黄河流域水资源对气候变化的响应研究

摘要

随着社会经济的快速发展，人们对水资源的需求日益增加，黄河流域水资源供需矛盾突出，而其气象、水文条件又决定了水资源系统对气候变化非常敏感，未来全球气候变化会对黄河流域的水资源产生深远影响，给流域水资源的规划管理及其可持续利用带来挑战。因此，研究黄河流域历史和未来时期水资源对气候变化的响应是十分必要的。本文基于流域V IC水文模型，结合地面气象观测资料和大气环流模型输出的气候变化情景，对黄河流域水资源响应的变化规律以及径流和蒸发对气象要素变化的敏感性影响进行分析。论文的主要研究内容与结果包括以下方面：
　　（1）构建黄河流域V I C水文模型，对黄河流域各控制站点径流过程进行模拟，验证所构建模型的适用性。研究结果表明，本文所构建的V IC水文模型能够较好的模拟黄河流域各控制站点的径流过程，总体效果能达到模拟要求。
　　（2）利用历史时期地面水文观测资料结合V IC水文模型，对黄河流域历史时期水文气象要素的变化进行了分析，分离黄河流域气候变化和人类活动对径流变化贡献率。研究结果表明，历史时期（1966-2005）黄河流域年平均降水从上游到下游逐渐增加，但上游地区降水从Ⅰ区到Ⅳ区逐渐减少，除冬季降水增加外，其余季节降水均减小；从上游到下游，黄河流域最低和最高气温均逐渐升高，其中冬季增温幅度最大；水分条件决定蒸发的大小，蒸发量的空间分布与降水量分布较为一致，上游蒸发序列逐渐增加，中游逐渐减少；产流量与降水量关系密切，黄河流域Ⅰ区产流最高；黄河源区人类活动影响因素贡献较低，其余各分区人类活动是径流量改变的主要因素。
　　（3）未来气候条件下气象要素变化研究。首先比较三种全球气候模式对黄河流域气候的模拟能力，表明气候模式对降水模拟效果不确定性较强。相对于降水而言，气候模式对气温模拟效果均较好，尤其是最低气温。采用Delta方法从G C M数据中获取未来气候要素变化特征，预估黄河流域未来气候变化情况，结果表明，未来多数气候情景下流域降水有所增加，最高、最低气温均呈增温趋势，不同的模式、区域与季节的气象要素空间变化都有不同，与历史相比黄河流域各区域冬季降水改变幅度最大，秋季最高气温增长最为明显，冬季最低气温增温最为明显。
　　（4）未来气候条件下水文要素变化分析。以未来情景资料驱动V IC水文模型，对比当代气候与未来气候水文要素变化。结果表明，未来时期黄河流域蒸发有所增加，且幅度大小从上游向下游逐渐降低；径流变化受到降水与气温多重影响，不同气候模式下黄河流域各控制站点未来径流变化情况不一，不同站点不同季节气象要素变化对径流影响也不同。BCC-CSM1.1模式下玛曲站年平均径流量减少，唐乃亥站除RCP8.5情景径流增加外， RCP2.6和 RCP4.5情景均减小，兰州、头道拐、三门峡、花园口等站年平均径流量均增加；M IR OC-E S M模式径流变化最大，黄河流域各控制站点径流均增加；MIROC-ESM-C H E M模式除花园口站点RCP2.6情景径流减小，其余站点径流均增加。
　　（5）径流和蒸发对气象要素变化的敏感性研究。采用假定气候变化情景方法得到对应时段内的径流和蒸发数据，并采用气候弹性系数法进行季节尺度的对比分析。降水方面，降水增大导致流域各站点径流明显增大，反之径流明显减少；最低温度变化对径流的影响随着站点不同有所改变，最低气温降低导致流域径流总体增加，而最低温度增加将导致黄河上游玛曲、唐乃亥、兰州、头道拐等站点径流减小，中游三门峡和花园口站径流增加；最高气温增大将导致流域各站点径流减小，反之径流增大，并且变化幅度远高于最低气温的影响。蒸发方面，降水增大蒸发明显增大，反之蒸发明显减少，并且降水变化相同增量时，降水增加导致的蒸发改变量明显大于降水减少导致的。Ⅰ、Ⅱ区最低温度增加导致蒸发增大，反之蒸发减小，而在Ⅴ和Ⅵ区最低温度增加将导致蒸发减少，反之蒸发增大。最高气温升高蒸发明显增大，反之蒸发减少，并且最高气温变化相同增量时，最高温度降低时蒸发改变量明显低于最高气温升高时蒸发改变量。气象要素相对变化对蒸发和径流的作用复杂，不同季节与不同区域存在不同的促进或抑制作用，具有明显的非线性变化特点。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3 研究内容与技术路线

2.1 研究区域自然概况

2.2 研究资料收集

2.3 本章小结

3 VIC水文模型的构建

3.1 VIC模型机理简介

3.2 模拟时段和模拟区域确定

3.3 VIC模型数据库的构建

3.4 VIC模型参数确定

3.5 本章小结

4 黄河流域近40年水文气象要素变化分析

4.1 降水

4.2 最高气温

4.3 最低气温

4.4蒸发模拟

4.5产流模拟

4.6本章小结

5 黄河流域水文气象要素对气候变化的响应分析

5.1 黄河流域未来气象要素变化

5.2 黄河流域未来气候变化情景下水文要素变化

5.3黄河流域径流对气候变化的敏感性分析

5.4 黄河流域蒸发对气候变化的敏感性分析

5.5本章小结

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录