基于统计降尺度的长江上游流域降水和气温的时空变化趋势研究

基于长江流域宜昌站以上集水区的气象站实测数据,采用等距离累积分布函数法(Equidistance Cumulative Distribution Function Method,EDCDFm),对国际耦合模式比较计划第5阶段(Phase Five of the Coupled Model Intercomparison Project 5,CMIP5)的2种排放情景下(RCP4.5,RCP8.5)8个气候模式模拟的降水和气温进行统计降尺度。在此基础上,采用平均绝对误差、相对偏差和相关系数评估EDCDFm模拟结果与历史阶段(1961-2005年)实测站点数据的模拟精度,并对长江上游流域降水和气温的变化进行趋势分析。结果表明EDCDFm降尺度的模拟结果与实测值的拟合程度高,月降水相关系数达到0.89以上,月平均气温的相关系数在0.98以上;2种排放情景下,长江上游未来时期(2010-2099年)的降水、气温均呈增加趋势,且气温显著性增加。     

汉江上游流域水文循环过程对气候变化的响应

气候变化对水资源的时空格局及水循环产生了不同程度的影响。以汉江上游流域为例,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1961-2013年的水文气象要素变化特征;构建了分布式时变增益模型(DTVGM),验证了模型在该流域的适用性;根据CMIP5多模式集合平均的结果,分析了RCP4.5和RCP8.5情景下2011-2099年的降水、气温及径流的响应过程。结果表明,1961-2013年汉江上游流域年降水量随时间缓慢减少,气温显著上升,年均径流量显著减少;在两种气候情景下,未来该流域降水量较基准期有所增加,气温随时间将显著上升,径流量较基准期减少但是随时间呈现增加趋势。结果预示着在未来气候变化的情况下,汉江上游流域水文循环将受到较大影响,可能出现一定程度的水资源短缺。     

气候变化情景下淮河流域气候干旱化研究

以淮河中上游流域为研究区,基于历史观测数据和CMIP5模式数据,采用湿润指数、Mann-Kendall和游程理论研究历史观测和未来气候情景下气候干旱化的趋势演变和干旱多维属性特征。结果表明:①20世纪70-90年代干旱频率逐渐上升,未来干旱集中于21世纪中后期;未来年干旱频率均高于历史水平但四季总体低于历史水平;未来1-4月干旱频率高于历史而5-12月与历史接近。②历史仅春秋季节呈现轻微干旱趋势,但不显著;而未来年和四季总体呈现干旱化趋势,尤以冬季干旱化趋势最显著。③干旱程度、干旱月数表现为RCP8.5历史RCP4.5(除了MIROC5),但平均干旱程度、最大干旱烈度表现为历史未来。④RCP4.5的干旱程度、干旱月数、最大干旱烈度起伏较大而平均干旱程度相对稳定,RCP8.5均相对稳定,总体上未来四种干旱特征值均缓慢上升。研究结果有助于流域干旱状况演变特征及正确评价气候资源并合理有效地防治水旱灾害。     

多模式多情景下西北内陆干旱区未来气候变化预估

基于排放情景RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5,采用站点实测资料、ERA-40再分析资料以及从23种大气环流模式中优选的5种大气环流模式数据,构建统计降尺度模型SDSM,预估中国西北内陆干旱地区黑河流域的未来(2021-2050年)日最高、最低气温以及降水情景.结果表明:构建的降尺度模型对黑河流域气温模拟效果较好,率定期及验证期中的决定系数R^{2和纳什效率系数NSE均在0.9以上,均方根误差RMSE整体控制在实测值的20%内;降水模拟效果较气温而言略差,但除下游沙漠地区模拟效果一般外,其余地区模拟结果的R2及NSE均在0.500以上.未来情景预估结果表明:较基准期(1976-2005年)而言,未来3种排放情景下仅1种模式模拟的降水量整体呈下降趋势,其余4种模式模拟的结果有增有减,年降水量变化幅度大多在±10%以内;不同季节、月份间的降水量变幅差异性更为显著,且大多模式显示出夏季降水减少,春季降水增多的现象;所有模式模拟的未来最高、最低气温较基准期而言均呈上升趋势,最高气温增幅大于最低气温增幅,且气温增幅随典型浓度目标值提升而升高.}     

夏玉米生育期内极端气候事件时空演变特征分析北大核心

基于黄淮海地区107个气象站点历史气象观测数据,以及耦合模式第六次比较计划(CMIP6)中11个全球气候模式(GCM)两种情景(SSP2-4.5和SSP5-8.5)下气温和降水逐日数据,分析了未来两个时期(2021-2050年和2051-2080年)夏玉米生育期内高温热害和暴雨的时空演变特征。结果表明:基于分位数的偏差校正方法能有效消除气候模式中存在的系统性偏差。SSP2-4.5情景下夏玉米生育期内多模式平均最高温度在未来两个时期将分别增加1.38℃和2.52℃,而SSP5-8.5情景下将增加1.76℃和3.58℃。与此同时,SSP2-4.5情景下日最高温度超过35℃的积温(Killing Degree Days,KDD)在未来两个时期将分别增加16.4℃·d和41.3℃·d,而SSP5-8.5情景下将增加23.1℃·d和75.8℃·d,其中河南省增加幅度最为突出。SSP2-4.5情景下夏玉米生育期内多模式平均降水量将分别增加12.27 mm和26.39 mm,而SSP5-8.5情景下将增加9.86 mm和39.54 mm。大于50 mm的暴雨天数同样呈增加趋势,在SSP2-4.5情景下未来两个时期将分别增加0.09 d和0.18 d,而SSP5-8.5情景下将增加0.07 d和0.29 d。     

基于CMIP5模式的不同集合方法对鄱阳湖流域降水及气温模拟能力的比较

全球气候模式被广泛应用于未来气候模拟及评估，其对地区实际气候模拟的准确性决定了研究结论的可靠性。为探索不同集合方法对降水和气温的模拟能力，基于第五次耦合模式比较计划CMIP5中的19个气候模式历史数据，比较了各模式对鄱阳湖流域气候的模拟能力，并选出最优模式；在此基础上，运用集合算术平均及贝叶斯模型平均（BMA）方法，构建了全模式等权集合、择优模式等权集合、全模式BMA集合及择优模式BMA集合4种多模式集合模型，评估了各集合模型对鄱阳湖流域气候变化的模拟能力。结果表明：(1)单模式及集合模型对气温的模拟能力优于对降水的模拟能力；(2)在年尺度上，全模式等权集合和择优模式等权集合模型低估了流域的多年平均气温及降水，而全模式BMA和择优模式BMA模型能较好地描述流域多年气候平均态，其中择优模式BMA模型优于全模式BMA；在月尺度上，全模式BMA模型在气温及降水的率定期与验证期均有着较好的模拟效果；(3)全模式BMA集合和择优模式BMA集合模型模拟的气温呈现南高北低、东高西低的分布特征，降水表现出东高西低、北高南低的分布特征，相较于全模式等权集合和择优模式等权集合模型能更好地再现流域降水与气温...     

未来气候变化情景下贵州省水稻干旱风险研究

利用CMIP5全球气候模式预估的逐日降水资料,通过降水距平百分率构建水稻干旱风险评估模型,对未来气候变化情景下贵州省水稻移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期和全发育期的干旱风险进行评估。结果表明:RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,贵州省水稻各发育期干旱风险呈现拔节孕穗期﹥抽穗成熟期﹥移栽分蘖期。2081-2100年各情景下贵州省水稻全发育期干旱风险高于2016-2035年。2016-2035年贵州省水稻各发育期和全发育期干旱风险空间差异较大。2046-2065年和2081-2100年贵州省水稻各发育期和全发育期干旱风险空间基本呈现北部和东部较高,南部和西部较低的特点。     

资料匮乏地区径流降尺度模型构建及预测

基于贝叶斯神经网络,构建了资料匮乏地区的径流降尺度模型,模拟了叶尔羌河卡群站月平均径流,与BP神经网络的结果进行了对比,验证了BNN的优越性,并结合CMIP5三种气候模式GFDL_ESM2G,GFDL_ESM2M及MIROC5的RCP 4.5,RCP 6.0,RCP 8.5三种情景,对未来3个时段(2020年代,2050年代,2080年代)卡群站月平均径流进行了预测,并定量计算了预测的不确定性区间,研究表明:贝叶斯神经网络降尺度模型可以较好地捕捉叶尔羌河的径流特征,即相关系数达到0.9以上,效率系数达到0.8,且模拟效果比ANN较优;未来情景下,叶尔羌河流域受气温升高影响,3个时段年径流均呈现增加的趋势,增加幅度分别为75%~92%,83%~110%,88%~127%,其中RCP8.5情景下的径流增加幅度比其他情景较明显;不同月份径流存在不同程度的增加趋势,其中5-8月份变化趋势相对较明显。     

控制灌溉条件下水稻灌溉需水量对气候变化的响应

基于水稻控制灌溉制度和水量平衡原理,考虑水稻移栽日期和生育期受温度变化的影响,研究了1961-2010年灌溉需水量变化规律,同时基于CMIP5三种气候模式下的4种气候情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)评估了未来气候变化对水稻控制灌溉生育期以及灌溉需水量的影响。结果表明:过去50年,气温的显著升高导致了移栽日期的显著提前和生育期长度的显著缩短,降水量的显著增加导致灌溉需水量在需水量小幅上升的基础上显著下降;在未来气候条件下,水稻移栽日期大幅提前11~36d,生育期长度缩短4~26d。水稻需水量在BCC-CSM1.1(m)和HadGEM2-ES两种模式下均大于基准期均值,而在GFDL-ESM2M模式下呈现出一定的下降趋势,水稻灌溉需水量变化特征与需水量相似,但变化幅度更大。     

气候变化条件下旱作玉米用水效率与单产变化趋势分析

以渭北旱塬合阳和长武2个试验站点为研究区域,通过多年的玉米田间试验数据评估CERES-Maize模型的适用性,再利用区域气候模式Reg CM4.0输出的气象数据对2050年前玉米单产及生产水足迹进行预测。结果表明:CERES-Maize模型可以很好地模拟雨养玉米产量和物候期,多数年份二者的绝对相对误差(Absolute relative error,ARE)在10%以内,CERES-Maize模型在渭北旱塬旱作农业区有很好的适用性。应用CERES-Maize模型模拟玉米生产水足迹,较传统水足迹计算方法得到的结果更为精确可靠。在RCP2.6气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水量的增加,玉米产量呈上升趋势;在RCP8.5气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水的减少,玉米产量呈下降趋势。气温上升幅度过大对玉米单产有明显的负面影响,降水与玉米用水效率呈正相关。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应采取减少温室气体排放量、增强土壤蓄水保墒能力、发展集雨补灌、筛选和培育节水抗旱新品种等措施。     

多源降水产品在不同气候带的水文模拟评估

以NOAA-CPC-US降水产品作为参照,选取美国不同气候带的8个流域,通过对比分析,评估了卫星降水PERSIANN和GPM-IMERG、雷达降水StageIV以及第5代ECMWF大气再分析全球气候数据ERA5等降水产品的精度,继而以5种降水数据驱动分布式水文模型(CREST),评估了它们在径流模拟中的效用.结果表明:雷达降水StageIV在8个不同气候带中的降水估算精度最好,其次是卫星降水GPM-IMERG和PERSIANN,气候模式降水ERA5.在径流模拟中,Stage IV和NOAA-CPC-US在不同气候带的流域都表现较好,能够满足不同气候带流域水文模拟需求.降水GPM-IMERG和PERSIANN的径流模拟能力在不同气候带并不一致,稳定性不高,地处低纬度的气候带好于高纬度气候带;且总体上降水GPM-IMERG优于PERSIANN,这2种降水产品在水文模拟使用时还需进一步验证;ERA5的水文模拟效果不理想,尚不能支撑不同气候带小流域的水文模拟.     

气候变化下浙江省极端降水时空变化研究

基于CMIP5的18个GCMs模型,通过LARS-WG降尺度模型获得降雨数据,计算了2041-2070年在RCP4.5和RCP8.5两个情景下的11个极端降雨指数,并通过贝叶斯平均法获得两个情景下的集合值,分别与浙江省1971-2000年实测数据的极端指数计算结果进行对比分析,最后探讨了浙江省2041-2070年极端降水时空变化特征,结论如下:(1)浙江省的降雨量在2041-2070年间趋于集中化,整体向极端降雨量和降雨日数增加的方向发展。其中强降雨量R95pTOT和极强降雨量R99pTOT相对基准期的变化最具代表性,上升幅度最大;中雨日数R20 mm和大雨日数R30 mm上升幅度明显高于小雨日数R10 mm。(2)全省降雨在空间分布上趋于极端化,极端降雨由东部沿海向西部递减,东部沿海地区未来极端降雨强度和频率相对其他地区增加明显;(3)RCP4.5和RCP8.5排放情景下极端降雨指数相对基准期的变化相似,相较之下,RCP4.5排放情景下降雨强度和频率增加更为明显,说明该情景下发生极端降雨事件的概率更大。     

河南省夏玉米生育期间主要气象灾害发生频率分析与未来预估

基于19个气象站点实测降水资料和RCP4.5情景下5个全球气候模式降水预估数据,采用集合论的方法定义单一和同时发生的气象灾害事件及其组合,分析了河南省夏玉米生育期间历史(1961-2015年)和未来30年(2021-2050年)主要气象灾害发生频率的时空分布特征及其变化。结果表明:1961-2015年河南省夏玉米生育期间初夏旱发生的频率最大、卡脖旱次之、花期阴雨最小,且具有较为明显的空间分布特征。与基准期(1971-2000年)相比,21世纪以来(2001-2015年)旱灾发生的频率呈增加趋势,花期阴雨发生的频率有所减少。但RCP4.5情景下气候模式预估2021-2050年降水量较基准期明显增加,气象灾害发生频率的变化趋势可能将发生改变。受花期阴雨发生频率增幅较大的影响,发生主要气象灾害的频率增加5.8%;而两种主要气象灾害同时发生的频率则减少5.2%。同时,主要气象灾害发生频率的变化在空间分布上可能将更为不均。     

鄱阳湖流域未来降水和气温变化模拟预测——基于SDSM统计降尺度方法

研究鄱阳湖流域的降水和气温变化为指导湖区防洪抗旱、保护生态、开发利用水资源和保证流域社会经济协调发展等具有重要作用。利用SDSM统计降尺度方法以及NCEP大尺度再分析数据对鄱阳湖流域降水和气温进行降尺度模拟,效果较好。利用全球气候模式HadCM3的输出,预测鄱阳湖流域在A2和B2情景下未来降水和气温变化。通过分析发现,未来降水相比基准年长期呈现整体减少趋势,而未来气温相比基准年长期呈现整体增加趋势,根据研究结果推论未来鄱阳湖径流可能会呈减少变化。     

基于CCSM4气候模式的未来气候变化对黑河绿洲玉米产量影响预测

【目的】探明未来气候变化对黑河绿洲玉米产量的影响。【方法】以研究区广泛种植的玉米为研究对象,基于第5次国际耦合比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)公布的CCSM4气候预估资料,结合DSSAT-Maize模型模拟RCP4.5和RCP8.5情景下21世纪早期、中期、末期玉米产量,分析了气候变化对玉米产量的影响,并提出了适应性措施。【结果】(1)气温是玉米生育期内未来气象因子动态变化幅度最大的,预估到21世纪末,RCP4.5情景下平均增温2.5℃左右,RCP8.5情景下增温更加明显,平均增温7.3℃左右;(2)在无任何适应性措施下,2种情景下玉米潜在产量及生育期长度均呈下降趋势,预估到21世纪末期,在RCP4.5和RCP8.5情景下分别减产15%左右和29%左右;(3)模拟验证得知,气温是影响玉米产量变化的主要因素,并进一步得出该区域玉米最佳年均气温为7℃,对应的生育期平均温度为10.5℃,当超过此温度时,玉米产量与温度呈显著负相关关系;(4)面对气候变化对玉米产量的影响,通过调整玉米种植日期,可降低气候变化对作物产量带来的负效应,模拟得到年均温度从7~12℃每增加1℃对应调整后的最佳播种日期分别为每年的4月10日、4月8日、4月3日、3月30日、3月24日及3月17日左右。【结论】未来气候变化将导致该区域玉米减产,针对未来不同升温程度通过调整播种日期可以在一定程度上降低减产量。     

基于创新趋势分析方法的黄河年季降水变化特征研究

为探究黄河流域降水变化特征，选取黄河流域92个气象站1960-2015年逐日降水资料，采用创新趋势分析方法、Mann-Kendall检验和Sen’s斜率法分析了黄河流域年季尺度降水量变化特征。结果表明：黄河流域年降水量整体呈现出东南多西北少的空间分布格局。从时间变化上看，黄河流域年降水量整体呈现下降趋势。在季节尺度上，黄河流域春、冬季降水呈增加趋势，而夏、秋季降水呈下降趋势。黄河流域春季轻度降水无显著变化趋势，黄河中游和下游夏季轻度降水呈下降趋势，黄河流域秋季轻度降水呈下降趋势，黄河流域冬季轻度降水呈上升趋势。夏季强降水在黄河上游呈10%左右的下降趋势，在黄河中游呈5%左右的上升趋势。通过探究黄河流域不同量级年季降水的变化趋势，可为黄河流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考，进而为黄河流域高质量发展提供支撑。     

基于Budyko假设的黄河源区径流变化归因识别

黄河源区是黄河水塔,其径流量变化的归因分析对黄河流域水资源开发利用至关重要。采用基于Budyko假设的弹性系数法量化气候因素和其他环境驱动因素对黄河源区河川径流量变化的影响。研究结果表明:1965-2013年黄河源区年降水增加,年潜在蒸散发减少,变化趋势均不显著,同时期的年径流序列呈现不显著减少趋势。在1989年实测径流序列存在突变现象,1990-1999年气候因素对径流减少的贡献率约为39%～45%,其他环境驱动因素的贡献率约为55%～61%;2000-2013年气候因素使径流量增加,其他环境驱动因素是径流量减少的主要原因。流域1980-2010年时期土地利用类型和覆盖无显著变化,研究区域冰川退缩、冻土层持续下移等其他环境驱动因素是造成黄河源区径流量减少的主要原因。     

气候变化下雅砻江流域降水时空变化特征研究

雅砻江流域是我国重要的水电能源基地,在全球气候变化背景下,研究雅砻江流域内降水变化规律及未来的降水变化趋势具有重要意义.利用SDSM统计降尺度模型对GCM全球气候模式数据进行降尺度,模拟雅砻江流域未来的降水变化情况.通过趋势分析、M-K趋势检验及突变检验、Morlet小波分析等方法分析了雅砻江流域历史期及未来3种浓度路...     

近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河，是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域（1951-2020年）和白河流域（1970-2020年）的多年水文资料，运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素（降水和气温）进行趋势分析和突变分析，并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明：(1)清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势，1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a，分别在1965年和2016年发生突变；(2)清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势，清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a，白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a，气温都在1988年发生突变；(3)近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势，都达到了99%的显著性检验水平，并在1979年和1974年发生突变；(4)径流量的主导因素是降水量，降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。     

三江平原ET0时空特征及其未来情景下预测研究

参考作物蒸发量(Reference crop evapotranspiration, ET₀)的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大意义,可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961—2010年逐日气象资料,采用Penman-Monteith(P-M)公式计算ET₀,对历史期(1961—2010年)ET₀及相关气象要素的时空特征进行分析;依据美国国家环境预报中心再分析数据以及大气环流模型(GCM)中加拿大CanESM2模式的预报因子日序列的输出数据,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的ET₀进行预测。结果表明：历史期ET₀呈上升趋势,多年年平均气温与ET₀趋势相同,而年平均风速、相对湿度和净辐射整体呈下降趋势,空间分布上多年年平均ET₀总体表现为中部高于周边、西部高于东部的趋势;模拟精度检验方面,基于CanESM2模式下historical情景模拟的ET...