气候变化下石羊河流域上游产流区的径流响应研究

【目的】分析西北典型干旱区石羊河流域上游产流区径流对未来气候变化的响应,为石羊河流域未来水资源的规划利用提供参考。【方法】应用可变下渗能力模型(VIC)模拟水文过程,基于模型参数率定,利用统计降尺度模型(SDSM)对全球气候模式(GCMs)中HadCM3模式下A2、B2情景进行降尺度处理,分析A2、B2情景下石羊河流域上游产流区气候要素的变化,以预估的未来气候情景数据作为验证后VIC模型的输入,分析未来气候变化下石羊河流域的水文响应。【结果】VIC模型的效率系数在率定期(1990-1994年)和检验期(1995-1996年)分别为0.769和0.690,相关系数分别为0.955和0.894,表明VIC模型能够较好地描述流域大尺度水文过程;在未来2020s(2010-2039年)和2050s(2040-2069年),研究区多年平均最高气温在A2情景下分别较现状升高1.3和2.8℃,B2情景下分别较现状升高1.3和2.5℃;在2个时期的2种气候情景下,多年平均最低气温均升高0.1℃左右;在A2情景下2020s和2050s多年平均降水量分别较现状减少7.6%和15.2%,B2情景下2个年代的多年平均降水量分别减少8.7%和13.1%;2020s多年平均径流量在A2和B2情景下分别较现状减少2.8%和1.4%,2050s多年平均径流量在A2和B2情景下分别减少13.2%和8.3%。【结论】石羊河流域径流在未来A2、B2气候模式下的不同时期内均会呈减少趋势。     

黑河中游植被覆盖率变化趋势及其驱动因子分析

利用2002~2011年的黑河干流中游归一化值被指数数据获得植被覆盖率变化趋势,选取合适的NDVI阈值将整个区域划分为"绿洲区"和"荒漠区",并分别探讨了地下水埋深、中游耗水量及累积降水量对两种区域面积和植被覆盖率变化的影响。结果表明:黑河干流中游植被覆盖率整体呈增长趋势,由2002年的32%增长到了2011年的36%,对植被覆盖率增长贡献最大的因素为绿洲区扩张,10年间绿洲区面积占比增长了10%;影响绿洲扩张的主要因素为地下水位埋深和中游耗水量,绿洲区植被覆盖率变化较小,可忽略其影响。荒漠区植被覆盖率的变化主要受累积降水量影响。利用地下水位埋深、中游耗水量、累积降水量可预测区域植被覆盖率的变化趋势,区分人类活动和气候变化对区域植被覆盖率的影响是可行的。     

中国西北地区未来潜在蒸散发集合预估及不确定性归因

预估西北地区未来潜在蒸散发（Potential Evapotranspiration,PET）变化对该区制定气候适应性远景规划至关重要,然而PET预估中不可避免地存在源于气候情景、气候模式和PET模型的不确定性。该研究以3个气候情景（Shared Socioeconomic Pathway,SSP）、6个性能良好的潜在蒸散发模型（Potential Evapotranspiration Model,PETM）以及第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）的6个全球气候模式（Global Climate Model,GCM）分别表征情景、模型和模式的不确定性,构建了基于多模式、多情景以及多模型的三维PET集合预估框架,得到108套预估结果组成的大规模数据集合。基于集合预估结果,分析了相对于历史时期的PET变化量的整体特征及多源不确定性导致的预估结果差异,并基于三因素方差分析法量化了各不确定性来源及其非线性交互作用对总不确定性的贡献率。结果表明：未来中期（2041-2070年）和远期（2071-2100年）年均△PET预估结果集合均值分别为67.8和95.3 mm。集合预估中,基于SSP1-2.6情景（可持续发展情景）、PM[CO2]模型及MIROC6全球气候模式预估的PET变化量较低,且情景和模型不确定性造成的结果差异均随时间推移而增大。各不确定性来源在中期PET变化量预估中的相对重要性由大到小依次为PETM、SSP和GCM;而在远期,SSP贡献率最高,达65.3%。在季节分布上,PETM和SSP分别在暖季（夏、秋）和冷季（冬、春）的贡献率较高。大规模PET变化量集合预估结果及其统计特征能够为西北地区应对气候变化的高效行动提供更科学全面的理论依据;不确定性来源相对贡献的分析结果可为进一步降低未来PET预估的不确定性提供研究方向。     

陕西关中地区水资源生态足迹与生态赤字研究

【目的】分析陕西关中地区的人均水资源生态足迹、生态承载力和生态赤字,为该地区水资源的可持续开发利用提供参考。【方法】采用水资源生态足迹模型,确定了计算水资源生态足迹所需的3个关键参数:多年平均水资源总量、全球均衡因子和地区产量因子,对关中地区及各地市1994-2008年的人均水资源生态足迹、生态承载力、生态赤字进行了定量分析和评价,并与陕西省其他地区进行了比较。【结果】核算期内,陕西关中地区的水资源生态足迹变化比较稳定,平均为0.704 5hm2/人,各市区的水资源生态足迹水平高低依次为咸阳>渭南>铜川>西安>宝鸡>杨凌;在核算期内关中地区水资源生态承载力变化较大,平均为0.196 0hm2/人,与陕北、陕南相比是陕西省最低的;在核算期内,关中的水资源生态足迹均远远大于生态承载力,水资源生态赤字平均为0.507 7hm2/人;各用水账户中,生产用水(包括农业灌溉用水、工业用水和林渔牧副业用水)是水资源生态足迹的主要贡献者,占水资源生态足迹的80%以上。【结论】陕西关中水资源生态赤字较大,必须通过优化水资源配置,建立与水资源利用相关的法律体系、水价格体系,实施高效率的水资源管理,提高水资源生态承载力,减小生态赤字,以达到水资源可持续利用的目的。     

基于正态云模型的黄河流域水资源承载力评价

水资源是支撑区域经济社会发展的基本保障,科学合理地评价水资源承载能力对区域实现可持续发展具有重要意义。从"量、质、域、流"维度出发,筛选22个评价指标,构建水资源承载能力评价指标体系:针对评价指标量化、等级标准划分的不确定性问题,建立了基于正态云理论的水资源承载能力评价模型,并采用单因素轮换法(OAT)分析指标权重的敏感性。将构建的评价指标体系与模型应用于黄河流域2015年水资源承载力评价,结果表明:黄河全流域水资源承载能力等级特征值为2.70,处于第Ⅲ等级临界状态,其中,水量维度承载能力为第Ⅲ级临界状态,水质、水域、水流维度的承载能力均为第Ⅱ级超载状态,除甘肃、宁夏、陕西和河南四省区为Ⅱ级超载状态外,其他省区均为Ⅲ级临界状态。评价结果与SPA-VFS、TOPSIS法评价结果基本一致,表明基于"量、质、域、流"的评价指标体系及模型有效可行,研究以期为水资源承载力评价提供多维量化评价体系与方法。     

基于核熵成分分析的综合干旱指数的构建与应用 —以黑河流域中上游为例

针对传统单变量干旱指数难以全面表征干旱及部分综合干旱指数难以反映多变量之间的非线性关系等问题,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)、标准化径流指数(SRI)及标准化土壤湿度指数(SSMI)3个单变量指数分别表征气象干旱、水文干旱和农业干旱,利用核熵成分分析法(KECA)构造综合干旱指数(SMDI),采用M-K趋势检验、...