雅鲁藏布江流域径流过程非平稳性形成机制研究

Due to the influence of global climate change, all the rainfall, snow, ice processes in the Yarlung Tsangpo River Basin (YTRB) are obviously changing, which directly impact the runoff regimes and cause nonstationary variability of runoff process in YTRB. Revelation of the nonstationarity in runoff process in YTRB is an essential and important task, because it is the base of investigating runoff composition and understanding the response of runoff regime to the changing climate condition. In the project applied, we take YTRB as the study area, and focus on the issue of hydrological nonstationary, which is a hot scientific topic and receives great concern in the recent studies of hydrology. By employing the stochastic hydrology theories and multi-temporal serial analysis techniques, we are to study six basic but key issues about the hydrological nonstationary, and develop the methods for identification and description of the nonstationary variability of hydrological processes. Then, we apply the developed methods to extract affluently detailed information in those observed hydroclimatic data and remote sensing data, and identify the difference in response pattern and delay effect among the runoff processes and rainfall-snow-ice processes in YTRB. Finally, we reveal the physical formation mechanisms of runoff nonstationary in the Yarlung Tsangpo River Basin under the influences of climate change, and quantitatively describe the relationship between runoff composition and rainfall-snow-ice processes. The study results of this project can provide new and more effective methods for the studies of hydrological nonstationary, and they can also directly provide scientific and practical guide to the hydrological simulation and water resources utilization in the Yarlung Tsangpo River Basin.

气候变化影响下雅鲁藏布江流域降水和冰雪消融等过程发生改变，导致径流过程呈现显著的非平稳变化。认识该流域径流非平稳特性是分析径流组成与演变及其对气候变化响应的前提和关键。本项目拟选择雅鲁藏布江流域干流以及主要支流为研究区，针对水文过程非平稳性这一国际水文科学前沿和热点科学问题开展研究。综合运用随机水文学理论和多时间尺度序列分析方法等，重点研究关于水文非平稳性的六个基础和关键问题，提出水文过程非平稳性识别与定量描述新方法；并应用于分析水文气象观测数据和遥感数据，获取不同数据源中隐含的丰富细节信息，识别径流非平稳变化与冰雪消融及降水变化的响应差异与时间滞后效应，揭示气候变化背景下雅鲁藏布江流域径流过程非平稳性的形成机制，区分各气象驱动要素变化对径流演变的影响及贡献。本研究成果不仅可为研究水文非平稳性问题提供较系统的新方法，而且可以直接为雅鲁藏布江流域开展水文模拟、水资源开发利用等提供科技支撑。

雅鲁藏布江水文气候过程变化规律复杂，且空间差异性大。揭示该流域水文气候过程的时空变异性及其物理成因，对研究流域径流变化和水资源开发利用具有重要的意义。本项目研究内容与目标：发展“统计分析”与“物理成因分析”结合的水文过程非平稳性分析理论和方法，研究雅江流域径流非平稳性的形成机制，揭示并定量描述关键驱动要素与径流变化的作用关系。实施过程中，将研究区扩展到青藏高原中南部（含雅江、怒江、澜沧江），按照“水汽输送机制与降水变化——径流变化及空间差异性定量描述——径流变化与关键驱动要素响应关系” 的整体思路开展研究。.主要研究结果如下：（1）发展了水文过程变异与非平稳性诊断方法。提出了基于小波理论的标准化离散小波变换谱方法，可以准确识别水文气候要素在不同时间尺度周期与非线性趋势的显著性，为研究藏东南径流变异奠定了方法基础；（2）藏东南水汽输送机制与降水变化。同时考虑垂向与水平向水汽输送的动力与热力过程，揭示了该区域东、中、西三个地区降水形成机制的差异，阐明了印度夏季风异常对该区域降水异常的影响机制；（3）径流变化空间差异与关键驱动要素响应关系。同时考虑反映下垫面的8个关键因素与反映气候条件变化的8个关键因素，揭示了径流时空变异及差异的物理成因：水汽输送机制控制了藏东南降水、径流变化的空间差异；西部区（雅江中上游）径流在年代际尺度呈现显著变异，主要由气候条件变化决定；西、东部区（怒江、澜沧江上游）径流在多年代际尺度呈现显著变异，由径流成分比例与气候条件变化共同决定。.已在RSE、JGR-Atmospheres、 HESS、JH等本领域顶级期刊发表SCI论文15篇，发表中文期刊论文24篇，出版专著《水文过程复杂非平稳变化特性识别研究》1部，申请国家发明专利4项，1份咨询报告被中办采纳，超额完成各项考核指标。通过本项目研究，提升了对藏东南高寒区径流时空变异规律的科学认识，也可为未来我国西南水资源开发战略提供重要科技支撑。