Scientia Geographica Sinica  2017 , 37 (8): 1226-1233 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.013

Orginal Article

气候变化对淮河流域水资源及极端洪水事件的影响

金君良1, 何健2, 贺瑞敏1, 刘翠善1, 张建云1, 王国庆1, 鲍振鑫1

1. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室/水利部应对气候变化研究中心,江苏 南京 210029
2.江苏省水文水资源勘测局,江苏 南京 210029

Impacts of Climate Change to Water Resources and Extreme Hydrological Event in the Huaihe River Basin

Jin Junliang1, He Jian2, He Ruimin1, Liu Cuishan1, Zhang Jianyun1, Wang Guoqing1, Bao Zhenxin1

1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Research Center of Climate Change, Ministry of Water Resources,Nanjing 210029, Jiangsu, China
2. Jiangsu Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau,Nanjing 210029, Jiangsu ,China

中图分类号:  F129.9

文献标识码:  A

文章编号:  1000-0690(2017)08-1226-08

收稿日期: 2016-08-15

修回日期:  2016-11-2

网络出版日期:  2017-08-15

版权声明:  2017 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的.

基金资助:  国家自然科学基金项目(41401024、51779144、51679144、41401026、41330854、41371063)、国家重点研发计划(2016YFA0601501、2017YFA0605002)、中国工程院重大咨询项目(2015-ZD-07)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(Y516026、Y514004、Y515009)资助

作者简介:

作者简介:金君良(1982-),男,浙江金华人,高级工程师,博士,主要从事气候变化与水资源管理研究。E-mail:jljin@nhri.cn

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摘要

利用法国国家气象研究中心气候模型(Centre National de Recherches Météorologiques Climate Model, CNRM)典型代表性浓度路径(Representative Concentration Pathway, RCP)情景资料和可变下渗容量模型(Variable Infiltration Capacity Model,VIC),分析了淮河流域未来气温、降水、水资源及可能洪水的变化趋势。结果表明,淮河流域未来气温将持续升高,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未来2021~2050年较基准期(1961~1990年)升幅分别约为1.13℃、1.10℃和1.35℃;流域降水可能呈现略微增加趋势,3种排放情景下2021~2050年降水较基准期将分别增加5.81%、8.26%和6.94%;VIC模型在淮河流域具有较好的适用性,能较好地模拟淮河流域的水文过程,在率定期和检验期,模型对王家坝站和蚌埠站模拟的水量相对误差都在5%以内,日径流过程的Nash-Sutcliffe模型效率系数(NSE)在0.70以上,月径流过程的NSE达到0.85以上。气候变化将导致淮河流域水文循环强度增加,流域水资源总体将可能呈增加趋势,王家坝站和蚌埠站断面洪水事件的发生可能性将增大。

关键词: 气候变化 ; 淮河流域 ; RCP气候情景 ; VIC模型 ; 极端洪水事件

Abstract

Climate change has been to be hot topic and hot spot in recent years. Hydrologic precess has been impact by climate change significantly. Nowdays climate change scenariois a very important and useful tool in the study of climate change. Based on the data of Centre National de Recherches Météorologiques Climate Model (CNRM) under Representative Concentration Pathway (RCP) emission scenarios and Variable Infiltration Capacity model(VIC model), temperature, precipitation, water resources and flood events in future over the Huaihe River Basin were analyzed. The results show that the temperature keeps on significant rising trend in 2021-2050, with rising of 1.13℃,1.10℃ and 1.35℃ under RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios compared with baseline(1961-1990) respectively. Precipitations under the three RCP scenarios were projected to increase by 5.81%, 8.26% and 6.94% during 2021-2050 compared with baseline in 1961-1990. The VIC model hasgood ability to simulate the hydrological process over the Huaihe River Basin. The VIC model can effectively simulate the daily andmonthly discharge procedure, water balance errors between simulated and recorded discharge for two hydrometric stations which are Wangjiaba and Bengbu are less than 5%, while Nash-Sutcliffe coefficients of daily and monthly discharge simulation are both beyond 0.70 and 0.85 respectively both of calibration and validation.So we can use the VIC model to assess the hydrologicalprocess change effectively. Water Resources in the future over the Huaihe River Basin may take a slight increasing trend, but the extremeflood events would be more severe and the floodrisk would be further expanded in the future under the changing climate. In order to adapt and mitigate the impact of climate change, the plan and strategy about sustainable flood management should be proposed as soon as possible.

Keywords: climate change ; the Huaihe River Basin ; RCPs scenario ; VIC model ; extreme flood events

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金君良, 何健, 贺瑞敏, 刘翠善, 张建云, 王国庆, 鲍振鑫. 气候变化对淮河流域水资源及极端洪水事件的影响[J]. , 2017, 37(8): 1226-1233 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.013

Jin Junliang, He Jian, He Ruimin, Liu Cuishan, Zhang Jianyun, Wang Guoqing, Bao Zhenxin. Impacts of Climate Change to Water Resources and Extreme Hydrological Event in the Huaihe River Basin[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(8): 1226-1233 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.013

政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第五次评估报告[1]指出,近130多年(1880~2012年)全球地表平均温度升高了0.85℃,1983~2012年可能是北半球过去1 400 a中最暖的30 a。据预测,与1986~2005年相比,预计2081~2100年全球平均表面温度可能上升0.3~4.8℃。气候变化将加快区域水文循环过程,导致区域性极端气候事件呈现增加态势。研究气候变化对区域极端洪水的影响、对指导防灾减灾决策的制定具有重要的意义。

一些学者[2~5]根据典型断面的历史观测水文气象资料,分析了气候变化背景下不同流域历史洪水事件的变化趋势和特征,结果指出随着气候变化影响的加剧,中国极端天气气候事件的频率和强度呈增加及增强趋势。全球气候模式作为对未来气候情景预估的重要工具,在气候变化影响研究中扮演着重要作用。郝振纯等[6~9]基于IPCC AR4的排放情景及气候模式采用不同方法,分析了淮河、黄河、长江等不同流域未来极端洪水的可能情势,并指出在不同排放情景下,各流域未来发生极端洪水较历史有增多的可能性。从目前研究来看,大多数成果都还基于IPCC第四次评估报告的SRES(Special Report on Emission Scenarios)情景。世界气候研究计划(World Climate Research Program, WCRP)的全球耦合模式工作组(Working Group on Coupled Modelling, WGCM)在耦合模式对比计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5)工作中,利用全球气候模式为IPCC第五次评估报告提供重要的数值模拟试验结果,其重点成果之一就是提出基于典型代表性浓度路径(Representative Concentration Pathways, RCPs)的温室气体排放情景来预估未来气候变化趋势。本研究基于参与CMIP5的法国国家气象研究中心气候模型(Centre National de Recherches Météorologiques Climate Model, CNRM)气候模式情景资料及可变下渗容量模型(Variable Infiltration Capacity Model,VIC模型),以淮河流域王家坝站和蚌埠站断面为典型,分析气候变化对未来淮河流域极端洪水事件的可能影响。

1 资料与方法

1.1 淮河流域概况

淮河流域地处中国东部,介于长江和黄河流域之间,位于111°55′E~121°25′E,30°55′N~36°36′N,面积约27×104km2。流域西起桐柏山、伏牛山,东临黄海,南以大别山、江淮丘陵、通扬运河及如泰运河南堤与长江分界,北以黄河南堤和泰山为界与黄河流域毗邻。淮河流域地处中国南北气候过渡带,淮河以北属暖温带区,淮河以南属北亚热带区。冬春干旱少雨,夏秋闷热多雨,冷暖和旱涝转变急剧。年平均气温在11~16℃,由北向南,由沿海向内陆递增,最高月平均气温25℃左右,最低月平均气温0℃左右。流域年降水量约为920 mm,由南向北递减,山区多于平原,沿海大于内陆。年蒸发量南小北大,年均水面蒸发量为900~1 500 mm。

综合考虑资料系列长度、空间分布、气候特点等因素,在淮河流域选取了33个气象站及568个雨量站,收集1951~2013年的气温、降水等资料,用于淮河流域水文水资源影响评价研究。图1为淮河流域水系及水文气象站点分布情况,以0.5°×0.5°分辨率大小的网格将淮河流域划分为178个计算单元。

图1   淮河流域水系及水文气象站点分布

Fig.1   River system and locations of meteorological stations in the Huaihe River Basin

1.2 气候变化情景数据

本研究采用了参与国际耦合模式比较计划的法国国家气象研究中心完成的CNRM气候情景资料。国家气候中心提供了气候模式降尺度后的情景资料,降尺度后情景的空间分辨率为0.5°×0.5°,主要包括RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5这3种未来经济发展及CO2排放情景下的预估降水、气温、辐射、风速等气候要素,数据的时间序列长为1905~2100年,中国大陆区域范围内约为4 160个网格,其中淮河流域有178个网格。

1.3 气候变化影响评价模型

VIC模型是由Washington大学开发的大尺度分布式陆面水文模型,也称为“可变下渗容量模型”。考虑了大气-植被-土壤之间水分及能量的物理交换过程,针对每个计算网格考虑裸地及不同类型的植被覆盖,并耦合融雪及土壤冻融等模拟过程。由于模型同时考虑了陆气间水量和能量转移过程,因此弥补了传统水文模型对能量过程描述的不足,是当前气候变化对水资源影响评价研究的重要工具。

VIC模型的蒸发计算考虑了冠层截留蒸发、植被蒸腾和裸土蒸发。采用Penman-Monteith联合方程计算实际蒸发,分别考虑了冠层截留蒸发、植被蒸腾和裸土蒸发。模型需定义的参数包括气候地理参数、植被参数、土壤参数等。气候地理参数包括网格点中心的经纬度、网格平均高程等,主要用于计算辐射;植被参数包括下垫面植被类型及对应的叶面积指数、反照率等,这些参数与蒸散发计算有关;土壤参数库中包含53个变量,有饱和水力传导度、临界含水量及凋萎含水量等。土壤参数库中还包含8个与水文过程直接相关的参数,除了基流非线性增长指数(C)和表层土壤厚度(D1)通常分别取值2.0和0.1 m外,其余6个参数需要利用观测站点的实测流量过程进行参数率定。关于模型原理更详细的介绍见参考文献[10]。VIC模型已被广泛地应用于气候变化对水资源的影响研究以及土壤含水量的模拟等,在全球不同大小尺度的流域都有广泛应用[11~14]

2 结果与讨论

2.1 径流过程模拟

采用距离反比插值方法将降水和气温资料插值到流域0.5°×0.5°空间分辨率的网格上驱动模型,逐个网格计算蒸散发和产流,经汇流得到各站出口断面流量与实测值比较。以1961~1980年作为率定期来确定模型参数,以1981~1990年作为检验期来检验模型的适用性。模型输入资料的起始时间比率定期提前1 a,这1 a数据用于初始化土壤含水量,不参加参数率定。

研究采用基于Rosenbrock算法与人工干预相结合的方法进行水文参数优化[15]。人工干预就是根据各参数的物理意义确定合理取值范围,结合流域特性确定各参数的初始值,对优化结果进行合理性判断和最终参数选择。选用反映流量过程吻合程度的Nash-Sutcliffe模型效率系数(简称NSE)和模拟总量相对误差Er(%)为目标函数进行参数率定,若Er越接近于0,同时NSE越接近于1,说明模拟效果越好[16]

图2图3分别为模型在率定期和检验期对王家坝和蚌埠站的日径流过程和月径流过程模拟结果,表1为反映模拟结果性能的特征统计表。各站点率定的水文模型参数见表2。可以看出,VIC模型对两站的径流过程模拟较好,率定期和检验期的水量相对误差都控制在5%以内,模拟月径流过程的NSE达到0.85以上,蚌埠站检验期甚至达到了0.93,径流过程与实测系列吻合良好。日径流过程模拟的NSE也达到了0.75左右,说明无论是日径流过程还是月径流过程,VIC模型对两站的水文过程模拟都非常好,VIC模型对地处气候过渡带的淮河流域的径流模拟具有较好的适应性,可以利用VIC模型来分析气候变化对淮河流域水文水资源的影响。

图2   率定期(1961~1980年)模型日径流过程(a,c)和月径流过程(b,d)模拟结果

Fig.2   Observed and simulated daily (a,c) and monthly discharge(b,d) in calibration period (1961-1980)

图3   检验期(1981~1990年)模型日径流过程(a,c)和月径流过程(b,d)模拟结果

Fig.3   Observed and simulated daily discharge (a,c) and monthly discharge(b,d) in verification period (1981-1990)

表1   模型在淮河典型流域各站模拟性能统计表

Table 1   Performance of VIC model at Wangjiaba and Bengbu station in the Huaihe River Basin

站名集水面积(km2年降水量(mm)年均气温(℃)率定期(1961~1980年)检验期(1981~1990年)
日NSE月NSEEr(%)日NSE月NSEEr(%)
王家坝306301062.315.40.730.853.30.750.874.1
蚌埠1213301153.216.20.750.92-1.10.740.932.2

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表2   淮河典型流域率定的水文模型参数值

Table 2   The validated parameters of VIC model insub-basins of the Huaihe River Basin

子流域入渗能力形
状参数(B
基流非线性增
长比例(Ds
底层土壤日最
大基流量(Dm
底层土壤含水量
与最大土壤含水
量的比值(Ws
基流非线性
增长指数(C
第一层厚度
D1)
第二层厚度
D2)
第三层厚度
D3)
王家坝0.360.94711.00.6920.10.520.95
蚌埠0.120.0179.50.4020.10.601.03

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2.2 未来水文趋势

2.2.1 未来气候情景及水资源变化

由于全球气候模式模拟的气候情景是区域未来经济社会发展条件下气候要素可能情势的概化,世界气象组织通常使用1961~1990年作为衡量长期气候变化的基准期。一方面,用以计算距平的气候基准期(1961~1990年)内观测记录相对较完整;另一方面,气候变化显著发生在20世纪70年代后期,选用1961~1990年观测数据可以涵盖了气候发生显著变化之前和之后的观测信息。因此本研究以1961~1990年为基准期,通过分析未来气候要素的相对变化反映区域未来气候的变化趋势。利用基准期和未来2021~2050年的气候情景资料分别驱动VIC水文模型,开展未来气候变化对淮河流域水文水资源的影响。表3图4~6给出了在RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5的CO2排放浓度情景下淮河流域未来2021~2050年气温、降水及径流等水文要素较基准期的变化。

表3   预估2021~2050年淮河流域各水文要素较基准期1961~1990年的相对变化

Table 3   Change of hydrological elements(2021-2050) relative to baseline(1961-1990) in the Huaihe River Basin

水文要素RCP2.6RCP4.5RCP8.5
气温(℃)1.131.101.35
降水(%)5.818.266.94
蒸发(%)3.584.612.03
径流深(%)11.2714.556.36

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可以看出:不同排放情景下,淮河流域气温升幅介于1.0~1.6℃之间,尽管不同地区升温幅度存在差异,但升温分布格局较为相似,气温增幅自西向东递增。RCP8.5排放情景下,淮河流域气温的升幅最高,在1.15~1.59℃之间,流域平均气温升幅为1.35℃。其中流域西北部山区增温幅度较大,升幅介于1.4~1.6℃。RCP4.5情景下增温幅度在1.01~1.31℃之间,增幅较大的区域主要集中在西部山区,流域平均增幅为1.10℃左右。

图5为淮河流域各排放情景下2021~2050年降水较基准期变化的空间分布,可以看出:不同排放情景下,淮河流域降水变化总体主要以增加趋势为主,但降水变化的空间格局差异较大,不同的排放情景下流域西部山区和东部平原区降水变化趋势较不一致。RCP2.6情景下,淮河降水变化幅度介于1.4%~15.7%,降水主要以增加趋势为主,流域平均降水增幅为5.81%。RCP4.5情景下降水增幅总体比RCP2.6情景高2.45%,变幅在-2.3%~18.9%之间,流域北部的增幅最大,可能超过10%。流域降水变幅主要表现为东南向西北增加趋势。RCP8.5情景下降水变化幅度介于-2.9%~14.5%,其中,降水减少的区域集中在流域西部地区淮河源区一带,其余地区降水呈现增加趋势,流域平均降水增幅为6.9%。

RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5这3种排放情景下,以CNRM气候模式预测的气温和降水为基础,分别驱动气候变化对水文水资源影响评价模型,整个流域各网格的模型参数采用其附近网格来移用获取,模型连续运行得到了未来淮河流域的可能气候变化影响评价结果。

通过分析RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下淮河流域2021~2050年的径流深相对基准期(1961~1990年)的变化情况(图6),可以得出,在3种排放情景下,未来淮河流域水资源总体将可能呈现增加趋势,流域空间变幅约为-14.1%~35.5%之间。在RCP2.6和RCP4.5排放情景下,流域水资源增加幅度较大,分别为11.3%和14.6%;在RCP8.5排放情景下,流域水资源空间变化较为不一致,西部山区以减少趋势为主,变幅在-5.1%~-14.2%之间,而东部平原区水资源将有可能呈增加态势,增幅基本在7.5%~32%左右。

图4   淮河流域各排放情景下2021~2050年气温较基准期变化

Fig.4   Change in spatial pattern of temperature relative to baseline in 2021-2050

图5   淮河流域各排放情景下2021~2050年降水较基准期变化

Fig.5   Change in spatial pattern of precipitation relative to baseline during 2021-2050

图6   淮河流域各排放情景下2021~2050年径流深较基准期变化

Fig.6   Change in spatial pattern of runoff depth relative to baseline in 2021-2050

2.2.2 极端洪水事件

利用气候变化影响评价模型驱动气候情景数据,模拟生成基准期站(1961~1990年)和未来2021~2050年王家坝和蚌埠站断面的逐日流量过程,然后在基准期和未来2021~2050年中选取年最大日流量,形成30 a的序列,拟合P-III型曲线,利用频率方法来分析气候变化对未来淮河流域洪水极端事件的影响。图7为根据P-III曲线拟合的基准期和未来2021~2050年不同排放情景下淮河王家坝和蚌埠断面年最大日流量的频率曲线。可以看出:对王家坝站断面来说,在RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5排放情景下,王家坝断面未来发生较基准期更大洪水的可能性增加,王家坝站断面20 a一遇(p=5%)的洪水流量将分别比基准期增加31.8%、40.6%和34.4%;基准期20 a一遇的洪水将可能变成5~10 a一遇,多年平均最大日径流量较基准期有较大增加,洪水也将更频繁发生。

图7   基准期及未来情景下淮河王家坝站(a)和蚌埠站(b)断面年最大日流量的频率曲线

Fig.7   Change in frequency curves of annual maximum daily discharge for Wangjiaba(a) and Bengbu station (b) under different emission scenarios

对蚌埠站断面来说(图7b),在RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5排放情景下,蚌埠站断面20 a一遇(p=5%)的洪水流量将分别较基准期变化-13.3%、6.7%和34.4%;RCP2.6及RCP8.5排放情景下100 a一遇(p=1%)的洪水流量与基准期相比变化不大,但RCP4.5排放情景下100 a一遇(p=1%)的洪水流量较基准期增加16.7%左右;RCP2.6及RCP8.5排放情景下,基准期20 a一遇的洪水将可能变成10~15 a一遇,多年平均最大日径流量与基准期相比变化不大,但在RCP4.5排放情景下,基准期100 a一遇的洪水将可能变成50 a左右一遇,蚌埠站断面洪水发生的可能性增加。

综合以上分析结果表明,在RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5排放情景下,王家坝站和蚌埠站断面的未来洪水都展现了较为类似的变化趋势,王家坝和蚌埠断面未来发生较基准期更大洪水的可能性增加,多年平均最大日径流量较基准期有较大增加,未来洪水也将更频繁发生,洪水发生风险的可能性进一步加大。与郝振纯等采用IPCC第四次评估报告的SRES A1B、A2和B1此3种典型排放情景得出的未来淮河流域洪水变化的结论总体一致[6]

3 结论

淮河流域地处南北气候区过渡带,洪涝灾害发生频繁。气候变化将导致区域水文循环过程加剧,影响流域水资源与防洪安全。本文利用VIC模型和CMIP5数据研究表明:

1) VIC模型在淮河流域具有较好的适用性,日径流过程和月径流过程的模拟效果都较好,模型能很好地模拟淮河流域多年的水文过程变化,可应用于气候变化对水文及水资源影响评价工作。

2) IPCC-AR5气候模式预测结果表明,淮河流域未来气温升高明显,与全球气温升高趋势较为一致。RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未来2021~2050年的流域平均气温较基准期升幅约为1.13℃、1.10℃和1.35℃;未来降水总体呈增加趋势,3种情景下的降水较基准期增幅分别为5.81%,8.26%和6.94%。

3) 气候变化导致未来淮河流域径流总体以增加趋势为主;与基准期相比,王家坝断面和蚌埠断面未来发生洪水的可能性进一步加大,洪水风险增加,将会对人类生产生活构成威胁,应及早制定规划和对策来应对。

致谢:感谢国家气候中心提供CMIP5的气候情景数据。

The authors have declared that no competing interests exist.


参考文献

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新疆极端水文事件年际变化及对气候变化的响应

[J]. 地理科学. 2011, 31(11): 1389-1395.

URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

利用1901~2010年极端水文事件资料,采用Mann-kendall统计检验研究其年际、年代际变化及对气候变化的响应,结果表明:年际变化总体为增加趋势,20世纪70年代以来增加显著;各地区由于主导灾害不同,年代际变化不尽相同, 冰雹为主导灾害的地区80年代的发生频次最多,其它地区呈逐年代平稳增加;各类型极端水文事件年际变化也不尽相同,但于近10 a达最大值;极端水文事件增加趋势与气温、降水一致,不同极端水文事件对气候变化因子响应略有不同。

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利用1901~2010年极端水文事件资料,采用Mann-kendall统计检验研究其年际、年代际变化及对气候变化的响应,结果表明:年际变化总体为增加趋势,20世纪70年代以来增加显著;各地区由于主导灾害不同,年代际变化不尽相同, 冰雹为主导灾害的地区80年代的发生频次最多,其它地区呈逐年代平稳增加;各类型极端水文事件年际变化也不尽相同,但于近10 a达最大值;极端水文事件增加趋势与气温、降水一致,不同极端水文事件对气候变化因子响应略有不同。
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气候变化背景下珠江流域极端洪水事件的变化趋势

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https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-1719.2012.06.003      URL      Magsci      摘要

根据1951—2010年珠江流域23个典型断面流量资料,用P-III型分布曲线拟合洪水系列进行频率计算,分析了珠江流域极端洪水事件的变化趋势。结果表明:1980年以来,珠江流域极端洪水事件发生的频次明显增加,尤其是自1990年以来增加趋势显著;1981—2010年较1951—1980年珠江流域约70%典型断面极端洪水事件呈增加趋势,主要分布在西江、北江、粤西;而近30%的典型断面呈减少趋势,主要分布在东江和桂南。

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. Progressus Inquisitiones DE Mutatione Climatis. 2012, 8(6): 403-408.]

https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-1719.2012.06.003      URL      Magsci      摘要

根据1951—2010年珠江流域23个典型断面流量资料,用P-III型分布曲线拟合洪水系列进行频率计算,分析了珠江流域极端洪水事件的变化趋势。结果表明:1980年以来,珠江流域极端洪水事件发生的频次明显增加,尤其是自1990年以来增加趋势显著;1981—2010年较1951—1980年珠江流域约70%典型断面极端洪水事件呈增加趋势,主要分布在西江、北江、粤西;而近30%的典型断面呈减少趋势,主要分布在东江和桂南。
[4] 赵安周,赵玉玲,刘宪锋, .

气候变化和人类活动对渭河流域蓝水绿水影响研究

[J].地理科学. 2016, 36(4): 571-579.

https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.04.011      URL      Magsci      摘要

<p>以渭河流域为研究对象,探讨了1980~2009年气候变化和人类活动对蓝绿水资源的影响。结果表明:<i>① </i>研究时段内,在气候变化和人类活动的共同影响下,蓝水流、绿水流和绿水储量分别下降了23.56 mm/a、39.41 mm/a和17.98 mm/a,中北部的蓝水流和绿水储量呈现增加的趋势,流域上游地区的绿水流呈现下降趋势。<i>② </i>归因分析表明,蓝水流、绿水流和绿水储量在气候变化驱动下分别下降了13.17 mm/a、44.99 mm/a和22.79 mm/a;土地利用/覆盖变化则导致蓝水流和绿水流分别减少0.42 mm/a和0.37 mm/a,绿水储量增加了0.79 mm/a;而农业灌溉使蓝水流减少了9.97 mm/a,绿水流和绿水储量分别增加了5.95 mm/a和4.02 mm/a。<i>③ </i>气候变化导致研究区东南部绿水系数呈现增加趋势,而泾河流域绿水系数呈现减小趋势。同时,土地利用/覆盖变化使得东南部的一些子流域绿水系数呈减小的趋势,而在加入农业灌溉情景后,平原地区灌区绿水系数呈明显的上升趋势。</p>

[Zhao Anzhou, Zhao Yuling, Liu Xianfeng et al

.Impact of human activities and climate variability on green and blue water resources in the Weihe River Basin of Northwest China.

Scientia Geographica Sinica, 2016,36(4):571-579.]

https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.04.011      URL      Magsci      摘要

<p>以渭河流域为研究对象,探讨了1980~2009年气候变化和人类活动对蓝绿水资源的影响。结果表明:<i>① </i>研究时段内,在气候变化和人类活动的共同影响下,蓝水流、绿水流和绿水储量分别下降了23.56 mm/a、39.41 mm/a和17.98 mm/a,中北部的蓝水流和绿水储量呈现增加的趋势,流域上游地区的绿水流呈现下降趋势。<i>② </i>归因分析表明,蓝水流、绿水流和绿水储量在气候变化驱动下分别下降了13.17 mm/a、44.99 mm/a和22.79 mm/a;土地利用/覆盖变化则导致蓝水流和绿水流分别减少0.42 mm/a和0.37 mm/a,绿水储量增加了0.79 mm/a;而农业灌溉使蓝水流减少了9.97 mm/a,绿水流和绿水储量分别增加了5.95 mm/a和4.02 mm/a。<i>③ </i>气候变化导致研究区东南部绿水系数呈现增加趋势,而泾河流域绿水系数呈现减小趋势。同时,土地利用/覆盖变化使得东南部的一些子流域绿水系数呈减小的趋势,而在加入农业灌溉情景后,平原地区灌区绿水系数呈明显的上升趋势。</p>
[5] 罗贤, 何大明, 季漩,.

近50年怒江流域中上游枯季径流变化及其对气候变化的响应

[J]. 地理科学. 2016, 36(1): 107-113.

https://doi.org/10.3724/SP.J.1084.2010.00199      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

利用长序列观测记录,分析怒江流域中上游1960~2009年枯季气温和降水的变化规律,探讨近50 a来该流域中上游枯季径流变化特征及其对气候变化的响应规律。结果表明:怒江流域中上游冬季和春季气温均有上升趋势;怒江流域中上游春季和冬季降水量均有增加的趋势;怒江干流道街坝站冬季和春季平均流量都有显著的增加趋势;无论是年最小1、7、30及90 d流量等枯季极值流量,还是75%,90%,95%等不同保证率枯水径流特征值,1990 s和2000 s均远高于其他年代,说明20世纪90年代以来怒江流域枯水径流有较为明显的增长。

[Luo Xian, He Daming, Ji Xuan et al

Low flow variations in the middle and upper Nujiang River Basin and possible responds to climate change in recent 50 years.

Scientia Geographica Sinica,2016,36(1): 107-113.]

https://doi.org/10.3724/SP.J.1084.2010.00199      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

利用长序列观测记录,分析怒江流域中上游1960~2009年枯季气温和降水的变化规律,探讨近50 a来该流域中上游枯季径流变化特征及其对气候变化的响应规律。结果表明:怒江流域中上游冬季和春季气温均有上升趋势;怒江流域中上游春季和冬季降水量均有增加的趋势;怒江干流道街坝站冬季和春季平均流量都有显著的增加趋势;无论是年最小1、7、30及90 d流量等枯季极值流量,还是75%,90%,95%等不同保证率枯水径流特征值,1990 s和2000 s均远高于其他年代,说明20世纪90年代以来怒江流域枯水径流有较为明显的增长。
[6] 郝振纯, 鞠琴, 王璐, .

气候变化下淮河流域极端洪水情景预估

[J]. 水科学进展. 2011, 22(5): 605-614.

URL      Magsci      [本文引用: 2]      摘要

利用IPCC第4次评估公开发布的22个全球气候模式在A1B、A2和B1三种典型排放情景下的未来气温和降水预测结果,结合新安江月分布式水文模型,在对模型验证效果良好的基础上,参照集合预报方法,对未来90年(2010~2099年)气候变化下淮河流域的极端洪水进行预估。研究结果表明,从出现概率来看,淮河流域未来可能发生极端洪水年份的密集程度从大到小依次为A2情景、A1B情景、B1情景。A1B情景下,21世纪下半叶出现极端洪水的可能性增大,A2情景在2035~2065年以及2085年以后是极端洪水发生较为集中的时期。B1情景在21世纪70年代左右发生极端洪水的可能性较大。综合各种极端事件的定义方法,将极端洪水划定3个洪水量级。A2情景预估极端洪水的平均洪量在3种情景中最大,B1情景最小。3种情景未来一级极端洪水发生比例都比历史上偏大,A2情景下增加最多。二级极端洪水都较历史略有减少,三级极端洪水减少最显著。3种情景下各个量级极端洪水所占比例各不相同,A1B和A2情景二级以上极端洪水出现比例较大,B1情景下极端洪水量级多为三级,超1954年的一级极端洪水所占比例较小。

[Hao Zhenchun, Ju Qin, Wang Lu et al

Prediction of extreme floods in Huaihe River basin under climate change.

Advance in Water Science, 2011, 22(5): 605-614.]

URL      Magsci      [本文引用: 2]      摘要

利用IPCC第4次评估公开发布的22个全球气候模式在A1B、A2和B1三种典型排放情景下的未来气温和降水预测结果,结合新安江月分布式水文模型,在对模型验证效果良好的基础上,参照集合预报方法,对未来90年(2010~2099年)气候变化下淮河流域的极端洪水进行预估。研究结果表明,从出现概率来看,淮河流域未来可能发生极端洪水年份的密集程度从大到小依次为A2情景、A1B情景、B1情景。A1B情景下,21世纪下半叶出现极端洪水的可能性增大,A2情景在2035~2065年以及2085年以后是极端洪水发生较为集中的时期。B1情景在21世纪70年代左右发生极端洪水的可能性较大。综合各种极端事件的定义方法,将极端洪水划定3个洪水量级。A2情景预估极端洪水的平均洪量在3种情景中最大,B1情景最小。3种情景未来一级极端洪水发生比例都比历史上偏大,A2情景下增加最多。二级极端洪水都较历史略有减少,三级极端洪水减少最显著。3种情景下各个量级极端洪水所占比例各不相同,A1B和A2情景二级以上极端洪水出现比例较大,B1情景下极端洪水量级多为三级,超1954年的一级极端洪水所占比例较小。
[7] 曹丽娟, 董文杰, 张勇.

未来气候变化对黄河和长江流域极端径流影响的预估研究

[J]. 大气科学. 2013, 37(3): 634-644.

https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12023      URL      Magsci      摘要

使用NASA-NCAR全球环流模式FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961~1990年当代气候模拟(控制试验)和2071~2100年IPCC A2排放情景下未来气候情景模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3同高分辨率大尺度汇流模型LRM(分辨率0.25°×0.25°)连接,分析水文极端事件在A2情景下相对于当代气候的变化,预估未来气候变化对我国黄河和长江流域水文极端事件的影响。结果表明:(1)未来黄河流域径流年变率增大,月变率减小,日变率在头道拐站以上流域减小,以下流域增大。未来兰州以上半湿润地区,流域东南部湿润区出现径流量峰值的可能性增大,而流域西北部干旱半干旱区出现径流量百分位极值的可能性减小。未来黄河流域中游地区发生流域洪水的风险在夏季月份减少,其余月份均增大。(2)未来长江干流径流年际变率增大,上中游地区径流日和月变率减小,下游地区略有增大;未来汉江流域径流量的年、月和日变率均增大。未来长江干流发生流域洪水的风险在夏季明显降低,而汉江流域各月发生流域洪水的可能性均增大。

[Cao Lijuan, Dong Wenjie, Zhang Yong.

Estimation of the effect of climate change on extreme streamflow over the Yellow River and Yangtze River Basins.

Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2013, 37(3): 634-644.]

https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12023      URL      Magsci      摘要

使用NASA-NCAR全球环流模式FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3 (20 km),进行1961~1990年当代气候模拟(控制试验)和2071~2100年IPCC A2排放情景下未来气候情景模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3同高分辨率大尺度汇流模型LRM(分辨率0.25°×0.25°)连接,分析水文极端事件在A2情景下相对于当代气候的变化,预估未来气候变化对我国黄河和长江流域水文极端事件的影响。结果表明:(1)未来黄河流域径流年变率增大,月变率减小,日变率在头道拐站以上流域减小,以下流域增大。未来兰州以上半湿润地区,流域东南部湿润区出现径流量峰值的可能性增大,而流域西北部干旱半干旱区出现径流量百分位极值的可能性减小。未来黄河流域中游地区发生流域洪水的风险在夏季月份减少,其余月份均增大。(2)未来长江干流径流年际变率增大,上中游地区径流日和月变率减小,下游地区略有增大;未来汉江流域径流量的年、月和日变率均增大。未来长江干流发生流域洪水的风险在夏季明显降低,而汉江流域各月发生流域洪水的可能性均增大。
[8] 吴志勇, 郭红丽, 金君良, .

气候变化情景下黑河流域极端水文事件的响应

[J]. 水电能源科学. 2010, 28(2):7-9.

https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7709.2010.02.003      URL      摘要

基于气候变化情景数据和VIC模型,选取黑河流域重要控制断面莺落峡为例,利用频率分析法研究了气候变化情景下黑河流域极端水文事件的变化趋势。结果表明,在SRES A2和SRES B2情景下,黑河莺落峡以上流域未来降水、最高气温、最低气温和蒸发均可能较基准年有所增加,但多年平均径流量却呈减少趋势;气候变化将导致水文循环和水资源分配的时程不均性加剧,莺落峡断面洪水事件和枯水事件的发生将更加剧烈;灌溉用水不足的风险将可能进一步加大。

[Wu Zhiyong, Guo Hongli,

Jin Junliang et al. Extreme hydrologic event response to climate change scenario in Heihe Basin.

Water Resources and Power, 2010, 28(2): 7-9.]

https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7709.2010.02.003      URL      摘要

基于气候变化情景数据和VIC模型,选取黑河流域重要控制断面莺落峡为例,利用频率分析法研究了气候变化情景下黑河流域极端水文事件的变化趋势。结果表明,在SRES A2和SRES B2情景下,黑河莺落峡以上流域未来降水、最高气温、最低气温和蒸发均可能较基准年有所增加,但多年平均径流量却呈减少趋势;气候变化将导致水文循环和水资源分配的时程不均性加剧,莺落峡断面洪水事件和枯水事件的发生将更加剧烈;灌溉用水不足的风险将可能进一步加大。
[9] 徐若兰, 陈华, 郭靖.

气候变化对汉江流域上游水文极值事件的影响

[J]. 北京师范大学学报(自然科学版) 2010, 46(3): 383-386.

URL      [本文引用: 1]      摘要

气候变化对水文水资源的影响是当今研究热点。应用统计学降尺度法,建立GCM和HBV流域水文模型耦合关系,分析和预测未来气候变化A2、B2情景下汉江流域未来径流量的变化情况。通过极值频率分析可以得到,两种情景下,相对于1961-2000年,汉江流域上游2011-2100年的径流最具有增加的趋势,洪水、枯水等极值事件将更加频繁发生,并且A2情景下洪水更大、枯水更枯,B2情景下洪水流量和枯水流量均更小。

[Xu Ruolan, Chen Hua, Guo Jing.

Impact of climate change on hydrological extreme events in upper reaches of the hanjiang river basin.

Journal of Beijing Normal University(Natural Science), 2010, 46(3): 383-386.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

气候变化对水文水资源的影响是当今研究热点。应用统计学降尺度法,建立GCM和HBV流域水文模型耦合关系,分析和预测未来气候变化A2、B2情景下汉江流域未来径流量的变化情况。通过极值频率分析可以得到,两种情景下,相对于1961-2000年,汉江流域上游2011-2100年的径流最具有增加的趋势,洪水、枯水等极值事件将更加频繁发生,并且A2情景下洪水更大、枯水更枯,B2情景下洪水流量和枯水流量均更小。
[10] Liang X, Lettenmaier D P, Wood E F.

A simple hydrologically based model of land surface water and energy fluxes for general circulation models

[J]. Journal of Geophysical Research. 1994, 99(7): 14415-14428.

https://doi.org/10.1029/94JD00483      URL     

[11] 金君良, 陆桂华, 吴志勇.

VIC模型在西北干旱地区的应用研究

[J]. 水电能源科学. 2010, 28(1): 12-14.

URL      [本文引用: 1]     

[Jin Junliang, Lu Guihua, Wu Zhiyong.

Application research of VIC Model to arid and semi arid region of Northwest China.

Water Resources and Power, 2010, 28(1): 12-14.]

URL      [本文引用: 1]     

[12] 陆桂华, 金君良, 吴志勇, .

水文模型植被参数获取方法及应用研究

[J]. 水利水运工程学报. 2009, (4): 1-6.

URL     

[Lu Guihua, Jin Junliang,Wu Zhiyong et al

Obtaining method of vegetation parameter for hydrological model and its application. Hydro-Science and

Engineering, 2009, (4): 1-6.]

URL     

[13] 吴志勇, 陆桂华, 张建云, .

基于VIC模型的逐日土壤含水量模拟

[J]. 地理科学. 2007, 27(3): 359-364.

URL      Magsci      摘要

基于VIC(Variable Infiltration Capacity)大尺度水文模型,采用实测的日降水和日最高、最低气温数据,模拟了近35年(1971~2005)全国范围30 km×30 km分辨率的逐日土壤含水量。文章利用43个流域的实测流量资料,率定模型水文参数,建立和验证水文参数移用公式,确定无资料地区的水文参数。选取全国范围内的28个站19年的土壤含水量实测值,对模拟的土壤含水量进行了验证。结果表明,VIC模型较好地模拟了土壤含水量,尤其是在湿润和半湿润地区。模拟的0~100 cm的土壤含水量多年平均值与实际的全国土壤水分分布较为一致。

[Wu Zhiyong, Lu Guihua, Zhang Jianyun et al

Simulation of daily soil moisture using VIC model.

Scientia Geographica Sinica, 2007, 27(3): 359-364.]

URL      Magsci      摘要

基于VIC(Variable Infiltration Capacity)大尺度水文模型,采用实测的日降水和日最高、最低气温数据,模拟了近35年(1971~2005)全国范围30 km×30 km分辨率的逐日土壤含水量。文章利用43个流域的实测流量资料,率定模型水文参数,建立和验证水文参数移用公式,确定无资料地区的水文参数。选取全国范围内的28个站19年的土壤含水量实测值,对模拟的土壤含水量进行了验证。结果表明,VIC模型较好地模拟了土壤含水量,尤其是在湿润和半湿润地区。模拟的0~100 cm的土壤含水量多年平均值与实际的全国土壤水分分布较为一致。
[14] 金君良, 王国庆, 刘翠善, .

黄河源区水文水资源对气候变化的响应

[J]. 干旱区资源与环境. 2013, 27(5): 137-143.

URL      [本文引用: 1]     

[Jin Junliang, Wang Guoqing, Liu Cuishan et al

Responses of hydrology and water resources to the climate change in the Yellow River source region.

Journal of Arid Land Resources and Environment, 2013, 27(5): 137-143.]

URL      [本文引用: 1]     

[15] 张建云, 轩云卿, 李健.

模型参数优化方法及其应用

[J]. 水文. 1999, (增刊): 61-66.

URL      [本文引用: 1]     

[Zhang Jianyun, Xuan Yunqin, Li Jian.

Parameter optimization and its application,

Journal of China hydrology, 1999, (supplement): 61-66.]

URL      [本文引用: 1]     

[16] Nash J E, Sutcliffe J V.

River flow forecasting through conceptual models: Part1 - a discussion of principles

[J]. Journal of Hydrology. 1970, 10(3): 282-290.

https://doi.org/10.1016/0022-1694(70)90255-6      URL      [本文引用: 1]      摘要

The principles governing the application of the conceptual model technique to river flow forecasting are discussed. The necessity for a systematic approach to the development and testing of the model is explained and some preliminary ideas suggested.

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