论文部分内容阅读
从地质历史上看,地球目前处在间冰期,温暖的气候是自然规律使然,然而,近一百年来人类工业化的快速发展导致了地球提前向温室气候转变。气候变化通过影响水文循环过程的强度和频率,逐渐改变水资源量和时空分布,进一步影响地球生态环境和人类生存发展。研究现状及未来气候变化条件下的径流响应,不仅有利于促进对大气—陆表等系统相互作用机制的认识、深化气候变化影响的研究,同时,对于优化当地水资源规划与管理、保障水资源的可持续利用也具有重要意义。本文以水资源相对短缺的黑河流域上游为研究区,首先分析了历史气候条件下研究区气象及水文要素的变化特征,构建SWAT模型并评价其在流域径流模拟方面的适用性,然后使用TOPSIS方法评估了18个大气环流模式(GCMs)在研究区的模拟性能,最后将优选的四个GCMs输出的未来降水和气温数据经过Delta偏差校正后输入SWAT模型,预测和分析未来气候变化条件下研究区的径流响应。研究结果如下:(1)1960-2015年研究区降水和气温序列呈增加趋势。流域出口多年平均径流总量1.6亿m3,年内径流量主要集中在6-9月份,流域内三个水文站年径流量均呈增加趋势,这与流域降水量增加以及气温升高导致流域融雪径流的增加有关。(2)在率定期(1965-1987年)和验证期(1990-1997年),SWAT模型对研究区的径流模拟精度指标NSE、R~2、RBIAS均达到模型评价标准,即构建的SWAT模型在黑河流域上游具有较好的适用性,使用SWAT模型模拟得到流域出口处基流量。(3)18个GCMs中,CSIRO-Mk3.6.0、CCSM4、CanESM2、MPI-ESM-LR四个模式对研究区降水和气温的模拟能力较好;基于以上模式得到未来时期(2021-2050年和2051-2080年)降水量和气温的预测值,结果显示流域未来降水量和气温都呈增加趋势;且三个模式(除MPI-ESM-LR外)输出的未来降水、四个模式输出的未来气温均较历史水平偏高。(4)研究区径流量在未来时段内基本呈增加趋势,其年内分配过程与历史时期接近,但径流总量较历史时期偏少,祁连站和札马什克站尤为明显;对于流域出口莺落峡站,不同时段、不同模式的未来时期径流量较历史时期有增有减,基流量较历史时期减少幅度较大,这与同时段、同模式下的降水变化以及蒸散发变化密切相关。总体而言,未来气候变化条件下研究区径流量和基流量减少的可能性较大,这将会加重当地用水矛盾以及流域水文干旱的风险。