基于SWAT模型的张家口清水河流域径流模拟

水资源问题是制约我国社会经济可持续发展的重要因素。以张家口市清水河流域为研究区域,基于GIS构建流域的SWAT分布式水文模型,对影响径流模型结果的几个重要参数进行敏感性分析,并应用SWAT-CUP软件进行参数率定,利用2013-2016年的实测径流量进行模型验证,分别计算气候和土地利用变化对径流量的贡献率。结果表明,校准期的效率系数(NSE)为0.74,决定系数(R~2)为0.72;验证期的NSE系数为0.76,(R~2)为0.78。气温变化对径流量变化的贡献率为36.3%,而土地利用变化对径流量变化的贡献率为10.5%,气温和土地利用变化对径流量的变化均产生一定作用,但就作用大小而言,气候变化的作用相对较大。基于这些评价指标,可知SWAT模型在张家口清水河流域径流模拟中具有很好的可靠性和适用性,可以作为该流域水资源综合管理的支撑模型之一。     

气候变化情景下洞庭湖流域鸟类栖息地适宜性分布研究

鸟类对生态系统变化较为敏感，是衡量生态环境质量变化的一种重要指示生物。气候变化已成为栖息地丧失的重要原因之一，对鸟类的迁徙、繁殖有一定的影响。本文以洞庭湖流域为研究区域，结合收集到的382个鸟类出现点数据、遥感影像数据、气候变化数据等，基于Maxent模型方法，综合分析洞庭湖流域鸟类分布的驱动气候因素，并预测2050年气候不同情景下鸟类栖息地适宜性分布特征。结果显示：历史情景下洞庭湖流域鸟类的适宜性栖息地为多个集中分布区组成的带状区域，而在未来情景下栖息地由以前的带状分布逐渐演变为团状分布。2050年RCP 2.6、RCP 4.5排放情景下，适宜栖息地面积有所下降，占研究区域总面积的比例从历史情景的 9.43%分别降低到 9.26%、8.91%；而在RCP 8.5排放情景下面积增加，占研究区域总面积的比例增加至10.22%。但从栖息地适宜性分布而言，栖息地分布变得更加集中，未来情景下鸟类栖息地适宜性在三种排放情景下略高于历史情景，适宜性RCR8.5情景（33.12%）> RCR2.6情景（32.87%）> RCR4.5情景（32.74%）> 历史情景（31.33%）。本研究为气候变化条件下鸟类生物多样性保护提供重要的理论支撑。     

基于SWAT模型的平原河湖水网区小流域径流过程模拟

模拟湖北省松滋市小南海流域径流过程,为未来运用SWAT模型诊断小南海流域面源污染问题提供技术支撑。小南海流域地处洞庭湖生态经济区最上游,是洞庭湖上游重要的生态涵养地。流域处于山地丘陵地区与平原河湖地区的交界地段,上游地区为山地丘陵区,下游地区为平原河湖区,水系结构和产流汇流过程较为复杂。该流域内无水文站点,水文资料缺失。选择了洞庭湖流域、鄱阳湖流域与梁子湖流域3个相似流域运用SWAT模型时所采用的水文参数,运用参数移植法确定了小南海流域的水文参数;对比基于DEM直接定义水系、使用Burn In功能对河网进行修正和Pre-defined streams预定义水系3种水系定义方法,选择最适合的Pre-defined streams方法按照现状进行水文模拟。模型划分了25个子流域,验证结果表明确定系数R~2与Nash-Sutcliffe效率系数E_(ns)均大于0.85,表明使用水系预定义法及参数移植法的SWAT模型模拟小南海流域径流过程是可行的。     

气候变化对长江口鱼类资源密度分布的重塑作用

本研究以2012-2013年长江口鱼类资源密度分布为基础,通过动态生物气候分室模型(DBEM)预估了不同气候变化情景下(IPCC,RCP2.6、RCP6.0和RCP8.5)长江口鱼类资源密度增量分布的变化.在RCP2.6、RCP6.0和RCP8.5这3种气候变化情景下,鱼类资源密度增量、底层鱼类资源密度增量随着时间推移均呈递增趋势,且递增程度和增量重心分布范围随着温室气体排放的增加而扩大(RCP8.5＞RCP6.0＞RCP2.6).鱼类资源密度增量重心主要分布在长江口崇明岛沿岸水域,长江口外侧水域资源密度增量相对较低,并且资源密度增量重心有向南迁移的趋势.     

气候变化对长江口和黄河口渔业生态系统健康的潜在影响

本研究采用层次灰色综合评价模型,结合动态生物气候分室模型预估的长江口和黄河口鱼类资源密度增量分布结果,对不同气候变化情景(RCP2.6、RCP6.0和RCP8.5)对长江口和黄河口渔业生态系统健康的潜在影响进行了分析.从生态环境、生物群落结构和生态系统功能三个层面构建了长江口和黄河口渔业生态系统健康评价体系.2015-2050年,长江口和黄河口渔业生态系统健康水平随着温室气体排放程度的增加而降低,即RCP2.6情景下健康水平最高,RCP6.0情景次之,RCP8.5情景最低.两个河口的健康水平随时间推移在RCP2.6情景下呈现出“高-低-高”的变化趋势;在RCP6.0情景下呈现出“低-高-低”的变化趋势;在RCP8.5情景下两个河口略有差异,黄河口呈“高-低-高”的变化趋势,长江口呈“低-高-低”的变化趋势.若以2050年渔业生态系统健康水平作为“最终状态”,两个河口RCP2.6情景下的健康水平高于RCP6.0和RCP8.5情景:长江口RCP2.6情景下的健康评价值为0.61,是RCP6.0和RCP8.5情景下健康评价值的1.9倍和1.8倍;黄河口RCP2.6情景下的健康评价值分别是RCP6.0和RCP8.5情景的2.8倍和2.2倍.     

基于分布式水文模型的藤条江河流土壤侵蚀研究

藤条江是南亚重要国际河流元江-红河的主要支流,流域地处高原山地,土壤侵蚀严重.利用分布式水文模型SWAT对藤条江流域的水文过程进行了模拟,采用2年的逐日观测数据对模型进行了率定和验证.径流模拟结果和实测数据相比,模型确定性系数和效率系数(纳什-克里夫系数)均高于0.75,表明SWAT模型对藤条江径流的模拟结果良好.使用率定好的模型,计算出流域年均土壤侵蚀量为94.39×104 t,约47％的流域面积处于中度侵蚀状态,流域的水土流失关键区位于红河断裂带南缘,需优先实施水土保持措施的行政区域对应云南省金平县.     

海洋暖化和酸化对黄姑鱼早期生长发育的影响

以黄姑鱼(Nibea albiflora)为研究对象,根据IPCC 2013典型浓度排放路径(RCP)对2100年海洋温度和p H的预测值,分别选择减缓温室气体排放情景(RCP 2.6)和高温室气体排放情景(RCP8.5),设置温度和p H两个因素,在实验室条件下模拟气候变化,探究海洋暖化和酸化对黄姑鱼早期生长、发育的影响。结果显示,在基础温度24.0℃条件下,黄姑鱼进入稚鱼期的时间为25 d,高温处理(26.0℃~28.0℃)生长加快,仅为22 d,同时,随着温度升高(26.0℃、26.6℃和28.0℃),生长率逐渐增加(0.73、0.74和0.78 mm/d),并且各处理组之间生长率存在显著差异(P0.05),但死亡率在26.6℃最高,26.0℃最低。黄姑鱼死亡率在p H为7.80、7.73和7.49时分别为3.9%、19.4%和21.7%,各处理组死亡率差异显著(P0.05),但p H对黄姑鱼早期生长率影响不显著(P0.05)。通过逻辑斯蒂生长方程拟合,结合IPCC对2100年温度和p H的预测,到2100年,在RCP 2.6情景下,黄姑鱼早期生长率为0.71 mm/d,死亡率为31.1%;在RCP 8.5情景下,黄姑鱼生长率最高达到0.76 mm/d,死亡率为23.9%。在海洋酸化和暖化的共同作用下,黄姑鱼的早期补充将会受到影响。     

基于自动机器学习的黄、渤、东海蓝点马鲛渔场丰度指数研究

蓝点马鲛(Scomberomorus niphonius)是中国近海重要的大型中上层经济鱼类, 精准预测蓝点马鲛渔场分布对渔业资源评估与管理有重要意义。本研究利用蓝点马鲛捕捞数据与卫星遥感海表温度(sea surface temperature, SST) 和海表叶绿素浓度(chlorophyll-a concertation, Chl a)数据, 构建了基于自动机器学习的蓝点马鲛 CPUE 预测模型, 通过与 XGBoost 模型、随机森林模型和广义加性模型(generalized addictive models, GAM)对比, 自动机器学习模型的确定系数(coefficient of determination, R² )分别提高了 51%、107%和 117%, 均方根误差(root mean squard error, RMSE)分别降低了 15%、28%和 32%。通过模型预测的蓝点马鲛 CPUE, 开发了渔场丰度指数, 分析了渔场丰度时空变动规律。结果显示: 蓝点马鲛渔场丰度高值区在春季由于受到 SST 的影响较大, 呈现向北及向近岸移动的趋势, 这种现象与蓝点马鲛索饵及产卵洄游路线一致; 同时, 蓝点马鲛渔场丰度高值区纬度重心的北移, 也与气候变暖影响下蓝点马鲛索饵和产卵的适宜温度区变动有关。通过气候事件指数分析发现, Ni?o 3.4 指数与蓝点马鲛渔场丰度高值区面积呈显著相关。结合 RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5 4 种情景, 分别预测了 2100 年蓝点马鲛的 CPUE 分布变动, 发现随着全球变暖, 蓝点马鲛 CPUE高值产区北移, 并相比 2010—2015年蓝点马鲛 CPUE预测平均值, 4 种 RCP 情景下分别上升了 0.1、2.2、2.41 和 17.3 kg/h。本研究结果可为中国近海经济鱼种的渔情预报研究提供参考。     

珠溪河流域土地利用变化对面源磷污染影响的研究

探讨土地利用类型变化对磷、泥沙负荷以及截留能力的影响,为制定珠溪河流域面源磷污染治理措施提供重要支撑,也为鄱阳湖流域磷污染精准防治提供科学依据。基于2010年和2018年土地利用数据,采用SWAT模型对珠溪河流域面源磷负荷、泥沙负荷以及径流进行了模拟研究,并结合水文水质实测数据对模型的模拟结果进行评价。结果表明：相关系数R2和Nash-Suttclife模型效率系数ENS均满足SWAT模型在研究区的适用要求;泥沙与总磷的负荷强度与耕地、建设用地的覆盖率呈正相关,与林地、草地的覆盖率呈负相关,且总磷负荷强度与泥沙负荷强度有较高的重合性;2010年、2018年土地利用数据的总磷、泥沙年均入河系数分别为0.535、0.736和0.558、0.752,2个时期的泥沙与总磷入河系数中北部大于南部。控制农业生产和农村生活的污染物排放是减少面源污染的重要措施,进行退耕还林或退耕还草能有效截留污染物质以及起到防沙固土的作用。     

珠溪河流域土地利用变化对面源磷污染的影响研究

探讨土地利用类型变化对磷、泥沙负荷以及截留能力的影响,为制定珠溪河流域面源磷污染治理措施提供重要支撑,也为鄱阳湖流域磷污染精准防治提供科学依据。基于2010年和2018年土地利用数据,采用SWAT模型对珠溪河流域面源磷负荷、泥沙负荷以及径流进行了模拟研究,并结合水文水质实测数据对模型的模拟结果进行评价。结果表明:相关系数R ²和Nash-Suttclife模型效率系数E _NS均满足SWAT模型在研究区的适用要求;泥沙与总磷的负荷强度与耕地、建设用地的覆盖率呈正相关,与林地、草地的覆盖率呈负相关,且总磷负荷强度与泥沙负荷强度有较高的重合性;2010年、2018年土地利用数据的总磷、泥沙年均入河系数分别为0.535、0.736和0.558、0.752,2个时期的泥沙与总磷入河系数中北部大于南部。控制农业生产和农村生活的污染物排放是减少面源污染的重要措施,进行退耕还林或退耕还草能有效截留污染物质以及起到防沙固土的作用。     

塔里木河流域水土流失动态变化分析

研究塔里木河流域土地利用变化、年径流量和输沙量变化特征及其相关关系，以期促进水土资源的合理开发和利用，为塔里木河流域的生态环境治理提供科学依据。水文数据为2005-2020年流域焉耆站、同古孜洛克站、卡群站、西大桥站、阿拉尔站年径流量、年输沙量，土地利用数据为1980-2015年土地利用空间分布数据。结果表明：（1）1980-2015年，土地利用面积比例变化为-1.07%~1.16%，耕地面积增幅为1.16%，沙地面积增幅0.30%，草地面积降幅1.07%；（2）流域内各主要河流多年平均径流量为22.99×108~67.46×108 m3，多年平均输沙量63.20×104~3070.00×104t；开都河多年平均含沙量为0.24 kg/m3，其余河流平均含沙量均大于4kg/m3；塔里木河流域年径流量和年输沙量均呈现下降变化趋势，且年输沙量的变异性（40.89%~73.11%）大于年径流量（15.54%~35.37%）；（3）各主要河流的年径流量、年输沙量与耕地和城乡居民用地的占比均呈负相关关系，与林地、草地、沙地等均呈现正相关关系。建议合理进行土地开发，禁止盲目开荒种田，充分运用智能化手段开展在线动态监测，及时掌握水土流失情况，恢复和重建塔里木河流域生态。     

European small pelagic fish distribution under global change scenarios

The spectre of increasing impacts on exploited fish stocks in consequence of warmer climate conditions has become a major concern over the last decades. It is now imperative to improve the way we project the effects of future climate warming on fisheries. While estimating future climate‐induced changes in fish distribution is an important contribution to sustainable resource management, the impacts on European small pelagic fish—representing over 50% of the landings in the Mediterranean and Black Sea between 2000 and 2013—are yet largely understudied. Here, we investigated potential changes in the spatial distribution of seven of the most harvested small pelagic fish species in Europe under several climate change scenarios over the 21st century. For each species, we considered eight Species Distribution Models (SDMs), five General Circulation Models (GCMs) and three emission scenarios (the IPCC Representative Concentration Pathways; RCPs). Under all scenarios, our results revealed that the environmental suitability for most of the seven species may strongly decrease in the Mediterranean and western North Sea while increasing in the Black and Baltic Seas. This potential northward range expansion of species is supported by a strong convergence among projections and a low variability between RCPs. Under the most pessimistic scenario (RCP8.5), climate‐related local extinctions were expected in the south‐eastern Mediterranean basin. Our results highlight that a multi‐SDM, multi‐GCM, multi‐RCP approach is needed to produce more robust ecological scenarios of changes in exploited fish stocks in order to better anticipate the economic and social consequences of global climate change.     

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度研究

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题，该研究提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象，综合运用多种数理统计方法划分了流域枯水期；采用逐月滑动计算法推求了梯级水库分期消落水位；以生态和发电效益最大为目标函数，利用NSGA-Ⅱ算法求解了调度模型，得到了不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明：不同来水情景下，相较于常规调度方案，选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20~52.27亿kW·h（2.3%~5.0%）和供水量83.15~87.14亿m3（5.8%~7.4%），并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果为协调梯级水库生态和发电调度提供了技术支撑。     

基于ArcSWAT模型的老鹳河流域面源氮识别和分析

进行老鹳河流域面源氮污染负荷估算和关键源、区识别,推进流域面源污染的溯源和控制,为流域非点源氮污染控制和治理提供理论支撑。通过模型数据库构建、流域空间单元划分以及参数率定和验证建立老鹳河流域氮污染过程的ArcSWAT模型;以2017年的气象资料为背景,设置4种情景模式,模拟估算流域不同面源氮的入河量,分析和识别不同污染源的关键期以及不同土地利用类型的关键污染源。结果表明,化学氮肥施用和大气沉降是老鹳河流域面源氮的主要污染源,分别贡献了47.6%和38.6%;大气沉降、畜禽养殖和化学氮肥施用入河氮量最大值均出现在3月,农村生活入河氮量最大值出现在8月,而4类污染源入河氮量的最小值均出现在12月;雨季是老鹳河流域控制面源污染氮的关键期;减控的关键污染源旱地、园地和水田是化学氮肥施用,林地和人居地分别是大气沉降和农村生活。应分时、分区、分类制定老鹳河流域面源氮污染减控方案,对于人为氮源（化学氮肥施用、畜禽养殖和农村生活）还要关注在作物播种期和生长季节进行减控。     

Predicting the current and future suitable habitat distributions of the anchovy (Engraulis ringens) using the Maxent model in the coastal areas off central‐northern Chile

An assessment of climate change impacts on the habitat suitability of fish species is an important tool to improve the understanding and decision‐making needed to reduce potential climate change effects based on the observed relationships of biological responses and environmental conditions. In this study, we use historical (2010–2015) environmental sea surface temperature (SST), upwelling index (UI), chlorophyll‐a (Chl‐a) and biological (i.e., anchovy adults acoustic presence) data (i.e., Maxent) to determine anchovy habitat suitability in the coastal areas off central‐northern (25°S–32°S) Chile. Using geographic information systems (GIS), the model was forced by changes in regionalized SST, UI and Chl‐a as projected by IPCC models under the RPC (i.e., RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 and RCP8.5) emissions scenarios for the simulation period 2015–2050. The model simulates, for all RCP scenarios, negative responses in anchovy presence, reflecting the predicted changes in environmental variables, dominated by a future positive (warming) change in SST and UI, and a decrease in chlorophyll‐a (i.e., phytoplankton biomass). The model predicts negative changes in habitat suitability in coastal areas from north of Taltal (25°S) to south of Caldera (27°45′S) and in Coquimbo littoral zone (29°–30°12′S). The habitat suitability models and climate change predictions identified in this study may provide a scientific basis for the development of management measures for anchovy fisheries in the coastal areas of the South American coast and other parts of the world.