未来气候变化对东江流域径流的影响预估_刘畅.pdf

第 卷第 期 年 月 广 东 气 象 收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）；广东省科技计划项目子课题（）；中国工程院战略研究与咨询项目（）；气候变化创新团队（）作者简介：刘畅（年生），女，硕士，工程师，从事气候变化与应用气象研究。：通信作者：段海来（年生），男，硕士，高级工程师，从事气候变化与应用气象研究。：刘畅，段海来，罗晓玲，等 未来气候变化对东江流域径流的影响预估 广东气象，（）：未来气候变化对东江流域径流的影响预估刘畅，段海来，罗晓玲，肖宇坤（广东省气候中心，广东广州）摘 要：基于基准期（年）观测数据和未来近期（年）、中期（年）和远期（年）气候模式预估数据，采用分布式水文模型（模型），预估了未来气候变化对东江流域径流的影响。结果表明：流域径流总体呈增加趋势，.情景下径流增加速率大于.。除.情景下在未来中期径流较基准期减少.外，其他时期和情景下径流较基准期增加.；.情景下，在未来不同时期的第 季度和第 季度径流均较基准期增加，流域出现洪涝灾害风险加大；第 季度和第 季度径流均较基准期减少，叠加气候变暖背景，未来高排放情景下可能会加剧东江流域冬春季的水资源短缺。关键词：气候学；分布式水文模型；气候变化；径流；东江流域 中图分类号：文献标志码：近 年来，在气候变化影响下东江流域上游和中游呈逐渐干旱的趋势，水资源供需矛盾日益突出。特别是在 年秋季至 年初，广东东江流域出现了 年来最严重的旱情，东江下游三角洲咸潮上溯加剧，多地相继发布供水预警，对社会生活生产用水产生严重影响。因此，开展未来气候变化对东江流域径流的影响预估对流域水资源管理和可持续利用具有积极意义。预估未来气候变化对流域水资源影响主要采用气候模式输出产品再驱动水文模型的方法。目前，已有的研究多集中在东江流域径流的历史观测实事分析，在未来径流预估方面的研究较少。为此本研究利用 全球气候模式 驱动区域气候模式得到的高分辨率预估数据建成 模型，预估未来气候变化对东江流域径流的影响。研究结果可为相关部门在极端气候防御、水资源规划和防洪减灾等方面提供科学依据。研究区域和数据 概况东江发源于江西寻乌县桠鬓岭，干流全长，是珠江流域第 大水系，东江流域位于中国南方亚热带季风区，属亚热带季风气候，气温较高、雨量充沛，地势东北高西南低。博罗水文站为东江流域下游重要控制站，是国家一类精度水文站，控制面积为 ，占流域总面积，该站径流情势代表了整个东江流域水量调控的效果，本研究选择博罗站为流域的总控制站。数据来源本研究收集气象、水文、地形、土地利用、土壤类型等基础数据，地形数字高程图（）、土壤类型图和土地利用分类图定义的投影坐标系均统一为。水文数据为博罗站 年月径流数据；气象数据包括观测数据和未来气候变化预估数据，其中观测数据为 年东江流域 个国家气象站的逐日气温、降水、相对湿度、风速、气压、太阳辐射、日照时数等；气候变化预估数据是 全球气候模式 驱动区域气候模式得到的高分辨率格点数据集，数据空间分辨率为.，时间范围为 年，气候要素包括日最高气温、日最低气温和日降水量，降尺度数据的更详细信息可参见文献。本研究选择中等排放情景（）和高排放情景（）的预估数据进行分析。研究方法 模型构建本研究中东江流域径流对气候变化的响应通过 模型进行模拟。模型的构建主要分为空间数据库和属性数据库构建，利用 进行东江流域及其子流域划分、河网生成，再结合土地利用栅格数据、土壤栅格数据，划分各子流域内的水文响应单元（），根据世界土壤数据库提取东江流域范围土壤数据建立土壤属性数据库，利用 年 个国家气象站的逐日气象数据建成气象属性数据库，进而建成东江流域 模型。本研究将分析区域划分为 个子流域、个水文响应单元，以月尺度运行模型。模型参数率定与验证采用 （）软件提供的（）算法进行模型参数校准和验证。采用确定系数（）和纳什效率系数（）进行模拟效果评价。代表模拟值和实测值变化趋势的一致性，其值越接近，说明一致性越好；反映模型的整体效率，其值越接近于，说明适用性越高，通常认为 且 时模拟效果合格。设置模式的预热期为 年（年），利用博罗站 年实测月径流数据进行率定，年的月资料进行验证，输入对应年份的逐日气温和降水实测数据驱动模型。数据处理分析利用 提取覆盖流域范围的 个格点的气候变化预估数据，采用双线性插值方法将格点预估数据插值到东江流域 个气象站点驱动 模型。采用 检验进行线性趋势的显著性检验，相关性分析采用 相关分析方法实现。以 年作为基准期，预估时段为 年，其中、和 年分别作为近期、中期和 世纪末。结果与分析 模型参数率定与验证结果模型参数率定结果显示，校准期模型的 为.，为.，验证期模型的 达到了.，为.，表明 模型在东江流域径流量的模拟中拟合效果良好，对该流域有较好的适用性。校准期和验证期的月均径流量实测值和模拟值对比结果详见图。图 校准期（）和验证期（）径流模拟值和实测值对比 预估的未来径流变化利用未来气候变化预估数据驱动经模型参数率定和验证后的 模型，预估东江流域未来径流变化。模型预估结果显示（图），年东江流域径流呈不明显的上升趋势，这与已有研究成果结论较为一致，两种情景下分别以每 年 （）和 （）速率上升，的上升速率要略快于 。广东气象第 卷 图 预估的 年东江流域径流变化（相对于基准期）径流与降水量有较好的相关关系，两者相关系数均达.以上。.情景下，在近期和 世纪末，径流分别较基准期增加.和.，在中期减少.；.情景下，在近期、中期和 世纪末，较基准期分别增加.、.和.（表）。从各季度来看（表），.情景下，年 第 季 度 径 流 较 基 准 期 减 少.，其余 季度均增加，其中增加幅度最大的是第 季度，增幅达.；在中期，除第 季度增加.外其余 季度均减少，其中第 季度减少幅度最大达.，表明在此情景下在未来中期东江流域旱季出现干旱的可能性较大。在.情景下，不同时期的第 季度和第 季度的径流均增加.，第 季度和第 季度减少.，表明高排放情景下东江流域汛期出现洪涝灾害风险加大，而冬春季易出现水资源短缺。表 预估的各季度东江流域径流相对于基准期的变化情景分析时段全年第 季度第 季度第 季度第 季度 年 年（近期）年（中期）年（世纪末）年 年（近期）年（中期）年（世纪末）未来气候变化对径流的可能影响为进一步探究未来气候变化对径流的影响，分析了高排放情景下（.）径流量和降水的相关性（表）。表 情景下径流量和降水的相关性检验结果径流全年第季度第季度第季度第季度全年径流）第 季度径流）第 季度径流）第 季度径流）第 季度径流）相关关系通过.显著水平检验；）相关关系通过.显著水平检验 结果表明，各季度内的径流量与降水量皆呈显著正相关关系，相关系数均在.以上且均通过.显著性检验，其中第 季度径流与降水量相关性系数最高，达到.。各季度的降水均与全年径流呈显著正相关，其中第 季度降水与全年径流相关性最大，其次是第 季度，表明第 季度和第 季度（汛期）降水增加极有可能引起流域径流量陡升，进而引发洪涝等灾害，该结论与前人相关研究结果相同，；同时，第 季度径流与第 季度降水也呈显著的正相关，表明需警惕降水的滞后效应所带来的二次洪涝危害。因气温与径流的相关性较小且不显著，未在表中列出。结论）构建东江流域的 模型，模型在率定期的确定系数（）为.，效率系数（）为.，验证期 为.，系数为.，该模型在东江流域适用性较好，可用于流域径流模拟。）在气候变化影响下，东江流域径流呈增加趋势，.情景下径流增速大于.。从未来不同时期来看，除.情景下在未来中期径流较基准期减少.外，其他时期和情景下径流量较基准期增加.。第 期 刘畅等：未来气候变化对东江流域径流的影响预估 ）.情景下，未来不同时期第 季度和第 季度的径流较基准期均增加，因径流与降水的显著相关性和滞后效应，高排放情景下东江流域汛期（第 季度和第 季）出现洪涝灾害风险加大；第 季度和第 季度径流较基准期均减少，同时在气候变暖背景下，气温呈显著上升趋势，不仅会带来用水需求增加，而且流域径流蒸散发损耗也会随之增大，可能会加剧冬春季的水资源短缺。参考文献：刘俊国，陈鹤，田展 报告解读：气候变化与水安全 气候变化研究进展：何艳虎，陈晓宏，林凯荣，等 东江流域近 年旱涝时空演变特征 地理科学，（）：李文媛，杜尧东，刘尉，等 年 月广东省天气气候特点及其影响评述 广东气象，（）：封，封 伍红雨，李文媛，段海来，等 年广东省气候概况 广东气象，（）：刘可晶，王文，荣艳淑 东江流域蒸散发量变化趋势及其原因分析 广东气象，（）：段海花，侯学源，郝建平，等 东江流域汛期降水时空分布的非均一性特征 广东气象，（）：张泳华，刘祖发，赵铜铁钢，等 东江流域基流变化特征及影响因素 水资源保护，（）：童尧，高学杰，韩振宇，等 基于 模式的中国区域日尺度降水模拟误差订正 大气科学，（）：韩振宇，童尧，高学杰，等 分位数映射法在 中国气温模拟订正中的应用 气候变化研究进展，（）：，（）：丁洋，赵进勇，徐征和，等 基于 模型的平原河湖水网区小流域径流过程模拟 水生态学杂志，（）：翟文亮，李朋俊，林凯荣，等 基于 的气候变化下东江流域径流预测模拟 人民珠江，（）：梅嘉洺，唐亚男，李仪，等 基于 模型的旬河流域气候变化水文响应研究 水生态学杂志，（）：，（，）：（）（），（）（），.，.，：；广东气象第 卷