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气候变化对我国水文水资源系统的影响研究
作者:石缎花 李惠民  文章来源:本站收集  点击数  更新时间:2006/5/23 12:31:08  文章录入:anny  责任编辑:anny



摘要
    旨在介绍气候变化对我国水文水资源系统影响研究的进展、方法、技术及其优缺点,并分析气候变暖对我国水文水资源系统的影响结果,同时提出自己的一些建议。

关键词  气候变化  水文水资源系统  水文模拟技术  大气环流模式  全球变暖



    气候变化是当今世界各国、企业、学界及社会公众最普遍关注的环境问题之一。气候变化部分可归因于自然循环以及地球气候系统的扰动,且必然引起水分循环的变化,引起水资源在时空上的重新分布和水资源数量的改变,进而影响生态环境和社会经济的发展。
    研究气候变化对水文水资源系统的影响对未来水资源系统的规划设计、开发利用及运行管理具有重大的理论意义和现实意义。本文将概括介绍气候变化对水文水资源影响的研究进展,从研究方法、气候变化情景生成和水文模拟技术等几个方面,综述未来气候变化对我国水文水资源系统的影响,并提出自己的一些思考。
    1  气候变化对水文水资源系统影响的研究进展
    气候变化对水文水资源系统影响的研究在20世纪80年代中期才引起国际水文界的高度重视,1977年,美国国家研究协会(UNSA)就组织会议讨论了气候变化和供水之间的相互关系及影响。1985年,世界气象组织(WMO)出版了气候变化对水文水资源影响的综述报告,推荐了一些检验和评价方法,之后又出版了水文水资源系统对气候变化的敏感性分析报告。为加快研究步伐,WMO和联合国环境规划署(UNEP)共同组建成立了政府间气候变化专业委员会(IPCC),专门从事气候变化的科学评估。1991年在维也纳举行了第20届国际大地测量与国际地理联合(IUGG)大会,水文科学组的主题便是探讨土壤-大气之间相互作用的水文过程。1993年,在日本召开了第6届国际气象和大气物理科学、第4届水文科学(IAMAP-IAHS)联合大会,这说明随着全球能量水分循环试验(GEWEX)、IGBP等国际性合作计划的实施,水文学家开始注意环境变化中土壤-植物-水的全球性研究〔1〕。2001年,在荷兰举行了IGBP的全球变化科学大会和第6届IAMAP-IAHS大会,全球变化与人类活动影响下的水文循环及其时空演化规律研究成为2l世纪水科学研究的热点〔5〕。我国自80年代起也迅速开展了气候变化对我国水文水资源影响的专门研究。“七五”期间,“中国气候与海面变化及其趋势和影响研究”重大项目中,首先设立了气候变化对西北华北水资源影响研究。“八五”国家攻关项目“全球变化预测、影响和对策研究”,设立了“气候变化对水文水资源的影响及适应对策”专题。“九五”科技攻关项目“我国短期气候预测系统”中,有一专题是“气候异常对我国水资源及水分循环影响的评估模型研究〔1〕。选择淮河流域和青藏高原作为研究区域,参加了GEWEX在亚洲季风区试验即GAME项目。“十五”科技攻关重点项目“中国可持续发展信息共享系统的开发研究”中设立了“全球环境变化与可持续发展信息共享”专题,建立了我国50年和100年的气候序列,得到了气候极端事件方面的新结果,给出了未来可能气候变化的趋势,并得出我国陆地1993年以来整体处于碳吸收状态的结论。


    2  气候变化对水文水资源影响的研究方法
    气候变化对水文水资源系统的影响研究,主要是通过研究气候变化引起的流域气温、降水、蒸发等变化来预测径流可能的增减趋势及对其流域供水影响。气候变化对区域水文水资源影响的研究常采用影响方法,即所谓的What-if模式〔1〕:如果气候发生某种变化,水文循环各分量将随之发生怎样的变化。分析评估气候变化对区域水文水资源的影响,一般包括4个步骤:
    (1)定义气候变化情景;
    (2)建立、验证流域水文模型;
    (3)将气候变化情景作为流域水文模型的输入,模拟、分析区域水文循环过程和水文变量;
    (4)评价气候变化对水文水资源的影响,根据水文水资源的变化规律和影响程度,提出相适应的对策和措施。
其中水文模型的建立与未来气候变化情景的生成是影响评估的关键。
    2.1  气候变化情景的生成技术
    目前,生成未来气候变化情景的方法有任意情景设置、长系列水文气象资料的统计相关法和基于GCMs输出等3种基本方法。任意情景是根据未来气候可能的变化范围,任意给定气温、降水等气候要素的变化值,例如假定年平均气温升高1℃、2℃、3℃、4℃等,年降水量增加或减少5%、10%、20%等,每一种气温与降水的可能状况的组合就构成区域未来气候的一种情景。长系列水文气象资料的统计相关法。利用同期径流、降水与气温等资料,据其长期变化规律建立相关统计模型,预测气候变化对流域水资源影响。比如分析1961~1999年间黄河上游地区径流量和降水、气温的关系,发现黄河上游水资源有减少趋势,且与黄河上游夏季降水量的变化趋势一致。
    基于GCMs输出的方法是利用GCMs的模拟结果生成未来的气候变化情景。
    常用的GCMs包括:美国国家大气研究中心模式(NCAR),英国气象局模式(UKMO),美国地球物理流体动力学实验室模式(GFDL),加拿大气象中心模式(CCC)和美国科罗拉多州立大学模式(CSU)等〔6〕。
    2.2  水文模拟技术
    选择和使用区域水文模型来评价气候变化对水文水资源的影响时,应考虑下列几个因素:模型的内在精度;模型率定和参数变化;现有的资料及其精度;模型的通用性和适用性;以及与GCMs的兼容性。目前,用于估算区域水文水资源对气候变化响应的水文模型主要有以下三大类:
    2.2.1  经验统计模型    这类模型根据同期径流、降水与气温的观测资料,建立三者之间的相关关系,以此推求降水与气温发生变化时的径流变化趋势。该方法的代表是Isngbein,Stockton等人用这种方法作的相关的研究。
    2.2.2  概念性水文模型
    这是一类以水文现象的物理过程为基础的模型。利用概念性水文模型可以研究气候、径流的因果关系,以及流域水资源对不同气候条件的响应。Nemec和Schanke最先应用概念性水文模型估算气候变化对美国干旱地区和湿润地区径流的影响。
    2.2.3  分布式水文模型
    分布式模型则按流域各处地形、土壤、植被、土地利用和降水等的不同,将流域划分为若干个水文模拟单元,在每一个单元上用一组参数反映该部分的流域特性。目前具有代表性的分布式水文模拟模型有TOPMODEL、SWAT、ModFlow、FeFlow、Mike-SHE以及VIC模型等〔4〕。

 

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