中国湿润-干旱过渡带水循环过程对气候变化的响应机制

Since the spatial and temporal distribution of water resources in China has changed under the impact of climate change, the government urgently needs the adaptation strategy to the change. The hydrological cycle is the theoretical basis of the water resources problem. Additionally, hydrological cycle in the arid-humid transition zone is very sensitive to the climate change. Therefore, this research aims to investigate the response mechanism of hydrological processes to climate change in the arid-humid transition zone of China. The research would be helpful for the water resources management of China under climate change. The main research includes: 1) investigate the swing range of the arid-humid transition zone during last decades; build the sensitive index which comprehensively indicates the sensitivity of hydrological cycle to climate change; 2) analyze the inconsistency of evapotranspiration estimation from water balance model and energy balance model, and develop a distributed water cycle integrated simulation system based on the coupled water and heat process; 3) reveal the mechanism of nonlinear response of evapotranspiration and runoff to climate change based on the hydrological modeling, indoor tests and field investigation. 4) estimate the future trend of runoff in the arid-humid transition zone of China based on the comprehensive analysis of the impacts of climate change and human activities.

在气候变化的背景下，我国水资源时空分布发生了变化，国家近期对水资源变化及其适应问题研究需求十分迫切。水循环是水资源问题的理论基础，湿润-干旱过渡带水循环的时空变化对气候变化非常敏感，本项目拟开展湿润-干旱过渡带水循环过程对气候变化的响应研究，为区域水资源管理对气候变化的适应提供科学依据。主要内容：1）识别我国湿润-干旱过渡带及其摆动范围，分析过渡带水循环的时空变化特征、水热平衡的格局及变化规律；2） 从水圈和气圈相互作用出发，研发耦合水热平衡变化的分布式水文模型，模拟中国湿润-干旱过渡带主要水循环过程；3）在过渡带选取代表不同气候特征的典型流域（西辽河、黄河中游、拉萨河），结合水文模型和室内外试验，揭示主要水循环要素对气候变化的响应机理；4）在气候变化对过渡带水循环影响分析的基础上，综合人类活动对水循环过程的影响，预估过渡带未来“蓝水”与“绿水”的转化趋势。

在气候变化的背景下，我国水资源时空分布发生了变化，水循环是水资源问题的理论基础，湿润-干旱过渡带水循环的时空变化对气候变化非常敏感，本项目开展过渡带水循环过程对气候变化的响应研究，为区域水资源管理与气候变化适应提供科学依据。主要研究内容：1）识别我国过渡带摆动范围与水循环要素变化特征；2）揭示主要水循环要素对气候变化的响应机理；3）研发耦合水热平衡变化的水文模型，模拟过渡带主要水循环过程；4）基于典型案例预估过渡带未来水循环变化。项目主要结果：1）过渡带面积占国土面积的44%，且面积不断扩大，过渡带干旱事件较为频繁，观测径流普遍呈现下降趋势；2）过渡带径流对干旱响应敏感，过渡带流域干旱年径流系数平均下降38%；植被变化影响下过渡带流域地表径流系数显著下降，而湿润流域径流系数变化不显著，但基流系数显著增加；90年代前风速和辐射的下降抵消了气温上升对潜在蒸发的增加效应，导致了“蒸发悖论”现象；90年代后气温的急剧上升掩盖了风速和辐射下降对潜在蒸发的减小效应，导致“蒸发悖论”现象消失；发现了互补蒸发模型没有充分反映气候变化对蒸发的影响，引入干燥指数来改进了该模型，得到模型提出者的高度评价；3）构建了耦合辐射与水量平衡的HIMS-PML分布式水文模型，显著提高了气候变化条件下的水循环过程模拟能力，模拟了全国1982-2015年间的水循环变化；4）分析了气候变化对处于过渡带南水北调中线工程的影响，汉江和海河流域未来同时干旱概率呈增加态势，对中线调水的水量会有不利影响；“蒸发悖论”演变研究显示该现象未来较长时间可能不会出现。发表论文83篇，其中SCI论文45篇，约28篇为WRR、JGR、JH等TOP论文，6项发明专利。培养博士研究生6名。项目参与人员获国家自然科学二等奖、江苏省科学技术二等奖、西藏自治区科技进步二等奖、中科院地理所2018年十大科研进展、江苏省333工程第二层次培养对象、中科院青年创新促进会会员、中科院地理所优秀青年人才等。项目产出超过任务书的目标。