基于GRACE陆地水储量降尺度的塔里木河流域干旱特征及驱动因子分析

水资源是维持内陆河流域社会经济与生态环境协调发展的关键因素。运用重力卫星GRACE和全球陆地同化系统模型GLDAS,结合统计方法,分析了塔里木河流域陆地水储量的时空分布,并对重力卫星GRACE估算的陆地水储量进行降尺度分析,以探究塔里木河流域局部的干旱特征。研究结果表明:2002-2015年间流域陆地水储量呈现1.6±1.1 mm/a的减少趋势,且流域北部陆地水储量为亏损状态,流域南部陆地水储量呈盈余状态;流域内GRACE陆地水储量与GLDAS土壤水的相关关系R~2达0.35(P0.05),降尺度前后的陆地水储量相关关系R~2为0.98(P0.001);尽管塔里木河流域出山口径流呈增加趋势,基于陆地水储量研究发现塔里木河流流域干旱情况依然很严峻;结合夏季0℃层、夏季积雪覆盖率及地下水资源的变化研究发现夏季0℃层和夏季积雪覆盖率对塔里木河流域陆地水储量变化影响较为明显,地下水资源量变化是流域陆地水储量变化的主要驱动因子。     

利用GRACE重力卫星观测研究近7年云南省水储量变化

基于高斯平滑法对2002年8月-2010年6月共计95个月的GRACE RL04数据反演得到云南省水储量数据,结合云南省122个气象台站的月降水、月气温资料,利用趋势分析方法研究了云南省近7年来的水储量时空变化特征。结果表明,水储量的月变幅变化过程与降水的月变化过程具有一致性,从水储量变幅可以反映出云南省2010年特大干旱事件和2005年比较严重的初夏干旱事件。云南省西北部近7年来降水减少,气温升高使得蒸散发量增加,导致该区域的水储量呈减少趋势,但是东南部受降水增加以及人类蓄水等工程的影响,水储量呈增加趋势。同一区域水储量的年内变化趋势在不同季节有所差异,除夏季有效降水量变化趋势与水储量变化趋势不一致之外,其他季节的水储量与有效降水变化趋势一致。     

归一化植被指数对陆地水储量和降水变化的响应研究——以塔里木河流域为例

利用美国国家航空航天局(NASA)提供的MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,探讨了2003-2013年10 a间塔里木河流域NDVI的时空动态分布情况,辅以根据GRACE重力场恢复与气候实验重力卫星和TRMM热带降雨测量使命卫星数据所反演的陆地水储量和降水量数据,研究了10 a间塔里木河流域植被覆盖变化对陆地水储量变化的响应。结果表明:(1)春季NDVI最大值为0.033 67,最小值为-0.010 13,夏季NDVI值最大值为0.617 39,最小值为-0.111 72,秋季NDVI最大值为0.563 38,最小值为-0.047 11,冬季NDVI最大值为0.281 61,最小值为-0.078 64;植被NDVI呈现出夏季秋季冬季春季的规律,离河道越近,植被覆盖度也就越高,同时,植被覆盖度指数会随着越靠近沙漠、戈壁而逐步降低。(2)10 a间NDVI呈现大范围的降低趋势,只有少许范围内具有显著的增加趋势;陆地水储量和降水量的变化趋势,从西北向东南方向呈现出由急剧降低逐步递增为急剧增加。(3)区域A、B、C、D 10 a间NDVI的变化趋势分别是较为复杂、微弱降低、微弱增加和非常显著的增加。(4)降水量与NDVI之间呈现正相关关系,但影像有明显的时滞性,降水量与NDVI之间呈现负相关,植被NDVI与陆地水储量呈负相关,但是对NDVI的影响明显比陆地水储量对NDVI的影响更为显著。     

GRACE卫星数据在国内陆地水储量反演中的应用综述

GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)重力测量卫星自2002年3月发射以来,已经提供了地球重力场十多年的观测资料,该卫星通过测量全球不同地区因质量异常所引起的重力起伏来获取陆地水储量变化的总体分布信息,为监测表层或深层水储量变化提供了新方法。系统综述了利用GRACE卫星重力数据进行水储量变化研究的国内进展,重点介绍了GRACE重力卫星及其在国内湖泊流域、河流流域和高原冰川等区域水储量变化反演的研究,并从气候因子和人口社会经济因子分析了我国水储量变化的特点,同时还探讨了GRACE在研究我国水资源储量中的技术瓶颈、可能的解决方案和未来展望。     

气候变化对金沙江干流径流的影响分析

金沙江是我国西部重要的水电基地,也是滇中引水等一批重要的跨流域调水工程的取水水源地。气候变化正在逐渐改变全球的水循环现状,也必然会对金沙江干流水文情势产生影响。采用RS水文模型对金沙江流域水文过程进行模拟,以IPCC第5次评估报告给出的排放情景和GCM情景相组合的方式设置气候变化情景,研究在气候变化情景下,金沙江干流在未来2021-2050年以及2070-2099年两个时期内径流的变化趋势。结果表明,在未来两个时期内,金沙江干流径流量呈增加趋势,但径流的年内分配将更加不均,汛期径流呈增加、非汛期径流呈减少趋势;此外金沙江干流的丰水流量和枯水流量也将分别呈增加和减少趋势,这都将对金沙江干流的水资源应用提出新的挑战。     

基于统计降尺度的长春市未来气候变化趋势分析

应用统计降尺度模型SDSM（Statistical Downscaling Model）,对GCM输出序列进行降尺度处理,生成长春市未来气候变化情景,并利用线性趋势、滑动平均、Mann-Kendall趋势分析等方法分析对2020s（2010-2039年）、2050s（2040-2069年）和2080s（2070-2099年）3个时期的气温和降水的变化特征进行了分析。模拟结果表明,验证期（1976-1990年）内,长春市月平均日最高气温的实测值和模拟值拟合的很好,SDSM模型能够较好的模拟生成长春市未来气候变化情景。与基准期相比,2020s,2050s和2080s最高气温平均分别上升1.67℃、3.44℃、5.65℃,最低气温平均分别上升1.07℃、2.68℃、4.69℃,平均日气温倾向率变化为0.63℃/10年;年降雨量也呈增加趋势,倾向率变化为11mm/10年;研究区未来气温和降雨量年内变化情况呈现不均匀性,春季降水量呈下降趋势,夏季降雨量呈现显著增加趋势,倾向率变化为12.7mm/10年,且相对于其他季节,夏季对全年降雨量的增加贡献最大,秋季降雨变化不显著,冬季增加趋势较平稳;与其他各季相比,气温在夏季的增幅最显著。分析成果为进一步研究未来气候变化情境下长春市水资源状况提供理论基础。     

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。     

基于遥感土壤湿度反演中尺度流域水储量季节性变化

基于GRACE卫星数据反演陆地水储量变化的能力在众多大尺度流域(15 000 km~2)中得到验证,但该数据空间分辨率较低,难以应用于中尺度流域。本研究基于分辨率更高的遥感土壤湿度,通过引入转换系数K_(pm),对2010年到2015年汛期、非汛期前后的中尺度流域水储量变化(dS_m/dt)进行估算,并通过水量平衡方程对该方法进行验证分析。结果表明基于土壤湿度得到的dS_m/dt与P-Q-E在各个中尺度流域上的相关系数均大于0.7,呈显著相关,土壤湿度能捕捉流域季节性水储量变化;相关系数和均方根偏差在南部区域偏大,说明该方法虽然在湿润区捕捉变化的能力更强,但对量级的把握能力较弱,在北部偏干区域则表现呈相反趋势。该方法为陆地水储量计算提供新途径,计算结果可为区域水资源调度管理起指导作用。     

基于SDSM模型的新疆车尔臣河流域ET_0变化模拟

区域蒸散量预测对精准灌溉预报与农田水分管理意义重大。利用新疆车尔臣河流域且末气象站1961-2013年逐日气象资料,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量,基于Hadley Centre Coupled Model version 3(Had CM3)的输出和统计降尺度模型分别对A2(高温室气体排放)、B2(低温室气体排放)情景下研究区2014-2099年ET_0进行预测,并对1961-2099年ET_0的演变特征进行分析。结果表明:基准期(1961-2010年)ET_0整体呈现明显下降趋势;与基准期相比,A2、B2情景下2011-2040、2041-2070和2071-2099年研究区ET_0月和年均值都呈增大趋势;A2情景下3个时期ET_0分别增加0.91、1.75和1.33 mm/a,B2情景下ET_0分别增加1.12、1.96和0.61 mm/a。因此,未来研究区ET_0的上升可能导致水资源短缺与季节性干旱进一步加剧,这为研究区水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。     

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。     

贵阳市多维城镇化耦合协调关系变化特征研究

基于社会经济与土地利用数据,利用耦合协调模型,从人口城镇化、经济城镇化和土地城镇化多维视角,分析了贵阳市三种城镇化耦合协调关系变化特征。结果表明:1995-2015年间贵阳市各区县人口城镇化、土地城镇化和经济城镇化均呈增加趋势,但其增加幅度存在一定差异。1995、2005和2015年多维城镇化的耦合度以高耦合期和磨合期为主,协调度以高度协调和中度协调为主,1995-2015年间贵阳市大部分区县多维城镇化的耦合度呈增加趋势,而全部区县多维城镇化的协调度呈增加趋势。     

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。     

黄河中游河口-龙门区间蓝绿水资源对气候与土地利用变化的响应

气候变化和土地利用变化会改变蓝绿水资源的时空分布,量化二者变化所带来的影响对水资源管理具有重要意义。黄河中游的河龙区间(河口镇至龙门)社会经济的迅速发展和大规模生态修复工程的实施改变了流域的土地利用格局,蓝绿水资源时空分布受到影响。研究基于遥感数据,分析河龙区间近40年土地利用的变化特征;结合VIC模型和四种情景设置,定量分析气候与土地利用变化对流域内蓝绿水的时空影响。进一步分析了生产性绿水流及非生产性绿水流对气候及土地利用变化的响应规律,以便开发绿水资源的生产潜力。结果表明：(1)河龙区间平均最高气温和平均最低气温在1997年发生突变,变化趋势由减小转为增大;降水量在2006年发生突变,变化趋势由减少转为增加。草地和耕地是河龙区间的主要土地利用类型,1980-2020年间耕地减少了3 407 km²,林地、草地和灌木林的面积均呈现增加趋势,与退耕还林还草工程的实施密切相关。(2)气候变化和土地利用变化对蓝水流的贡献率分别为90.89%和9.11%,对绿水流的贡献率分别为103.13%、-3.13%,对绿水储的贡献率分别为89.07%、10.93%,气候变化对河龙...     

近50 a新疆且末县红枣农业气候资源变化特征分析

本研究以且末县红枣为研究对象，利用且末县1971-2020年逐日气象数据资料，采用Mann-Kendall突变检测、小波分析、气候倾向率等方法，分析红枣生长季农业气候资源变化特征，为当地红枣产业适应气候变化提供科学依据。结果表明：红枣生长季平均气温和≥10℃积温呈显著增加趋势，气候倾向率分别为0.36℃/10 a、98.4（℃·d）/10 a，分别在2003年和2008年发生了由少由到多的显著突变；降水量变化不明显，呈略微的增加趋势，年际间波动较大。日照时数呈减少趋势，在1981年发生由多到少的突变，气候倾向率为24.4 h/10 a；夏季高温日数呈增加趋势，尤其以7月份的增加显著，增加速率为2.0 d/10 a ；夏季气温日较差平均15.8℃，6～8月气温日较差均呈减少趋势，但变化不明显。春季、夏季的大风日数和沙尘日数呈均减少趋势，其中大风日数显著减少，沙尘日数年际分布不均。气候变化背景下，且末县红枣生长季光热资源丰富、气温日较差大，总体有利于红枣产量的提高，但开花坐果期高温日数的增加，对红枣生长发育有一定影响。     

Hargreaves法在岷江源区适用性及未来参考作物蒸散量预测

本文利用岷江源区1961-2010年逐日气象数据,采用FAO 56 Penman-Monteith和Hargreaves公式计算参考作物蒸散量,并以FAO 56 Penman-Monteith为标准对Hargreaves公式适用性进行评价,通过对Hargreaves公式转换系数C_0进行修正,建立基于月尺度的参考作物蒸散发公式,结合RegCM4.0区域模型生成的温度数据,对未来(2011-2099年)研究区参考作物蒸散发量变化进行预测。研究结果表明:通过通径分析发现,在岷江源区气温是影响参考作物蒸散量最重要的气象因子,采用基于温度法的参考作物蒸散发公式具有理论依据;采用未修正的Hargreaves公式明显高估了该区域参考作物蒸散量,特别是在雨季4-10月;修正后的Hargreaves公式绝对偏差与相对偏差显著减小,与FAO 56Penman-Monteith月值之间均方根误差RMSE为3.76mm、效率指数EF为0.39、可决系数CD为0.84,吻合系数d为0.8,能够满足研究区参考作物蒸散发估算精度;在未来气候变化情景下岷江源区参考作物蒸散量总体呈增加趋势,气候倾向率为5.6mm/(10a)。     

景电灌区降水与气温随时间变化特征分析

为探明景电灌区近年来气候变化规律,深化对灌区气候变化的认识和理解,以甘肃省景泰县1983—2017年的降水及气温日数据为基础,运用线性倾向分析、Mann-Kendall趋势检验及小波分析等方法,研究了景电灌区降水与气温不同时间尺度的变化,并预测了灌区降水的发展趋势,结果表明:近35 a景电灌区降水量呈缓慢上升趋势,气候倾向率为0.38 mm/a,冬灌降水呈显著上升趋势,其余灌季均呈下降趋势;灌区年降水量变化存在7 a和11 a这2个主要的周期尺度;灌区近35 a平均气温和极高气温均呈显著上升趋势,气候倾向率分别为0.056,0.050 ℃/a,而极低气温上升趋势不明显;灌区各灌季平均气温均呈上升趋势.由此看出,景电灌区气候变化整体呈暖湿化趋势,灌季尺度上,仅冬灌期间呈现明显的暖湿化趋势,其余灌季呈暖干化趋势.     

新疆和田河径流演变特征及其影响因素分析

【目的】研究和田河径流演变特征及其影响因素。【方法】采用M-K检验、Pettitt突变检验、Morlet小波分析等方法,分析径流及影响因素的变化趋势、突变特征及周期规律。在确定影响因素与径流的相关性基础上,建立了影响因素与径流的多元线性方程及神经网络模型,定量分析了气候因素与人类活动对径流变化的贡献水平。【结果】玉龙喀什河径流表现出增加趋势,喀拉喀什河径流呈减少趋势,突变年份为2009、2004年,在40~55 a尺度下的玉龙喀什河与33~55 a尺度下的喀拉喀什河都经历2个枯-丰变换周期。玉龙喀什河、喀拉喀什河降水量都呈显著增加趋势,突变年份均为2001年,两河降水同时展现出3次偏多-偏少交替。年均气温呈显著性增加,在1984年发生突变,气温经过2个冷-暖变换周期。玉龙喀什河与喀拉喀什河径流变化的主要影响因素为气候变化,人类活动影响较小,气候变化对径流的贡献率分别为84.06%和72.51%,而人类活动的贡献率为15.94%和27.49%。【结论】玉龙喀什河和喀拉喀什河在40~55、33~55 a尺度下由丰水期转为枯水期,玉龙喀什河和喀拉喀什河流域降水未来为少水期,和田河流域气温在40~50 a尺度下处于偏暖阶段。喀拉喀什河突变点与乌鲁瓦提水库的修建有关,降水和气温发生突变时间于西北地区气候转变相一致。气温因素是径流补给的主要影响成分,气候变化为径流变化的主要因素。     

艾比湖流域潜在蒸散量时空变化特征

潜在蒸散发是衡量气候变化下区域水热资源演变的重要参数。利用艾比湖流域10个气象站1961-2012年逐日气温、降水、日照时数、风速、相对湿度等资料,计算了该流域近52 a潜在蒸散量(ET_0),并分析了其时空变化特征。结果表明:(1)艾比湖流域年、春季、夏季和秋季的ET_0都呈增加趋势,冬季ET_0呈减少趋势。年ET_0增势为0.93 mm/a,在1987年发生增加突变并存在15 a左右的变化周期。(2)艾比湖流域春季、夏季、秋季和年ET_0空间分布总体都表现为北部大于南部,而冬季ET_0在空间上自西向东逐渐减少。变化趋势上,艾比湖流域年、春季、夏季和秋季的ET_0表现为中部增势强于南部和北部;冬季中部减势强于流域南部和北部。(3)年代变化上,20世纪60-80年代ET_0空间上都呈减少趋势,20世纪80年代-21世纪初呈增加趋势。其中80年代ET_0最小,2001-2012年ET_0最大。(4)气候因子与ET_0的变化密切相关,但在突变前后存在差异;其中气温对ET_0的影响最大。该研究可为气候变化下干旱半干旱区水热演变的研究以及流域尺度的生态环境保护和管理提供借鉴。     

变化环境下泾惠渠灌区净灌溉需水的响应

灌溉需水是科学制定灌溉计划和水资源规划的依据,气候变化和种植结构等变化环境是灌区灌溉需水变化的驱动因素。基于泾惠渠灌区4个气象站近30年逐日气象资料和作物种植面积资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算灌区主要作物需水量、净灌溉定额及灌区净灌溉需水量,分析气候变化和种植结构调整对灌区净灌溉需水量的影响,采用多元线性回归法研究灌溉需水量变化的主要因子。结果表明:气候变化使灌区降雨呈减少趋势,ET0呈增加趋势,导致主要作物净灌溉定额呈增加趋势;种植结构的调整,减少了粮食作物和棉花的种植面积,增加了其他经济作物的种植面积,使灌区净灌溉需水量呈减少趋势;在总种植面积下降、种植结构调整和气候变化的综合作用下,灌区净灌溉需水量呈小幅度的增加趋势;影响净灌溉需水量变化的主要因子是ET0和种植面积;除1996和2003年湿润年份外,各年净灌溉需水量比实际灌溉水量大,灌区存在缺水。未来应进一步调整种植结构,以适应气候变化,缓解灌区水资源供需矛盾。     

清水河流域不同尺度水沙变化归因分析

【目的】揭示清水河流域水沙变化的驱动因素,为黄河上游流域的水土流失治理提供理论依据。【方法】基于1970—2019年清水河流域上、中、下游水文站的实测水沙数据及气象数据,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域内不同尺度的水文气象序列进行趋势性分析和突变检验,基于Budyko弹性系数法、双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法对流域不同尺度水沙变化进行归因分析。【结果】1970—2019年,清水河流域年径流深呈显著增加趋势,年输沙模数呈不显著减少趋势,流域上中游区域的年径流深和年输沙模数呈显著减少趋势;与突变前相比,人类活动对上游区、上中游区和全流域的年径流量减少的贡献率分别为99.9%～114.3%、77.5%～104.0%和-117.4%～-74.0%,对年输沙量减少的贡献率分别为104.7%～116.4%、110.2%～132.2%和113.0%～139.0%。【结论】引黄灌溉、水土保持措施等人类活动是影响清水河流域水沙变化的主要因素。