气候变化对长江流域未来水资源的影响-论文

1 / 7 气候变化对长江流域未来水资源的影响（黄艳 等） 作者：黄艳 杨文发 陈力 气候变化对流域影响重大 全球气候变暖问题愈来愈引起社会各界的关注， IPCC 第四次评估报告指出，全球地表温度器测资料显示，全球气候已呈现为以增暖为主要特征的显著变化，近 50 年平均增暖率每 10 年达 0.13 摄氏度。气候变化导致水文循环的变化，也加剧了一些地区的水资源分配不均、旱涝问题日趋严重。目前，国内外关于气候变化对水文水资源影响研究通常是采用以流域水文模型及水资源评价模型为基础，结合构建的未来气候变化情景的单向的 “what -if 模式 ” ，即假定气候发生某种变化，水文循环各分量相应发生怎样的变化。其中，常用的水文模型有经验统计模型、概 念性水文模型、分布式水文模型。对未来气候变化情景的构建一般有任意情景组合、长系列水文气象资料的统计相关法和基于全球气候模式输出基本方法。 目前，随着人们对气候系统认识和气候模式的自身发展完善、气候模式参数过程更趋合理等， GCMs 在已初设不同的二氧化碳和气溶胶等排放情景以及全球平均气温变化等前提条件，所输出的未来气候预测产品，已被广泛接受。 GCMs方法已成为当前构建未来气候变化情景的有效方法之一。 气 候变化对水文水资源的影响引起了国内外专家的重2 / 7 视，国内一些学者着手研究长江水文水资源对气候的响应，如针对汉江、湖北省、长江流域等研究气候变化对水资源的影响 ,其中，对未来气候情景的构建多采用任意情景组合及IPCC 第三次评估的气候模型输出成果。目前，用于 IPCC 第四次气候变化评估的气候模型比之以前模型的方案和精度都已有较大的完善和提高。但是，国内学者有针对性地利用IPCC 第四次气候变化评估的气候模型成果开展气候变化对长江流域水资源影响方面的研究还不多，有的仅仅只是较关注气候变化方面中的某一方面或长江流域的某个 局部 区域。 本文基于长江流域 1953 年 2005 年气温、降水和径流量历史观测资料，建立长江流域统计模型和简化水文模型，并收集用于 IPCC 第四次评估报告分析的 24 个全球气候模式在不同排放情景下对长江流域的气温、降水输出值，对长江流域、上游及中下游地区未来近 100 年的径流量进行预估，同时对未来径流量的变化趋势进行初步分析。 模型估算流域未来年径流量 研究主要采用多元回归方法建立径流深与降水量、平均气温之间的统计关系数学模型，以探讨长江流域主要区域径流深对气候变化的响应。考虑到水资源系统与气候变化之间的非线性关 系，本文建立了径流深与降水、气温的非线性回归模型。 模型采用基于 1953 年 2005 年期间的流域年平均气温、3 / 7 年平均降水量和流域出口控制站的年径流量资料系列，通过试错法率定计算出相关系数，以模拟长江流域不同区域的年径流量与年降水量、年气温之间关系。 流域水量平衡简化模型对长江流域大通站以上区域和宜昌 -大通站区域的径流量模拟效果相对较好，确定性系数均达到 0.90，但其均方差误差相对偏大、存在一定的系统误差，特别是宜昌 -大通站区间误差达 189 毫米每年，初步分析可能主要归结于所收集的实测降雨量和气温资料站网密度 不够，另外，所建立的流域水量平衡简化模型仅只是时间尺度为年，无法反应参数在年内不同季节的变化。 长江上游区域模拟径流量与实测值之间的确定性系数仅为 0.61，与其它二个区域相比偏小，其不确定性可能来源于蒸发估算误差。长江上游大多地处青藏高原向平原地区之间的过渡区，影响当地蒸发的因素较多且复杂，如山区地形、植被、土壤变化复杂，气温变化差异大，局地小气候特征突出等，都对当地蒸发具有较大影响；模型中采用仅考虑面平均温度和一定的辐射参数信息的 Blaney-Criddle 经验公式难以准确地反映当地实际蒸发特性。 基 于探讨长江流域未来气候变化对水资源量的初步影响变化目的，利用上述二种方法建立的径流模型模拟对长江流域未来年径流量的估算，虽然有一定误差，但是从一定程度上可反映未来气候的可能变化对长江流域水资源量变化4 / 7 的影响，结果具有一定的代表性。 长江流域未来气候变化 长江流域未来近 100 年的平均气温、降水预测信息主要是对基于全球气候模式的格点输出产品进行简单算术平均处理而成。不同区域径流量的估算是分别输入不同排放情景下年平均气温和年平均降水值到所建立的径流模型中完成，并采用线性回归方法和 Mann-Kendall 秩次相关 检验方法对长江流域未来降水、气温及径流量进行时间序列变化和显著性检验分析。 未来长江流域气候变化趋势主要根据 3 种温室气体排放情景，即高排放、中等排放和低排放进行预估。 未来降水变化。在 A2、 A1B 和 B1 三种排放情景下，长江流域及其上游、中上游年降水量在未来 10 年间 (2010 年2020 年，下面类同 )都呈减小变化趋势，其中上游减小程度显著；未来 30 年 (2040 年前 )降水量将转变为增大趋势，但趋势均不显著；未来 50 年 (2060 年前 )及以后长江流域年降水量将呈显著增大趋势； A2 和 A1B 情景对降水的影响程度明显 高于 B1 情景，其降水量每 10 年分别平均增加约 8 毫米13 毫米 (A2)、 12 毫米 l4 毫米 (A1B)和 4 毫米 8 毫米 (B1)。 未来径流量变化 未来气温变化。全球气候模式预测的长江流域及不同区域的年平均气温在三种排放情景下都在未来近 100 年期间内5 / 7 均呈显著的上升趋势，平均增温率多为 0.1 0.5 摄氏度每10 年之间。 未来径流量变化。应用所建立的两种径流模型和所选三种排放情景 (A1B、 A2、 B1)下气候模式输出成果对长江流域径流量进行模拟计算。 3 种排放情景下 (A1B、 A2 或 B1)，两种模型结果虽然在量上有所 不同，但是变化趋势基本一致，即未来 l0 到 30 年径流量将以减小为主， 2060 年以后将转变为显著增大的变化趋势。其中，中高等排放情景下 (AlB 和A2)气候变化对长江流域径流量的影响程度要较低排放情景(B1)更为明显。 统计模型结果显示 A2 情景下估算径流量介于 A1B 和 B1情景径流估算值之间，但平均增加程度明显低于 AlB 和 B1情景，对长江流域和不同区域估算的径流量在未来 10 20年变化不明显，之后都呈显著增加趋势；一般情况下， Bl 情景因低排放的设定更可能对未来径流量造成偏弱的强迫影响，造成上述不一致的现象可能是由 于统计模型的普遍局限性，即外延误差未来预测气温值超出了建模时所采用的实际温度值范围，因此影响径流量模拟的精度。 气候变化对流域水资源的影响 基于 IPCC 第 4 次评估报告中分析使用的 24 个全球气候模式的输出产品，分析计算在 A1B、 A2、 B1 三种典型排放情景下长江流域未来 100 年间的降水、气温值，预测显示，未6 / 7 来 100 年气温均呈显著的增温；降水量在 2020 年前以减小为主， 2020 年 2040 年间降水量开始增加， 2060 年后降水量呈明显增大趋势。 在上述气候变化趋势下，基于统计模型和流域水量平衡简化模型所估算的 长江流域径流量也呈相同的变化趋势，即长江流域未来前 30 年的径流量变化不明显但呈略微减小趋势， 2060 年后流域径流量呈显著增大趋势。 三种排放情景对长江流域及不同区域的径流量的影响程度有所差异，基于水量平衡简化模型估算的结果表明，在A2 和 A1B 情景下估算的长江流域径流量变化趋势较接近，但变化值明显大于 B1 情景。说明中高等排放情景下 (A1B 和 A2)气候变化对长江流域径流量的影响程度大于低排放情景(B1)。 对未来长江流域的气候变化分析和径流量估算主要取决于全球气候模式的输出产品，对未来径流量的估算存在一定的 不确定性，但其变化