气候变化条件下长江水资源演变趋势与对策
摘要:在总结气候变化对流域水资源影响研究方法的基础上，分别构建了长江流域水量平衡简化模型和汉江流域9 km×9 km的VIC 分布式水文模型，并利用GCMs 的输出驱动所建水文模型，预测了长江和汉江流域水资源在气候变化背景下的变化趋势。研究结果表明，对于长江和汉江流域，尽管未来气温序列预测值有所差异，但气温升高的趋势是一致的，未来降水的变化相对气温而言更复杂，趋势性不明显。基于气候模式预测信息估算的未来100 a流域水资源量变化情况基本为，前40 a左右呈逐渐减小，之后总体呈逐渐增大的趋势。
关键词:气候变化; 全球气候模式; 流域水文模型; 水资源演变; 长江流域; 汉江流域
中图法分类号: TV211 文献标志码: A
全球气候变化将改变水文循环的现状，从而引起水资源在时空上的重新分配，并对降水、蒸发、径流、土壤湿度等造成影响，直接或间接地改变水资源要素的质、量和时空分布。根据IPCC 的最新报告，20 世纪气候变化主要是由温室气体排放增加造成的，并且未来在大气中CO2浓度倍增的情况下，全球平均气温将上升1．5℃～3．5℃，导致某些区域的降雨量出现± 20%的波动，尤其是中高纬度地区的高温和干旱事件可能更为突出。长江是我国的第一大河，水资源丰富，过去几十年长江流域大部分地区年平均气温呈上升趋势，年降水量略有增加［1］。在气候变化背景下，研究长江流域水资源量受气候变化的影响程度以及未来的演变趋势，对流域水资源规划设计、开发利用和保护以及水利工程运行管理均具有重要意义。
1 国内外研究进展
气候变化对水文水资源影响的研究在20 世纪80年代中期就开始引起国际水文界的高度重视，水文科学工作者研究的热点主要集中在陆地表面水文过程参数化、大尺度水文物理模型和陆、气模型耦合等方面，从而推动了水文科学的发展。我国自20 世纪80 年代起开展了气候变化对水文水资源影响的研究。国家在“七五”、“八五”、“九五”期间均安排有全球气候变化对水文水资源影响的研究课题。进入21 世纪后，国内研究者就气候变化对我国水资源分布的影响作了大量研究，取得了一定的研究成果，其中一些学者已着手研究长江流域水文水资源对气候变化的响应。曾小凡等［2］，张增信等［3］利用ECHAM5 模式研究预估了长江流域未来气候趋势和极端降水情况。郝振纯对IPCC-AＲ4 中的多种气候模式对长江流域的气候模拟能力进行了评估［4］。曾小凡等利用MIUB_ECHO_G 和NCAＲ_CCSM3 模拟结果在A2、A1B、B1 三种排放情景下的输出，分析了2011～2050 年长江流域降水和温度变化特征，结果表明，2011～2050 年长江流域降水变化趋势不明显［5］。金兴平等通过建立大尺度统计和概念水文模型，收集了IPCC 第4 次评估报告中使用的24 个全球气候模式不同排放情景下长江流域的气温、降水输出值，预测了长江流域及其分区未来100 a的径流变化趋势，结果表明，长江流域地表径流在未来20～30 a 间呈略微减小趋势，之后呈明显增大趋势［6］。高冰建立了长江流域陆面水文模型与大气模型耦合的模拟系统，模拟了未来气候情景下长江流域的径流变化，基于4 种气候模式模拟得到的平均结果表明，未来气候情景下各季节长江流域降水和径流均总体呈增加趋势［7］。郭靖研究了气候变化对流域水循环及水资源的影响，系统研究了ANN、SSVM、SDSM、ASD 和LAＲS-WG 等5 种统计降尺度方法的适用性;应用ASD 降尺度方法降解全球气候模式HadCM3 的输出，得到长江流域未来降水情况: 在A2 和B2 情景下，长江流域年降水总体呈上升趋势，降水增加显著的区域主要位于长江流域上游东部和中游中南部; 2050年后长江流域上、中、下游降水极值事件可能将有所增加［8］。
2 研究方法
目前，在全球气候变化对水资源影响的研究中，通常以流域水文模型为基础，结合未来气候变化情景的What-if-Then 模式，即假定未来气候发生某种变化情景，将该情景下的气象要素作为流域水文模型的输入，研究流域水资源量的变化趋势。主要步骤包括: ①设定排放情景; ②选择GCMs 的输出，将GCMs 输出的气象变量降解到流域气象站点; ③建立流域水文模型; ④将气候模式与流域水文模型耦合。可见，What-if-Then 模式主要涉及到气候变化情景生成技术、降尺度技术以及水文模型技术［8-9］。
目前，未来气候变化情景生成方法主要有任意情景设置法、时间序列分析法和基于全球环流的气候情景输出法。随着对气候系统认识的逐渐深入和气候模式研究的发展完善，GCMs 根据不同的排放情景以及全球平均气温变化等条件，输出的气候预测产品已得到广泛认可和应用，成为目前探讨气候变化对水文水资源影响最为常用的方法之一［6］。
由于GCMs 的空间尺度与流域水文模型的空间尺度不匹配，因此，通过GCMs 和水文模型耦合来预测水资源变化趋势，首先要将GCMs 的输出降解到流域尺度上，然后利用流域水文模型计算区域内的水资源变化情况。降尺度方法主要有统计降尺度法和动力降尺度法。其中，统计降尺度法在国内外得到广泛应用，该方法具有计算量小、模拟速度快，且适用于不同的GCMs模式的优点［10］。
水文模型是分析气候变化条件下水文要素变化特征的主要工具。根据不同的标准，流域水文模型可分为确定性和随机性、概念性和物理性、集总式和分布式等多种类型。选择流域水文模型时，应考虑模型的模拟精度、适用性以及与GCMs 的兼容性。
3 气候变化对长江流域水资源的影响
本文建立了长江流域水量平衡简化模型，以全球气候模式在不同排放情景下未来100 a长江流域的降水、气温预测值为输入，对未来100 a长江流域和长江上游流域的年径流量变化趋势进行预估。
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