不同RCP情景下未来汉江流域气象干旱变化趋势预估研究

采用来自国际比较计划CMIP5的5个全球气候模式(GCMs)数据，同时这些模式数据也是跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)采用的气候模式数据，以RCP2.6和RCP8.5两种情景下的日降雨预估数据，计算了汉江流域不同时段的标准化降水指数(SPI)，以此作为预估未来干旱变化趋势的主要依据。以汉江流域22个气象站点的降雨量观测数据(1960~2004年)和2020~2059年气候模式数据，对比分析了这两个时期干旱事件发生的严重程度、次数和历时特征。结果表明：在干旱严重程度方面，轻度干旱和中度干旱有减轻的趋势，但严重干旱有加重的趋势。由于不同GCMs模拟能力的差异性，对干旱事件的发生次数和历时的分析有一定差异，但总体仍表现为干旱次数减少和历时减短的趋势。通过对比历史时期降水观测数据和GCMs模式预估数据评估结果，表明HadGEM2-ES模式对降水的拟合性最好，而GFDL-ESM2M和IPSL-CM5A-LR在干旱方面表现出较好的模拟能力。     

未来50年鄱阳湖流域气候变化预估

据 ECHAM5/ MPI OM模式在3种排放情景（SRES高排放A2,中排放A1B,低排放B1）下所做的21世纪前50年气候变化预估试验得到的数据,研究鄱阳湖流域2001~2050年气温和降水相对于目前气候（1961~1990年）的可能变化。结果表明：①未来50年气温在3种排放情景下都将迅速增加,远远高于1990s的增加幅度和速度。A1B情景温度增加最明显,平均气温变化达到162°C。②降水量变化相对复杂,前30年主要为减少趋势,A2情景下减少幅度最大,2020s年均降水量减少了67%;后20年降水量增加,B1情景增加最显著,2030s年增加幅度达到108%。③根据预估的各季节变化结果,1~3月和 4~6月降水量增加;而降水减少主要在7~9月和10~12月,则赣江流域类似于2003~2005年的伏旱、秋旱连冬旱的情况将可能阶段性出现,并在2011~2030年加强。④降水量的空间分异非常明显,东部变化大于西部,南部变化大于北部。⑤如果2001~2050年在A2或A1B情景下,降水序列存在20a的周期振荡;在B1情景下,存在30a的周期振荡。人类排放增加可能弱化振荡强度,并使周期发生变化。     

利用高分辨率气候模式对湖北未来气候变化的模拟与预估

利用高分辨率区域气候模式CCLM对湖北省降水和气温的模拟数据,对比分析了基准期(1961~2005年)的模拟结果和同期CN05.1的观测数据,并对RCP4.5情景下的未来(2006~2050年)气候进行了年尺度和季节尺度的预估。结果表明:(1)CCLM区域气候模式较好地模拟了湖北气温的演变趋势及其空间分布格局,对降水的时空波动模拟与同期CN05.1在降水时空变化上的匹配度较弱;(2)RCP4.5情景下,2006~2050年湖北T、T_(min)、T_(max)呈上升趋势。四季气温呈一致上升的趋势,冬季的上升速度最快,对年尺度上T、T_(min)、T_(max)上升的趋势贡献最大。(3)RCP4.5情景下,2006~2050年湖北T、T_(min)、T_(max)呈全区一致上升的格局。其中增幅最大的区域均集中于汉江湖北段北部。春季T、T_(min)、T_(max)增温大值区位于西北山地区;夏季中部平原区T、T_(min)、T_(max)相较于其他区域增幅较大;秋季西南山地区T和T_(max)较其他区域增温较高,T_(min)的增温大值区位于汉江湖北段北部;冬季鄂东南丘陵T相较于其他区域增幅较大,汉江湖北段北部T_(min)增温较大,西南山地T_(max)增温较大。     

气候变化对涟水流域蓝水绿水资源的影响

利用SWAT分布式水文模型模拟分析1996~2015年过去20 a及2020~2079年未来60 a长期气候变化背景下涟水流域蓝水绿水资源的时空分布变化特征。将气候变化划分为1996~2015年、2020~2049年、2050~2079年三段气象背景时期,选用Had GEM2-AO大气模式的RCP2.6、RCP4.5、RCP6、RCP8.5四种典型浓度路径作为未来时期的气象输入条件,并细分为9种气候变化情景。运用PSO粒子群优化算法,以KGE克林效率系数为目标函数,采用湘乡站实测径流量及MOD16蒸散发数据并行校准模型参数,通过p-factor、r-factor、R2、NSE和PBIAS评价模型模拟效果和不确定性,评价结果表明校准期及验证期蓝水绿水模拟均达到可信程度。情景分析结果表明,对比1996~2015年、2020~2049年、2050~2079年三段气候背景时期,在各RCP浓度路径下蓝水均呈现了不同程度的下降趋势,大约降低了1.4%~17.3%,绿水流均表现出一定的上升趋势,约增长3.5%~12.4%,绿水蓄量则在持续降低,大致下降了7.8%~19.7%,即使将95PPU模拟不确定性范围考虑进来,绿水流的增长趋势也较为明显。因此,将绿水资源纳入涟水流域未来水资源评价体系,实现蓝水绿水综合规划管理具有实际意义。     

高精度区域气候模式对淮河流域降水的模拟评估

利用CCLM（COSMO model in Climate Mode）高精度区域气候模式输出的淮河流域逐日降水数据，计算了年降水量、降水强度、大雨日数和强降水量4个降水指数，首先通过与1961～2010年流域内气象站点的降水观测数据进行对比，检验CCLM模式对淮河流域降水的模拟能力。结果表明，CCLM模式能够很好的模拟淮河流域降水的年际变化和空间分布特征，在4个降水指数中，对年降水量的模拟效果最佳。CCLM模式在SRES-A1B（中排放）情景下的降水预估数据显示，2011～2050年淮河流域降水整体将呈增加趋势，增幅在70 mm之内，降水量年际变率较大，波动范围达-40%～60%，很有可能造成未来旱涝灾害的频繁发生。空间分布上，流域南部和中部在未来40年内降水呈增加趋势，增幅不超过67%，其他区域则呈减少趋势，减幅不超过106%     

基于SWAT模型的汉江流域水资源对气候变化的响应

汉江流域未来的气候变化趋势和对水资源的影响，将直接关系到南水北调工程和引江济汉工程的使用和效益。因此，分析研究汉江流域水资源对气候变化的响应特点，可为地面调水、空中水资源开发、应对气候变化的不利影响和更好地保护南水北调中线水源区的水资源提供科学依据。以1971～2000年为基准期，应用SWAT模型对汉江流域基准期内的逐月径流进行了模拟；在30 a基准期径流模拟的基础上,以全球变化背景下可能出现的25种不同气候变化模式为假设条件,模拟出各假设气候变化模式下汉江流域水资源状况，获得了各气候变化模式下汉江流域水资源相对于基准期的变化率，研究了汉江流域水资源对气候变化的响应程度。结果表明：模型模拟精度高于评价标准（〖WTBX〗Ens>05，r2>06〖WTBZ〗），SWAT模型适用于汉江流域的径流模拟；不同气候变化情景下,汉江流域径流变化较实际蒸散发的变化明显；降水对地表径流、基流的影响要大于气温；气温对实际蒸散发的影响大于降水;降水增加或气温降低都会导致径流增加,而降水增加或气温增加都会导致实际蒸散发的增加.     

LUCC及气候变化对李仙江流域径流的影响

为揭示李仙江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响，基于SWAT模型，通过设置不同情景，定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响，并结合RCP4.5、RCP8.5两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模型在李仙江流域径流模拟中具有很好的适用性，可以用SWAT模型进行流域的径流模拟，率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.74、0.73，验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.63、0.63；(2) 单一土地利用情景显示，将农业用地转化为林地或草地，均会导致流域径流量的减少，而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加，农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地。(3) 2006~2015年间李仙江流域的LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度，李仙江径流的变化由气候变化主导。(4) 在RCP4.5和RCP8.5两种气候情景下，2021~2050年间李仙江流域径流均呈减少趋势，减少的速率分别为3.6和2.15亿m³/10 a，这与1971~2015年间，流域实测径流减速为6.7亿m³/10 a的变化趋势一致，但这两种情景下，径流的减少趋势有所降低，分别为1971~2015年减速的53.7%、32.1%。     

长江流域上游气候变化的模拟评估及其未来50年情景预估

利用WCRP的耦合模式数据和长江上游流域63个气象站点的观测数据,评估了全球气候模式对长江上游流域的温度、降水的模拟能力,基于A2、A1B、B1情景对长江上游流域未来50 a平均温度、降水的可能变化进行了预估研究。结果表明：全球模式可较好的反映出流域温度、降水的时间和空间变化趋势,但模拟地面温度总体上低于实况值〖HT5〗。〖HT5"〗三种情景下2011~2060年上游流域平均温度的增幅（相对于1971~2000年）分别为1.7℃、2.1℃、1.3℃。A1B、B1情景下区域内表现为一致的增温趋势,而A2情景下在嘉陵江流域出现降温的趋势。三种情景下平均降水的增幅分别为50.0、83.5、29.5 mm;A1B、B1情景下降水增加的空间分布形比较一致     

云南气候变化高分辨率模拟与RCP4.5情景预估

利用高分辨率区域气候模式CCLM（COSMO Model in Climate Mode）对云南省气温和降水的模拟资料,采用多种评价指标,对比分析了试验期（1961~2005年）的模拟结果与同期25个气象站的观测值,并对RCP45情景下的近期（2030~2040年）气温可能变化趋势进行了预估。结果表明：（1）CCLM区域气候模式能够较好地模拟云南省气温的演变趋势,而对降水的模拟能力相对较弱;（2）RCP45情景下,年平均气温（T）、最高气温（Tmax）和最低气温（Tmin）将呈现一致上升趋势,2030~2040年比基准期1986~2005年上升幅度均为12℃;（3）2030~2040年,云南省暖事件发生的可能性将增加,冷事件可能有所减少     

丹江口水库入库洪水变化特征及对未来气候情景的响应分析

选取汉江中上游流域作为研究区域,根据丹江口水库1969～2008年日入库流量资料和IPCC第4次评估报告多模式数据结果,分别采用广义极值分布（GEV）模型和广义帕累托分布（GPD）模型拟合流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列,遴选出描述流域1 d最大洪量和3 d最大洪量分布规律的最优概率模型,推算了其重现期对应的设计值,并分析了该流域极端洪水事件对未来气候变化情景下的响应情况。结果显示：汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列符合广义极值分布和广义帕累托分布,相同重现期下广义极值分布预估的极值比广义帕累托分布预估值略有偏大;未来气候变化各情景下,用广义帕累托分布所拟合的汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量结果要优于广义极值分布,不同重现期的洪量比历史资料估算的重现水平偏小,说明了气候变化对洪量极值的变化有着直接影响     

24个CMIP5模式对长江流域模拟能力评估

根据1961~2005年长江流域气象站点的实测月降水量和气温数据,采用第5期全球耦合模式比较计划CMIP5(the Fifth Phase of Coupled Model Intercomparison Project)中24个全球气候模式(GCM)的模拟结果,通过计算模拟变量和观测变量平均值的相对误差、归一化的均方根误差、时间和空间相关系数,采用M-K趋势分析方法,分别选用在长江流域模拟气温和降水较好的5个模式进行集合平均,从时间的演变规律和空间的分布特征两方面,检验该模式集合对长江流域模拟气温和降水的能力。研究结果表明:各个模式模拟气温的能力要明显好于模拟降水的能力,但模拟气温较好的模式模拟降水的能力并不一定突出;模式集合的结果表明:在时间尺度上,模式集合平均结果与观测值拟合程度较好,且模式集合的结果振荡幅度较观测值小;在空间尺度上,模式集合的空间分布趋势与观测值大致相同,说明采用的模式集合结果用于预估未来长江流域降水的时空分布特征和演变规律是可行的。     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下长江中下游地区极端降水的变化特征

基于长江中下游地区1961~2100年区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)模拟与1961~2005年气象站观测的逐日降水数据,通过统计计算年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率4个极端降水指数,研究全球升温1.5℃与2.0℃情景下,长江中下游地区极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)全球升温1.5℃情景下,年降水量相对于1986~2005年减少5%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加7%、33%和4%;概率密度曲线表明,年降水量均值下降,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值上升,极端降水方差增大;年降水量、强降水量和暴雨日数在空间上表现为南部增加北部减少,极端降水贡献率则相反。(2)全球升温2.0℃情景下,年降水量下降3%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别上升15%、46%和15%;年降水量均值稍有减少且方差稍有上升,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值和方差明显增加;年降水量减少区域位于长江主干以北,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率表现为绝大部分地区增加的空间变化特征。(3)全球升温由1.5℃至2.0℃时,年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加3%、7%、10%和11%;随升温幅度的增加极端降水均值和方差上升;极端降水呈增加态势的范围扩大。因此,努力将升温控制在1.5℃对降低极端降水的影响具有重要意义。     

长江流域月降水的EEMD多时间尺度遥相关分析

基于长江流域138个气象站1961~2016年的逐月降水观测资料，应用集合经验模态分解（EEMD）方法，分别对各站点的月降水序列进行EEMD分解，然后，运用时滞相关分析和逐步变量选择的方法，以识别长江流域月降水周期振荡和长期趋势的显著影响因子，并构建多元线性回归模型对长江流域月降水进行预测。结果表明：（1）近50多年来，长江流域各站点的月降水呈现出显著的季节、年际和年代际尺度振荡特征。（2）流域内各站点月降水的长期变化趋势存在着较大的空间差异性，表现为金沙江、雅砻江、大渡河以及鄱阳湖流域是月降水长期趋势显著增加的集中区，而岷江中游以及洞庭湖流域的南部是月降水长期趋势显著减少的集中区。（3）厄尔尼诺1+2区的平均海表温度（NINO1+2）的过去模式是影响长江流域月降水周期振荡的主要气候因子，而全球平均气温距平（GlobalT）是影响长江流域月降水长期趋势的主要气候因子。（4）基于已识别的影响因子构建的月降水量预测模型在旱季的预报性能高于雨季，并在长江上游地区的预报性能高于其中下游地区。     

汉江流域1951~2003年降水气温时空变化趋势分析

利用Mann Kendall检验方法和空间插值方法，分析了1951~2003年汉江流域年和春、夏、秋、冬四季降水和气温变化趋势的时空分布，并重点分析了丹江口水库上游年降水、年平均气温和北半球气温的变化趋势及相互间的联系。分析发现，在显著性水平α=0.1上，近50年来汉江流域大部分地区降水没有明显的变化趋势，气温呈上升趋势。丹江口水库上游降水在1991年发生突变，从20世纪80年代多雨期进入90年代少雨期，80年代平均降水比1951~2003年多年平均降水多9.7%，90年代平均降水比多年平均降水少11.6%；上游平均气温90年代比多年平均气温高0.2℃，而同期北半球的平均气温也比多年平均高了0.3℃，上游气温同北半球气温同步上升，而上游降水变化受北半球气温升高的影响不断减少，两者之间存在反相关系。分析成果有助于进一步研究气候变化对汉江流域水资源和防洪安全的影响，也将为南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据。     

岷江径流变化特征及其对青藏高原气候变化的响应

依据1961~2003年水文气象资料，运用Mann Kendall检验和线性倾向估计方法进行了岷江年径流、青藏高原年气温与年降水长期变化特征分析及其变化趋势显著性检验，利用Pearson相关分析研究了岷江径流变化与青藏高原气温和降水间的相关性。结果表明：(1)在青藏高原年平均气温显著升高而年降水略有增加但不显著的气候环境下，岷江径流量总体呈减少的变化趋势，年变化率分别为上游紫坪铺站-2619 0 m3/s、下游高场站-6538 5m3/s，其中紫坪铺站径流减少趋势十分显著，通过了5%显著水平的信度检验；从季节变化上看，岷江径流减少主要发生在夏季和秋季，而以春季变化最少；从时间变化特性看，在60~80年代，岷江年径流呈现出年代际的周期性波动变化。(2)岷江径流随青藏高原平均气温的升高而减小；青藏高原降水与岷江径流间的相关性在上下游及季节上则表现不同，与春季径流的相关性最强，与上游紫坪铺站径流具有弱负相关性，而与下游高场站径流具有显著的正相关性；同时，岷江径流变化对青藏高原气温和降水变化在时间响应上还表现出季节上的滞后性。