-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-氣候變化對沅江流域徑流影響研究陳喜1蘇布達2,3姜彤2施雅風2（1：河海大學水資源環(huán)境學院，南京210098；2：中國科學院南京地理與湖泊研究所，南京210008；3：中國科學院研究生院，北京100039）提要溫室氣體排放量增加造成氣候變化，對全球資源環(huán)境產(chǎn)生重要影響.本文在水量平衡基礎上，建立考慮氣象要素和地形變化的月水文模型，利用實測徑流資料對模型在時空尺度上進行驗證.利用全球氣候模型（GCMs）預測的未來氣候變化情形，對處于濕潤區(qū)的沅江流域徑流過程進行預測.分析結(jié)果表明，該區(qū)域徑流過程對降雨和氣溫變化十分敏感.根據(jù)英國Hadcm2模型對本世紀中葉氣候變化預測結(jié)果，沅江流域未來年降雨量減少0.43%氣溫升高1.55，豐水期降雨增加，而枯水期將有較大幅度減少.年徑流量相應減少6.8%，豐水期徑流量增大11%，枯水期徑流減少47%，不利于防洪和水資源開發(fā)利用.關鍵詞氣候變化全球氣候模型月水文模型徑流沅江流域分類號P467P333.1近年來，溫室氣體排放量增加引起的全球環(huán)境問題，如氣溫升高、降雨時空特征的改變等已成為各國政府、社會公眾和科學界普遍關注的問題.預測CO2和其它溫室氣體排放量的增加對全球氣候的影響主要基于全球氣候模式（GCMs）.這些模式預測結(jié)果表明，本世紀全球氣溫將會上升1.4-5，且降雨時空分布也會有較大改變，這也意味著區(qū)域水平衡、河川徑流和水資源將發(fā)生變化1.因此，評估氣候變化對防洪、區(qū)域水資源和水環(huán)境的影響，對未來水資源的評價、規(guī)劃、開發(fā)利用和管理等具有重要意義.未來全球氣候變化預測結(jié)果還存在很多不確定性因素，政府間氣候變化組織（IPCC）對氣候變化預測結(jié)果的評價為：氣溫升高預測結(jié)果較為可靠，而降雨預測結(jié)果還存在很大不確定性.目前，氣候變化對水文水資源影響研究主要采用兩種模式，一種是假設氣溫和降雨變化情形，另一種是根據(jù)GCMs預測出未來氣象因素（如氣溫、濕度和風速等），用作為水文模式的輸入，模擬出氣候變化情形下流域徑流過程.全球氣候模式空間尺度較大，如英國HADCM2模式空間尺度為2.53.75，而傳統(tǒng)水文模型研究的流域尺度在1104km2，氣候模型尺度與流域尺度不匹配，因此在進行氣候變化影響評價時，需把GCMs大尺度空間預測的未來氣候變化資料系列解集到流域空間上，得出流域尺度上未來氣候時空變化過程2.在時間尺度上，盡管GCMs可以預測出月以下更小尺度氣候變化過程，但較小時間尺度預測結(jié)果可靠性很差，IPCC也只公布出月尺度氣候變化因子，因此，通常在月尺度上或根據(jù)月尺度GCMs預測結(jié)果在更小尺度上進行解集，以分析模擬全球氣候變化對水文水資源的中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目（長江中下游洪水孕災環(huán)境變化、致災機理與減災對策,KZCX3-SW-331）和國家自然科學基金項目(歷史時期長江中下游平原旱澇序列時空格局與風險評價,40271112)聯(lián)合資助.2003-07-08收稿；2003-12-05收修改稿.陳喜，男，1964年生，教授,email:.116湖泊科學15卷影響.本文建立具有分布式特征的月水文模型，利用沅江流域水文、氣象、地形等資料，對模型進行時空尺度上的驗證.分析了流域徑流對降雨、氣溫變化的敏感程度.利用英國氣候預測研究中心的全球氣候模型（HADCM2）預測結(jié)果作為該水文模型的輸入，模擬未來氣候變化對沅江流域徑流的影響.1研究區(qū)水文氣象特征及未來氣候變化情景分析沅江源于貴州省都勻市云霧山，干流全長1033km.本研究選擇沅陵站以上流域，控制面積78595km2，多年平均降雨量1302mm（1971-1985年），蒸發(fā)量1152mm（20蒸發(fā)皿），河川徑流深695mm.每年5-7月為洪水期，3-4月間及8-10月間為中水期，11月至次年2月為枯水期3.該流域內(nèi)地形變化大，上游山區(qū)海拔高程達2000m以上，下游小于90m.區(qū)域降雨分布極不均勻，年降雨空間變化927-1657mm.因此，地形和降雨空間分布對流域水文過程影響顯著.本次計算采用19711985年121個降雨站月降雨量、5個氣象站蒸發(fā)量和月平均氣溫以及四個水文站徑流資料系列進行模型參數(shù)率定和驗證.按IPCC報告中溫室氣體排放量標準，本世紀末全球地表氣溫將升高1.4-5，降雨特征也隨之改變1.由此將對區(qū)域水文過程和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響.對于特定區(qū)域，未來氣候變化主要采用氣溫升高和降雨變化組合的假設情景（即WHAT-IF）和全球氣候模式(GCMs)預測結(jié)果進行解集，各模型預測結(jié)果還存在很多不確定性成分4.表1為IPCC公布的由GCMs預測的沅江流域本世紀中葉氣候變化情形.可以看出，五個GCMs預測的年氣溫上升幅度為1.55-2.73，各模式預測的降雨變化幅度較大，無一致性.從各模式模擬的歷史氣溫、降雨與實測資料系列比較來看，英國Hadcm2較為接近，因此，本文選擇該模式預測結(jié)果進行影響評價.圖1沅江流域地形及子流域劃分Fig.1Topographyandsub-basinsinYuanjiangarea表1GCMs預測未來氣候變化情景（2050年）*增刊陳喜等:氣候變化對沅江流域徑流影響研究117Tab.1FutureclimatechangescenariospredictedbyGCMs,2050降雨變化(%)氣溫升高()月份Cgcm1CsiroEcham4GfdlHadcm2Cgcm1CsiroEcham4GfdlHadcm21-11.35.86-3.46-9.37-18.595.342.22.912.31-0.0624.88-1.953.945.59-3.413.381.5537.67-19.1921.688.5817.916.891.552.993.260.434-22.2-5.1311.17-19.251.767.671.582.112.752.035-35.7-11.4220.821.9420.764.621.951.692.182.036-9.3617.23-13.43.977.482.751.352.71.760.557-3.656.321.4121.92-13.892.471.492.891.80.898-32-5.812.1-1.523.441.961.39-34.7-1.1129.04-16.86-27.311.561.2410-5.43-0.15-5.414.07-24.711.151.351.792.592.9611-50.6-14.661.73-11.98-28.750.623.112-28.9-0.339.09-2.2921.763.833.233.773.361.66年平均-19.7-3.27.54-3.06-0.433.661.82.722.631.55*Cgcm1:加拿大氣候模擬及分析中心模式；Csiro:澳大利亞科學與工業(yè)研究機構(gòu)模式；Echam4:德國氣候研究所模式；Gfdl:美國地球物理流體動力學實驗室模式；Hadcm2:英國Hadley氣候預測研究中心模式.2分布式月水文模型隨著全球氣候變化對水文水資源影響研究的開展，推動了水文模型的發(fā)展，與GCMs相匹配的水文模型具有兩個特點：分布式和參數(shù)化.陸面地形、土壤和植被等不僅對水文過程產(chǎn)生影響，而且是氣候模型中熱量和能量計算的一個重要部分.與大氣過程相比，陸面的空間變化更為明顯，因此，需建立能描述陸面空間變化的分布式水文模型.模型參數(shù)化規(guī)律是分布式水文模型應用的關鍵，也是無實測水文資料地區(qū)水文水資源計算需要解決的實際問題.在沅江流域，地形和降雨空間變化對降雨徑流過程起著主導作用.本文利用數(shù)值地面高程模型（DEM）進行流域分區(qū)，利用郭方等提出的不易產(chǎn)流度表示子流域蓄水容量的空間分布5：)tan/min(ln()tan/max(ln()tan/ln()tan/max(ln(aaaaFf（1）式中，ln(a/tan)為Topmodel中的地形指數(shù).以50m網(wǎng)格精度DEM把沅陵站以上控制流域劃分為49個子流域，各子流域不易產(chǎn)流度見圖2.0.00.81.00.00.81.0累積頻率相對不易產(chǎn)流率118湖泊科學15卷圖2沅陵以上49個子流域不易產(chǎn)流度分布圖Fig.2Distributionofdegreesofrunoff-generatingdifficultyin49sub-catchmentsintheupperreachesoftheYuanlingstation采用數(shù)值法求解土壤含水量和產(chǎn)流量，設蓄水容量WM在流域上變化范圍為0-WMM，如分為N個間隔，第i間隔WM則為iWMM/N,不易產(chǎn)流度為fi/F,流域平均蓄水容量WM為：NiiFfNWMMWM1)1(（2）設流域初始土壤含水量為W，相應的蓄水容量A為：NWMMNAA(3)NA根據(jù)下式推求：ANiiNWMMFfW1)1(（4