气候变化下黄河源区区域水循环模型与不确定性研究

全球气候变化条件下的水循环演变机理和水资源趋势预测问题是当今国际水科学研究的前沿课题。目前在我国尚缺乏一套集气候变化情景利用、区域水文模拟预测的区域水循环模型，以及耦合不确定性分析的理论方法体系。本项目通过数值模拟、统计试验等方法结合实验观测手段，以面临水资源短缺和生态环境恶化严峻形势的黄河源区为研究对象，建立一套集GCMs气候变化情景利用、降尺度方法、水循环模型应用及水资源预测概率描述为一体的理论方法体系，并提供未来该地区水循环要素变化过程和水资源发展趋势的预测成果及其不确定性评价。研究成果不仅将在评估气候变化对水循环过程及水资源的影响方面取得理论和方法上的突破，同时也将为黄河流域水资源管理决策、黄河源区生态环境保护提供技术支撑；研究方法和成果对我国类似区域如青藏高原地区的气候变化影响预测、三江源区气候变化影响以及南水北调西线工程相关问题的研究具有重要的指导和借鉴价值。

通过数值模拟、统计试验等方法结合实验观测手段，以黄河源区为研究对象，建立了集GCMs气候变化情景利用、降尺度方法、水循环模型应用及水资源预测概率描述为一体的理论方法体系，并提供未来该地区水循环要素变化过程和水资源发展趋势的预测成果及其不确定性评价。全部完成了项目提出的研究任务，达到了预期目标。. 利用黄河源区历史水文气象资料，分析过去50年水循环要素变化的时空变化规律，发现从西北部到东南部，降雨呈现从增加到较少趋势；而气温都是呈现增加趋势，增幅高于黄河流域平均值；土地利用变化从上世纪70年代至今呈现退化—急剧退化—转折—恢复的变化态势,这一变化过程与径流系数的变化相符合。. 在区域气候模式研究方面，改进了区域气候模式RegCM3中黄河源区的陆面特征参数，发现模式分辨率的提高能更合理描述黄河源区复杂地形分布，更好地模拟区域降水、温度的时空变化特征，陆面过程中考虑积雪的作用能有效改善模式对气温及其变化的模拟。. 在分布式模型研究方面，构建了多个适合于高寒地区特性的分布式水文模型，包括VIC模型、SWAT模型、新安江模型、TOPMODEL模型和HBV模型等。改进的新安江分布式模型具有很好的适应能力，模拟精度最高。. 在降尺度方法研究中，利用多个统计降尺度方法，分析表明基于多元线性回归的统计降尺度方法，对于我国月平均地面温度的统计降尺度应用是合理可用的；SDSM对于降水这类非正态分布的气象要素也具有一定的模拟能力，且在东部表现优于西部；比较分析SDSM模型、LARS-WG模型和ASD模型，发现对黄河源区降水年总量和秋季的模拟都比较好，对冬、春和夏季的模拟， LARS-WG模型和ASD模型较好。. 在水循环模拟及未来水资源变化趋势分析方面，利用IPCC AR4全球气候模式中单个气候模式情景和多个气候模式集合情景、以及改进的区域气候模式RegCM3动力降尺度后的气候情景，选择了改进新安江模型、VIC模型和SWAT模型，分别进行了未来水资源情景预测分析。. 在现有GLUE算法基础上结合模糊集或信息熵理论，对水文模型输入所需的气象要素和水文模拟结果进行不确定性对比分析，定量评价资料及模型结构对模拟不确定性的影响，分析模型关键参数的异参同效特征并探索参数的空间不确定性规律。