水文水资源管理经济中气候变化影响评估的不确定性问题

大多数关于气候变化对水文过程影响评估的文献中,对大气模型中存在的显著的不确定性往往考虑不足.在很多重要的领域,GCM生成的长期预测很少能用于未来水资源规划与管理,因为其结果无法对变化趋势进行准确的描述,也就是对水文变量增加或减少趋势的预测缺乏可信度.一项借助于14个GCM模型以及不同发展情景(包括基准情景)开展的径流预报集合分析研究验证了这一点.GCM的输出情景作为水平衡模型的输入这种方法用于多瑙河上游未来水文变化的预测.如果将这种预测情景用于预测由气候变化引起的水文变化经济成本,更大的不确定性将会在经济数学模型中产生.著名的Stern"气候变化经济学"评论在水资源管理领域被广泛的应用.在经济学文献中对Stern评论的观点存在很多争议,很多专家对方法的使用和结论提出了一些质疑,本文的实例也证明了这一点.因此,进行气候变化对水文和水资源影响评估的学者们应该意识到不仅在GCM中存在很大的不确定性,大气-水文-经济模型的耦合过程可能会导致更大的不确定性.     

白榆在我国的潜在分布格局及未来变化

【目的】研究影响白榆(Ulmus pumila)在我国分布的气候条件、分布范围及未来变化,为白榆的科学保护和合理开发提供理论依据。【方法】采用MaxEnt和ArcGIS软件对当代、2050s和2070s(RCP2.6和RCP6.0)3个时期气候情景下白榆的潜在分布区进行预测。【结果】MaxEnt模型对白榆潜在分布区的预测具有很高的准确度,其训练集和测试集的AUC值分别为0.921和0.911。其中温度季节性变化(Bio4)、年降水量(Bio12)和降水量季节性变化(Bio15)对白榆的影响贡献率累计高达88.4%。依托气候环境变量,对白榆当前时期潜在分布区进行预测,中适生区主要集中在我国新疆、内蒙古中部、甘肃等西北地区,吉林、辽宁和内蒙古呼伦贝尔市等东北地区有少量分布;高适生区主要集中在我国河北、陕西、山西、山东等华北地区。未来2050s和2070s时期RCP2.6和RCP6.0气候情景下,白榆高适生区面积减小,中低适生区面积增大且会出现新的潜在适生区。【结论】以年为单位的温度和降水是白榆分布的主要因子,当前白榆的适生区主要集中在我国华北、西北和东北地区,未来其分布有向高纬度、高海拔区...     

气候变化背景下青檀的潜在地理分布

气候是植物物种地理分布的决定因素.通过建模预测濒危物种的潜在适生区已成为评估生境适宜性的有用工具.青檀(Pteroceltis tatarinowii Maxim.)是第三纪古热带植物区系的孓遗植物，具有十分重要的经济价值和生态价值，通过对青檀的潜在地理分布预测可以更好地为青檀的培育、管理和可持续利用提供科学依据.利用MaxEnt模型模拟当前(1970-2000年),预测未来2050s(2041-2060年)和2070s(2061-2080年)在3种不同排放浓度(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)情景下青檀在中国的潜在地理分布，并对不同气候带、纬度和海拔下青檀适生区空间分布格局及其生境破碎化程度、质心移动轨迹进行分析.结果发现：(1)年降雨量(Bio12)是影响青檀分布的决定因子，最冷月的最低气温(Bio6)是仅次于年降雨量的次要因子；(2)当前青檀潜在适宜分布区主要分布在我国水热条件较为适宜的亚热带地区；(3)未来不同气候情景下青檀潜在适生区面积整体上呈减少趋势，其生境破碎化程度逐渐加剧；(4)青檀的潜在适生区的质心向西北方向偏移.     

荒漠濒危植物裸果木适宜分布区对未来气候变化情景的可能响应

目的模拟未来气候变化对荒漠孑遗植物裸果木的地理分布与格局的影响,对指导该植物的保护/恢复有重要意义。方法基于裸果木的25个居群分布点和12个环境变量,利用最大熵模型MAXENT和GIS工具,模拟基准(1961-1990)气候,并预测未来气候下(2050和2070时段,基于RCP6. 0情景)裸果木在蒙古南部和我国西北的潜在分布范围和最适宜分布,并分析适宜分布区内各驱动因子的数值范围。结果 1)基准气候下,裸果木的潜在分布区集中于我国西北荒漠区,在蒙古的准噶尔戈壁省、南戈壁省和东戈壁省仅有少量破碎化的适生区; 2) 2050和2070时段该植物在我国西北荒漠区的分布区将减少32%左右,主要分布在塔里木盆地西端、河西走廊东部、内蒙古阿拉善左旗及宁夏北部地区;最适宜的分布区也将明显缩减; 3)主要是年均降水量、最湿季降水量和降水季节性限制了裸果木植物的潜在分布。上述3个因子的变化范围分别为:54. 00～162. 01 mm、26. 00～103. 44 mm和40. 36～145. 78。结论未来气候下,裸果木在我国西北荒漠区的适宜分布范围和最适宜分布区都将明显减少。     

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。     

马尾松分布格局对未来气候变化的响应

【目的】分析并预测未来气候变化对马尾松适宜分布范围,探讨影响马尾松潜在地理分布的主要气候因子,为马尾松潜在分布区种质资源管理和保护提供参考与指导。【方法】以中国数字植物标本馆记录的马尾松分布数据为基础,利用MaxEnt模型及地理信息系统ArcGIS 10.3软件探讨马尾松当前地理分布特征及其潜在分布区,并针对代表性浓度路径(RCP) 2.6及RCP 8.5两种气候情景下未来(2050年和2070年)马尾松适宜分布范围及主要气候因子进行分析。【结果】当前马尾松高适生区覆盖的地区主要分布于秦岭—淮河线以南。浙江、福建、江西、湖北西南部、湖南、重庆、四川东南部、贵州北部、广西中部、广东北部等地区为马尾松主要分布区,海南、云南及台湾等地为零星分布区。在未来气候情景下,马尾松适生区向我国北部地区迁移,包括河南西部、山东半岛、辽东半岛、河北东部、山西南部等地区,而在云南南部零星地区不会再有马尾松自然分布。在未来两种气候情景4个条件中,相同RCP情景下,不同年限各适生区之间的差异并不明显,变化趋势大致相同;但相同年限的不同RCP情景对应的各适生区面积变化存在明显区别,RCP 8.5的影响要高于RCP 2.6。影响马尾松地理分布的主导生物气候变量为年均降水量、最干月降水量及平均气温日较差,且降水较温度的影响更大。【结论】未来气候变化将导致马尾松分布范围进一步扩大,新增分布区主要集中于当前分布区北部。应以当前马尾松适生环境为基础,针对当地气候类型、土壤条件等环境因素合理建立保护区,以便马尾松能够顺利适应新环境。     

气候变化下白水江国家级自然保护区大熊猫潜在分布模拟

在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5四种排放情景下,利用BCC-CSM1-1全球气候模式获取白水江自然保护区本世纪中叶和末期未来气候数据,结合地形和土地利用类型数据驱动Maxent模型,获得了气候变化下保护区大熊猫的栖息地分布和质量的潜在变化.研究结果表明7个环境变量对大熊猫的栖息地分布有重要影响,...     

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.     

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。     

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.     

全球气候变化对喜旱莲子草和莲草直胸跳甲潜在分布的影响

为了探究气候变化场景下喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）和莲草直胸跳甲（Agasicles hygrophila）适宜生态空间和潜在地理分布的变化，采用构建MaxEnt生态位模型的方法，模拟了当前气候下2个物种的潜在分布区以及未来气候变化对其潜在分布的影响.结果表明：当前气候条件下，与喜旱莲子草的潜在分布相比，莲草直胸跳甲的潜在分布范围较大.未来气候场景下，预计喜旱莲子草适生区面积减少10.16%，新增27.69%，其17.53%的适生区分布范围会发生变化；预计莲草直胸跳甲适生区面积减少1.02%，新增15.52%，其14.50%的适生区分布范围会发生变化. 2个物种在不同未来环境变量下的适生区面积均大于当前的潜在分布面积.     

基于MaxEnt生态位模型预测木灵藓科三属植物在新疆的潜在分布区

木灵藓科植物是干旱、半干旱环境中常见的藓类植物,对温度和降水极为敏感.木灵藓科在中国的物种丰富度由东向西增加,在新疆的丰富度较高.木灵藓属(Orthotrichum)、显孔藓属(Lewinskya)、多胞藓属(Nyholmiella)是三个在新疆分布较为广泛的属.预测当前以及未来气候情景下这三个属在新疆的潜在分布范围,将为木灵藓科区系和多样性研究提供一定的参考依据,也能预判未来气候变化对新疆地区木灵藓属的分布影响.该文根据木灵藓属、显孔藓属、多胞藓属在新疆的125个地理采集样点和19个气候因子,运用MaxEnt模型预测了它们适生区,并分析这些气候因素对其分布范围的影响.结果显示：1) AUC值高达0.945,说明该模型能够很好地预测了三个属的适生区范围.Jackknife检验表明,影响三个属分布的主要气候因子为最湿季平均气温以及最干季降雨量,贡献率分别为24.5%、23.9%.2) 该三属主要分布在阿勒泰、塔城、中部天山山脉、哈密、喀什和克州等地区,在和田和巴州也有一定的分布.在21世纪50年代的气候情景下,这些属在阿尔泰和塔城的分布范围将扩大,而在喀什和巴州的则缩小.总体而言,在21世纪70年代的气候情景下,这三个属在新疆的潜在分布区面积比现在的有所缩小.该文以气候因子预测了木灵藓科在新疆当前和未来的潜在分布范围,今后的工作中,将考虑影响苔藓植物生长的地形、植被的类型等,以进一步提高预测结果的准确性.     

基于集合预报的两种输电线路舞动概率预测方法

利用中国气象局集合预报业务系统GRAPES-EPS（Global/Regional Assimilation and Prediction System Ensemble Prediction System）的15个集合成员预报产品,基于舞动气象模型,分别通过等权重法和集合平均法得到输电线路舞动发生的预测概率,以2016年11月23日和2018年1月4日~6日的电线结冰数据作为实况,检验两种预测方法的效果,结果发现,（1）等权重法和集合平均法预测出的舞动范围均能覆盖实际发生舞动的区域,均可作为舞动发生的客观预测方法;（2）等权重法预测输电线舞动的报对站比例更高而漏报站比例更低,(3)等权重法预测的日最大舞动概率和日平均舞动概率均较集合平均法预测的大;(4) 从空间分布和时间变化来看,等权重法舞动预测的概率值具有一定的连续性,而集合平均法预测的舞动概率值则具有明显的跳跃性,等权重法应用效果较集合平均法更好。     

气候变化对药用植物刺山柑适宜分布的影响

本研究基于刺山柑的分布数据和环境数据,利用最大熵(MAXENT)模型和GIS工具估计其在基准(1970-2000)及未来气候(2050和2070时段,RCPs情景)下的潜在分布范围、空间格局及其变化,结果表明:(1)基准气候下,刺山柑的潜在分布主要集中在新疆,包括古尔班通古特沙漠北部、西部、南缘,吐鲁番、鄯善、托克逊、伊犁河谷,以及塔里木盆地西端、北缘、和西南缘,最适生分布区集中在古尔班通古特沙漠北部、西部和南缘、吐鲁番、鄯善地区,以及塔里木盆地西端和西南缘;(2)降水因子主要限制了刺山柑的潜在分布,最湿月降水量、降水季节性和年平均降水量对其分布的累积贡献率达76.13%,研究区其最适宜分布区(潜在发生概率≥70%)的降水因子参数为:最湿月降水量20-50 mm、降水季节性40-55 mm和年平均降水量80-200 mm;(3)2050和2070时段的分布与基准气候相比,适宜分布范围都呈增加趋势,平均净增加的百分比分别为28.30%和36.62%;最适宜分布区也将明显扩增,并呈向东迁移趋势。     

气候变化下西南地区12种常见针叶树种适宜分布区预测

【目的】随气候变化加剧,未来西南地区针叶林分布存在诸多不确定性,进行未来气候下西南地区常见针叶树种适宜分布区研究,为该地区森林生态安全评估提供参考。【方法】基于最大熵模型(MaxEnt)模拟未来气候情景下西南地区常见的12种针叶树的气候适宜分布区。【结果】MaxEnt模型能够很好地模拟西南地区12个树种的潜在分布,AUC值均达0.9以上; 2070年MPI-ESM-LR模式RCP4.5情景下西南地区12种常见针叶树种气候适宜区面积分布变化显著,包括冷杉、三尖杉、杉木、干香柏、柏木、水杉、云南松、红豆杉和福建柏在内的9个树种气候适宜区与气候最适区面积增加11.1%~412.8%;银杉和油麦吊云杉的气候适宜区面积分别增加6.0%和32.8%,但气候最适区面积减少了0.8%和3.5%;云南油杉未来气候适宜区和气候最适区的面积则减少24.0%和29.1%。【结论】西南地区针叶林中广布树种的气候适宜区面积会得益于气候变化而扩大,但云南油杉和油麦吊云杉等一些西南特有乡土树种的气候适宜区面积则会因为气候变化而缩小,因此对特有乡土树种的保护应给予重视。     

云南广西蒜头果适生区预测及环境影响因子

【目的】蒜头果(Malania oleifera)是一种兼有很高经济和生态价值的濒危植物。本研究旨在揭示云南、广西蒜头果的潜在适生区的空间分布格局,并且明确其主要环境影响因子,为蒜头果的保护与开发利用提供理论基础。【方法】通过野外调查、数字标本植物馆、全球生物多样性信息网络等方式获取了蒜头果样本136个。选取常见的20个主要环境因子作为参数,基于最大熵模型(MaxEnt)和ArcGIS地理信息系统平台构建了蒜头果潜在适生区预测模型,模拟蒜头果在云南和广西壮族自治区的潜在适生区。【结果】笔者构建的MaxEnt模型预测得到蒜头果的潜在适生区分布范围为104°~107°E及22°~26°N,预测适生区验证结果的受试者工作特征曲线下方的面积(AUC)均超过0.9。MaxEnt预测的蒜头果潜在适生区前4个环境影响因子及贡献率依次为:气温季节性变动系数因子(39.6%)、等温性因子(16.7%)、平均气温因子(13.7%)、气温年较差因子(11.5%)。【结论】云南文山州东南部以及广西西部是蒜头果的集中分布区,温度是影响蒜头果分布的主要因素,MaxEnt模型在蒜头果适生区预测中表现出极高的精度和可靠性。该研究将为蒜头果资源保护利用和人工繁育选址提供重要依据。     

基于MaxEnt模型的广东省红豆属植物潜在适生区研究

为了解气候变化情景下广东省红豆属(Ormosia)潜在适生区的变化,探究影响红豆属植物潜在适生区的主导环境因子,本研究基于MaxEnt模型和ArcGIS 10.8软件,利用17种红豆属植物的分布数据及22个环境变量数据,结合未来共享社会经济路径(SSP126、SSP585)的气候情景,分别预测红豆属植物在当前和未来气候场景下的潜在适生区分布情况。结果表明：(1)适生区预测模型的评价效果良好,受试者工作特征曲线(Receiver Operating Characteristic curve, ROC曲线)下面积(AUC平均值)均为0.8-1.0。(2)在当前气候情景下,大面积(占广东省面积的40%-100%)适生的红豆属植物有茸荚红豆(Ormosia pachycarpa)等3种;中等面积(占20%-40%)适生的有薄毛茸荚红豆(O.pachycarpa var.tenuis)等6种;小面积(占5%-20%)适生的有韧荚红豆(O.indurata)等4种;极小面积(占0%-5%)适生的有凹叶红豆(O.emarginata)等4种。其中面积占比最大的是茸荚红豆,总适生面积为15.228 8...     

基于Maxent模型的原种红椿适生区变迁预测及在引种区划上的应用

利用原种红椿(Toona.ciliata Roem.var.ciliate)在云南实际分布数据及19个生物气象因子数据MaxEnt软件对其在当代、未来(2050、2070 s)气候条件下的适生区分布及面积(包括云南省和全国2种区域尺度)进行预测.原种红椿最大熵模型平均训练AUC值、测试AUC值分别为0.820、0.826,表明该模型对它们适生区的预测精度能达较好水平.最暖季度降水量、昼夜温差月均值、年均温变化范围、最暖季度平均温度、最湿季度降水量、最冷季度平均温度、最冷月最低温、最湿季度平均温度、年均温原种红椿分布的主要因子,在云南省尺度下原种红椿的适生区,特别是中、高度适生区与实际分布高度一致,对它们在该区域内的人工林发展区域的选择具有直接指导意义.在全国尺度下,适生区范围和面积可能大于实际分布,但中、高度适生区与实际分布记录相似度较高,可为其物种保护、异地引种保存提供借鉴作用.另外,与当代相比未来的适生面积变化不大,但有一定幅度增加,说明全球变暖有利于原种红椿繁衍(至少无负面影响).     

极端温度指数在中国地区基于ETCCDI指数新结果的CMIP5模式输出（英文）

使用新的数据集对由气候变化与监测指数专家团队(ETCCDI)定义的温度极端指数TX10p、TN10p、TX90p、TN90p、CSDI、WSDI的时空分布特点进行了研究.这6个指数都是基于百分位数的指数,通过半参数分位数回归的方法计算而得.我们在超出率序列中去除了自相关的影响,从而保证了计算分位数时的独立性条件.我们利用参与多模型比较计划第5阶段(CMIP5)的19种全球气候模型,在历史和3种典型浓度路径RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5模拟了6个指数的变化.根据新的结果,中国的高温事件在未来有持续上升趋势,而低温事件有减少趋势.到21世纪末,在RCP26、RCP4.5、RCP8.5情景下,TX90p、TN90p和WSDI会显著上升,而TX10p、TN10p和CSDI会下降.在中国,低温事件频率下降最大的区域是东北地区,而高温事件频率上升最显著的区域是华南和西南地区.     

气候变化对鄱阳湖流域径流的影响

为研究未来气候变化对鄱阳湖流域径流的影响,构建了0.1°分辨率VIC水文模型,采用均匀设计法率定参数。应用CMIP5多模式气象数据结果驱动VIC模型,对RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下的鄱阳湖流域径流变化进行评估。结果表明,在RCP2.6和RCP4.5情景下未来期(2026—2040年)较基准期(2006—2020年)径流呈增加趋势,在RCP8.5情景下径流呈减少趋势。各种模式都在汛期径流有增加趋势,枯季径流有减小趋势,发生水文极端事件的态势更加明显。