华南珠江流域21世纪中末期水文过程变化情势研究

Potential climate change may significantly impact the terrestrial hydrological processes. Understanding and estimating the hydrological responses to climate change are critical in formulating adaptive strategies and proper management of water resources. This study uses a macro-scale hydrological model, Variable Infiltration Capacity (VIC), to investigate possible hydrological variabilities over the Pearl River basin in South China in the middle and end of this century. The streamflow observations are used to calibrate hydrological model parameters. The climate projections from some General Circulation Models (GCMs) under three greenhouse gas emission scenarios are employed. The VIC model is modified to incorporate the vegetation type specific responses of stomata conductance and leaf area change to the increased carbon dioxide (CO2) concentration. Future water balance items for different sub-basins, the frequency of floods and droughts, and evolutions of soil moisture will be examined based on the simulation outputs of both the standard VIC and modified VIC models. Accordingly, the accompanied uncertainties are also explored. The study results will provide valuable information towards improving the modeling effectiveness of hydrological processes, and devising better adaptation and mitigation strategies under a future changing climate.

未来气候演变可能会对流域水文水资源产生重要影响,合理理解和估计水文过程变化是制订有效水灾害防御措施和水资源管理策略的关键。本研究以华南珠江流域为研究区域，应用大尺度水文模型Variable Infiltration Capacity(VIC) 分析研究本世纪中期和末期水文过程的可能变化情况。其中，未来气候变化情势来自于3种温室气体排放情景下大气环流模式的预测结果。根据历史径流观测资料,优化率定水文模型参数；引入植物生理学中在CO2浓度增加情况下，不同植被气孔传导率和叶面积变化的研究成果，建立融入CO2变量的VIC模型；应用标准VIC和改进的VIC模型评估未来珠江流域各子流域水量平衡、洪水和干旱频率、土壤含水量演变等方面的变化情势，并展开不确定性分析。研究成果为提高气候变化情景下大尺度水文过程模拟的全面性提供理论依据，对制订珠江流域未来区域经济发展和防洪抗旱的策略具有实际的指导意义。

研究未来气候变化对区域陆面水文过程的影响，一方面需要把握新的气候条件对水循环过程机理带来的新影响，推进水文模型对自然水文规律的准确描述和精确模拟；另一方面要在充分总结区域陆面对变化气候的多尺度响应过程和演化规律，以此来迎接未来多变的挑战。（1）该项目结合植物生理学研究中的二氧化碳浓度升高气孔传导率减小和叶面积增大的自然现象，将微观尺度反应气孔对全球变化的响应融入到大尺度水文模型VIC中，开展了华南珠江流域未来气候情景下水文过程对气候变化的响应研究，研究显示减少的蒸发蒸腾导致增加的径流量，进而加剧华南区域洪水的危害性。（2）通过对西江流域干旱动态过程的数值模拟分析，显示流域地形是西江流域影响干旱演进过程的重要因素之一。 扇形流域水文干旱随降水的演变速度快；在干旱发展阶段，海拨高的区域水文干旱不及气候干旱的等级；在水网冗长的流域，水文干旱的消退迟缓于气候干旱。合理理解和估计流域的干旱演进将有利于干旱的动态监测和预警预报工作。（3）系统解释了流域形态系数能较好反应径流和土壤含水量对降水多尺度的响应关系，揭示不同子流域对降水丰枯所表现出的高低频响应差异性，以此判别大流域中不同子流域干旱和洪水发生的倾向性。提出通过对大流域内不同子流域历史习惯性响应特征的把握，去建立面对气候多变而引发可能水旱灾害的预判机制。