的影响——以南流江流域为例

为研究气候变化对我国华南沿海地区的水资源的影响,以南流江流域作为研究对象,应用具有物理机制的分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟。以常乐站1970~1994年月径流数据对模型进行率定,以1995~2013年月径流数据进行验证,基于南流江流域气候变化预估成果设置20种未来气候情景,模拟不同气候变化条件下的流域水文过程,计算不同情景下南流江流域径流及蒸散发的变化,分析气候变化条件下的水资源响应程度。结果表明:月径流模拟值与实测过程线总体拟合程度很好(R20.85,Ens0.8),SWAT模型在南流江流域具有较好适用性;降水是影响南流江流域径流变化的主要气候因子,而影响蒸散变化的主要气候因子是气温。降水不变时,气温每上升1℃,年均蒸散发量增加9.1 mm,年均径流量减少9.2 mm;气温不变时,降水量每增加10%,年均蒸散发量增加5.1 mm,年均径流量增加159.3 mm。预计到本世纪中叶,南流江流域年均径流变化幅度为-29.6%~27.6%,到本世纪末的变化幅度为-30.5%~26.7%,这将对南流江流域带来一系列的问题与挑战。     

渭河流域河川径流对气候变化的时空响应机理

基于流域DEM、土地利用、土壤等空间数据,以及降雨、气温等气象数据,构建了渭河流域SWAT模型分区径流模拟平台,分析了历史气候变化对流域径流的时空影响;通过气候情景假设法,进一步研究了该流域河川径流对未来气候变化特征的时空响应.结果表明:在时间上,1990s气候变化对径流的减少程度大于2000s,减少贡献率分别约为75%和50%;年降雨增加/减少5%,年径流增加/减少10%~15%,年气温增加/减少0.5℃/1℃,年径流减少/增加幅度小于3%;季降雨增加5%或减少5%/10%,各季径流响应程度差异不大,但当季降雨增加到10%时,冬季径流增加显著(约50%);春季和冬季径流对气温降低较敏感,秋季和冬季径流对气温升高较敏感,季气温增加或减少0.5℃/1℃,季径流变幅均小于10%.在空间上,历史气候变化对径流的影响程度为:上游大于下游,泾河大于北洛河;年径流对降雨的响应空间差异不大,但对气温上升的敏感度干流大于支流,对气温降低的敏感度干流小于支流;季径流对气候变化的空间响应均为干流大于支流.     

气候变化背景下宁夏泾河水资源变化分析

为当地适应气候变化决策提供技术依据,用Mike 11水文模型研究气候变化背景下泾河水资源变化趋势.依据泾河1982—2000年实测降水径流资料,率定建立泾河流域降雨径流模型参数,然后根据气候情景数据,借助经过验证的降水径流模型,预测未来气候变化对宁夏南部山区水资源的影响.结果表明,对泾河1982—1998年实测径流进行模拟,模拟平均径流深与实测径流深拟合程度较好,相对误差为7.2%;逐日径流过程线形状吻合,模拟与实测流量的峰值吻合;低流量平水期吻合较好,在丰水期吻合差一些,二者总体拟合较好.根据PRECIS区域B2气候情景数据(2011-01-10,50km×50km网格),预测南部山区地表径流呈减少趋势.相对于多年平均值,泾河流域地表径流未来减少8.5%²4.3%.泾河干流径流减少幅度较大,将会对东山坡引水、固原东部引水工程造成影响,水资源短缺形势不容乐观,宁夏中南部水资源供需矛盾可能进一步加大.     

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%.     

上海市近145年气候变化对气候生产力的影响

利用上海市1873-2017年逐月平均最高、平均最低气温和月降水量资料,采用Thornthwaite Memorial模型估算了上海市逐年气候生产潜力。在此基础上,利用Fisher最优分割、多元线性回归等数理统计方法分析了近145年上海市气候生产潜力的变化特征,并定量评估了气温和降水对上海市气候生产潜力的相对贡献率。结果表明:(1)过去145年上海市气候生产潜力以10.7±3.4kg/(hm~2·a)(p0.05)的速率呈显著上升趋势。(2)气候生产潜力受到降水与气温的双重影响,1873-2017年上海市降水与气温对气候生产力的贡献率分别为64.6%和35.4%,降水对气候生产潜力的变化起主导作用。(3)气温和降水对气候生产力的贡献率受气候变化显著影响,气温每升高1℃,气温贡献率增加4.95%±0.93%;降水量每增加100 mm,降水贡献率减少4.66%±1.10%.     

基于弹性分析的闽江流域径流演变与气候变化关系

基于1960- 2006年闽江流域月径流、降水和气温资料,采用弹性分析和Mann-kendall检验的方法,探讨流域径流演变与气候变化之间的关系.结果表明:(1)采用非参数方法和改进公式方法计算弹性系数,均具有简便、可靠的优点,适于分析径流对气候要素的响应特征和规律.(2) 1960-2006年闽江流域控制站点竹岐站...     

人类活动对清水河上游水资源的影响

应用MIKE11水文模型研究人类活动对清水河水资源的影响,为保护水资源提供参考.依据清水河1995—2008年实测降水径流资料,率定建立的清水河上游降雨径流模型参数,并借助经过验证的降水径流模型,分析人类活动对清水河上游水资源的影响.结果表明,通过对清水河1995—2008年实测径流进行模拟,模拟平均径流深与实测径流深拟合程度较好,相对误差为3.7%;逐日径流过程线形状吻合;模拟与实测流量的峰值吻合;低流量平水期吻合较好;二者总体拟合较好.人工开采地下水造成区域地下水位下降,引起组成径流的坡面流、壤中流和基流减少,尤其是基流显著减少,是清水河上游径流减少的主要因素.     

气候变化影响下冶河流域径流变化特征分析

基于冶河流域周边台站的气象水文数据,综合运用Mann-Kendall突变检测、Hurst指数和相关分析等方法,分析了流域径流的年际变化特征和年内格局变化,探讨了径流与气候变化的内在关系.结果表明:1957年～2013年,冶河流域气候呈现向暖干转化的趋势,其中升温趋势显著,而降水减少不明显.流域径流的年际变化呈现显著的减少趋势,减少率为0.14×10~8 m~3/a.年径流序列在1977年发生突变,突变前后年平均径流减少了5.13×10~8 m~3,突变后气候变化对径流的影响程度逐渐减弱.从径流的年内变化格局看,各月份径流减少都十分显著,相对减少率均超过50%.R/S分析结果表明,气温、降水和径流的年际变化均具有持续性,气温迅速升高、降水微弱减少和径流持续减少的变化趋势未来仍将继续.     

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。     

中国公路沥青路面水损害气候影响分区方案

为了了解中国气候条件对沥青路面水损害的影响情况,对沥青路面水损害研究成果进行了回顾与分析,认为影响沥青路面水损害的主要气候因素为:降水、高温以及冻融循环过程.降水与高温过程组合以及降水与冻融循环过程组合是影响沥青路面水损害的两个主要气候过程.针对这两个主要气候过程,构建了降水气温指数和降水冰冻指数,用于评价上述气候过程对沥青路面水损害的影响.分析结果表明:利用降水气温指数和降水冰冻指数划分中国公路沥青路面水损害气候影响分区是合理可行的;根据各个气候指数的工程意义和等概率原则,确定了分区界限,拟定了包含14个区的分区方案.     

北疆近41年气候变化趋势及其对生态环境的影响研究

本文选取新疆北疆地区19个气象站台的1961-2001年的气象资料,分析了北疆地区年最高气温、年最低气温以及降水量变化。研究表明：近41年北疆的气候变化是显著的,表现在温度升高、降水增加等方面。日最高气温的增温率小于日最低气温的增温率。气温升高和降水变化具有明显的季节性差异,冬季的增温最为显著,降水偏多主要在冬季和夏季。气候变化趋势对北疆地区的生态环境有利有弊,明显的变暖、变湿趋势对北疆的生态与环境有积极影响,有利于北疆地区的农业生产,对国民经济的发展具有促进作用。     

北京市气象条件和空气质量指数与车辆行驶事故的关系

运用皮尔逊相关分析,采用保险调查数据,综合研究了北京市日车辆行驶事故数量与日平均气温、日降水量、日空气质量指数的关系,得到以下结果: 1)10月份行驶事故数量占全年的比例最高,2月份最低; 2)年尺度数据分析显示,日行驶事故数量分别与日平均温度和日降水数量呈显著负相关,与日空气质量指数呈显著正相关; 3)季节和月份尺度数据分析结果表明,日车辆行驶事故数量与日降水量无显著相关关系,夏季日平均温度与日行驶事故数量之间呈显著正相关关系; 4)夏季营造良好车内环境、秋冬季节改善道路条件、污染天气限行制度、行驶事故风险预警等,有利于减少车辆行驶事故,改善交通拥堵现象.      

西安降水短周期振荡现象

根据１９６１－１９８５年西安单站逐日压,温,湿及降水资料,分析得出压,温,湿及降水的变化特征和它们之间的关系,并将西安１９８７年１－１２月逐日１４时压,温,湿资料分离为气候值,低频值和高频值。     

新疆石河子莫索湾垦区气候特征分析

利用莫索湾垦区1959-2007年历年日平均气温、最高(低)气温、降水量等资料,分析该地区48年年际、年代际、四季及近10年的气候变化特征,并得出了相关的结论.     

湘江流域多源降水与气温产品组合的径流极值模拟精度评价

为探究卫星遥感、再分析产品等多源数据组合径流极值模拟的精度,选取湘江流域TRMM、PERSIANN-CDR、CFSR以及实测数据的8种降水与气温组合,利用水文模型探究不同组合在各径流极值序列中的模拟精度。结果表明：在无实测数据的组合中,TRMM降水与CFSR气温、PERSIANN-CDR降水与CFSR气温2种组合的模拟结果分别最接近径流极高值与径流极低值实测值;除基准组合(实测降水、实测气温),实测降水与CFSR气温、TRMM降水与实测气温分别是径流极高值、径流极低值模拟精度最高的组合;在各径流极值序列中,CFSR降水与CFSR气温、CFSR降水与实测气温2种组合皆严重高估径流极值,最大高估可达651%,表现出模拟误差随径流值减小而增大的特征,其余组合皆低估径流,最大低估可达67.48%,且呈现出误差随径流值减小而减小的特点;降水产品在不同的径流极值序列中表现出的极端降水特征不同,径流极高值序列中TRMM较其他2种降水产品更能反映极端降水的发生频率以及无雨历时等特征,径流极低值序列中PERSIANN-CDR降水对极端降水强度、总量以及连续湿日特征的体现最好。     

近50年内滇西北极端气候变化

研究采用滇西北(德钦站、香格里拉站、贡山站、维西站、丽江站、泸水站、大理站)七个站点1961~2010年每日降水量、日均温以及最高和最低气温数据,通过STARDEX Diagnostic Extremes Indices Software得到各个站点的57个极端气候指数,运用散点图分析近50年内滇西北极端气候的变化趋势,并用Matlab进行突变检验.结果表明:滇西北地区近50年来气温总体呈上升趋势,年日较差降低;异常极端高温连续日数增加,"暖冬"现象更突出,霜冻日数减少,生长期延长;区域极端降水不均衡,连续干、湿日数增加;降水集中的季节性更明显.     

呼伦贝尔NDVI变化及与气候变化的关系研究

本文基于1982-1999年的Pathfinder AVHRR NDVI指数数据集和2000-2010年的MODIS NDVI数据集分析呼伦贝尔NDVI多年和季节尺度变化;根据呼伦贝尔市及周边15个气象站点1964-2013年逐日气象观测资料,探究呼伦贝尔的最高气温、最低气温、平均气温、降水量变化以及NDVI变化与4个气象要素的关系。结果表明：近29a呼伦贝尔的年均NDVI显著增大,其中春季NDVI值增大最快而秋季增大最慢;呼伦贝尔近50a的气温显著上升,尤以最低气温上升最明显,在季节变化上,冬季各温度指标温度上升最快;年降水量呈增多趋势,以春季降水增加最显著,夏季降水波动最大;年均NDVI与平均气温、降水量显著相关,但是NDVI与气温、降水的相关性在年、季不同时间尺度均有很大差异,在四季中以夏季NDVI均值与各气象因子相关性最强。温度、降水与NDVI的相关模态分离研究表明,平均温度升高时NDVI值偏大,而降水增多NDVI值减小。     

一种单站预报方法

根据西安１９８７年１—１２月逐日１４时压、温、湿和当日降水资料,分析了气压、气温、湿度和降水的关系,并将其分离为气候值、低频值和高频值,发现了西安降水与压、温、湿的高频值和低频值的振荡周期相吻合,建立了一种西安降水预报方法     

Change of precipitation intensity spectra at different spatial scales under warming conditions

The long-term change of the whole spectra of precipitation intensity in China is examined using observed daily data recorded at 477 surface stations for the period from 1961 to 2008. The results show a spatially coherent decrease of trace precipitation despite different reduction magnitudes among the regions. For measurable precipitation, significant regional and seasonal characteristics are observed. In autumn, the whole measurable precipitation decreased over Eastern China (east of 98°E). In summer and winter, a significant increase of heavy precipitation and decrease of light precipitation are detected south of Eastern China. In Western China, measurable precipitation is found to have increased in all four seasons. Composite analysis reveals a quasi-linear relationship between increasing surface temperature and precipitation on a global scale. The responses of precipitation at different intensities to the increased temperature are distinct, with a significant spectra-shifting from light to heavy precipitation. Compared with precipitation over the ocean, the amplification of heavy precipitation over land is relatively less, most likely constrained by the limited water supply. The response of regional precipitation to global warming shows greater uncertainties compared with those on the global scale, perhaps due to interference by more complex topography and land cover, as well as human activities, among other factors.     

基于机器学习的地下水水质预测研究

基于实测的地下水水质数据（pH、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、Fe、Mn 7种）和气象数据（平均气温、最低气温、最高气温、平均最低气温、平均最高气温、20:00—20:00降水量、日降水量≥0.1 mm的时间、最大日降水量8种）,分别使用BP神经网络、随机森林（RF）和支持向量机（SVM）构建了地下水水质参数的机器学习预测模型．对于每一种水质参数,分别使用不同的机器学习算法基于不同滞后期的数据进行模拟,将结果与实测水质进行对比,选择精度最高的机器学习模型及其对应的滞后期作为该水质参数的最优模型和最佳滞后期．结果表明,不同机器学习方法和滞后期的选择对预测精度影响很大,BP神经网络对pH（R2=0.225,RMSE为2.411）、总硬度（R2=0.503,RMSE为47.973 mg·L?1）、氯化物（R2=0.994,RMSE为0.544 mg·L?1）和Fe（R2=0.302,RMSE为7.772 mg·L?1）的预测精度最高,RF对硫酸盐（R2=0.908,RMSE为3.788 mg·L?1）和Mn（R2=0.522,RMSE为0.429 mg·L?1）的预测精度最高,BP神经网络、RF和SVM对溶解性总固体的预测性能均较好（R2=0.994~0.996,RMSE为674.660~950.470 mg·L?1）．此外,硫酸盐和Mn预测模型对应的最佳滞后期为0个月,溶解性总固体和氯化物预测模型对应的最佳滞后期为1个月,pH、总硬度和Fe预测模型对应的最佳滞后期为2个月．